На какие виды подразделяется солнечная энергетика

Типы солнечных электростанций: башенные, тарельчатые, параболоцилиндрические концентраторные, солнечно-вакуумные, комбинированные

Для преобразования энергии солнечной радиации, или иными словами — солнечного тепла и света, в электрическую энергию, уже многие годы во многих странах мира используют солнечные электростанции. Это инженерные сооружения различных конструкций, работающие на различных принципах, в зависимости от типа электростанции.

Если кто-то, слыша сочетание «солнечная электростанция», представляет себе устланную солнечными панелями обширную площадь, то в этом нет ничего удивительного, ибо данный тип электростанций, называемых фотоэлектрическими, очень популярен сегодня во многих домашних хозяйствах. Но это — не единственный тип солнечных электростанций.

Все известные сегодня солнечные электростанции, генерирующие электричество в промышленных масштабах, подразделяются на шесть типов: башенные, тарельчатые, фотоэлектрические, параболоцилиндрические концентраторные, солнечно-вакуумные и комбинированные. Рассмотрим же подробно каждый тип солнечных электростанций, и обратим внимание на конкретные сооружения в разных странах мира.

Башенная солнечная электростанция [solar power plant) — Солнечная электростанция, в которой излучение от оптической концентрирующей системы, образованной полем гелиостатов, направляется на установленный на башне преемник энергии солнечного излучения.

В основе башенных электростанций изначально лежал принцип испарения воды под действием солнечного излучения. Водяной пар здесь используется в качестве рабочего тела. Расположенная в центре такой станции башня, имеет на вершине резервуар с водой, который окрашен в черный цвет для наилучшего поглощения как видимого излучения, так и тепла. Кроме этого в башне имеется насосная группа, функция которой — доставлять воду в резервуар. Пар, температура которого превышает 500 °C, вращает турбогенератор, расположенный на территории станции.

Для того, чтобы максимально возможное количество солнечной радиации сконцентрировать на вершине башни, вокруг нее устанавливают сотни гелиостатов, функция которых — направлять отраженное солнечное излучение точно на емкость с водой. Гелиостаты представляют собой зеркала, площадь каждого из которых может достигать десятков квадратных метров.

Гелиостат [heliostat] — Плоский или фокусирующий зеркальный элемент оптической концентрирующей системы, имеющий индивидуальное устройство ориентации для направления отраженной прямой энергии солнечного излучения на приемник солнечного излучения.

Закрепленные на опорах, оснащенных автоматической системой фокусировки, все гелиостаты направляют отраженное солнечное излучение точно на вершину башни, на резервуар, поскольку позиционирование работает в соответствии с движением солнца в течение дня.

В самый жаркий день температура получаемого пара может доходить до 700 °C, и этого более чем достаточно для нормальной работы турбины.

Так, например, в Израиле, на территории пустыни Негев, ко концу 2017 года завершится возведение башенной электростанции мощностью более 121 МВт. Высота башни составит 240 метров (самая высокая в мире солнечная башня на момент строительства), а вокруг нее будет расположено пол сотни тысяч гелиостатов, позиционироваться которые будут посредством управления через Wi-Fi. Температура пара в резервуаре будет достигать 540 °C. Проект стоимостью 773 миллиона долларов покроет 1% потребностей Израиля в электроэнергии.

Вода — не единственное, что может нагреваться солнечным излучением в башне. Например, в Испании в 2011 году ввели в эксплуатацию солнечную электростанцию башенного типа Gemasolar, в которой нагревается жидкий теплоноситель на основе соли. Это решение позволило сохранять тепло даже в ночное время.

Разогретая до 565 °С соль поступает в специальный резервуар, затем передает тепло парогенератору, который вращает турбину. Вся система обладает номинальной мощностью 19,9 МВт, и способна подать 110 ГВт-ч электрической энергии (в среднем за год) для питания сети из 27500 домовладений, круглосуточно работая в полную силу в течение 9 месяцев.

Принципиально электростанции данного типа похожи на башенные, однако конструктивно отличаются. Здесь используются отдельные модули, каждый из которых генерирует электричество. Модуль включает в себя и отражатель, и приемник. На опоре устанавливается параболическая сборка из зеркал, формирующих отражатель.

Зеркальный концентратор [mirror booster] — Концентратор солнечного излучения, имеющий зеркальное покрытие. Зеркальный фацетный концентратор [mirror faceted concentrator] — Зеркальный концентратор солнечного излучения, состоящий из отдельных зеркал плоской или криволинейной формы, образующих общую отражающую поверхность.

В фокусе параболоида расположен приемник. Отражатель состоит из десятков зеркал, каждое из которых индивидуально настроено. Приемником же может быть двигатель Стирлинга, совмещенный с генератором, либо резервуар с водой, которая превращается в пар, а пар вращает турбину.

Так например, в 2015 году компания Ripasso, Швеция, испытала в Южной Африке параболическую гелеотермальную установку с двигателем Стирлинга в фокусе. Отражатель установки представлял собой параболическое зеркало, состоящее из 96 частей, и общей площадью 104 квадратных метра.

В фокусе располагался водородный двигатель Стирлинга, оснащенный маховиком, и сопряженный с генератором. Тарелка медленно поворачивалась вслед за солнцем в течение дня. В результате КПД получился 34%, и каждая такая «тарелка» оказалась способной давать потребителю 85 МВт-ч электроэнергии в год.

Справедливости ради отметим, что в фокусе «тарелки» солнечной электростанции данного типа может располагаться и емкость с маслом, тепло от которого может передаваться парогенератору, который, в свою очередь, вращает турбину электрогенератора.

Параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции

Здесь снова теплоноситель нагревается сконцентрированным отраженным излучением. Зеркало в форме параболического цилиндра, до 50 метров в длину, располагается в направлении север-юг, и вслед за движением солнца вращается. В фокусе зеркала закреплена трубка, по которой движется жидкий теплоноситель. После того, как теплоноситель достаточно разогрелся, в теплообменнике тепло передается воде, где пар опять же вращает генератор.

Параболоцилиндрический концентратор (parabolic trough concentrator] — Зеркальный концентратор солнечного излучения, форма которого образована параболой, перемещающейся параллельно самой себе.

В 80-е годы в Калифорнии, компания Luz International построила 9 таких электростанций, их общая мощность составила 354 МВт. Однако, после нескольких лет практики, специалисты пришли к заключению, что на сегодняшний день параболоцилиндрические электростанции уступают как по рентабельности, так и по эффективности солнечным электростанциям башенного и тарельчатого типов.

Несмотря на это, в 2016 году в пустыне Сахара, неподалеку от Касабланки, была открыта электростанция на солнечных концентраторах, мощностью 500 МВт. Полмиллиона 12 метровых зеркал разогревают теплоноситель до 393°С, чтобы превратить воду в пар для вращения генераторных турбин. Ночью тепловая энергия продолжает работать, будучи сохраненной в расплавленной соли. Таким путем государство Морокко планирует постепенно решать проблему экологически чистого электроснабжения.

Станции на базе фотоэлектрических модулей, солнечных батарей. Весьма популярны и распространены в современном мире. Модули на базе кремниевых элементов широко применяют для электроснабжения небольших объектов, таких как санатории, частные коттеджи и другие здания, где из отдельных частей набирают станцию необходимой мощности, и устанавливают ее на крыше или на участке земли подходящей площади. Промышленные же фотоэлектрические станции способны обеспечить электроснабжение небольших городов.

Солнечная электростанция (СЭС) [solar power plant] — Электростанция, предназначенная для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую энергию.

Например в России, в 2015 году была запущена самая крупная фотоэлектрическая электростанция в стране. Солнечная электростанция имени Александра Влазнева, состоящая из 100000 солнечных панелей, общей мощностью 25 МВт, расположилась на площади в 80 гектаров между городами Орском и Гаем. Мощности станции достаточно, чтобы снабдить электроэнергией пол города Орска, включая предприятия и жилые дома.

Принцип действия таких станций прост. Энергия фотонов света преобразуется в ток в кремниевой пластине, внутренний фотоэффект в этом полупроводнике давно изучен и взят на вооружение производителями солнечных батарей. Но кристаллический кремний, дающий КПД 24% — не единственный вариант. Технология непрерывно совершенствуется. Так, еще в 2013 году инженеры компании Sharp добились от индиево-галлий-арсенидного элемента КПД 44,4%, а применение фокусирующих линз позволяет добиться всех 46%.

Абсолютно экологически безопасный тип солнечных станций. В качестве принципа используется естественный поток воздуха, возникающий благодаря перепаду температур (воздух у поверхности земли разогревается, и устремляется вверх). Еще в 1929 году во Франции была запатентована эта идея.

Сооружается оранжерея, представляющая собой накрытый стеклом участок земли. Из центра оранжереи выступает башня, высокая труба, в которой установлена турбина генератора. Солнце разогревает оранжерею, и воздух устремляясь через трубу вверх, вращает турбину. Тяга сохраняется постоянной, пока солнце разогревает воздух в закрытом стеклом объеме, и даже ночью, пока поверхность земли сохраняет тепло.

В 1982 году, в 150 километрах к югу от Мадрида, в Испании, была построена экспериментальная станция такого типа. Парник имел диаметр 244 метра, а труба была 195 метров в высоту. Максимально развитая мощность получилась всего 50 кВт. Несмотря на это турбина работала в течение 8 лет, пока не вышла из строя из-за ржавчины и штормовых ветров. В 2010 году в Китае завершили строительство солнечно-вакуумной станции, которая смогла дать 200 кВт. Она заняла площадь 277 гектаров.

Комбинированные солнечные электростанции

Это те станции, где к теплообменникам подключают коммуникации горячего водоснабжения, отопления, в общем нагревают воду для различных нужд. К комбинированным станциям относятся и совмещенные решения, когда параллельно солнечным батареям работают концентраторы. Часто комбинированные солнечные электростанции оказываются единственным решением для альтернативного электроснабжения и отопления частных домов.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Солнечная энергетика: состояние и перспективы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Усков Антон Евгеньевич, Гиркин Артём Сергеевич, Дауров Адам Вячеславович

В статье рассматриваются основные недостатки и характеристики солнечных электростанций, особенности их конструкции, работы и перспективы

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Усков Антон Евгеньевич, Гиркин Артём Сергеевич, Дауров Адам Вячеславович

Потенциал, особенности работы и экономическая эффективность солнечных фотоэлектрических станций

Солнечные фотоэлектрические станции: перспективы, особенности работы и расчёта экономической эффективности

Фотоэлектрические станции: перспективы, достоинства, недостатки и особенности работы
Классификация и основные способы построения солнечных электростанций
Инверторы солнечных электростанций с улучшенными техническими характеристиками
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SOLAR POWER: condition and prospects

In article the basic lacks and characteristics of solar power stations, features of their design, work and prospect are considered

Текст научной работы на тему «Солнечная энергетика: состояние и перспективы»

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Усков Антон Евгеньевич

старший преподаватель, 9184349285@mail.ru

Г иркин Артём Сергеевич студент, bleachyda@mail.ru

Дауров Адам Вячеславович студент

Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия

В статье рассматриваются основные недостатки и характеристики солнечных электростанций, особенности их конструкции, работы и перспективы

Ключевые слова: СОЛНЕЧНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ, ПОТЕНЦИАЛ

SOLAR POWER: CONDITION AND PROSPECTS

Uskov Anton Evgenevich

senior lecturer, 9184349285@mail.ru

Girkin Artem Sergeevich student, bleachyda@mail.ru

Daurov Adam Viacheslavovich student

Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia

In article the basic lacks and characteristics of solar power stations, features of their design, work and prospect are considered

Keywords: SYSTEM OF INDEPENDENT ELECTROSUPPLY, SOLAR ENERGY, POTENTIAL

Многочисленные исследования подтверждают тот факт, что при существующих темпах научно-технического прогресса к 2020 г. органическое топливо (нефть, газ, уголь и торф) не сможет в полном объеме удовлетворять потребности мировой энергетики. Поэтому традиционные системы электроснабжения, в том числе автономного, работающие на традиционном топливе, как бы они не развивались технически, но они обречены на бесперспективность в будущем [1, 2].

Одним из перспективных направлений решения проблемы энергоснабжения потребителей является разработка и внедрение возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ). По прогнозам, их доля в мировом потреблении в 2020 г составит около 24%, а уже в 2040 г. — около 50% [3].

Как известно, Солнце является источником жизни планеты Земля. Одной из важных характеристик солнечного излучения является продолжительность солнечного сияния.

Атмосфера (озон, водяной пар и двуокись углерода) поглощает (абсорбирует) солнечное излучение определённых дли волн. Существенное

ослабление (уменьшение) в большей части ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра является результатом поглощения и обуславливает процесс экологического влияния на климат Земли.

Поверхность, перпендикулярная к падающему прямому солнечному излучению, как правило, имеет наивысшее значение интенсивности излучения. Поскольку расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года в пределах 150 млн. км, то величина солнечного излучения также изменяется в пределах от 1325 до 1420 Вт/м [3].

Солнечные лучи, которые достигают поверхности Земли, подразделяют на два вида: прямые и рассеянные. Прямые солнечные лучи — это те, которые берут начало у поверхности Солнца и достигают поверхности Земли. Мощность прямого солнечного излучения зависит от чистоты (ясности) атмосферы, высоты солнца над линией горизонта (зависит от географической широты и времени дня), а так же от положения поверхности по отношению к Солнцу. Рассеянные солнечные лучи поступают из верхних слоев атмосферы и зависят от того, каким образом прямые солнечные лучи отражаются от Земли и окружающей среды. Благодаря повторяющемуся процессу отражения между покрытой снегом поверхностью Земли и нижней стороной облаков мощность рассеянного солнечного излучения может достигать больших значений.

Солнечные лучи несут с собой неиссякаемый поток энергии. Они постоянно доставляют на Землю большее количество энергии, чем нам сегодня необходимо. Годовое количество поступающей на Землю солнечной

энергии составляет 10 кВт ч, при этом, на поверхность суши приходится около 20% этой энергии.

Солнечная энергия, достигшая поверхности Земли, несет с собой тепло, испаряет воду, образует ветер и движение воды в морях и океанах, дает жизнь растениям.

Хотя солнечная энергия и бесплатна, получение электричества из нее не всегда достаточно дешево. Поэтому специалисты непрерывно стремятся усовершенствовать солнечные элементы и сделать их эффективнее.

Солнечное излучение преобразуется в электрическую энергию постоянного тока фотоэлементами. Большинство фотоэлементов представляют собой кремниевые полупроводниковые фотодиоды. Энергетические характеристики фотоэлементов в основном определяются следующими параметрами: интенсивностью солнечного излучения, величиной нагрузки, рабочей температурой.

Основными недостатками солнечных фотоэлектрических станций являются (СФЭС):

— высокая стоимость фотоэлементов, преобразующих солнечную радиацию в электроэнергию постоянного тока;

— применение инверторов, осуществляющих преобразование электроэнергии постоянного тока в электроэнергию переменного тока, понижают их КПД;

— наличие аккумуляторных батарей, применяющих в качестве резервных источников, и обеспечивающих бесперебойное электроснабжение потребителей, значительно повышает стоимость солнечной электростанции.

Эти недостатки приводят к тому, что в настоящее время стоимость электроэнергии, вырабатываемую с помощью СФЭС, превышает в несколько раз стоимость электроэнергии, вырабатываемую от традиционных источников электроэнергии.

Поскольку удельная стоимость солнечной электростанции не зависит от ее размеров и мощности, в ряде случаев целесообразно модульное размещение СФЭС на крыше сельского дома, коттеджа, фермы. Собственник СФЭС будет продавать электроэнергию энергосистеме в дневное время, и покупать ее у энергетической компании по другому счетчику в ночные ча-

сы. Преимуществом такого использования, помимо политики поощрения малых и независимых производителей энергии, является экономия на опорных конструкциях и площади земли, а также совмещение функции крыши и источника энергии.

Учитывая, что 1 кг кремния в солнечном элементе вырабатывает за 30 лет 300 МВт ч электроэнергии, легко подсчитать нефтяной эквивалент кремния. Прямой пересчет электроэнергии 300 МВт ч с учетом теплоты сгорания нефти 43,7 МДж/кг даёт 25 т нефти на 1 кг кремния. Если принять КПД тепловых электростанций, работающей на мазуте, 33%, то 1 кг кремния по вырабатываемой электроэнергии эквивалентен примерно 75 тоннам нефти [3].

В связи с высокой надежностью срок службы СФЭС по основной компоненте — кремнию и солнечным элементам может быть увеличен до 50 — 100 лет. Для этого потребуется исключить из технологии герметизации полимерные материалы. Единственным ограничением может явиться необходимость их замены на более эффективные. КПД 25 — 30% будет достигнут в производстве в ближайшие 10 лет. В случае замены солнечных элементов кремний может быть использован повторно и количество циклов его использования не имеет ограничений во времени [3].

Солнце ежесекундно дает Земле более 80 тысяч миллиардов киловатт энергии, а это в несколько тысяч раз больше, чем все электростанции мира. Ресурс (потенциал) солнечной энергетики оценивается тремя составляющими: валовым, техническим и экономическим ресурсами.

Валовый (теоретический) ресурс солнечной энергетики на территории России превышает ресурс ветровой энергетики почти в 2,5 раза, а малой гидроэнергетики более чем в 5000 раз.

Вследствие отсутствия многочисленных требуемых исходных данных для расчёта технического и экономического потенциала солнечной энергии, учёные принимают ряд допущений. Поэтому, результаты опреде-

ления технического и экономического потенциала солнечной энергии следует квалифицировать как экспертную оценку, так как она является единственным методом, который используется в настоящее время.

Технический ресурс солнечной энергетики при производстве электроэнергии находится умножением валового потенциала на 0,001 (принимаемая доля площади) и на 0,15 (КПД фотоэлектрических солнечных модулей) и переводится в размерность т у. т. из расчёта 0,34 кг у. т./кВт ч.

Экономический ресурс солнечной энергетики при производстве электроэнергии находится умножением годового потребления электроэнергии на 0,05% и переводится в размерность т у.т. умножением на коэффициент 0,34 кгу.т./кВт ч.

Экономический ресурс солнечной энергетики в сравнении с другими возобновляемыми источниками энергии куда более скромен. Так, он более чем в 3,5 раза меньше ветровой энергетики и примерно в 23 раза меньше малой гидроэнергетики.

Однако темпы развития солнечной энергетики предполагают в ближайшее время значительное улучшение её экономического потенциала, исходя из достигнутого уровня техники и современных экономических и хозяйственных условий.

В настоящее время метод фотоэлектрического преобразования в мире стал одним из приоритетных направлений получения солнечной электроэнергии. Это обусловлено тем, что он обеспечивает:

— максимальную экологическую чистоту преобразования энергии;

— возможность получения энергии практически в любом районе;

— значительный срок службы;

— малые затраты на обслуживание;

— независимость эффективности преобразования солнечной энергии от установленной мощности.

Прямое преобразование солнечного излучения в электрическую энергию осуществляют солнечные фотоэлектрические элементы (батареи, установки). Наибольшее распространение получили солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) на основе кремния трёх видов: монокристал-лического, поликристаллического и аморфного. В промышленном производстве находятся СФЭУ со следующим КПД:

1) монокристаллический: 15 — 16% (до 24% на опытных образцах);

2) поликристаллический: 12 — 13 % (до 16% на опытных образцах);

3) аморфный: 8 — 10% (до 14% на опытных образцах).

Все эти данные соответствуют так называемым однослойным элементам. В настоящее время исследуются двух- и трёхслойные фотоэлементы, которые позволяют исследовать большую часть солнечного спектра по длине волны солнечного излучения. Для двухслойного фотоэлемента на опытных образцах получен КПД 30%, а трёхслойного до 40%.

В последние годы появился перспективный конкурент для кремния в СФЭУ — арсенид галлия. Установки на его основе даже в однослойном исполнении имеют КПД до 30% при гораздо более слабой зависимости его КПД от температуры, поскольку во время работы СФЭУ поверхности их сильно нагреваются, что приводит к снижению энергетических показателей установки. Для охлаждения таких установок применяется вода.

Важным обстоятельством является тот факт, СФЭУ отличаются относительной простотой конструкции, низкой металлоёмкостью, могут работать с одинаковой эффективностью в любом диапазоне мощности и на любой географической широте. Трудности в практической реализации строительства СФЭУ обусловлены прежде всего высокой стоимостью фотопреобразователей (10 — 12 тыс. руб/кВт).

Конструктивно СФЭУ содержит (рисунок 1):

— солнечные батареи (СБ), содержащие фотоэлементы;

— инвертор (И), выполненный на полупроводниковых приборах, как правило, в своей конструкции, содержащий трансформатор;

— аккумуляторные батареи (АБ);

— систему управления и защиты (СУЗ).

Рисунок 1 — Структурная схема СФЭУ с подключённой нагрузкой Н

Солнечные батареи СБ преобразуют энергию солнечного излучение в электрическую энергию постоянного тока. Инвертор преобразует напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока, а его трансформатор осуществляет согласование напряжения солнечных батарей СБ с напряжением нагрузки Н. Аккумуляторные батареи являются резервным источником питания. Система управления и защиты СУЗ обеспечивает стабилизацию напряжения, переход питания нагрузки от резервного источника и защиту устройства от аварийных режимов работы.

В настоящее время известны новые технические решения инверторов, выполненных с использованием трансформаторов с вращающимся магнитным полем и промежуточного высокочастотного преобразования, что позволит значительно улучшить их эксплуатационно-технические характеристики [4, 5, 6].

Особенностью работы является то, что ток СФЭУ можно увеличить с помощью параллельного включения солнечных батарей (рисунок 2, а). Солнечные батареи должны иметь одинаковое количество элементов, обеспечивающих одинаковое напряжение. Вследствие разной освещённости солнечных элементов, показанных на рисунке 2, а, генерируемые ими

напряжения будут немного отличаться друг от друга. Поэтому эффективно будет работать только один солнечный элемент. При включении солнечных элементов по схеме, показанной на рисунке 2, б, напряжения, генерируемые ими, более равномерно распределяются по солнечной батарее. Вследствие этого частичное затенение элементов не принесёт большого вреда для работы солнечной батареи.

Для увеличения напряжения СФЭУ необходимо включать последовательно элементы солнечных батарей. Напряжение в этом случае будет равно сумме напряжений на всех составляющих солнечных элементов. Ток, отдаваемый СФЭУ, будет ограничен током худшего элемента.

Рисунок 2 — Схемы включения элементов солнечных батарей

Для СФЭУ с большой площадью солнечных панелей, состоящих из множества последовательно-параллельных соединённых ячеек, необходимо учитывать теневой эффект, который возникает при частичном затемнении панели. Если ячейка в последовательной цепи полностью затемнена, то она из источника энергии превращается в потребителя. Из-за последовательной связи с освещёнными ячейками в цепи протекает ток, разогревающий затенённую ячейку мощностью потерь, выделяющейся на её внутреннем сопротивлении. Таким образом, происходит уменьшение электрической мощности СБ.

Для того, чтобы уменьшить влияние теневого эффекта на энергетические характеристики СБ последовательную цепь фотоэлектрических мо-

дулей с помощью обходных диодов делят на несколько участков (рисунок 3).

Известно, что генерируемая СБ мощность увеличивается при более низких температурах. Однако максимуму мощности при различных температурах соответствуют различные напряжения. Для устранения этого недостатка СФЭУ должна иметь стабилизатор напряжения.

Рисунок 3 — Схема включения обходных диодов между солнечными элементами СБ

Величина нагрузки СБ в значительной степени влияет на величину снимаемой с неё мощности. Рабочая точка фотоэлектрической панели может быть определена как точка пересечения её ВАХ с ВАХ нагрузки. Таким же образом может быть определена рабочая точка на пересечении энергетических характеристик фотопреобразователя и нагрузки. Из рисунок 4 видно, что максимальную мощность можно снять с СБ на нагрузке с сопротивлением Я2.

Солнечные элементы на основе кремния имеют КПД 12 — 15 %. КПД лабораторных образцов в настоящее время достигает 23%. Мировое производство солнечных элементов превышает 50 МВт в год и увеличивается ежегодно на 30%.

Каскадное соединение фотопреобразователей позволяет построить СФЭЕ на мощности до сотен кВт. Общая площадь СБ, требуемая для получения необходимой мощности энергоустановки определяется с учётом КПД фотопреобразования и удельного уровня освещённости поверхности

СБ, которая зависит от времени суток, широты местности, метеоусловий, расположения поверхности фотопреобразователя относительно солнечного излучения.

Рисунок 4 — Вольт-амперная характеристика фотопреобразователя при

различных сопротивлениях нагрузки (R¡, R2, R3)

В общем случае анализ научно-технической литературы показал, что перспективным является направление внедрения солнечных фотоэлектрических станций в Краснодарском крае [3].

1. Григораш О.В. Автономные источники электроэнергии: Состояние и перспективы / О. В. Григораш, С. В. Божко, А. Ю. Попов и др. — Краснодар 2012. с. 174.

2. Григораш О.В. Выбор оптимальной структуры системы автономного электроснабжения / О. В. Григораш, С. А. Симоненко, А. М. Передистый и др. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2—7. № 8. С.31-33.

3. Григораш О. В. Возобновляемые источники электроэнергии / О. В. Григораш, Ю. П. Степура, Р. А. Сулейманов и др. Краснодар, 2012, с. 272.

4. Богатырев Н. И., Григораш О.В., Темников В. Н., и др. Однофазнотрехфазный трансформатор с вращающимся магнитным полем / Патент на изобретение RUS 2335027. 29.06.2007.

5. Богатырев Н. И., Григораш О.В., Вронский О. В., и др. Однофазнооднофазный трансформатор с вращающимся магнитным полем / Патент на изобретение RUS 2335028. 29.06.2007.

6. Степура Ю. П., Григораш О.В., Власенко Е. А., и др. Преобразователи напряжения постоянного тока на реверсивном выпрямителе / Патент на изобретение RUS 2420855. 11.05.2010.

7. Усков А. Е. Автономные Инверторы солнечных электростанций. монография / А.Е. Усков. Краснодар, 2011. — 119с.

8. Григораш О.В. Автономные инверторы в устройствах бесперебойного электроснабжения / О.В. Григораш, Ю.П. Степура, А.Е. Усков, Власенко Е.А. // Электротехника. 2012. № 6. С. 40-44.

9. Григораш О.В., Степура Ю.П., Усков А.Е., и др. Автономный инвертор с широтно-импульсной модуляцией выходного напряжения / Патент на изобретение RUS 2421871. 12.05.2010

10. Григораш О.В., Шевченко А.А., Шульга Р.В., и др Устройство стабилизации напряжения постоянного тока / Патент на изобретение RUS 2444832. 07.06.2010

1. Grigorash O.V. Avtonomnye istochniki jelektrojenergii: Sostojanie i perspektivy / O. V. Grigorash, S. V. Bozhko, A. Ju. Popov i dr. — Krasnodar 2012. s. 174.

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Grigorash O.V. Vybor optimal’noj struktury sistemy avtonomnogo jelektrosnab-zhenija / O. V. Grigorash, S. A. Simonenko, A. M. Peredistyj i dr. // Mehanizacija i jelektrif-ikacija sel’skogo hozjajstva. 2—7. № 8. S.31-33.

3. Grigorash O.V. Vozobnovljaemye istochniki jelektrojenergii / O.V. Grigorash, Ju. P. Stepura, R. A. Sulejmanov i dr. Krasnodar, 2012, s. 272.

4. Bogatyrev N. I., Grigorash O.V., Temnikov V. N., i dr. Odnofazno-trehfaznyj transformator s vrashhajushhimsja magnitnym polem / Patent na izobretenie RUS 2335027.

5. Bogatyrev N. I., Grigorash O.V., Vronskij O. V., i dr. Odnofazno-odnofaznyj transformator s vrashhajushhimsja magnitnym polem / Patent na izobretenie RUS 2335028.

6. Stepura Ju. P., Grigorash O.V., Vlasenko E. A., i dr. Preobrazovateli naprjazhenija postojannogo toka na reversivnom vyprjamitele / Patent na izobretenie RUS 2420855.

7. Uskov A.E. Avtonomnye Invertory solnechnyh jelektrostancij. monografija / A.E. Uskov. Krasnodar, 2011. — 119s.

8. Grigorash O.V. Avtonomnye invertory v ustrojstvah besperebojnogo jelektrosnab-zhenija / O.V. Grigorash, Ju.P. Stepura, A.E. Uskov, Vlasenko E.A. // Jelektrotehnika. 2012. № 6. S. 40-44.

9. Grigorash O.V., Stepura Ju.P., Uskov A.E., i dr. Avtonomnyj invertor s shirotno-impul’snoj moduljaciej vyhodnogo naprjazhenija / Patent na izobretenie RUS 2421871. 12.05.2010

10. Grigorash O.V., Shevchenko A.A., Shul’ga R.V., i dr Ustrojstvo stabilizacii naprjazhenija postojannogo toka / Patent na izobretenie RUS 2444832. 07.06.2010

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция — сооружение для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию.

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию.
Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:
1. СЭС башенного типа — основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации.
В центре станции стоит башня высотой 18 — 24 метров (в зависимости от мощности и других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой.
Этот резервуар покрашен в черный цвет для поглощения теплового излучения.
Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни.
По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.
Гелиостат — зеркало площадью в несколько м 2 , закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования.
В зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве.
Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.
В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 о С.
Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций (ТЭС), поэтому для получения энергии используются стандартные турбины.
Фактически на таких СЭС можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

2. СЭС тарельчатого типа — использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции.
Станция состоит из отдельных модулей.
Модуль состоит из опоры, на которую крепится конструкция приемника и отражателя.
Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца.
Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме.
Диаметры этих зеркал достигают Ø2 метров, а количество зеркал — нескольких 10 ков метров (в зависимости от мощности модуля).
Станции могут состоять как из 1 модуля (автономные), так и из нескольких 10 ков (работа параллельно с сетью).

СЭС, использующие фотобатареи, в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных фотобатарей различной мощности и выходных параметров.
Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.).
Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями.
Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого поселка.

СЭС, использующие параболические концентраторы, нагревают теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на специальные фермы устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло).
Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдает теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

Комбинированные СЭС- дополнительно имеют теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления.

В 2017 г. на Алтае введена в эксплуатацию первая в РФ СЭС, изготовленной по гетероструктурной технологии (HJT) .
Изготовленные по такой технологии солнечные панели объединяют в себе преимущества аморфной (тонкопленочной) и кристаллической технологий, сочетая высокий КПД, высокую износостойкость и эффективность в улавливании рассеянного и отраженного света.
Даже в облачный день или в зимнее время панели смогут ловить световую энергию, а в жаркий день — не будут терять производительность из-за перегрева пластин.
Это позволило добиться КПД более 20%.

В промышленных масштабах производство по HJT было запущено в конце 2016 г. компанией HEVEL в г. Новочебоксарске.
Хевел — СП РОСНАНО и Реновы, созданное в 2009 г. с целью интеграции решений в солнечной энергетике.
Хевел — строит СЭС под ключ: производит панели, устанавливает их, и эксплуатирует СЭС.

На 2017 г. Минэнерго РФ установило, что стоимость 1 квт установленной мощности СЭС будет компенсироваться инвесторам будет компенсироваться инвестиции в :
— солнечную энергетику, исходя из цены 109,5 тыс. руб/кВт установленной мощности,
— ветровую — 103 тыс. руб/кВт,
— гидроэнергетику — 163 тыс. руб/кВт.
Нужно при этом учитывать коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) в РФ:
— солнечный — до 10%;
— ветровой — до 20%%
— гидроэнергетика — до 40%.
То есть ГЭС, при прочих равных, будет вырабатывать в 4 раза больше э/энергии, чем СЭС такой же мощности.

ИСТИНА

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ЕЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ статья

Статья опубликована в журнале из перечня ВАК

• Автор: Говорушко С.М.
• Журнал: Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология
• Номер: 4
• Год издания: 2011
• Издательство: Науч.-техн. центр ТАТА
• Местоположение издательства: Саров
• Первая страница: 30
• Последняя страница: 33
• Аннотация: Солнечная радиация – электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Её распределение по поверхности Земли не совсем подчиняется широтной зональности, что объясняется различиями в облачности и прозрачности атмосферы Различают прямую, рассеянную и суммарную солнечную радиацию. Существуют следующие способы получения электричества и тепла из солнечного излучения: 1) получение электроэнергии с помощью фотоэлементов; 2) преобразование солнечной энергии в электричество с помощью тепловых машин: а) паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар, углекислый газ, пропан-бутан, фреоны; б) двигатель Стирлинга (разновидность двигателя внешнего сгорания, который может работать от любого источника тепла); 3) гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные лучи и последующее распределение и использование тепла (фокусирование солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой воды в отоплении, приготовлении пищи или в паровых электрогенераторах); 4) термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор); 5) солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой селективно-поглощающим покрытием). Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции. Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов: 1) СЭС башенного типа; 2) СЭС тарельчатого типа; 3) СЭС, использующие фотобатареи; 4) СЭС, использующие параболические концентраторы; 5) комбинированные СЭС; 6) аэростатные солнечные электростанции. Негативное влияние гелиоэнергетики проявляется в следующем: 1) отчуждение земель; 2) загрязнение природных сред при производстве материалов станций; 3) загрязнение среды высоко¬токсичными хлоратами и нитритами при утечке рабочих жидкостей; 4) воздействие на раститель¬ность и почвы при их затенении солнечными концентраторами; 5) изменение теплового баланса и влажности в районах расположения станций; 6) воздействие на климат космических СЭС; 7) помехи теле- и радиосвязи; 8) тепловое воздействие на среду при охлаждении конденсата.
• Добавил в систему: Говорушко Сергей Михайлович

Прикрепленные файлы

№	Имя	Описание	Имя файла	Размер	Добавлен
1.	Полный текст	текст статьи	3_85_Soln._energetika_i_ee_ekol._probl_tekst.pdf	861,6 КБ	12 февраля 2016 [GovorushkoSM]