Использование солнечной энергии

Солнечная радиация – практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии. Общее годовое количество поступающей на землю солнечной энергии составляет 1,05 ∙10¹⁸ кВт/ч. Среднесуточная интенсивность потока солнечного излучения в центральной части России равна 130 - 210 Вт/м². С помощью гелиотехнических устройств может быть использовано до 10 - 50% солнечной энергии для различного назначения.

Европейский Союз поставил своей целью удвоить долю возобновляемых источников энергии. Одним из важных компонентов является производство 1 млн фотоэлектрических систем (500000 встроенных в крыши зданий и экспорт 500000 сельских систем) общей установленной мощностью 1 ГВт. Фирма "BP Amoco" собирается использовать солнечную энергию на 200 своих новых станциях обслуживания в Британии, Австралии, Германии, Австрии, Швейцарии, Нидерландах, Японии, Португалии, Испании, Франции и США, что включает в себя применение 400 солнечных панелей, общей мощностью 3,5 МВт и снижение выбросов углекислого газа на 3500 тонн ежегодно. Благодаря этому проекту "BP Amoco" может стать одним из крупнейших в мире потребителей солнечного электричества, а также одним из крупнейших производителей солнечных элементов и модулей. Солнечные панели будут вырабатывать больше электричества, чем нужно для освещения и водяных насосов, поэтому система будет подключена к сети. Днем излишек электроэнергии будет подаваться в сеть, а ночью из нее будет пополняться недостаток энергии. Мировой рынок фотоэлементов должен составить к 2050 г. - 5 млн МВт.

В условиях Европы поступающая солнечная энергия в большинстве случаев превосходит энергопотребление здания. К примеру, типичный многоквартирный жилой дом в Чехии получает 1077 кВт·ч/м², тогда как каждый его этаж потребляет примерно 150 кВт·ч/м² для отопления и еще 25 - 50 кВт·ч/м² для освещения и приготовления пищи, что в целом равняется 875 - 1000 кВт ч/м² для пятиэтажного дома. Поступающей в течение года солнечной энергии в целом достаточно, но полезный ресурс ограничен колебаниями солнечной энергии и емкостью аккумулирования.

Наибольшей в Европе площадью установленных солнечных коллекторов на душу населения выделяются Кипр, Греция и Австрия. Австрия лидирует по количеству продаж солнечных коллекторов на душу населения. На втором месте Греция, но обе страны уступают мировым лидерам - Израилю и Кипру.

На мировой карте солнечной энергетики увеличился рост рынков Индии и Китая, которые и так являются лидерами в производстве продукции в солнечной тепловой индустрии.

В России строительство заводов по производству солнечных батарей позволит развить и внедрить использование солнечной энергии. К примеру, Новочебоксарский завод с 2012г. производит тонкопленочные батареи по швейцарской технологии Micromorph.

С 2013 году завод в Санкт-Петербурге по производству фотоэлектрического оборудования выпускает солнечные батареи и системы электроснабжения. Объем производства 85 МВт в год.

Приморский край относится к регионам России, где целесообразно использовать солнечную энергию для целей энергообеспечения. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. Есть районы в крае, где число дней без солнца в году всего 26, продолжительность солнечного сияния 2494 часа (п. Пограничный). На северном побережье продолжительность солнечного сияния 1900 - 2100 часов на южном – 2000 - 2200 часов.

В Приморском крае около 25% населения не обеспечивается централизованно тепловой энергией - эти объекты могут оснащаться солнечными установками, что позволит решить эту проблему.

По расчетам для обеспечения горячей водой индивидуальной семьи достаточно площади коллекторов 4 - 6 м² и бака - аккумулятора емкостью 300 л; фермерского хозяйства – 15 - 30 м² и бака-аккумулятора емкостью до 2 м³ (в зависимости от специфики и объема производства). Таким образом, суммарная потребность Приморского края в солнечных коллекторах может составить до 1 млн. м². При этом может быть обеспечена экономия органического топлива в объеме 71000 т у.т. и значительное сокращение выброса вредных веществ. Кроме этого, улучшаются социально - бытовые условия жизни населения и экономятся непосредственные затраты труда на отопление и горячее водоснабжение, улучшает экологическую обстановку.

Применение солнечных водонагревательных установок позволит покрыть до 40 - 60% потребностей индивидуальных потребителей в теплоте. Действующая установка позволит предотвратить выброс СО₂ в количестве 0,6 - 0,7 кг на 1 кВт ∙ ч получаемой тепловой энергии.

В экодомах «Solar» профессора Казанцева Н.Е. используются пассивные солнечные технологии, которые предполагают проектирование зданий с учетом местных климатических условий, позволяющих максимально использовать энергию солнца.

Проект «солнечных» домов профессора Казанцева получил престижную премию Energy Globe Awards в Австрии Разработанная профессором технология может быть использована в массовом строительстве индивидуальных домов.

Одна из схем теплоснабжения «Солнечного дома» представлена на рис. 9.1.

В регионах с большим количеством солнечной радиации применяются для производства электроэнергии коллекторы-концентраторы.

В городе Сочи при строительстве объектов Олимпийских Игр предусмотрено применение современных технологий в области энергосбережения, альтернативной энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии для повышения экологичности и энергоэффективности в сфере строительства и эксплуатации. Четыре объекта работают с применением электроэнергии, получаемой от солнечных батарей и солнечных панелей, что позволяет достичь значительной экономии энергоресурсов.

Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения различают активные и пассивные. Активные - наличие коллектора солнечной энергии, аккумулятора теплоты, дополнительного источника энергии, теплообменников, насосов или вентиляторов, систем трубопроводов или воздуховодов, регулирования.

В пассивных системах роль контура солнечной энергии выполняют ограждающие конструкции здания, а движение нагретого воздуха осуществляется путем конвекции. Защитой от потерь тепла будет являться тепловая изоляция. Сегодня наибольшее применение получили активные гелиосистемы.

Солнечный коллектор – это устройство для преобразования солнечной энергии в тепловую. Данное оборудование используется для горячего водоснабжения, поддержки отопления, нагрева воды в бассейне.

 

Рис. 9.1. Схема теплоснабжения «Солнечного дома»

1 - гелиоприёмник, 2 - расширительный бак, 3 - аккумулятор системы горячего водоснабжения, 4 - расширительный бак системы отопления, 5 - теплообменник, 6 - электроводоподогреватель, 7 - бак с антифризом, 8, 9 - насос, 10 - система отопления, 11, 12 - расходомер, 13 - контур отопления, 14 - контур горячего водоснабжения.

 

Среди всех типов солнечных коллекторов самыми популярными являются плоские коллекторы и коллекторы с вакуумными трубками рис.9.2.

Существуют солнечные коллекторы различных размеров и конструкций в зависимости от их применения. Различают несколько видов коллекторов в соответствии с температурой, которую они дают:

- низкотемпературные коллекторы производят низкопотенциальное тепло, ниже 50 ⁰С. Используются они для подогрева воды в бассейнах и в других случаях, когда требуется не слишком горячая вода;

- среднетемпературные коллекторы производят высоко- и среднепотенциальное тепло выше 50 ⁰С, обычно 60-80 ⁰С. Обычно это остекленные плоские коллекторы, в которых теплопередача совершается посредством жидкости, либо коллекторы-концентраторы, в которых тепло концентрируется. Коллектор вакуумированный трубчатый часто используется для нагрева воды в жилом секторе;

 

Рисунок 9.2. Солнечные коллекторы

 

- высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и используются в основном электрогенерирующими предприятиями для производства электричества для электросетей.

По способу циркуляции теплоносителя солнечные коллекторы:

- с естественной циркуляцией, в котором для обеспечения теплообмена, бак – накопитель обязательно должен устанавливаться выше солнечной панели. Тогда нагретый теплоноситель за счет меньшей плотности поднимается к теплообменнику, где и отдает тепло, а холодная вода опускается в солнечный коллектор.

- с принудительной циркуляцией, когда нет возможности расположить коллектор и бак – накопитель на разном уровне. В этом случае теплообмен осуществляется при помощи циркуляционного насоса. Датчики замеряют температуру теплоносителя в коллекторе и баке – накопителе и включают насос, когда температура жидкости в коллекторе становится выше, чем в баке – накопителя.

Плоские солнечные коллекторы.

Плоские солнечные коллекторы отличаются большой площадью застекления и большим абсорбером. Благодаря этому они эффективно используют большую часть солнечной энергии, попадающей на их поверхность, достигая при полном солнечном излучении максимальной мощности.

Используемые материалы гарантируют длительный срок службы и постоянство параметров солнечных коллекторов. У всех моделей имеется рама из анодированного алюминия и медного абсорбера с нанесенным вакуумным абсорбционным слоем с длительным сроком службы.

Абсорбционная поверхность плоских солнечных коллекторов образована из высокоселективного покрытия, имеющего способность большого поглощения солнечного излучения. Теплоотдача покрытия излучением в окружающую среду (потеря тепла при излучении) минимальны.

Плоский солнечный коллектор "Сокол-А" представляет собой специальный теплообменник, преобразующий энергию солнечного излучения в тепловую энергию и передающий её теплоносителю - жидкости, движущейся внутри каналов поглощающей панели (абсорбера) коллектора рис. 9.3. Солнечные коллекторы являются основным элементом систем солнечного теплоснабжения или бытовых солнечных водонагревателей и в их составе используются для обеспечения горячей водой жилых зданий, промышленных, сельскохозяйственных и коммунально-бытовых объектов.

 

Рис. 9.3. Плоский коллектор

 

При отсутствии забора тепла плоские коллекторы способны нагреть воду до 190 – 200 ⁰С

Трубчатые вакуумные коллекторы.

Вакуумный солнечный коллектор, где солнечная радиация поглощается специальными труба в трубе или U - образными трубками, заполненными антифризом или водой, которые помещаются в вакуумную оболочку из высокопрочного боросиликатного стекла. Жидкость начинает испаряться при достаточно низких температурах, когда она находится в тепловой трубке. В процессе нагрева жидкость испаряется. Получившийся пар, поднимаясь по тепловым трубам, передает через теплообменник большое количество тепла. Теплоноситель стекает вниз. Жидкость, образовавшаяся в результате конденсата, попадает обратно в тепловую трубу. Чтобы происходило испарение и конденсация, трубки должны располагаться под небольшим углом. Решение повышения эффективности коллектора применение абсорбера из листовой меди, из - за ее высокой теплопроводности. Использование алюминиевого экрана также дает повышение температуры теплоносителя вплоть до 250 - 300 ⁰С в режиме ограничения отбора тепла.

Элемент такого типа позволяет нагревать теплоноситель, используя солнечную энергию даже при отрицательных температурах.

Вакуумная трубка типа Simple, одна из самых распространенных вакуумных трубок для СВНУ рис. 9.4. Используется в системах с открытым контуром или с низким давлением. В системах, где теплоносителем является вода, рекомендовано применение при продолжительных температурах не ниже -10 ⁰С. На основе данной трубки изготавливаются некоторые другие модификации

 

Рис. 9.4 Вакуумная трубка тип1

 

Вакуумная трубка с медными каналами разработана на основании трубки типа 1 для закрытых активных систем рис. 9.5. Внутрь введена контактная пластина и теплопроводный стержень. Данная трубка устойчива к замораживанию и работоспособна без повреждений до -50 ⁰С.

Внутри стержня находится небольшое количество антифриза при малом давлении, поэтому испарение жидкости начинается при достижении температуры внутри трубки + 30 ⁰С.

При меньшей температуре трубка "запирается" и дополнительно сохраняет тепло.

 

Рис. 9.5. Вакуумная трубка с медными каналами

 

Вакуумная трубка с теплопроводящим стержнем Super Heat Pipe рис. 9.6.

Рис. 9.6. Вакуумная трубка с теплопроводящим стержнем

Super Heat Pipe

 

Улучшенная версия трубки Heat Pipe. Имеет больший диаметр (70 мм) и соответственно площадь поглощающей поверхности. Колба имеет одинарную стенку. Внутри колбы помещена плоская поглощающая пластина, соединяющаяся с теплопроводящим стержнем. Работа теплопроводящего стержня аналогична трубкам Heat Pipe. Из-за большей площади поглощения время перехода в режим выделения тепла может быть всего 2 минуты.

 

Особенную эффективность утилизации энергии окружающей среды имеют комбинированные системы, использующие солнечные коллекторы вместе с тепловыми насосами.

Солнечная установка может быть запланирована, как на стадии строительства объекта, но и может быть подсоединена к существующей системе теплоснабжения. В последнем случае вместо традиционного бойлера устанавливается бойлер гелиосистемы, а на крыше здания - солнечный коллектор.

Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов обозначены в табл. 9.1.

 

Таблица 9.1. Преимущества и недостатки плоских и вакуумных коллекторов

 

Вакуумные трубчатые	Плоские высокоселективные
Преимущества
Низкие теплопотери	Способность очищаться от снега и инея
Работоспособность до – 30 0С	Высокая производительность летом
Способность генерировать высокие температуры	Возможность установки под любым углом
Малая парусность	Более для южных широт
Недостатки
Не самоочищается от снега	Высокие теплопатери
Рабочий угол наклона не < 20 0С	Низкая работоспособность в холодное время
	Высокая парусность.

 

Бытовой коллектор.

Теплоноситель (вода, воздух, масло или антифриз) нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает тепловую энергию в бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду для потребителя. В контур включается насос для циркуляции теплоносителя. Бак может располагаться как непосредственно рядом с коллектором, так и внутри здания рис.9.7.

В тех случаях, когда солнечной энергии не достаточно, температуру воды на нужном уровне поддерживает дополнительный электрический нагревательный элемент, который устанавливают за баком - аккумулятором. Это позволяет повысить эффективность солнечной установки, поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры теплоносителя.

 

 

Рис. 9.7. Бытовые коллекторы, схема установки

 

Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного типа, в которых отсутствует отдельный бак-аккумулятор, а нагретая вода сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.

 

Солнечные коллекторы-концентраторы.

Повышение эксплуатационных температур до 120 - 250 ⁰C возможно путём введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

 

Солнечные воздушные коллекторы. Солнечные воздушные коллекторы - это приборы, работающие на энергии солнца и нагревающие воздух. Солнечные воздушные коллекторы представляют собой чаще всего простые плоские коллекторы и используются в основном для отопления помещений, сушки сельскохозяйственной продукции. Воздух проходит через поглотитель благодаря естественной конвекции или под воздействием вентилятора. Поскольку воздух хуже проводит тепло, чем жидкость, он передает поглотителю меньше тепла, чем жидкий теплоноситель. В некоторых солнечных воздухонагревателях к поглощающей пластине присоединены вентиляторы, которые увеличивают турбулентность воздуха и улучшают теплопередачу. Недостаток этой конструкции в том, что она расходует энергию на работу вентиляторов, таким образом увеличивая затраты на эксплуатацию системы. Основными достоинствами воздушных коллекторов являются их простота и надёжность. Такие коллекторы имеют простое устройство. При надлежащем уходе качественный коллектор может прослужить 10-20 лет. Коллекторы предназначены для обогрева помещений в условиях достаточной солнечной освещенности и при отсутствии (или параллельно с ними) других источников энергии (таких как газ, электричество, жидкое и твёрдое топливо). Коллекторы не могут быть основной системой отопления, так как не обеспечивают постоянных характеристик, как в течение суток, так и при смене сезонов года. Однако система может быть интегрирована в любую существующую систему отопления и вентиляции.

 

Солнечные батареи.

Принцип работы фотоэлектрического преобразователя (ФЭП). Это полупроводниковые устройства, напрямую преобразовывающие солнечную энергию в электричество. С точки зрения экономичности, использование именно этого типа солнечных батарей для частного пользования в наше время наиболее актуально, так как здесь прямой одноступенчатый «переход» солнечной энергии в электрическую.

Процесс перехода энергии в фотоэлектрическом преобразователе из одного состояния в другое основан на так называемом фотовольтаическом эффекте, возникающем в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного света. Эффективность преобразования зависит от электрофизических характеристик полупроводниковых элементов и оптических свойств преобразователя, среди которых самым важным является фотопроводимость, обусловленная явлениями внутреннего фотоэффекта в полупроводниках при облучении их светом.

Принцип работы ФЭП объясняется на примере преобразователей с p - n - переходом, наиболее распространенных в солнечной энергетике. Зная, что p - n - переход, или электронно - дырочный переход - это область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной n к дырочной p. На схеме (рис. 9.8.) изображен участок преобразователя, состоящий из двух неоднородных полупроводников (Negative Semiconductor, Positive Semiconductor).

 

 

а б

с

Рис. 9.8. Схема участка преобразователя

 

Во время облучения модуля солнечным светом у границы n - и p -слоёв в результате «перетечки» зарядов образуются объединенные зоны с некомпенсированным объёмным положительным зарядом в n -слое и объёмным отрицательным зарядом в p -слое.

На этом переходе возникает барьер (разность потенциалов). Именно благодаря этой особенности p - n - перехода и можно объяснить факт возникновения фото-электродвижущей силы при облучении преобразователя солнечным светом.

Большинство типов солнечных батарей производят из кремния. В большинстве случаев это вещество встречается в виде окиси - SiO₂, добыть чистый силициум (Silicium - кремний) из этого соединения сложно, даже проблематично. Это стоимостные факторы и особенности технологий. А вот себестоимость чистого «солнечного» кремния равна себестоимости урана для АЭС, вот только запасов кремния на нашей планете в 100 тысяч раз больше.

По причине дороговизны кремния, отражающейся на розничной цене, солнечных элементов, исследовательские центры на протяжении многих лет работают над поиском достойной альтернативы. К примеру, немецкие ученые Института Физической электроники в Штутгарте предложили использовать вместо кремния синтетические волокна, способные под воздействием света генерировать электрический ток. Новые разработки хоть и с не высокими показателями КПД, но они дешевы и подходят для питания маломощных цифровых устройств. Рубашка из «синтетической» ткани может обеспечить энергией карманный ПК, мобильный телефон или MP3-плеер. Сегодня, в эпоху нанотехнологий научные вклады инженеров могут в несколько раз ускорить процесс развития «солнечной» отрасли. Ученые уверены, что панели, изготовленные с применением нанотехнологий, позволят снизить стоимость солнечной энергии по сравнению с распространенными сейчас фотогальваническими ячейками в 2 раза.

Солнечные башни.

Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н. В. Линицким еще в 1930-х г. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приёмником на башне. В ней система улавливания солнечных лучей состояла из поля гелиостатов - плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приёмника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приёмник аналогичен паровому котлу обычного типа.

Параболоцилиндрические концентраторы.

Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой рис.9.11.

Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло) или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300 - 390 ⁰C Термальная эффективность параболоцилиндрических концентраторов 73% при температуре нагрева теплоносителя 350°С.

Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север - юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

 

Типы солнечных элементов:

1. Монокристаллический кремний.Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно - синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +250 ⁰С).

Срок службы качественных панелей составляет обычно 40 - 50 лет. Производительность за каждые 20 - 25 лет службы постепенно снижается примерно на 20%. В России рекомендовано использовать монокристаллические панели

2. Поликристаллический кремний. Технология принципиально не отличается от монокристаллических элементов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 14 до 15%.

3. Ленточный кремний.Принципиально такой же, как и предыдущие типы, отличается лишь тем, что кремний не нарезается от кристалла, а наращивается тонким слоем в виде ленты. Антибликовое покрытие дает радужную окраску таким панелям. Эта технология не смогла завоевать рынок, занимая на нем лишь около 2%. В Росси почти не встречается.

4. Аморфный кремний. В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, запыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год - два такой элемент перестает давать энергию.

Распознать такую панель на вид можно по более блеклому сероватому или темному цвету непонятных оттенков. На данном этапе развития этой технологии, применение таких панелей в России не рекомендуется.

5. Теллурид кадмия. Этот тип тонкослойных солнечных элементов обладает потенциально большей эффективностью и в качестве проводящего компонента использует оксид олова. Эффективность составляет 8-11%. По себестоимости эти элементы не намного дешевле моно- и поли - кристаллических кремниевых и обладают проблемой использования токсичного кадмия. Сейчас этот тип элементов занимает менее 5% общего рынка.

Производство солнечных панелей возрастает с каждым годом ввиду большого спроса. Причем одновременно растет спрос и для промышленных электростанций и для бытового потребления. Лидером в производстве солнечных панелей является Китай. Здесь производят почти треть (29%) от общемировой продукции. При этом большая часть уходит на экспорт - в США и Европу. Не намного от Китая отстают Япония и Германия, которые производят соответственно 22% и 20% от общемировой продукции. Еще одним лидером является Тайвань - 11% рынка.

Программа строительства объектов Игр в Сочи предусматривала применение современных технологий в области энергосбережения, альтернативной энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии для повышения экологичности и энергоэффективности в сфере строительства и эксплуатации.

Четыре объекта зимней Олимпиады 2014 года в Сочи работают с применением электроэнергии, получаемой от солнечных батарей и солнечных панелей, что позволяет достичь значительной экономии энергоресурсов.

Это применение солнечных модулей на Большой ледовой арене (для наружного освещения и подогрева воды), в гостинице Международного олимпийского комитета (для освещения территории гостиничного комплекса), в учебно-административном корпусе российского международного олимпийского университета (для гарантийного бесперебойного электрического питания) и в горной олимпийской деревне (наружное освещения и освещение фасада здания).

По количеству солнечной энергии Приморье сопоставимо со многими южными странами: Японией, Кореей, Грецией и Италией. Приморский край относится к регионам России, где целесообразно использовать солнце для получения энергии. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов. Есть районы, как посёлок Пограничный, где число дней без Солнца всего 26 в году, а продолжительность солнечного сияния 2494 часа. На северном побережье продолжительность солнечного сияния 1900 - 2100 часов, на южном – 2000 - 2200 часов. В целом, мощность поступления солнечной энергии на территорию Приморского края составляет свыше 30 млрд. кВт. Практические ресурсы солнечной энергии с учётом экологических и технических ограничений составляют 16 млн. кВт, при получении только электрической энергии – 4,9 млн. кВт.

В Приморье целесообразнее всего использовать продукцию крупных заводов Китая, работающих на европейский экспорт. В этом случае качество будет аналогично немецкому или японскому, а цена в 2 - 3 раза ниже.

Вчерашние технические диковинки – солнечный коллектор или фотовольтная панель сегодня все более активно внедряются в жизнь жителей Приморского края. Статистика говорит, что каждый месяц 2011 г. в г. Владивостоке и его пригородах вводятся в эксплуатацию несколько индивидуальных энергетических установок на солнечной энергии. С учетом перспектив малоэтажной застройки городов и поселков края использование таких установок будет значительно возрастать.

 

Области применения солнечных коллекторов:

- производственные комплексы любого направления и масштаба;

- сельскохозяйственные предприятия;

- учреждения здравоохранения: больницы, поликлиники, санатории, профилактории, центры здоровья и др.;

- спортивно-оздоровительные комплексы: бассейны открытые и закрытые, стадионы, туристические базы, зоны отдыха;

- детские учреждения: детские сады, школы, центры детского творчества, летние лагеря и др.;

- гостинично-туристические комплексы;

- торгово-развлекательные комплексы, небольшие автономные магазины;

- рестораны, кафе, столовые и другие пункты общественного питания;

- частные дома, коттеджи, дачи;

- офисы;

- объекты железнодорожного транспорта, портов;

- автомойки, автозаправочные станции, теплицы и еще многие разнообразные объекты

практически везде, где есть холодная вода и дневной свет.

Солнечные водонагреватели позволяют решить целый ряд вопросов:

- автономное горячее водоснабжение (круглогодичное или сезонное);

- поддержка полного или дежурного отопления для помещений любой площади;

- оптимизация существующих систем горячего водоснабжения и отопления;

- подогрев воды в закрытых или открытых бассейнах;

- обогрев теплиц;

- использование горячей воды в технологических целях.

Важной характеристикой солнечной установки является ее энергетическая окупаемость - время, необходимое солнечной установке для выработки такого количества энергии, какое было бы затрачено на ее производство. Количество энергии, которое может обеспечить солнечный обогреватель, зависит от величины солнечной радиации и от эффективности системы. Эффективность определяется соотношением между количеством произведенной энергии и солнечной энергии, попадающей на коллектор.

Приморский край занимает одно из первых мест в нашей стране по большому количеству, поступающему солнечному теплу. Приток солнечного тепла на территорию Приморского края зимой особенно велик, т.к. максимальное число ясных дней приходится на зиму. Таким образом - Приморский край относится к регионам, где использование солнечной энергии в целях энергообеспечения потребителей более чем целесообразно, что дает возможность строительства объектов разного назначения с использованием солнечной энергии и коллекторов различных типов.

 

Некоторые примеры солнечного отопления и горячего водоснабжения для домов в Приморье.

Для обеспечения горячего водоснабжения для дома в Спасске - Дальнем установлена минимальная активная система солнечных вакуумных коллекторов, тепловая мощность коллекторов - 3,3 кВт. Этого достаточно для горячего водоснабжения для бака объемом 200 л. Солнечные коллекторы установлены на специальной раме, на крыше.

В целях экономии энергии отопления для дома в пригороде Находки установлена система солнечных вакуумных коллекторов, тепловой мощностью коллекторов в ясную погоду - 5 кВт. Для горячего водоснабжения и частичного отопления осенью и весной. Помимо этого дом оснащен системой солнечного электричества с использованием фотовольтаических панелей мощностью 200 Вт. Общая мощность системы 3 кВт. Солнечные панели и коллекторы закреплены на крыше.

Рис. 9.9. Солнечные коллекторы закреплены на крыше

Для обеспечения горячего водоснабжения и частичного отопления для дома во Владивостоке установлена мини-система солнечных вакуумных коллекторов, тепловая мощность коллекторов - 6,7 кВт. Для горячего водоснабжения и частичного отопления осенью и весной. Для защиты солнечных коллекторов от перегрева в слу-

чае отключения электроэнергии и прекращения работы насосов установлена дублирующая система насоса, работающего от солнечной панели. Солнечные коллекторы закреплены на крыше рис. 9.9.

Для обеспечения горячего водоснабжения и снижения расходов на отопление дома в Кировском районе на севере Приморского края установлена система солнечных вакуумных коллекторов. Максимальная тепловая мощность коллекторов в ясную погоду - 8,3 кВт. Круглогодично обеспечивает все потребности в горячем водоснабжении, а так же частично замещает энергию отопления. Солнечные коллекторы закреплены на штатных индивидуальных рамах, установленных на земле перед южной стороной дома. Светлая стена дома частично экранирует солнечную энергию, обеспечивая дополнительный нагрев солнечных коллекторов. Летом для горячего водоснабжения используются только 2 коллектора из 5. Другие три накрываются. Если на коллекторе появляется утренняя изморозь, она не мешает нормальной работе и исчезает днем. Например, в день, когда была изморозь, система солнечных коллекторов нагревала за день 500 л воды с 11 - 70 ⁰С.

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Использование солнечной энергии человеком?

2. Типы солнечных коллекторов?

3. Достоинства и недостатки солнечных коллекторов?

4. Местоположение, где устанавливаются солнечные коллекторы?

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА

Энергию ветра люди используют давно, эффективно научились использовать 40 лет назад со строительством ветряных электростанций. В последние годы ветроэнергетика развивалась более высокими темпами, чем энергетика, использующая остальные виды альтернативных источников энергии. Отсюда и значительный рост мощностей ветроустановок в мире. В конце 2006 г. суммарная мощность всех ветрогенераторов в мире оценивалась в 74 ГВт. В частности, доля ветряной электроэнергии в Дании составляет 20%, в Испании - 9%, в Германии - 7%.

Использование силы ветра на Земле на сегодняшний день считается самой перспективной в плане получения электричества. Строятся всё больше и больше ветряных генераторов.

На графике рис.10.1. представлен рост мощности ветряных электростанций мира. В 2011 году доля ветряной энергетики достигла 3% от общемировой выработки электроэнергии.

 

 

Рис. 10.1. Мегаватты мощности ветряных злектростанций мира

 

В 2012 году установленная мощность ветроэлектростанций в мире достигла 282 ГВтэ. Однако дают они только около 2,4% всей мировой электроэнергии, хотя в отдельных европейских странах, например в Дании или Испании, их доля приближается к 20%.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников; они успешно работают в труднодоступных районах, на дальних островах, в Арктике, на тысячах сельскохозяйственных ферм, где нет поблизости крупных населенных пунктов и электростанций общего пользования.

Мощные ветровые установки стоят обычно в районах с постоянно дующими ветрами (на морских побережьях, в мелководных прибрежных зонах и т.д.) Такие установки уже используют в России, США, Канаде, Франции и других странах.

Ранее наибольшее распространение получили малые и средние ветроэнергетические установки мощностью от 100 до 500 кВт. В последние годы началось серийное производство ветро генераторов мощностью до 2000 кВт. Их ротор имеет диаметр до 80 м, а высота башни достигает 120 м и более. Устройство ветроэнергетических установок состоит из двух основных частей: башни (tower) и турбины (turbine). Поскольку лучшие характеристики присущи горизонтально - осевым турбинам, для них предусмотрено устанавливать достаточно высокие башни.

Использование ветряной энергии для получения элект