Солнечная энергия в настоящее время используются в частных домах двумя различными способами:
Преимущества использования солнечной тепловой энергии:
Требования, которые должны быть выполнены в вашем доме:
Солнечные коллекторы преобразовывают солнечную энергию в тепловую. Коммерчески доступные плоские коллекторы конвертируют до 95 процентов света в энергию. В вакуумных трубчатых коллекторах имеется отражатель, который фокусирует свет на поглощающий элемент. Эти трубчатые коллекторы достигают более высокой эффективности и даже генерируют тепло в условиях рассеянного освещения, например, в облачный день.
После того, как солнечная энергия преобразовывается в коллекторах, тепло передается через теплоноситель баку с горячей водой в здании. Теплообменник передает энергию теплоносителя воде в ёмкости. Отсюда она может использоваться по необходимости, даже когда солнце не светит. С помощью солнечных тепловых систем можно сэкономить до 65 процентов затрат на нагрев воды в домашнем хозяйстве. Установки комбинированного типа, могут также использоваться для отопления, снижая годовые потребности в энергии для обогрева на 20 - 30 процентов.
Узнайте больше о солнечных коллекторах от Vaillant
Солнечная энергияМы можем использовать энергию солнца для разных целей. Одна из них — это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую. Этот процесс называется фотоэлектрический эффект. Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках. Сегодня солнечное электричество широко используется во многих областях. В удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества.
Другая область применения - это электроснабжение домов, офисов и других зданий в местах, где есть централизованная сеть электроснабжения. В последние годы именно это применение обеспечивает около 90% рынка солнечных модулей. В подавляющем большинстве случаев солнечные батареи работают параллельно с сетью, и генерируют экологически чистое электричество для сетей централизованного электроснабжения. Во многих странах существуют специальные механизмы поддержки солнечной энергетики, такие как специальные повышенные тарифы для поставки электроэнергии от солнечных батарей в сеть, налоговые льготы, льготы при получении кредитов на покупку оборудования и т.п. На этапе становления фотоэнергетики такие механизмы действовали в Европе, США. Японии, Китае, Индии и других странах.
Солнечные модули или панели состоят из нескольких компонентов, основным из которых является фотоэлектрический или солнечный элемент. Фотоэлектрические преобразователи (в литературе часто встречается и другое определение – солнечные элементы от английского solar cells) – полупроводниковые устройства, преобразующие энергию солнечного излучения (солнечную радиацию) в электрический ток. Существует множество способов преобразования солнечной энергии в электрическую, при этом технологически они могут очень сильно отличаться – как физическими принципами, так и технической реализацией. Наиболее эффективными – как с точки зрения организации производства, так и экономической энергетической целесообразности, являются устройства, использующие для преобразования солнечной энергии фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи (ФЭП), чьим главным преимуществом является одноступенчатый прямой переход энергии. Анализируя современный рынок коммерческих систем наземной установки, следует отметить, что подавляющая доля (порядка 80-85% от всего объема мирового рынка) приходится на кристаллические кремниевые элементы. Гораздо меньший процент составляют тонкопленочные солнечные элементы (например, CdTe) – порядка 10%. Именно поэтому, ниже мы рассмотрим производство кристаллических кремниевых фотопреобразователей, как наиболее востребованный рынком альтернативной энергетики компонент солнечных батарей.
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 4 (80) апрель 2007 года
Человечество пользуется благами научно-технического прогресса, но обратной его стороной стали экологические проблемы, чрезмерная нагрузка на окружающую среду, что не может не угрожать качеству жизни людей. Все более актуальным становится применение передовых технологий, эффективных и безопасных одновременно. Происходит это и в сфере энергетики. Так, в европейских странах растет использование энергии Солнца.Экологически чистая электростанция, использующая энергию Солнца, построена на юге Испании немецкой фирмой. Аналогичная угольная станция в год выбрасывала бы в атмосферу 30 тыс. тонн двуокиси углерода.
Крупнейшая в мире солнечная фотогальваническая электростанция, построенная немецкой фирмой City Solar, открылась на юге Испании в провинции Аликанте. По достижении проектной мощности летом текущего года она будет производить 30 млн кВт‑часов электроэнергии в год, что достаточно для снабжения 12 тыс. домашних хозяйств. Обычная угольная электростанция с такой мощностью ежегодно выбрасывала бы в атмосферу 30 тыс. тонн углекислого газа.
Установка из 100 тыс. фотогальванических панелей сине-зеленого цвета занимает площадь в 500 тыс. квадратных метров, что соответствует площади 71 футбольного поля. В высоту она не превышает трех метров, скрываясь среди плантаций оливковых и миндалевых деревьев.
Долина Бенейксама является идеальным местом для этого энергообъекта не только потому, что здесь более 300 солнечных дней в году. По словам сотрудника City Solar Даниэля Циннекера, летом панели сильно нагреваются, из‑за чего снижается их эффективность. Поэтому еще одно преимущество долины состоит в наличии естественной вентиляции: здесь часто дует ветер, немного охлаждающий панели.
Испания только начинает развивать альтернативную энергетику, используя свой главный природный ресурс – солнечную энергию. Поэтому электричество из новой электростанции на первых порах будет субсидировать государство. Однако уже в обозримом будущем ситуация может измениться. Министр экологии Испании объявила о намерении строить другие солнечные электростанции.
Кроме того, снабжение новых жилых домов горячей водой на 30‑70 процентов должно обеспечиваться за счет солнечной энергии. Это решение правительства должно разбудить интерес инвесторов к альтернативной энергетике.
В соседней Португалии также введена в строй электростанция, работающая на энергии Солнца, которую местные специалисты называют крупнейшей в мире.
Ряды вырабатывающих электроэнергию солнечных панелей занимают площадь около 60 га в самой солнечной европейской долине на юге страны. Эксперты утверждают, что станция может производить достаточно энергии для снабжения 8 тыс. жилищ.
Ввод в эксплуатацию установки должно помочь Португалии снизить зависимость от импорта топлива и сократить выбросы в атмосферу парниковых газов, которые способствуют глобальному потеплению. Станция также призвана обеспечить развитие района Алентехо в 200 км к юго-востоку от Лиссабона и создать рабочие места для его жителей, традиционно занимавшихся в основном производством пробки и оливок.
11-мегаваттная станция состоит из 52 тысяч фотогальванических модулей, которые будут суммарно производить до 20 гигаватт/часов электроэнергии в год. Для сравнения, сжигание ископаемого топлива для производства такого же объема энергии привело бы к выбросу 30 тыс. тонн парниковых газов на протяжении года. «Проекту обеспечен успех, потому что солнечного света в Португалии много, технология испытана, а правительство его поддерживает», – говорит Кевин Уолш из компании Renewable Energy GE, построившей объект.
Станцию спроектировала фирма PowerLight, которая отвечает также за ее эксплуатацию и профилактику.
Португалия планирует в ближайшие пять лет инвестировать 10 млрд долларов в проекты по использованию альтернативных источников энергии, в том числе установок, работающих на свете Солнца, силе ветра и морских волн.
Премьер-министр Португалии Жозе Сократеш рассчитывает, что к 2010 г. 45% потребляемой в стране энергии будет поступать из возобновляемых источников.
В последнее время интерес к гелиоэнергетике резко возрос
В последнее время интерес к гелиоэнергетике резко возрос.
Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании солнечного излучения, чрезвычайно велики: использование всего лишь 0,0125 % этого количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности на перспективу.
Однако существуют и препятствия - низкая интенсивность солнечного излучения.
Даже в южных широтах при ясном небе плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м2 и, чтобы гелиоустановки были рентабельны, нужно разместить их на территории 130 000 км2! Отсюда возникает необходимость использовать коллекторы огромных размеров.
Простейший коллектор представляет собой зачерненный металлический лист, внутри которого располагаются трубы с циркулирующей жидкостью. Нагретая за счёт солнечной энергии, поглощённой коллектором, жидкость поступает для непосредственного использования.
Согласно расчетам, изготовление коллекторов солнечного излучения площадью 1 км2, требует примерно 104 тонн алюминия. Доказанные же на сегодня мировые запасы этого металла оцениваются в 1.17*109 тонн.
Ясно, что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Предположим, что в будущем для изготовления коллекторов станет возможным применять не только алюминий, но и другие материалы. Изменится ли ситуация в этом случае? Будем исходить из того, что на отдельной фазе развития энергетики (после 2100 года) все мировые потребности в энергии будут удовлетворяться за счет солнечной энергии. В рамках этой модели можно оценить, что в этом случае потребуется "собирать" солнечную энергию на площади от 1*106 до 3*106 км2. В то же время общая площадь пахотных земель в мире составляет сегодня 13*106 км2.
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии влечет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, а следовательно, и в трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, получения материалов, изготовление гелиостатов, коллекторов, другой аппаратуры, их перевозки. Подсчеты показывают, что для производства 1 МВт в год электрической энергии с помощью солнечной энергетики потребуется затратить от 10 000 до 40 000 человеко-часов.
В традиционной энергетике на органическом топливе этот показатель составляет 200-500 человеко-часов. Пока еще электрическая энергия, рожденная солнечными лучами, обходится намного дороже, чем получаемая традиционными способами. Ученые надеются, что экспериментальные наработки помогут решить не только технические, но и экономические проблемы.
Первые попытки использования солнечной энергии на коммерческой основе относятся к 80-м годам прошлого столетия.
Крупнейших успехов в этой области добилась фирма Loose Industries (США).
Ею в декабре 1989 года введена в эксплуатацию солнечно-газовая станция мощностью 80 МВт. В Калифорнии же в 1994 году было введено еще 480 МВт электрической мощности, причем стоимость 1 кВт/ч энергии - 7-8 центов.
Это ниже, чем на традиционных станциях. В ночные часы и зимой энергию дает газ, а летом и в дневные часы - солнце.
Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. Наиболее вероятной "кандидатурой" является водород.
Его получение с использованием солнечной энергии, например, путем электролиза воды может быть достаточно дешевым, а сам газ, обладающий высокой теплотворной способностью, легко транспортировать и длительно хранить.
Отсюда вывод: наиболее экономичная возможность использования солнечной энергии, которая просматривается сегодня - направлять ее для получения вторичных видов энергии в солнечных районах земного шара.
Полученное жидкое или газообразное топливо можно будет перекачивать по трубопроводам или перевозить танкерами в другие районы. Быстрое развитие гелиоэнергетики стало возможным благодаря снижению стоимости фотоэлектрических преобразователей в расчете на 1 Вт установленной мощности с 1000 долларов в 1970 году до 3-5 долларов в 1997 году и повышению их КПД с 5 до 18%. Уменьшение стоимости солнечного ватта до 50 центов позволит гелиоустановкам конкурировать с другими автономными источниками энергии, например, с дизельными электростанциями.
Источник: EnergyNow
Многие процессы жизнедеятельности на земном шаре обеспечиваются ресурсами солнечной энергии. Свет и тепло звезды позволяют осуществляться круговороту воды в природе, расти зелени, а также способствуют выработке топлива за счет накопления углерода. Солнце с древних времен и по сей день играет важную роль в существовании любого живого организма.
О пользе тепла и света предки помнили всегда: в жарких странах праотцы сушили шкуры, готовили пищу на раскаленных камнях, в холодные же времена Солнце согревало и позволяло выжить. После неизбежных процессов эволюционирования в VII веке до нашей эры появились часы, определяющие время по Солнцу. Впервые такой механизм был разработан в Вавилоне, затем опыт переняли предки Рима и Греции. III век до новой эры открыл возможность зажигания огня. Доподлинно известно, что Архимеду при помощи данного метода удалось спалить дотла флот врага, осаждавший город.
В промышленность использование солнечной энергии ввел в Италии Леонардо да Винчи, спроектировав параболическое зеркало, отражающее свет под углами, необходимыми для обогрева котельных фабрик. После во Франции Жорж Луи Леклерк де Бюффон усовершенствовал технологию да Винчи. Теперь появилась возможность использования отраженных лучей в качестве воспламенителя. Бюффону удалось воспламенить таким образом сухое дерево на расстоянии 68 километров от зеркала. В 18 веке было совершено открытие, позволяющее использовать линзы для концентрации тепла. Затем в 19 веке Александр Эдмон Беккерель выявил фотоэффект, Чарльз Фриттс создал первую батарею, а в начале 20 века Альберт Эйнштейн был награжден Нобелевской премией за доработку идеи Беккереля. Недостатком являлся только очень низкий КПД — всего 1%. Середина столетия стала началом эры использования спутников с солнечными блоками, излучавшими энергию для потребления космическими кораблями. Теперь КПД составлял около 20%. В основном, такие мощные устройства в промышленных масштабах разрабатывались в США, Израиле, Саудовской Аравии и некоторых других странах.
Сегодня направление солнечной энергетики развивается достаточно быстро. Во многих государствах происходит активная поддержка данной отрасли, создаются специальные программы. Например, владельцы домов в Европе имеют возможность отдать энергию, накопленную солнечными блоками за день, в муниципальную сеть, взамен получив льготы на оплату коммунальных услуг. Компании Германии активно выкупают избыток энергии с целью поддержки инновационных технологий, позволяющих более рационально использовать ресурсы. В ФРГ существует специальная программа государственного масштаба, компенсирующая высокий процент от затрат при переходе на солнечные батареи. Позднее такой опыт переняли США, Япония и Монголия. В Испании согласно законодательству строительство ведется только с применением технологий внедрения батарей на крышах. Европейская Ассоциация Фотовольтаики прогнозирует удовлетворение в среднем 12% мировых потребностей в электроэнергии к 2030 году, используя солнечные батареи в качестве более дорогих аналогов ИБП для котлов.
Сегодня страна пока не имеет государственных программ, значительно способствующих развитию данной промышленной ресурсодобывающей отрасли, что можно объяснить большим количеством запаса углерода и дорогой стоимостью солнечной энергии. Несмотря на это, перспектива передового развития данной отрасли есть, к примеру, в некоторой части юга России. Несмотря на привычное тепло и возможность использования солнечной энергии в Краснодарском крае или Астраханской области, ученые Российской Академии Наук установили, что наиболее подходящими регионами для подобных экспериментов являются Приморье и Сибирь. Там ежегодное количество солнечного излучения превышает значение южных территорий. Первая электростанция в России появилась в 2010 году в Белгородской области в качестве экспериментального проекта, но пока сведения о прогрессе государства не упомянуты ни в одном из аналитических докладов Организации Объединенных Наций, обозревающих состояние мировой фотовольтаики.
В науке используется термин солнечной постоянной, равной 1367 ватт и приходящейся на 1 квадратный метр земного шара. Доля света рассеивается в атмосфере, а часть минимизируется в зависимости от угла падения луча и времени суток. Таким образом, максимальное значение солнечной энергии на экваторе будет составлять около 300-350 ватт. Ученые сошлись во мнении, что преобразование происходит путем превращения атомов водорода в ядро гелия, сопровождая данный процесс выделением существенного количества тепловой энергии. Сегодня пока не существует устройства, которое бы работало исключительно на солнечном свете, поэтому для преобразования были созданы батареи и коллекторы. Первые устройства преобразуют ресурс, излучаемый звездой, а вторые вырабатывают тепло.
Среди современных способов получения энергии выделяют следующие:
Вариантов использования солнечного света достаточно много. Самым серьезным считается энергоснабжение домов. С начала текущего века наука шагнула вперед достаточно далеко, и сегодня есть возможность установки солнечных батарей не только в качестве основных источников получения электроэнергии, но и в виде дополнительных, включающихся в работу по необходимости.
При использовании панелей все чаще происходит обогрев помещений или воды. Простейший коллектор наверняка имеется на участке у каждого дачника — летний душ с железным баком на крыше. В данном случае при использовании солнечной энергии принцип обогревания аналогичен. Теплоноситель попадает в бойлер, где происходит увеличение температуры жидкости без расхода электричества. Подобное оборудование позволяет достигать тех же результатов, что и ИБП для газовых котлов, но стоит значительно дороже. В холодное время года такой коллектор способен обеспечить теплый воздух и горячую воду для семьи из 3-5 человек. Стоит отметить, что при установлении панелей для обогрева дома проводятся работы, способствующие улучшению теплоизоляции.
Солнечная энергия становится все популярней в качестве заряда портативных батарей или аккумуляторов. Подобный альтернативный источник устройств обеспечивает работу многих гаджетов — ноутбуков, смартфонов, планшетных компьютеров. Некоторые производители усовершенствуют устройства, добавляя противоударные и водонепроницаемые функции. Принцип работы таких аппаратов прост: солнечный свет попадает на панель и преобразуется в электрический заряд, обеспечивая питание. Среди особенностей использования выделяют необходимость определения оптимального угла падения солнечных лучей.
"Мы вступили в новую эру развития. Солнечная энергетика процветает в Европейском Союзе", - с гордостью заявила Валбурга Хеметсбергер (Walburga Hemetsberger), глава отраслевого объединения предприятий солнечной энергетики SolarPower Europe. Точнее можно было бы сказать - вновь процветает. До 2012 года в ЕС уже наблюдался бум использования энергии солнца.
Одним из лидеров в развитии этой технологии тогда была Германия. Однако затем политики не смогли создать благоприятных рамочных условий для отрасли, и процесс затормозился: многие компании, выпускавшие солнечные батареи, разорились, десятки тысяч человек потеряли рабочие места, и Европа уступила Китаю ведущую роль в этой сфере.
Солнечные батареи сильно подешевели
И вот теперь бум повторяется? По данным SolarPower Europe, в 2019 году в Европе было введено в эксплуатацию больше новых солнечных батарей, чем любых других технологий производства электроэнергии. В настоящее время примерно 5% потребностей ЕС в электроэнергии обеспечиваются за счет установок, использующих энергию солнца. В 2018 году общая мощность действующих в Евросоюзе систем фотовольтаики составляла 115 ГВт. В 2019-м было введено в строй еще почти 17 ГВт, что в два раза больше, чем годом ранее, свидетельствуют данные отраслевого объединения.
Главной причиной нового подъема на рынке стало резкое падение цен на солнечные батареи. Цена на них сегодня составляет меньше четверти от той, что была в 2010 году. В итоге снизились и затраты на производство электричества с использованием энергии солнца.
Солнечные батареи на крышах домов в городе Фрайбург, Германия
Солнечные панели зачастую являются самым дешевым способом генерации электричества. Так, например, в Германии стоимость электричества, которое вырабатывают солнечные батареи, установленные на крышах зданий, составляет менее одной трети от стоимости электроэнергии на немецком рынке. Также и электричество, вырабатываемое в Европе из энергии солнца, значительно дешевле того, что производят новые угольные, газовые и атомные электростанции - его стоимость обычно в два раза ниже.
Кроме того, в отличие от методов генерации электроэнергии из ископаемых видов топлива солнечная энергетика наносит гораздо меньший долговременный ущерб окружающей среде, климату и здоровью населения, показывает исследование немецкого Федерального ведомства по охране окружающей среды (UBA).
Системы фотовольтаики станут главным источником электроэнергии
Эксперты сходятся во мнении, что солнце и ветер в будущем станут основными энергоносителями. При этом прогнозируемое снижение цен на фотоэлектрические преобразователи энергии благодаря внедрению инноваций и массовому производству будет только способствовать их более широкому использованию.
Кристиан Брейер (Christian Breyer), профессор Лаппенрантаского технологического университета (LUT) в Финляндии, ожидает в ближайшие 20 лет падения стоимости фотоэлектрических преобразователей еще в два раза. "К 2040 году электроэнергия, вырабатываемая крупными фотоэлектрическими станциями в богатых солнцем регионах планеты, будет стоить уже меньше цента за киловатт-час", - пояснил Брейер DW.
Установка солнечных батарей на крыше дома в Кельне
Ученые из LUT вместе с экспертами независимой организации Energy Watch Group (EWG) смоделировали, как мог бы выглядеть оптимальный вариант климатически нейтрального энергоснабжения в мире и в Европе. Согласно исследованию, к 2050 году солнечная энергия могла бы покрывать 62% всех энергетических потребностей Европы, ветровая - 32%, гидроэнергия - 4% и биоэнергия - 2%.
Для этого потребуется дальнейшее развитие отрасли. По словам одного из соавторов исследования, президента Energy Watch Group Ханса-Йозефа Фелля (Hans-Josef Fell), общая мощность фотоэлектрических установок в ЕС должна вырасти примерно до 5700 ГВт с нынешних 132 ГВт. "При таком сценарии переход на стопроцентное использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) возможен, и обойдется он не дороже сегодняшней энергетической системы", - рассказал Фелль DW.
Достаточно ли мощностей солнечных электростанций?
В ближайшие четыре года в Европе будут построены новые фотоэлектрические установки, общая мощность которых составит около 100 ГВт, а при оптимистическом сценарии - 145 ГВт, посчитали в организации SolarPower Europa, занимающейся развитием солнечной энергетики в Европе.
"Прирост мощностей установок фотовольтаики радует. Однако это лишь первый шаг в правильном направлении", - полагает профессор Клаудия Кемферт (Claudia Kemfert), возглавляющая отдел энергетики, транспорта и экологии Немецкого института экономических исследований (DIW). По ее выражению, Европе предстоит сделать "гораздо больше", чтобы достичь целей Парижского соглашения по климату, заключенного в 2015 году.
Ханс-Йозеф Фелль из Energy Watch Group призывает к переосмыслению сложившейся ситуации на всех уровнях: "Мировое сообщество должно действовать намного радикальнее". Чтобы ограничить глобальное потепление 1,5 градусами по Цельсию, ЕС необходимо ежегодно вводить в строй 500 ГВт новых мощностей фотоэлектрических установок. "Мировое сообщество должно где-то к 2030 году выйти на экономику с нулевыми углеродными выбросами", - полагает Фелль.
Возможности развития солнечной энергетики
Андреас Бетт (Andreas Bett), глава Института солнечно-энергетических систем Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer ISE), указывает также на необходимость скорейшего принятия соответствующих мер европейскими политиками.
Он положительно оценивает новую стратегию Green Deal по улучшению экологической ситуации в Европе, которая была принята Еврокомиссией в декабре 2019 года. Но добавляет, что с точки зрения скорости ее недостаточно для предотвращения повышения температуры на Земле более чем на два градуса Цельсия - в соответствии с Парижским соглашением по климату. "Это значит, что нам нужно существенно ускорить процесс перестройки энергетики", - отмечает Бетт.
В ЕС солнечная энергетика может получить дополнительный импульс к развитию, если Европа сама будет производить больше фотоэлектрических систем. Согласно исследованию ISE, изготовление солнечных батарей в Европе экономически выгодно, поскольку позволит сократить расходы на транспортировку из стран Азии. Что же касается места для установки солнечных панелей, то его, по словам Бетта, в Европе вполне достаточно. Так, пока лишь примерно на крышах десяти процентов домов в ЕС установлены фотоэлектрические панели.
Смотрите также:
Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике "Кадр за кадром" - причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях - о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.
Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.
Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.
Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии - 41 % и 8 % соответственно.
Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом "коктейле" достигла 20 %.
Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.
Хаймбах (Северный Рейн - Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.
Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС - 13,3 %, бурый уголь - 24,1 %, каменный уголь - 14,0 %, природный газ - 7,4 %, ГЭС - 3,2 %, ветер - 20,2%, солнце - 8,5 %, биомасса - 8,3 %.
Гарцвайлер (Северный Рейн - Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.
Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.
Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.
Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.
Рюген (Мекленбург - Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли - тем более, что подходящие места становится находить все труднее.
Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.
Дассов (Мекленбург - Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.
Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.
Зауэрланд (Северный Рейн - Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум - до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.
Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) - не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы - в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.
Бедбург-Хау (Северный Рейн - Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне - Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии - 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле "Высота установки х 10", то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.
Ренцов (Мекленбург - Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.
Автор: Максим Нелюбин
Солнце – специфический гидродинамический объект диаметром 1 390 000 км, образовавшийся из облака газа, в основном водорода. Температура его недр настолько высока, что обеспечивает синтез водорода в гелий. Этот синтез, происходящий в недрах Солнца, высвобождает энергию в виде высокочастотного электромагнитного излучения, которое, переизлучаясь, постепенно доходит до его поверхности. Излучение, достигающее в конечном итоге Земли, исходит из тонкого поверхностного слоя Солнца, называемого фотосферой (рис. 5.10).
Электромагнитное излучение фотосферы Солнца распространяется в космическом пространстве со скоростью света (300 000 км/с) в виде расходящихся лучей (рис. 5.11).
Мощность излучения Солнца (3,8·10 2 0 МВт) очень велика. Энергия, излучаемая Солнцем каждый день, является источником жизни на Земле. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоёмы, даёт энергию ветрам и водопадам, морским течениям и волнам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений. Часть солнечной энергии запасена в недрах Земли в виде каменного угля, нефти, природного газа и других полезных ископаемых. Всё это подчёркивает роль Солнца как первичного источника энергии.
Рис. 5.10. Схема строения Солнца: 1 – ядро; 2 – конвективная зона; 3 – фотосфера
Рис. 5.11. Прохождение солнечных лучей через атмосферу
Среднее количество солнечной энергии, попадающей в атмосферу Земли, огромно – около 1,353 кВт/м 2, или 178 000 ТВт. Гораздо меньшее её количество достигает поверхности Земли, а доля, которую можно использовать, ещё меньше. Тем не менее, солнечная энергия и возобновляемое сырьё представляют собой такой ресурсный потенциал, который намного превышает потенциал ископаемых ресурсов. Объём энергии, ежегодно даваемый Земле Солнцем, в 15 000 раз больше годового потребления атомной энергии и энергии из ископаемых источников. Одной Италии оно даёт в 6 раз больше энергии, чем используется в течение года во всём мире. Ежегодная производительность фотосинтеза флоры в 10 000 раз превышает годовую производительность химической промышленности
всего мира. Это значит, что в перспективе есть возможность заменить весь потенциал ископаемых ресурсов ресурсами солнечной энергии.
Иногда мы не вполне осознаём, что имеем дело с самым, может быть, феноменальным явлением природы: на нашу планету непрерывно низвергается нескончаемый поток энергии.
Эта энергия доступна всем и каждому. Её практически неограниченное количество. Она экологична, ничего не загрязняет, ничего не нарушает, ни во что не врывается губительным диссонансом (за немногими исключениями). Она даёт жизнь всему сущему на Земле. Больше того, эта энергия даровая. Она разлита повсюду: бери, сколько хочешь, никаких вроде бы препятствий. Поток её постоянен, независимо от того, используем мы его или нет.
В общем можно сказать, что это идеальная энергия. Тогда почему же вклад солнечного излучения в топливно-энергетический ба
Если бы за последние тридцать лет на разработку получения солнечной энергии было затрачено столько же сил и средств, сколько на получение атомной энергии, то к 2000 году «солнечный ток» мог бы заменить атомный. К такому выводу пришли немецкие учёные.
Энергетическая отдача Солнца равнозначна сжиганию или превращению в энергию массы в количестве 4,2·10 6 т в секунду.
Земля, находящаяся на расстоянии 150 млн.км от Солнца, получает приблизительно 2 миллиардные доли его общего излучения.
Общее количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли за год, в 50 раз превышает всю энергию, которую можно получить из доказанных запасов ископаемого топлива, и в 35 000 раз превышает нынешнее ежегодное потребление энергии в мире.
За неделю на территорию России поступает солнечная энергия, превышающая энергию всех российских ресурсов нефти, газа, угля и урана.
ланс всех стран Земли ничтожен? Очевидно, чтобы всерьёз пустить его в дело и сделать этот вклад весомым, необходимо выполнить несколько главных условий.
При всех достоинствах солнечной энергии её использование сегодня является самым затратным (рис. 5.12). Следовательно, надо совершенствовать существующие технологии преобразования солнечной энергии с целью увеличения их эффективности и снижения стоимости.
Очень рассеянным, неплотным потоком приходит на Землю излучение нашего светила. Надо его как-то сгущать, искать эффективные способы его концентрации.
Для создания солнечных орбитальных электростанций придётся научиться собирать в космосе гигантские и одновременно лёгкие конструкции. С панели площадью в 100 км 2 можно снимать мощность около 10 миллионов киловатт. Надо обеспечить передачу этой энергии на Землю, иметь многоразовые транспортные средства для доставки грузов на орбиту.
Для получения фотоэлектрохимических солнечных элементов, эффективно абсорбирующих свет и имеющих приемлемые КПД, необходимо от научных разработок перейти к промышленному освоению и коммерческому применению наноструктурных технологий.
Важное условие использования солнечной энергии – объединение в одном устройстве фотогальванических элементов с процессом электролиза с целью получения кислорода и водорода.
Солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное её использование потребует разработки новых материалов, увеличения добычи сырья и роста трудовых ресурсов для его обогащения.
Характеризуя потенциал солнечной энергии, нельзя не сказать о сенсационном сообщении журнала «Examiner»: люди могут питаться энергией Солнца. Так утверждает 663летний инженер3механик из Калькутты Ратан Манег. Начиная с 1995 г. он не пот3 ребляет твёрдой пищи. Чувство голода по3 давляет, впитывая глазами солнечную энергию. Манег убеждён, что люди способны изменить потребности своего организма очень простым способом – нужно смотреть на Солнце в первую часть рассвета или же на его закате, стоя на земле босыми ногами. Через несколько дней тренировок можно по3 чувствовать, как энергия солнечных лучей проникает в тело через глаза. Головной мозг начинает использовать свои незадейство3 ванные ресурсы, питая организм. По призна3 нию Манега, солнечная энергия избавляет человека не только от физических, но и от различных психических недугов. Этот фено3 мен уже три года изучает команда индий3 ских врачей, а недавно к ним присоединились американские ученые. Результаты его обсле3 дования специалистами из Университета Томаса Джефферсона в Филадельфии пока3 зали, что индус действительно абсолютно здоров.
Рис. 5.12. Стоимость электроэнергии, получаемой в США за счет возобновляемых источников энергии
Симптомы грядущей катастрофы видны в ухудшении экологической обстановки, безудержном росте населения, усилении политической напряжённости и в других направлениях. Становится очевидным, что подобное неуправляемое развитие цивилизации продолжаться не может.
Одна из главнейших задач нового столетия – уменьшить техногенное влияние на климат Земли. При этом альтернатива – солнечная энергетика. Солнечные (как наземные, так и космические) электростанции, солнечные и термальные батареи, солнечные пруды, гелиохимия, солнечно-водородная энергетика, солнечные термовоздушные электростанции, системы биоконверсии – это всего лишь наиболее яркие вехи, штрихи, отдельные черточки того сценария, который пишется на наших глазах и который можно назвать завтрашним днём энергетики.
К этому дню путь долог, непрост и тернист. Но у человечества нет другого выбора. Солнечная энергия с точки зрения экологии действительно идеальна, поскольку не нарушает равновесия в природе. Поэтому усилия мирового сообщества, задачи международного сотрудничества должны быть сконцентрированы и направлены на скорейшее преодоление этого пути к эре энергетического изобилия.
Системы солнечных электростанций, за счет своего к.п.д., будут иметь в будущем очень широкое коммерческое использование
Солнечная энергия - надежный, экологически чистый возобновляемый источник энергии. Следовательно, это один из наиболее охотно используемых ресурсов. Подсчитано, что солнце дает больше энергии в час, чем потребляется за год. Наши предки уже заметили потенциал солнечной энергии. Как это можно использовать сейчас?
Люди давно используют солнечную энергию.Еще в седьмом веке до н. Э. они использовали увеличительные стекла, чтобы сфокусировать солнечный свет и зажечь огонь. Более ста лет назад, в 1861 году, французский ученый Огюст Мушу создал батарею, полностью работающую от солнечной энергии. 22 года спустя была создана первая система, использующая солнечный свет для обогрева дома. Благодаря обнаружению потенциала солнечной энергии в конце 19 века, в 1896 году, был создан первый прототип солнечного коллектора для нагрева воды.
В начале 20 векафизик Филипп фон Ленард обнаружил взаимосвязь между интенсивностью света, падающего на поверхность, и энергией испускаемых электронов. Следующим шагом в развитии фотовольтаики стало открытие Вильгельма Халльвакса, который обнаружил, что соединение меди и оксида меди является светочувствительным. Однако ключевую роль сыграл Альберт Эйнштейн, объяснивший фотовольтаический эффект квантовой гипотезой Планка (за что впоследствии получил Нобелевскую премию). Не обошлось и без участия польского ученого Яна Чохральского и его метода получения монокристаллов.Первый кремниевый монокристаллический солнечный элемент был построен в 1941 году.
Солнечная энергия может использоваться двумя способами - косвенным с использованием соответствующих устройств и прямым. Косвенно, благодаря солнечным элементам, энергия используется для производства электроэнергии или, благодаря солнечным коллекторам, для получения тепловой энергии. Дома с хорошей терморегуляцией получают выгоду от солнечных лучей. Застекленные поверхности, ориентированные в правильном направлении и под прямым углом, позволяют обогревать дом солнечным светом.
Потенциал солнечной энергии многократно превышает энергетические потребности Земли. Чистый источник энергии означает дешевую электроэнергию, тепло и большую пользу для окружающей среды.
Солнце производит энергию за счет процессов синтеза, которые превращают водород в гелий. Эти процессы происходят при очень высокой температуре, которую производит солнечное ядро. Энергия в форме солнечного излучения достигает Земли, где:
Активные системы преобразуют солнечную энергию в полезную энергию с помощью специально подготовленных устройств. Это солнечные коллекторы и фотоэлементы. В солнечных коллекторах происходит фототермическое преобразование, то есть преобразование солнечного излучения в тепловую энергию. Фотоэлектрические элементы, с другой стороны, работают по другому принципу, и солнечное излучение преобразуется в электричество. Этот процесс называется фотоэлектрическим преобразованием.
Ячейки изготовлены из кремниевых пластин. Кремний - это материал, который широко используется в электронике и распространен на Земле. Создает монокристаллические, поликристаллические и аморфные структуры.Элементы из монокристаллического кремния лучше, чем элементы из поликристаллического кремния, но производственная цена имеет тенденцию в пользу поликристаллического кремния, который намного дешевле.
Для удешевления производства ячеек и экономии ценного материала используется тонкопленочная технология. Он заключается в размещении тонкого слоя полупроводника на подложке из других материалов, которые намного дешевле. Преимущество этой технологии состоит в том, что ячейке можно придать любую форму, которая позволит интегрировать ячейки в фасад здания или создать ячейку на основе гибких материалов.Тонкопленочная технология также позволила создать многопереходные ячейки. Такая ячейка состоит из нескольких слоев материалов, каждый из которых обладает различными свойствами поглощения спектра солнечного излучения. Поскольку каждый слой такой ячейки способен поглощать волны разной длины, в конечном итоге вся ячейка работает лучше, чем слой, сделанный из одного типа материала.
Фотоэлектрические системы, по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии, такими как ветряные электростанции, не производят раздражающего шума.Возведение фотоэлектрических систем не требует преобразования окружающей среды и изменений в землепользовании, поскольку при производстве тепловой энергии не образуются вредные вещества. Таким образом, нет загрязнения окружающей среды или образования парниковых газов.
Солнечная электростанция, фото pixabay.com
Воздухосборники делятся на следующие типы:
Солнечные энергетические технологии основаны на использовании тепловой энергии для отопления, а также на использовании солнечного излучения для производства электроэнергии. Сегодня солнечная энергия - одна из самых быстрорастущих отраслей в мире и одна из самых быстрорастущих энергетических технологий.
Источник: Польский климатический атлас под редакцией Халины Лоренц, IMGW. Варшава 2005
В год в Польше мы можем рассчитывать на количество солнечных часов в диапазоне от 1390 до 1900 часов, в зависимости от региона. В Мазовецком воеводстве - от 1550 до 1700. Среднее значение - около 1600 часов.
Однако при планировании инвестиций в технологии солнечной энергетики следует помнить, что инсоляция подвержена колебаниям в зависимости от времени суток и года, а в нашей климатической зоне погода капризна, что влияет на переменное количество солнечных дней и год.
Солнечные коллекторы используются для преобразования фотохимической солнечной энергии в полезное тепло для использования в отоплении помещений (центральное отопление), производстве горячей воды для бытовых нужд (ГВС), охлаждении и производстве технологического тепла.
Солнечные коллекторы обычно размещают на крышах домов, сравнительно редко - на фасадах.На участках также есть отдельно стоящие постройки. Такие решения имеют смысл, когда у нас достаточно большая территория, а поблизости нет деревьев и построек. Лучше всего ориентировать поверхность коллектора на юг. Согласно исследованиям, оптимальное значение угла наклона коллектора должно составлять примерно 42 - 55 градусов С.
Самым главным элементом солнечного коллектора является абсорбер из медного или алюминиевого листа, реже из стали, к которому по всей длине прикреплены медные трубы, по которым протекает антифриз.Все это покрыто высокоселективным слоем, то есть слоем с очень высоким коэффициентом поглощения солнечного излучения и низким коэффициентом излучения инфракрасного излучения. С целью защиты поглотителя от потерь тепла в окружающую среду он помещается в плотный «бокс», хорошо изолированный снизу полиуретановой пластиной или минеральной ватой. Все это покрыто стеклом. Второй не менее важный элемент - прозрачная крышка. Закаленное стекло с низким содержанием железа чаще всего используется для увеличения коэффициента пропускания солнечного света.
Источник: http://www.southface.org
Вакуумные солнечные коллекторы
Вакуумные коллекторы - это высокоразвитый, лучший продукт в солнечной технологии. Он на 30% эффективнее плоских коллекторов, особенно в весенний, осенний и зимний периоды. Это связано со способностью вакуумного коллектора поглощать диффузное излучение и резко сниженными потерями тепла из-за вакуума в трубках коллектора.
Источник: postcarbon.pl
Фотоэлементы
Фотоэлементы (PV) используются для преобразования энергии солнечного излучения в электричество с использованием так называемых солнечные батареи. Солнечные элементы генерируют постоянный ток (DC), который преобразуется в переменный ток (AC) или напрямую заряжает батареи. Они используются в солнечных электростанциях, для обогрева домов, в небольших часах и калькуляторах и, прежде всего, в космосе, где солнечное излучение намного сильнее.
В настоящее время существует три типа фотоэлементов:
-монокристаллические - с использованием однородного слоя кремния;
-поликристаллический - с использованием гетерогенного слоя кремния;
-аморфный - кремниевые элементы, в которых кремний является менее упорядоченным материалом по сравнению с классическими элементами.
Монокристаллические элементы обычно используются с мощностью до 150–180 Вт в одной фотоэлектрической панели, в то время как поликристаллические элементы используются для мощности более 200 Вт в одной фотоэлектрической панели.С другой стороны, элементы из аморфного кремния обычно используются в продуктах, требующих низкого энергопотребления (карманные калькуляторы, часы и т. Д.).
Типичный фотоэлектрический элемент - это полупроводниковая пластина из кристаллического или поликристаллического кремния, в которой сформирован потенциальный барьер, например, в виде p-n-перехода. Толщина пластин находится в диапазоне 200-400 мкм. На передней и задней стороне пластины есть металлические соединения, которые являются контактами и позволяют пластине действовать как фотоэлектрический элемент.
Источник: Solarpraxis AG, Берлин, Германия
Одна ячейка обычно производит от 1 до 2 Вт, что недостаточно для большинства приложений. Чтобы получить более высокие напряжения или токи, элементы соединяются последовательно или параллельно, образуя фотоэлектрический модуль. Модули герметизированы для защиты от коррозии, влаги, загрязнения и атмосферных воздействий. Корпуса должны быть долговечными, так как ожидаемый срок службы фотоэлектрических модулей составляет не менее 20–30 лет.На рынке представлен широкий ассортимент модулей различных размеров, чтобы удовлетворить спрос на быстро растущее количество фотоэлектрических приложений
1. Фотоэлементы.
2. Контроллер - его задача - стабилизировать энергию, исходящую из элемента, а также это система, которая заряжает батареи.
3. Аккумуляторы - в автономной системе.
4. Инвертор - преобразователь постоянного напряжения в переменное сетевое напряжение - 230В.
Фотогальваническая промышленность развивается очень динамично - прирост составляет 50% в год и даже больше. Ищутся новые решения, направленные на повышение выхода клеток и минимизацию производственных затрат. Даже при таком сильном развитии энергия фотоэлектрических элементов составляет всего 0,02% от общего потребления электроэнергии в мире.
Солнечные коллекторы , как плоские, так и трубчато-вакуумные, используют более половины общей радиационной солнечной энергии, достигающей поверхности Земли. Предполагая согласно По стандартам, средняя годовая инсоляция в Польше составляет около 1000 кВтч / м2. Эта энергия поглощается солнечными панелями, и ее величина зависит от их площади, эффективности и интенсивности света.
Для нагрева воды для бытового потребления солнечными батареями для нужд одной семьи (в основном для стирки) может потребоваться несколько тысяч киловатт-часов в год. Возможность заменить дорогостоящую электроэнергию, в то же время получаемую из газа или нефти, бесплатной солнечной энергией - очень заманчивая перспектива и возможность значительной экономии.
Солнечные коллекторы стали популярными устройствами в мире в 70-х годах прошлого века после топливного кризиса, вызванного организацией ОПЕК.
В Европе устройства, использующие солнечную энергию, успешно используются в течение многих лет и вносят все больший вклад в энергетический баланс этих стран. Особенно в Германии, Испании, Италии, Греции и даже в скандинавских странах.
Конструкция и материалы, используемые при производстве коллекторов, являются результатом нескольких десятков лет исследований и улучшений с того момента, как они начали использоваться в массовом масштабе. Самым важным элементом солнечного коллектора является поглотитель, то есть покрытие, поглощающее солнечную энергию.Эффективность всего коллектора в значительной степени зависит от степени поглощения и коэффициента выбросов.
плоские коллекторы трубчато-вакуумные коллекторы
В последние несколько десятилетий стало очевидно, что существующие традиционные и невозобновляемые источники энергии будут постепенно заменяться новыми, возобновляемыми источниками энергии.Это связано с тем, что ископаемое топливо, которое является основным источником энергии, загрязняет окружающую среду, и потому, что большая часть залежей ископаемого топлива будет постепенно истощаться.
Если предположить, что добыча ископаемого топлива останется на уровне начала 1990-х годов, произойдет истощение запасов: сырой нефти через 35 лет, природного газа через 55 лет, каменного угля 190 лет и лигнита - 285 лет. Конечно, мы говорим о мировом спросе, и для Польши, где каменный уголь и бурый уголь являются основными источниками энергии, истощение запасов будет еще быстрее.
Величайший источник неограниченной, бесплатной и чистой энергии - это Солнце . Это источник энергии мощностью 27 * 1 000 000 000 МВт. Это обычное и бесконечное явление, которое в течение 14 дней посылает на поверхность Земли столько энергии, сколько потребности нашей планеты в энергии круглый год. Энергия солнечного излучения - это энергия с огромным потенциалом, и ее ресурсы практически неисчерпаемы - ее хватит примерно на 5 миллиардов лет. Энергия солнечного излучения уже много лет используется с помощью фотоэлементов и солнечных коллекторов.Однако широкое распространение этих устройств в домах произошло из-за снижения цен на них, что стало возможным благодаря техническому прогрессу и популяризации производства.
Солнце является основным, неисчерпаемым и чистым источником возобновляемой энергии. Энергия 1,36 кВт / м2 в виде солнечного излучения достигает внешнего слоя атмосферы. Это называется солнечная постоянная. Проходя через атмосферу, это излучение ослабляется из-за отражения, рассеяния и поглощения частицами газа и пыли.Часть излучения, которая беспрепятственно достигает поверхности земли, называется «прямым излучением». С другой стороны, часть, которая отражается и поглощается, а затем испускается частицами газа и пыли, беспорядочно прибывающими к поверхности земли, называется «диффузным излучением». Сумма прямого (инсоляция) и рассеянного излучения, достигающего земли, называется так называемым общая солнечная радиация - Г [Вт / м2].
С другой стороны, сумма энергии прямого, рассеянного и отраженного излучения, падающего в определенную единицу времени, составляет инсоляцию - H [Вт / м2].Другим важным критерием гелиоцентрических условий является инсоляция [h], то есть среднее количество часов с прямым солнечным светом в течение года.
В наших широтах и при оптимальных погодных условиях (ясное небо, полдень) величина общей энергии солнечного излучения колеблется от 900 кВтч / м2 в год до 1200 кВтч / м2 в год.
Стандарт предполагает 1000 кВтч / м2 в год. Значения инсоляции в Польше с 9:00 до 15:00 составляют от 600 до 800 [Вт / м2].
В год в Польше мы можем рассчитывать на инсоляцию в диапазоне от 1390 до 1900 часов, в зависимости от региона. В среднем предполагается, что это около 1600 часов.
. Солнечная энергия получается с помощью фотоэлектрических элементов, которые создаются таким образом, чтобы обеспечить поглощение солнечного излучения и частичное преобразование этой энергии в электричество. Весь этот процесс происходит без образования вредных побочных продуктов, таких как радиоактивные отходы или двуокись углерода (CO2).
Фотогальваника - это общий термин, характеризующий область техники и науки, которая имеет дело с использованием солнечной энергии для преобразования солнечного света в электричество.Другими словами, благодаря фотогальванике мы можем преобразовывать солнечное излучение и генерировать электричество, используя феномен фотогальваники. Кроме того, термин «фотоэлектрические» все чаще используется как синоним фотоэлектрических панелей.
В настоящее время фотоэлектрические элементы используются не только в промышленности (дорожные знаки и доски объявлений), но и в частных домах.
Солнечные панели часто путают с солнечными коллекторами. Хотя обе системы используют солнечную энергию и похожи по внешнему виду и установке, они обрабатывают энергию двумя разными способами.Фотогальваника занимается преобразованием солнечного излучения в первую очередь в электричество, в то время как солнечные коллекторы используют солнечное излучение для выработки тепла.
Фотоэлектрические панели более универсальны - электричество, которое они производят, можно использовать по-разному.
В случае фотоэлектрической панели на работу модуля влияет не температура воздуха (как в случае с солнечными коллекторами), а условия солнечного света.
Фотоэлектрические системы могут даже полностью изменить этот процесс и производить больше электроэнергии из прохладных модулей, освещаемых лучом света, что делает фотоэлектрические системы одинаково эффективными зимой.
75% энергии, получаемой от фотоэлектрической энергии за счет энергии солнечного света, производится в Польше за шесть месяцев с апреля по сентябрь.
Солнечная энергия - это основной источник возобновляемой энергии, то есть источник, о котором нам не нужно беспокоиться, если он иссякнет. Поскольку солнечная энергия является одним из самых распространенных, чистых и естественных источников энергии, она считается очень многообещающим источником. Также из-за экономических выгод, которые дает получение солнечной энергии.
В последние годы в Польше наблюдается прогрессивная тенденция к использованию солнечной энергии различными учреждениями и домашними хозяйствами. За примерами использования солнечной энергии далеко ходить не надо - достаточно обратить внимание на крыши домов в непосредственной близости. Конечно, мы найдем хотя бы один коллектор, улавливающий солнечную энергию. Все чаще мы также видим фотоэлектрические системы, снабжающие дорожные знаки, доски объявлений и парковочные счетчики солнечной энергией. В Польше наиболее популярно индивидуальное использование солнечной энергии.В настоящее время в стране есть одна солнечная ферма, и это фотоэлектрическая ферма в Вежхославицах около Тарнова.
Что такое солнечная энергия, солнечный коллектор или фотоэлектрическая энергия? Какие возможности использования солнечной энергии в Польше? С какой целью и через какие системы мы можем получать солнечную энергию? Ответы на эти и многие другие вопросы вы найдете в статье ниже.
Количество солнечной энергии, которая достигает Земли в виде солнечной радиации, измеряется путем определения интенсивности солнечной радиации.В Польше это значение колеблется от 900 до 1200 кВтч / м2. Такие значения солнечной энергии также аналогичны в таких странах, как Германия или северная Франция, но больше, чем в скандинавских странах, где солнечная энергия уже добывается в больших масштабах.
Солнечная энергия позволяет сэкономить до 70% затрат на нагрев горячей воды в течение года, а зимой при центральном отоплении до 60% затрат на традиционную энергию. Кроме того, используя солнечную энергию, мы становимся независимыми от внешних поставщиков и защищаем себя от колебаний и роста цен на другие энергоносители.Также можно сэкономить на счетах за электроэнергию, используя солнечную энергию для производства электроэнергии.
Как следует из названия, получение солнечной энергии возможно только благодаря солнечному излучению. Однако следует обратить внимание на то, что солнечная радиация достигает земли не только при безоблачном небе. Солнечная энергия может непрерывно преобразовываться в течение всего года, и основное различие между солнечным днем и пасмурным днем заключается в количестве получаемой энергии.Когда солнце прячется за облаками, эффективность солнечных энергетических установок снижается, но коллектор продолжает вырабатывать меньше тепла и электроэнергии.
Солнечная энергия может использоваться для получения как тепловой энергии, так и электроэнергии. Однако следует помнить, что если мы хотим преобразовывать солнечную энергию в тепло, нам нужна другая установка, чем в случае преобразования солнечной энергии в электричество.Многие люди, интересующиеся солнечной энергией, знакомы с такими терминами, как солнечные коллекторы, солнечные панели или фотовольтаика. Но осознаем ли мы разницу между этими терминами?
Если мы заинтересованы в преобразовании солнечной энергии в тепловую, мы должны использовать солнечные коллекторы, также известные как солнечные панели. Панели улавливают солнечную энергию и преобразуют ее непосредственно в тепло. В зависимости от множества условий эффективность преобразования солнечной энергии может достигать 90%.Солнечные коллекторы могут использоваться для преобразования солнечной энергии в:
Самыми распространенными солнечными панелями на рынке являются плоские и трубчатые коллекторы.Преобразование солнечной энергии с помощью плоских панелей - более простое и дешевое решение. Трубчатые коллекторы - это новое поколение панелей, что делает это решение более дорогим, но в то же время более эффективным. Правильно выполненная установка солнечных панелей может покрыть до 75% годовой потребности в тепловой энергии. Кроме того, немаловажным аспектом является экологичность - солнечные коллекторы не выделяют вредных газов или загрязняющих веществ, они бесшумны и безопасны для окружающей среды.
Если мы заинтересованы в преобразовании солнечной энергии в электричество, мы должны установить фотоэлектрические (PV) панели или фотоэлектрические элементы.Фотогальваника улавливает солнечную энергию и преобразует ее в электричество в элементе на основе кремния. Фотоэлектрические элементы подключаются параллельно или последовательно для получения более высокого напряжения. Мы можем использовать фотоэлектрические элементы для преобразования солнечной энергии в:
Эта солнечная энергетическая установка подключена к местной электросети. Таким образом, энергия, производимая фотоэлектрическими элементами, проходит через сеть и бесплатно собирается в многоквартирном доме, когда это необходимо. Чем больше электроэнергии от фотоэлектрической энергии используется для собственного потребления, тем выгоднее для владельца использовать солнечную энергию. Получение электричества путем преобразования солнечной энергии является экологически чистым - фотоэлектрические элементы не выделяют углекислый газ, шум или другие загрязняющие вещества.
Установки солнечной энергии по-прежнему относительно дороги, даже несмотря на то, что цены на солнечные энергосистемы упали на 99% по сравнению с 1976 годом. Цены на установку варьируются в зависимости от потребностей, используемой солнечной энергетической системы, размера жилого дома или квартиры. Небольшие здания и комнаты нуждаются в меньшем количестве солнечной энергии, меньшем количестве панелей и, следовательно, в более дешевых системах.Стоимость установки колеблется от 15 000 до 30 000 злотых. Эксплуатационные расходы низкие, а вложения окупаются в кратчайшие сроки. Однако обратите внимание, что каждый случай индивидуален, поэтому цены всегда являются приблизительными.
Поскольку использование солнечной энергии является экологически безопасным, Европейский Союз стремится продвигать этот тип производства энергии. Поэтому есть много возможностей субсидировать покупку солнечных батарей.Софинансирование солнечной энергии составляет 45% брутто банковской ссуды, но не может превышать 2 500 злотых за 1 м2 общей площади коллектора. Важным условием получения такого финансирования солнечной энергетики является покупка коллекторов с документально подтвержденным сертификатом. Такое софинансирование может предоставляться физическим лицам и жилищным сообществам. Однако следует помнить, что существует множество вариантов софинансирования приобретения солнечной энергии и каждый случай стоит рассматривать отдельно.
Экология - важный аспект возобновляемых источников энергии. Солнечная энергия - это чистая альтернатива таким источникам, как нефть, природный газ или уголь, а солнечные электростанции - альтернатива атомным электростанциям. Преобразование солнечной энергии безопасно как для окружающей среды, так и для пользователей. Солнечные коллекторы при работе не издают никаких звуков, не выделяют в атмосферу опасных газов и не загрязняют окружающую среду.
.90 000 Тенденции развития солнечной и возобновляемой энергии в 2019 году
Питер Тиле, президент Sharp Energy Solutions Europe, рассматривает развитие технологий солнечных модулей и использование возобновляемых источников энергии в следующем году и следующем десятилетии.
В течение следующих 12-24 месяцев рост использования солнечной энергии и других возобновляемых источников энергии будет продолжать набирать обороты.Мы верим в дальнейшее развитие осведомленности и понимания преимуществ собственного потребления и децентрализованного производства электроэнергии.
На коммерческом уровне мы увидим контролируемое распространение более крупных электростанций на давно неиспользуемых пустующих площадях. В конце концов, старые военные базы или аэропорты можно легко превратить в солнечные фотоэлектрические установки. Это будет сочетаться с более глубоким пониманием на политическом уровне правовых решений, поддерживающих использование возобновляемых источников энергии.
С точки зрения системы, небольшие домашние солнечные фотоэлектрические установки, использующие батареи, будут продолжать повышать свою эффективность. Например, новые аккумуляторные технологии будут внедрены за счет разработки новых химических технологий, что приведет к повышению общей эффективности производства энергии.
- довольно зрелая технология, поэтому в будущем мы увидим улучшения в технологии ячеек, которые обеспечат большую эффективность и производительность самого модуля.
С технологической точки зрения - поскольку мы всегда используем новейшие технологии в наших модулях, элементы, используемые в наших фотоэлектрических модулях, претерпевают революцию, создавая все более и более эффективные модули с более высокой эффективностью, что позволяет нам соответствовать ожиданиям рынка.
Ячейки обычно являются кристаллическими на основе кремния, с контактами, расположенными сверху и снизу ячейки, что позволяет электричеству проходить через ячейку. Поскольку для прохождения электрического тока сверху должны быть электроды, определенное количество света часто блокируется.Но ведущие компании, такие как Sharp, разработали технологию, называемую «обратным контактом», при которой все контакты находятся на задней стороне панели, поэтому верхняя часть ячейки остается свободной от затенения, что значительно увеличивает эффективность модуля.
Для больших открытых площадок будущие тенденции будут заключаться в разработке лучших методов оптимизации выхода энергии отдельных цепочек (групп модулей, подключенных к одному инвертору). Несколько лет назад мы начали с систем на 600 В, так что линия электропередачи может состоять из 12 модулей.Мы достигли примерно 1000 В, но есть тенденция к более высоким напряжениям - последние разработки - до 1500 В. Это означает, что в ближайшем будущем у нас будет до 25 модулей, соединенных в одну цепочку. И только последний модуль будет подключен к инвертору, что резко снизит затраты.
В развитых странах использование фотоэлектрических и других возобновляемых источников энергии будет играть все более важную роль и станет обязательной технологией с точки зрения дизайна.На крышах всех новых зданий мы увидим фотоэлектрические установки с аккумуляторной технологией и системы управления энергопотреблением внутри.
В домах будет отопление, которое не потребует использования газовых котлов и будет, например, ориентировано на использование более возобновляемых форм энергии, особенно фотоэлектрической энергии. Позже пришло время для других идей. Например - если вы хотите путешествовать по своему району, почему бы не использовать электрический велосипед, и если вам нужен автомобиль, вы выберете электрический, который будет питаться от вашей децентрализованной энергетической системы через 3-5 лет.
Существует также аспект систем, который увеличивает интеллект этих систем по мере увеличения уровня оцифровки. Возможно, появятся системы, которые смогут взаимодействовать друг с другом, чтобы децентрализованные группы устройств могли управлять друг другом для обеспечения стабильного уровня мощности, передаваемой в сеть.
Более широкие возможности подключения также принесут пользу системам будущего. Люди смогут потреблять собственную энергию и самостоятельно контролировать использование энергии дома.И если мы считаем, что время электромобилей приближается, дополнительные возможности подключения появляются в форме подзарядки вашего собственного автомобиля зеленой энергией, которую вы производите сами. Не останавливайся на достигнутом. Электромобиль - отличное решение для коротких поездок по городу, а зеленый электропоезд можно использовать для дальних поездок.
Оцифровка и децентрализация позволят развивать бизнес-модели, предлагая равноценные энергетические решения.Например, кто-то производит электроэнергию и продает ее другому покупателю в другом месте на договорной основе, расплачиваясь с помощью блокчейна или какой-либо другой криптовалюты. Это может быть немного нестандартно, поскольку теперь есть сеть, которую кто-то должен обслуживать, и люди должны платить за использование сети, но эти типы бизнес-моделей возможны.
Энергетический рынок в ближайшее десятилетие существенно изменится. Потребительское давление на экологически чистые продукты повысит потребность в инициативе в области солнечной и других возобновляемых источников энергии.В результате коммунальные предприятия будут вынуждены предлагать более экологичные и чистые формы электроэнергии, а правительствам во всем мире придется вводить в действие законодательство для создания среды, в первую очередь возобновляемой.
В результате мы верим, что в повседневной жизни будет больше возобновляемой энергии, которая станет основным двигателем производства энергии.
.
