Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность

Созданный нами модуль на основе перовскита имеет площадь 703 кв. см. А полученная нами эффективность преобразования энергии достигла 12%. Источник: Toshiba

Почему солнечные панели – это не экономия, а ловушка для простаков

«Вот поставлю себе солнечные панели на дом и ВООБЩЕ не буду платить за электроэнергию», – так думают многие. И что в этом плохого? А потом ещё можно скважину – и отказаться от водопровода, а дальше… трудно сказать, как далеко можно зайти в своём стремлении к независимости. Но почему эти светлые мечты разбиваются о суровую действительность? Давайте разберёмся.

Читайте в статье

Важность разработки чистых источников энергии

Одной из основных проблем, стоящих перед планетой Земля является обеспечение адекватного снабжения чистой энергией.

Сейчас люди сталкиваются с тремя одновременными вызовами: рост населения, потребление ресурсов и деградация окружающей среды — все сходятся в вопросе устойчивого энергоснабжения. Широко распространено мнение о том, что наша нынешняя энергетическая практика не обеспечит все народы мира адекватным образом пригодной для жизни средой.

Таким образом, одной из главных задач нового столетия станет разработка устойчивых и экологически чистых источников энергии.

Прогнозы роли электричества в течение этого нового столетия показывает увеличение потребления тока по меньшей мере в два с половиной раза, а возможно, и в пять раз. Все сценарии указывают на продолжающееся использование ископаемых источников, ядерных и крупных гидроэнергетических установок. Однако наибольший прирост приходится на «новые возобновляемые источники энергии», и все сценарии показывают широкое использование этих источников к 2050 году. Действительно, прогнозы показывают, что объем энергии, получаемой из новых возобновляемых источников энергии к 2050 году превысит объем энергии, получаемой в настоящее время за счет нефти и газа вместе взятых. Это означало бы крупную в мире энергетическую инфраструктуру. Это будет Геркулесова задача, чтобы получить это прогнозируемое количество энергии. Утверждается, что на самом деле существует лишь несколько хороших вариантов удовлетворения дополнительных энергетических потребностей нового века экологически приемлемым способом.

Одним из так называемых новых возобновляемых источников энергии, на которые почти наверняка будет оказана большая опора, являются перспективы солнечной энергетики.

Перспективы использования солнечных батарей

Рынок солнечной энергии для россиян пока остаётся диковинкой, а вот для жителей многих стран он уже стал «прозой жизни». Во всяком случае, наши соотечественники, побывавшие за рубежом, обращают внимание на массовое использование солнечных батарей в быту и коммунальном хозяйстве. В число «технологически продвинутых» регионов входят не только солнечные курорты Испании, Италии или, скажем, западное побережье США, но также, например, Германия, Швеция или Финляндия, где климатические условия близки к условиям Европейской части России. Поэтому опыт североевропейских стран для нас особенно интересен.

Солнечные батареи постепенно начинают применяться и в России. В первую очередь — как вспомогательная и аварийная система энергоснабжения, но они могут работать и автономно. Некачественное энергоснабжение обычно характерно для сельской местности — скажем, устаревшая сеть не рассчитана на большую нагрузку (раньше расчётная нагрузка на один дом составляла 2,5 кВт). Такая сеть способна выдержать подключение холодильника, телевизора и нескольких осветительных приборов. Если при этом будет работать ещё и современная стиральная машина с подогревом воды, то, вероятно, возникнут проблемы. Ну а при подключении более мощного водонагревателя или сварочного аппарата сеть просто не выдержит.

Читайте также:
Соединение и оконцевание алюминиевых проводов

Солнечные батареи позволяют компенсировать недостаточную мощность сети (обычно 1,5-3 кВт) без потери комфорта. Причём управляющий компьютер способен составить расписание включения-выключения основных энергопотребляющих устройств в доме в зависимости от предполагаемого объёма выработанной электроэнергии, которую он высчитывает на основании метеопрогнозов, полученных через сети связи (Интернет). Допустим, завтра ожидается солнечная погода—значит, можно запланировать стирку.

ПОДБИРАЕМ СИСТЕМУ

Автономная система энергоснабжения, помимо солнечных батарей, включает в себя ещё несколько компонентов. Перечислим основные из них.

  • Инвертор — так сокращённо называют инверторный преобразователь постоянного тока в переменный (и наоборот). Инвертор — важнейшее устройство системы, к которому подключаются и другие источники тока (солнечные батареи, ветрогенератор, дизельный генератор и т. д.) через соответствующие контроллеры, комплект аккумуляторных батарей, внешнюю и внутридомовую электросети. Следует учесть, что модели инверторов, используемые совместно с электросетью, отличаются по конструкции от работающих автономно.
  • Контроллеры заряда солнечных батарей — устройства, отвечающие за эффективное преобразование вырабатываемой электроэнергии. Без контроллеров невозможна работа солнечных панелей с аккумуляторами — их пришлось бы вручную отключать от аккумуляторных батарей каждую ночь и в конце каждого заряда. Кроме того, контроллеры повышают эффективность функционирования солнечных панелей на 30-50 %.
  • Аккумуляторные батареи (АКБ) запасают энергию, ведь солнечные панели работают только в светлое время суток. Мы подробно поговорим о них в отдельной статье.
  • Реле управления внешними устройствами. В автономной системе они используются для включения и выключения групп устройств, на которые подаётся электроэнергия. Также реле применяются, например, для автоматического включения дизельного генератора в случае сильного снижения уровня заряда АКБ.

Кроме того, в систему могут входить дополнительные генераторы тока. Чаще всего—дизельный генератор, который играет роль аварийного, когда капризы погоды не позволяют солнечным батареям работать на полную мощность. Дизельный генератор целесообразнее использовать в системах с большим периодом времени отключения от сети (от нескольких суток и более).

Перед подбором компонентов системы необходимо рассчитать её технические характеристики — они будут определяться временем автономной работы установки, а также объёмом электроэнергии, который должны вырабатывать солнечные батареи. Оба параметра обуславливают стоимость системы, и при их выборе неопытные пользователи часто допускают досадные ошибки. Лучше всего доверить расчёт профессионалам.

ТИПЫ БАТАРЕИ

Производительность и долговечность солнечных батарей могут сильно различаться. Так, у недорогих китайских панелей КПД всего 4-5 %, а срок службы составляет 3-4 года. «Нормальные» батареи (в том числе китайские) имеют КПД 12-15 %, а срок службы — 25 лет. У высококлассных производителей (Kyocera, Sharp, Panasonic, Samsung) КПД батарей может достигать 15-18 %, а срок службы измеряется десятками лет. Зато и стоят такие устройства на порядок дороже. С каждым годом эффективность переработки солнечного света в электроэнергию растёт. Так, в 2014 г. разработанные Panasonic солнечные панели HIT, представляющие собой пластины из монокристаллического кремния, который окружён сверхтонкой плёнкой из аморфного кремния, обеспечили рекордный КПД в 25,6 %. В ближайшие годы ожидается появление панелей с КПД выше 30%.

Читайте также:
Экструдированный пенополистирол или пенопласт: что лучше?

Солнечные панели изготавливаются из кремния и в зависимости от его структуры бывают трёх типов: монокристаллические, поликристаллические и из аморфного кремния. Все разновидности имеют свои особенности.

Монокристаллические панели принято считать самыми лучшими. У них высокий КПД (около 18 % у элементов, 15,5 % у собранных из них батарей), срок службы около 50 лет. Однако эти устройства сложны в изготовлении и дороже моделей других типов.

Поликристаллические панели состоят, грубо говоря, из осколков монокристалла. Отличаются меньшим КПД (15 %у элементов и 12 % у всей системы), срок службы составляет 20-25 лет. Зато они стоят дешевле монокристаллических. Панели из аморфного кремния по своим характеристикам примерно соответствуют поликристаллическим (несколько лет назад аморфные устройства отставали по сроку службы, который составлял 5-10 лет, но у новых моделей параметры значительно улучшились).

Солнечные батареи различаются и по эффективности работы в разных условиях. Так, монокристалл и поликристалл хорошо функционируют при ярком солнечном освещении, а при облачности выработка энергии у них заметно падает. Панели из аморфного кремния в пасмурную погоду работают немного лучше, чем устройства из монокристалла или поликристалла (при одинаково установленной мощности). Поэтому первые предпочтительнее во время малосолнечного и дождливого лета. Кроме того, батареи из аморфного кремния менее зависимы от точности ориентации плоскости панели относительно угла падения солнечных лучей. Эффективны они и при косых лучах солнца. Кристаллические батареи рекомендуется размещать так, чтобы угол падения солнечных лучей был максимально близок к 90°. Однако аморфники имеют меньший срок службы и занимают достаточно большую площадь при одинаковой с монопанелями мощности (из-за низкого КПД), поэтому с финансовой точки зрения их установка менее выгодна.

Солнечные батареи обычно монтируют на крыше. Лучше всего подходит южный скат, особенно если угол его наклона совпадает с географической широтой.

Также распространён вариант размещения на двух смежных скатах, развёрнутых в юго-западном и юго-восточном направлениях. В этом случае на каждый скат помещают половину батарей. При этом общий объём выработанной электроэнергии немного уменьшается, но увеличивается время работы панелей. Когда оптимальное (в нашем случае — южное) направление использовать не получается, солнечные батареи можно разместить на скатах, развёрнутых на восток или запад. При этом придётся увеличить количество панелей, чтобы компенсировать снижение эффективности их работы. В населённых пунктах с географической широтой 55-60° и больше солнечные батареи можно располагать вертикально — на стене или даже на заборе. Если не удаётся разместить их на имеющихся сооружениях, для установки выбирают поворотные стенды, позволяющие использовать солнечные лучи с максимальной эффективностью. Стоимость стенда, изготовленного фабричным способом, составляет 50-70 тыс. руб., но можно сэкономить, уменьшив количество панелей, цена которых составляет по 10-20 тыс. руб. и более. Отдача от поворачивающихся панелей увеличивается примерно в 1,6 раза по сравнению с закреплёнными стационарно.

При круглогодичном использовании батарей их выгоднее размещать вертикально. Во-первых, зимой солнце не поднимается высоко над горизонтом и его лучи падают на вертикальную стену под углом, приближенном к прямому. Во-вторых (и это даже важнее), вертикальное расположение позволяет решить проблему очистки панелей от снега. Вообще в странах со снежной зимой не рекомендуется устанавливать батареи под углом наклона к горизонту менее 40°, чтобы на них не скапливался снег. Поэтому на плоской крыше солнечные батареи располагают под наклоном, на соответствующем основании-ферме.

Читайте также:
Угловой стеклянный компьютерный стол: столик для компьютера из черного стекла и модели под телевизор

Привет от русского графа

Кандидатом на роль возможного спасителя гелиоэнергетики может стать материал под названием перовскит. Первый из таких — титанат кальция — в 1839 году отыскал во глубине уральских руд немец Густав Розе и назвал его именем русского коллекционера горных пород графа Л. А. Перовского, поэтому с тех пор иногда именуется «русским минералом».

Сегодня, когда говорят о перовските, чаще всего имеют в виду целый класс веществ, которые имеют одинаковую трёхчастную кристаллическую структуру, впервые выявленную у титаната кальция. Хотя в чистом виде такие вещества редко встречаются в природе, их легко получить из массы других соединений, а кристаллы перовскитов можно выращивать искусственно. Каждая часть структуры перовскита может быть изготовлена из различных элементов, что даёт очень широкий диапазон возможных составов «ловца фотонов», включающих свинец, барий, лантан и другие элементы. Так, уже установлено, что соединение перовскита с некоторыми щелочными металлами позволяет создать солнечный фотоэлемент с КПД до 22%, а теоретическая мощность соединений на основе перовскита достигает 31%.

Однако работать с перовскитом не так просто, и мы в этом убедились. После нанесения на плёнку перовскит кристаллизуется очень быстро, из-за чего трудно создать ровный слой на большой площади. Между тем, в этом и заключается главная задача при создании солнечного элемента: достичь как можно большей площади поверхности с сохранением при этом высокой эффективности преобразования энергии.

В июне 2018 года Toshiba изготовила тонкоплёночный солнечный элемент на основе перовскита с самой большой площадью поверхности и при этом самой высокой в мире эффективностью преобразования энергии. Как это удалось сделать?

Мы разделили ингредиенты, необходимые для образования перовскита (раствор йодида свинца — PbI₂, метиламмонийгидройодид — MAI). Сначала мы покрыли подложку раствором PbI₂, а затем раствором MAI. Благодаря этому мы смогли отрегулировать скорость роста кристаллов на плёнке, что дало возможность создать ровный и тонкий слой большой площади.

Технология производства солнечного модуля на основе перовскита. По сути, мы создаем «чернила» из составных элементов перовскита и «размазываем» их по подложке. Источник: Toshiba

Экономическая эффективность системы

Перед тем как установить солнечную станцию, необходимо просчитать ее экономическую эффективность. Стоимость солнечной батареи сегодня предельно высокая, а их вам может понадобиться от 5 до 15 в зависимости от необходимого показателя энергопотребления. С учетом значения КПД и общих затрат можно просчитать, когда окупится такое вложение средств и вы сможете бесплатно пользоваться электричеством.

Что влияет на срок окупаемости:

  • Стоимость солнечных батарей и их количество. Надежные панели из кремния с высоким показателем КПД обойдутся куда дороже, чем пленочные.
  • Тип солнечных батарей. Многослойные качественные модули смогут отработать в два, а то и в три раза дольше однослойных, более дешевых панелей.
  • Стоимость дополнительного оборудования. К общим расходам относится покупка инвертора, аккумулятора и контроллера. Без этих устройств солнечная система не сможет выдавать электричество для бытовых нужд.
  • Стоимость энергоресурсов в регионе. Если в вашем районе установлена низкая цена на электричество – 1 кВт, то срок окупаемости панелей будет намного дольше.
  • Срок службы батарей. При правильной эксплуатации надежные панели отслужат более 30 лет.
  • Месторасположение панелей и регион проживания. Если в вашем регионе благоприятные условия для работы солнечной станции, то соответственно, и эффективность их работы будет выше, а значит, быстрее окупят себя. Правильно выбранные крепления для солнечных панелей так же влиют на КПД и срок окупаемости.
Читайте также:
Чем и как правильно оттереть скотч от стекла в домашних условиях

Согласно статистике средний срок окупаемости солнечных батарей в Центральной и Южной Европе составляет около 5 лет.

С каждым годом ученые занимаются разработками новых технологий по созданию солнечных панелей, которые смогут выдавать больше энергии при захватывании солнечных лучей. А увеличенный показатель производительности сможет сократить срок окупаемости солнечной системы и тем самым повысить экономическую целесообразность ее установки.

Солнечная энергетика: развитие за рубежом

Компания Tesla предлагает ещё более прогрессивное решение. Её продукция представляет собой материал для покрытия кровли, способный преобразовывать лучи солнца в электроток. Продукт представляет собой черепицу с функционалом солнечных панелей. В каждое изделие встроены специальные модули. По внешнему виду и цвету черепица разная, так что можно выбрать ту, что будет сочетаться с другими элементами дома. Кровельный материал выпускается под названием Solar Roof, и производитель даёт на него бесконечную гарантию.

Солнечная энергетика повышает эффективность. Теперь для солнечной генерации применяют и двусторонние панели. Они поглощают прямые и отражённые лучи солнца, за счёт чего КПД повышается на 30%. На таких панелях работает станция, недавно построенная в Европе. Предполагается, что она будет производить 400 МВт*ч в год.

Ещё одна необычная установка построена в Китае. При мощности 40 МВт она не занимает места на суше, а для Китая это весомое преимущество. Плавучая станция располагается в водоёме. Она закрывает собой некоторую площадь воды, в результате снижается испаряемость. Высокая эффективность работы фотоэлементов достигается за счёт того, что они меньше нагреваются.

Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России

Аль-шариф, Али Галал. Перспективы использования солнечной энергии для отопления дома в России / Али Галал Аль-шариф. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 6 (65). — С. 127-131. — URL: https://moluch.ru/archive/65/10633/ (дата обращения: 14.02.2022).

В статье рассмотрено использование солнечной энергии для отопления дома в России и по сравнению с использованием в Европе

Ключевые слова: солнечная энергия, отопление, Солнечные ресурсы

Актуальность.

С чем связан постоянный рост цен на энергию? Конечно, с колебанием и увеличением цен на нефть и газ на мировом рынке из-за истощения их запасов. Но ведь существуют альтернативные возобновляемые источники энергии, за которые не надо никому платить, которые не загрязняют окружающую среду и не истощаются – это ветер, солнце, тепло земли, тепло воздуха, морские волны и даже энергетический потенциал нашей планеты. Из всех видов альтернативных источников чаще всего используются солнечные батареи и ветрогенераторы, значительно реже — термальные источники и грунтовые теплообменники. Например, установка солнечных батарей для отопления дома поможет сократить на 70 % энергопотребление, а значит, и расходы из семейного бюджета.

Читайте также:
Характеристики и особенности укладки и монтаж ПВХ ламината

Примерно треть источников энергии (уголь, нефть, газ) мы превращаем в тепло: большая часть этой энергии используется для отопления помещений и подогрева воды. Изменения климата и зависимость от ископаемых источников энергии, запасы которых заметно сократятся в ближайшие десятилетия, заставляют нас действовать быстро. Широкое применение солнечной энергии для отопления жилых домов уже сегодня показывает, как мы можем справиться с этой проблемой. Это означает не только использование новых стандартов при строительстве, но и то, что надо резко сократить потребление энергии в доме. Проведя продуманную перестройку дома и используя большую термическую гелиосистему, можно сократить расход тепла на четверть или даже на треть. Только при этом условии в будущем будет достаточно сырья (такого как древесина), чтобы покрыть оставшуюся потребность в энергии.

Солнечные батареи для отопления дома устанавливаются на крышу, увеличивая её защитную функцию и, несомненно, придают дому высокотехнологичный и современный вид. Их можно устанавливать как сразу при строительстве дома, так и на дом давнишней постройки, принципиального значения это не имеет.

Монтаж солнечных батарей для отопления дома производится так же, как и Солнечные батареи для отопления можно использовать и на многоквартирных домах. То есть, специалист по окнам вполне может справиться с монтажом коллектора на крыше. Дальнейшую установку оборудования лучше доверить специалисту по отоплению и водоснабжению.

Надо сказать, что в современных солнечных батареях для отопления дома используется закаленное стекло и уплотнительные фланцы уникальной конструкции, поэтому они абсолютно устойчивы к погодным катаклизмам и механическим повреждениям.

Солнечная батарея для отопления дома — существенная экономия денег. Выясняя, сколько стоит солнечная батарея и будет ли вам выгодна её установка, следует учитывать различные факторы: ежедневную потребность в горячей воде, площадь и угол наклона крыши, освещенность крыши солнцем и т. д.

Чтобы не затрудняться с вычислением индивидуальных параметров, можно воспользоваться средними показателями: на 1 человека нужен 1 м² светопоглощающей поверхности. Определить параметры и сколько стоит солнечная батарея для отопления вашего дома, можно исходя из того, что на 10 кв. м теплого пола нужно установить 1 м² поверхности коллектора. [4]

Инсоляцию также можно учитывать по средним показателям для вашей местности. При средней инсоляции в 1000 кВт/ч на 1 м² в год, может быть получена энергия, как от сжигания 100 литров газа или других видов топлива.

Например, немецкий солнечный коллектор Roto Sunroof, довольно популярен в Европе. Его площадь — 2,13 м². Двух коллекторов достаточно для обеспечения горячей водой семьи из 4 человек, это примерно 2000 кВт/ч электроэнергии в год. Установка из трех коллекторов производит, соответственно, 3000 кВт/ч энергии. [1] Подсчитывая, сколько стоит солнечная батарея, следует исходить из необходимого и достаточного количества энергии для обеспечения вашего дома.

Читайте также:
Установка каркасного гаража своими руками

Если в доме установлено традиционное отопление, которое работает во время низкой солнечной активности и солнечная батарея, то энергией солнца перекрывается 70 % потребляемой энергии. Когда будете подсчитывать, во сколько вам обойдется солнечная батарея и стоит ли её покупать, учтите экономию своих расходов на электроэнергию на 70 %.

Рис. 1. Солнечные ресурсы России

Рис. 2. Солнечная радиация (кВт ч/м 2 день)

Рост цен на энергоносители в России заставляет проявлять интерес к дешевым источникам энергии. Наиболее доступной является солнечная энергия. Энергия солнечной радиации, падающая на Землю в 10 000 раз превышает количество вырабатываемой человечеством энергии. Проблемы возникают в технологии сбора энергии и в связи с неравномерностью поступления энергии на гелиоустановки. Поэтому солнечные коллекторы и солнечные батареи применяются или совместно с аккумуляторами энергии или в качестве средства дополнительной подпитки для основной энергетической установки.

Страна у нас обширна и картина распределения солнечной энергии по ее территории весьма разнообразна (рис. 1 и 2.). [3]

Зоны максимальной интенсивности солнечного излучения (рис.2). На 1 квадратный метр поступает более 5 кВт/час. солнечной энергии в день.

По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

Поступление солнечной энергии от 4 до 4,5 кВт/час на 1 кв. метр в день

Краснодарский край, Северный Кавказ, Ростовская область, южная часть Поволжья, южные районы Новосибирской, Иркутской областей, Бурятия, Тыва, Хакассия, Приморский и Хабаровский край, Амурская область, остров Сахалин, обширные территории от Красноярского края до Магадана, Северная Земля, северо-восток Ямало-Ненецкого АО.

От 2,5 до 3 кВт/час на кв. метр в день

По западной дуге — Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, восточная часть Чукотки и Камчатка.

От 3 до 4 кВт/час на 1 кв. метр в день

Наибольшую интенсивность (рис.3) поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре-январе, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт/час в день.

Если установить солнечный коллектор под углом 30 градусов к поверхности, то можно обеспечить съем энергии в максимальном и минимальном режиме соответственно 4,5 и 1.5 кВт час на 1 кв. метр в день.

Рис.3. Распределение интенсивности солнечного излучения в средней полосе России по месяцам [5]

Исходя из приведенных данных можно рассчитать площадь плоских солнечных коллекторов, необходимую для обеспечения горячего водоснабжения семьи из 4-х человек в индивидуальном доме. Нагрев 300 литров воды от 5 градусов до 55 градусов в июне могут обеспечить коллекторы площадью 5,4 квадратного метра, в декабре 18 кв. метров. Если применить более эффективные вакуумные коллекторы, то требуемая площадь коллекторов снижается примерно вдвое.

Рис.4. Покрытие потребностей в ГВС на счет солнечной энергии [5]

На практике солнечные коллекторы желательно применять не в качестве основного источника ГВС, а в качестве устройства для подогрева воды, поступающей в отопительную установку. В этом случае расход топлива резко снижается. При этом обеспечивается бесперебойная подача горячей воды и экономия средств на ГВС и отопление дома, если это дом для постоянного проживания. На дачах, в летнее время, для получения горячей воды, применяются различные виды солнечных коллекторов. От коллекторов заводского изготовления до самодельных устройств, изготовленных из подручных материалов. Различаются они, прежде всего, по эффективности. Заводской эффективнее, но стоит дороже. Практически бесплатно можно сделать коллектор с теплообменником от старого холодильника.

Читайте также:
Угловой шкаф в детскую

В России установка солнечных коллекторов регламентируется РД 34.20.115–89 «Методические указания по расчету и проектированию систем солнечного обогрева», ВСН 52–86 «Установки горячего солнечного водоснабжения. Нормы проектирования». Имеются рекомендации по использованию нетрадиционных источников энергии в животноводстве, кормопроизводстве, крестьянских хозяйствах и сельском жилищном секторе, разработанные по заявке Минсельхоза в 2002 году. Действуют ГОСТ Р 51595 «Солнечные коллекторы. Технические требования», ГОСТ Р 51594 «Солнечная энергетика. Термины и определения». [2]

В этих документах довольно подробно описаны схемы применяемых солнечных коллекторов и наиболее эффективные способы их применения в различных климатических условиях.

Европейцы широко применяют солнечные батареи в своих домах, ведь они экономичны и экологичны. Действительно, опыт продвинутых жителей Европы, которые, как известно, умеют считать деньги, стоит перенять и для отечественных домов.

В Германии государство дотирует затраты на установку солнечных коллекторов, поэтому их применение устойчиво растет. В 2006 году было установлено 1 миллион 300 тысяч квадратных метров коллекторов. Из этого количества примерно 10 % более дорогие и эффективные вакуумные коллекторы. Общая площадь установленных на сегодняшний день солнечных коллекторов составила примерно 12 миллионов квадратных метров.

В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50 % от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку теплопотребление значительно превышает выработку энергии гелиосистемой в отопительный период.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты являются невозможность использовать излишки теплоты в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую систему крайне сложно реализовать на практике из-за необходимости установки огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Как правило, такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона с крышкой.

Таким образом необходимо заметить, что проведенное исследование позволяет заключить:

Научиться использовать солнечную энергию для получения тепловой энергии люди пытались с древних времен.

Первые солнечные нагреватели появились во Франции. Естествоиспытатель Ж. Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 м.

Вскоре после этого шведский ученый Н. Соссюр построил первый водонагреватель. Это был обычный деревянный ящик со стеклянной крышкой, однако вода в нем нагревалась солнцем до 88°С.

В 1774г. великий французский ученый А. Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды и гранит — за минуту.

Читайте также:
Установка и подключение джакузи своими руками — инструкция для новичков!

Солнечный коллектор — один из самых простых способов использования энергии солнца, который не требует больших вложений, высоких технологий и большого уровня знаний.

Системы теплоснабжения на базе солнечных коллекторов совершенствуются во всем мире, чтобы сделать их объектом массового спроса.

Современное общество является свидетелем очередного глобального перехода на новые энергоносители, который начался приблизительно в начале 90-х годов прошлого века.

Определяющей характеристикой текущего этапа является его экологическая направленность, стремление избавиться от зависимости от ископаемых ресурсов, добыча и использование которых истощает и загрязняет природу.

Считается, что разработка источников альтернативной энергии все еще дело завтрашнего дня, на самом деле по отдельным направлениям в технической практике уже произошла тихая революция.

Одним из успешных направлений стала гелиоэнергетика.

Одним из ключевых направлений гелиоэнергетики является производство и эксплуатация солнечных коллекторов.

С помощью солнечных коллекторов можно обогревать помещения даже при минусовых температурах.

Коллекторы активно применяются во многих странах, отечественные потребители также начинают присматриваться к аккумулирующим солнечную радиацию установкам.

1. Актуальные вопросы технических наук (II): международная заочная научная конференция (г. Пермь, февраль 2013 г.) / отв. ред.: Г. А. Кайнова. — Пермь: Меркурий, 2013. — 107 с.

2. Альтернативная энергетика и энергосбережение в регионах России: материалы научно-практического семинара, г. Астрахань, 14–16 апреля 2010 г. / Астраханский гос. ун-т, Акад. электротехнических наук Российской Федерации; сост. Л. Х. Зайнутдинова. — Астрахань: Астраханский ун-т, 2010. — 101 с.

3. Вестник Краснодарского регионального отделения Русского географического общества: сборник Вып. 7 / отв. ред.: И. Г. Чайка, Ю. В. Ефремов. — Краснодар, 2013–399 с.

4. Йе В. Исследование эффективности использования солнечной энергии для систем автономного энергоснабжения в Республике Союза Мьянма: диссертация. кандидата технических наук: 05.14.08 / Йе Вин; Место защиты: Нац. исслед. ун-т МЭИ. — Москва, 2013. — 155 с.

5. Курбатов, Н. Е. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: способы и устройства для преобразования энергии солнечного излучения [Текст] / Н. Е. Курбатов, Е. Н. Курбатов; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования «Забайкальский гос. ун-т» (ЗабГУ) Ч. 3. Использование возобновляемых источников энергии в условиях Забайкалья: естественные среды в качестве аккумуляторов солнечной энергии. — Чита, 2012. — 154 с.

Основные термины (генерируются автоматически): солнечная энергия, отопление дома, коллектор, солнечная батарея, дом, кВт, Россия, горячая вода, Европа, солнечная радиация.

Основные факторы эффективной работы

Эффективная и производительная работа солнечных систем зависит от различных факторов, так или иначе влияющих на конкретное устройство. Многое зависит от температуры наружного воздуха, погоды, а также чистоты поверхности, принимающей лучи.

Большое значение имеет угол, под которым солнечные лучи падают на поверхность фотоэлемента. В идеальных условиях он должен быть прямым, что позволяет добиться максимальной эффективности. С целью увеличения КПД солнечной батареи, некоторые модели оборудуются системами слежения, автоматически изменяющими угол наклона панелей в соответствии с положением солнца в данное время. Эта опция достаточно дорогая и применяется в редких случаях.

Следует избегать нагрева фотоэлементов в процессе работы, поскольку это снижает их эффективность. Потери можно уменьшить, если между панелями и поверхностями, на которых они установлены, оставлять свободное пространство. Воздушные потоки будут постоянно циркулировать и охлаждать работающие устройства.

Читайте также:
Технология и этапы заливки пола пескобетоном

Рекомендуется периодически мыть и протирать поверхности солнечных батарей. Чистота фотоэлементов способствует повышению коэффициента полезного действия, поскольку количество падающего ни них света поддерживается на должном уровне. В противном случае, из-за недостатка лучистой энергии, панели будут работать менее эффективно. Для установки фотоэлементов следует по возможности выбирать южную сторону, чтобы солнечные панели как можно меньше находились в тени.

Погодные условия нередко играют решающую роль. Чем больше солнечных дней в конкретном регионе, тем более высокой будет плотность излучения, попадающего на солнечные панели. В зимнее время года эффективность батарей снижается до 2-8 раз, поскольку добавляется фактор снега, попадающего на панели и закрывающего поверхности от солнца.

Солнечная энергетика: перспективы

Еще

Солнечная энергетика — одна из наиболее быстрорастущих индустрий на текущий момент. За последнее десятилетие средний годовой темп её роста составил 49% г/г (Mackenzie, 2020). В нашем отчёте мы провели анализ причин этого роста и представили наш прогноз по развитию рынка солнечной энергетики на ближайшие годы.

Кроме того, мы нашли основные компании-бенефициары, которые выиграют от роста рынка солнечной энергетики. Энергетические компании создадут дополнительный спрос на солнечные панели, что многократно увеличит продажи их производителей. Сгенерированная с помощью солнечных панелей энергия потребует роста числа батарей для её хранения, который также положительно скажется на производителях. А изготовители батарей будут закупать всё больше сырья для производства, стимулируя его добычу (в первую очередь лития) и, следовательно, продажи добывающих компаний.

Снижение цен на солнечные панели увеличивает популярность солнечной энергетики

Наиболее существенной причиной такого роста является снижение затрат на солнечные панели. За последние 10 лет их средняя стоимость упала с $40 000 в 2010 году до $20 000 в 2019. Из-за того, что солнечная панель — наиболее существенная статья затрат в установке для получения энергии от солнца, снижение её стоимости ведёт к общему сокращению затрат на солнечную энергию. Поэтому солнечная энергия становится более дешевой: за последние 10 лет затраты на электричество, получаемое электростанциями от солнечных панелей, снизились на 82% — с $378 до $68 за 1 МВт*ч. На текущий момент солнечные панели являются одним из наиболее дешевых источников энергии, уступая по этому показателю только ветрогенераторам.

Солнечная энергетика становится более удобной в использовании из-за падения цен на батареи для дома

В связке с солнечными панелями часто используются батареи, которые аккумулируют электроэнергию в периоды её избытка и отдают её в моменты нехватки солнца. Ещё десять лет назад батареи были достаточно дорогими и позволяли аккумулировать более чем в 2 раза меньше электроэнергии (при прочих равных), чем сейчас. Высокая цена на батареи ограничивала спрос на солнечную энергетику: энергетические компании предпочитали использовать более надежное и стабильное сжигание газа, а жители США отказывались вкладываться в нерентабельное оборудование.

Но в последние годы цена на батареи снизилась: она упала с $1183 (КВт*ч) в 2010 г. до $156 (КВт*ч) в 2020 г. Это произошло за счёт эффекта масштаба: за последнее десятилетие производство крупных батарей выросло до уровня масс-маркета, что сильно понизило их стоимость. При этом ожидается, что в будущем их цена продолжит снижаться и достигнет $100 (КВт*ч) в течение трёх лет. Из-за удешевления батарей солнечная энергетика стала более доступной и удобной для людей. Раньше большая часть населения и энергетических компаний использовала солнечные панели без батарей или же отказывалась от солнечной энергетики. Сейчас же продажи батарей для солнечных панелей ежегодно растут на 30% в год, а учитывая прогнозируемое нами снижение их цены, в ближайшие годы этот темп роста сохранится.

Читайте также:
Угол заточки кухонного ножа: как правильно и под каким углом точить в домашних условиях

Солнечная энергетика: перспективы

США активно поддерживает развитие солнечной энергетики

Граждане и юридические лица США могут получить налоговый вычет в размере 30% от стоимости солнечной батареи. Также государство позволяет физическим лицам зарабатывать на генерации солнечной электроэнергии: за каждый МВт*ч, сгенерированный солнечной батареей, они получают сертификат Solar Renewable Energy Certificate (SREC). Этот сертификат они могут продать энергетической компании, которая обязана либо сама получить определенное количество SREC, либо купить их у населения. Такие сертификаты, в зависимости от штата, могут стоить от $50 до $300 долларов.

Кроме того, одним из планов Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики. Будущий 46-й президент США заявил, что планирует потратить $2 трлн в течение 4 лет своего президентского срока на возобновляемую энергетику: на модернизацию энергетической инфраструктуры и её декарбонизацию, на рост числа электромобилей и на исследования в области возобновляемой энергетики. Долгосрочным результатом своей политики будущий президент видит прекращение выбросов углекислого газа на электростанциях уже к 2035 году. Мы считаем, что политика президента положительно скажется на солнечной энергетике и позволит увеличить продажи компаний, производящих солнечные панели.

Двузначные темпы роста рынка солнечных панелей сохранятся в ближайшие 3 года

  • Солнечная энергия сейчас — один из наиболее дешевых источников энергии. Учитывая её текущую долю в общем производстве электроэнергии США (1%), у неё есть большой потенциал для роста.
  • Одной из главных инициатив президента США Джо Байдена является поддержка возобновляемой энергетики, а также стремление к полному отказу от использования углеводородов на электростанциях к 2035.
  • Рост объёмов производства позволит ещё сильнее снизить стоимость солнечных панелей и батарей для них, что сделает их ещё более доступными.

Учитывая высокие прогнозируемые темпы роста индустрии, мы ожидаем аналогичный рост выручки лидеров этого рынка, а значит — рост стоимости их акций. Мы выделяем четыре группы бенефициаров:

Высокие стартовые расходы являются самым большим препятствием для развития передачи солнечной энергии из космоса. Однако растущий спрос на электроэнергию может превысить традиционные производственные возможности, что приведет к повышению цен до уровня, когда будет конкурентоспособна солнечная энергия из космоса. Если будут введены ограничения на производство электроэнергии путем сжигания угля (в целях сокращения загрязнения), солнечная энергия из космоса может стать конкурентоспособной еще раньше.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: