Солнечная энергия: неисчерпаемый источник энергии

Солнечная энергия: неисчерпаемый источник энергии

Солнечная энергетика – это технология получения электрической или тепловой энергии путем преобразования энергии солнечного света. Преобразование солнечной энергии в электрическую происходит при помощи полупроводниковых фотоэлементов, а само направление генерации, энергии из солнечных лучей также носит название фотоэнергетика.

Солнце - неиссякаемый источник энергии. Солнечные модули можно размещать как на земле, так и на крышах зданий. В отличие от некоторых других методов выработки электроэнергии, фотоэлектрические системы не создают шумового загрязнения. Кроме того, солнечные системы требуют относительно малых трудозатрат и денежных вложений на осуществление операций по уходу и обслуживанию по сравнению с другими методами и технологиями выработки электроэнергии. Достаточно время от времени вытирать снег или пыль с солнечных модулей, соблюдая правила бережного отношения к поверхности модулей. Если модули монтируются под углом, то пыль смывается с поверхности дождем без необходимости участия в процессе человека.

Солнечная энергия может быть использована в любой точке мира и с применением различной установленной мощности и размера солнечной системы: начиная с «солнечного рюкзака» для зарядки смартфона и заканчивая фотоэлектрическими парками площадью в несколько гектаров, которые могут снабжать электроэнергией целые промышленные зоны или города. Солнечная генерация доступна каждому - гражданам в целях электроснабжения собственного домохозяйства, фермерам для обеспечения электроснабжения на полях, в теплицах и для ирригационных целей или для предприятий и государственных учреждений.

В отличие от традиционных источников энергии, таких как уголь или газ, использование солнечной энергии не имеет привязки к определенному местоположению. Для выработки энергии необязательно наличие солнечной погоды и прямых солнечных лучей - даже при облачном небе происходит выработка электроэнергии. Распространённым заблуждением является то, что для практического применения солнечной энергетики температура окружающей среды должна быть высокой. В реальности, солнечная генерация так же успешно используется и безотказно работает как в жарких африканских странах под палящим солнцем, так и в холодных регионах, таких как заснеженная Якутия. Кстати, благодаря гладкой поверхности защитного стекла на панелях, небольшое количество снега обычно самостоятельно соскальзывает с модулей.

 

Типы солнечных электростанций

Существуют разные решения технической конфигурации солнечных электростанций в зависимости от целей использования энергии и типа конечного потребителя.

Широкое применение во всем мире имеют как сетевые солнечные электростанции, осуществляющие поставку энергии в централизованную или местную энергосеть, так и децентрализованные внесетевые решения, особенно популярные в районах со слабо развитой электрической сетью или страдающих от перебоев с электроснабжением. Когда речь идет об инвестициях в новые энергетические мощности, солнечная и ветровая энергия уже несколько лет является ведущим мировым источником новых электростанций - опережая угольную, нефтяную, газовую и атомную энергетику.

За последние 20 лет накоплен богатый мировой опыт применения солнечных систем для разных погодных и географических условий, а также для разных поверхностей, отведенных под строительство солнечной электростанции. Если даже несколько лет назад решение по использованию солнечной генерации для конкретного потребителя необходимо было просчитывать и проектировать с нуля, то сегодня практически для любого случая существуют готовые концепции, которые можно адаптировать к конкретным условиям лишь с незначительной доработкой со стороны инжиниринговой компании.

Доступное проектировщикам и потребителям оборудование на мировом рынке позволяет найти решение практически для любого кошелька и на любой вкус. Правда, важно учитывать, что стоимость любого оборудования часто отражает его качество, поэтому выбор самого дешевого и доступного на рынке оборудования не всегда является правильным по причине высокоговыхода из строя некачественных деталей. В данном случае действует принцип «скупой платит дважды».

В рамках проекта ENABLING PV были рассмотрены различные варианты применения солнечной генерации для планирования и строительства демонстрационных проектов в регионах России и выбраны некоторые из наиболее перспективных видов применения солнечной энергетики для регионов России с учетом текущего состояния развития рынка солнечной энергетики в России и существующих мер по поддержке фотоэлектрических проектов.

Такие варианты приминения включают в себя:

  • Фотоэлектрические парки от нескольких десятков до 50 МВт установленной мощности, являющиеся сетевыми электростанциями

  • Автономные или островные решения для децентрализованных энергосистем и отрезанных от электросетей точечных потребителей, от нескольких кВт до нескольких МВт мощности

  • Системы для собственного потребления энергии, которые могут иметь иметь установленную мощность от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт при наличии электросетей в распоряжении энергопотребителя или при отсутствии доступа к сетям (без присоединения солнечной электростанции к электросетям)

  • Объекты микрогенерации до 15 кВт мощности, имеющие подключение к электросетям и являющиеся новым типом генерации энергии для Российского потребителя и уже полюбившимся вариантом выработки энергии в странах ЕС, в частности, в Германии

  • Гибридные фотоэлектрические системы, обладающими накопителем энергии (аккумулятором), генерирующие энергию преимущественно для собственоого потребления, но и подключенные к сети. Способные отдавать только излишки генерированой электроэнергии в сеть и получать энергию из сети в случае необходимости. Такие системы способны работать и автономно, в случае прекращение центрального энергоснабжения.

Кроме того, во всем мире растет число гибридных фотоэлектрических систем с накопителем энергии (аккумулятором), которые вырабатывают энергию, в первую очередь, для собственного потребления, но также подключены к сети. Эти системы способны поставлять избыток электроэнергии в сеть и, при необходимости, забирать энергию из сети. Такие системы также способны работать автономно в случае прерывания центрального электроснабжения.

Подробнее каждая из моделей описана в соответствующих секциях и на страницах сайта.

Солнечные электростанции

Среди производителей оборудования на сегодняшний день существует высокая конкуренция, активно развивающаяся в последние годы и ведущая к снижению цен на компоненты солнечной системы. Среди мировых лидеров по производству солнечных панелей и ячеек для них в первую очередь следует назвать Китай. Тем не менее, в последние годы развивается производство панелей и их составных компонентов в России, стимулированное в первую очередь Российским законодательством и ориентированием на импортозамещение. Одними из самых известных мировых лидеров по производству качественных солнечных инверторов является Германия и страны Азии (КНР, Корея).

Важнейшими компонентами солнечных электростанций являются:

Солнечные модули – группа полупроводниковых компонентов (фотоэлементов), преобразующих солнечную энергию в электрическую энергию постоянного тока. Модуль состоит из множества солнечных элементов. Модули производятся с различными параметрами и характеристиками в зависимости от количества солнечных элементов, их размеров и используемой технологии. Солнечные модули обычно весят от 13 до 25 кг, достигают средних размеров 1 x 1,5 x 0,03 метра и имеют срок службы не менее 25 лет.
На сегодняшний день основным материалом, используемом при производстве ячеек (фотоэлементов) для солнечных панелей является кремний. Существует несколько видов солнечных панелей - монокристаллические, поликристаллические, тонкопленочные и гетероструктурные.

Установленная мощность солнечной электростанции означает величину максимальной активной электрической энергии, которую солнечная электростанция может генерировать. Установленная мощность зависит от количества солнечных модулей, используемых на электростанции, и от мощности каждого отдельного солнечного модуля. Например, один солнечный модуль может иметь установленную мощность как 100 Вт, так и 350 Вт, даже если оба модуля имеют одинаковый размер.(просто мощность, вместимость это не корректно) Мощность модуля зависит от используемых солнечных элементов, технологии его производства и ряда других факторов.

Солнечный инвертор является устройством силовой электорники , который преобразует постоянный ток, генерируемый солнечным модулем, в переменный ток. При этом в составе инверторных устройств могут устанавливаться трансформаторы напряжения, для получения необходимого потребителю уровня напряжения. Бывают инверторы для автономных солнечных систем и для сетевых электростанций.

Контроллер – микропроцессорное устройство, своего рода "мозг" солнечной системы, которое управляет режимами работы солнечной электростанции и контролирует их, а также переключает питание потребителя от солнечной электростанции/аккумулятора (при наличии) / центрального источника питания (при наличии), контролирует заряд аккумулятора и защищает систему электропитания потребителя от перегрузок. На промышленных солнечных электростанциях для контроля электростанции вместо контроллера используется структура управления более высокого уровня.

Система мониторинга солнечной электростанции, представляет собой структуру для управления крупными (промышленными) сетевыми или локальными солнечными электростанциями более высокого уровня. Система имеет в своем составе такое оборудование как релейная защита и автоматизация, телемеханика, система учета электроэнергии, система слежения за положением солнца, так и систему диспетчеризация солнечной электростанции (управляемые диспетчером).

Аккумулятор – электрохимическое устройство, позволяющее накапливать электрическую энергию на длительный срок, чтобы передать ее потребителю электроэнергии в необходимые периоды времени. Наиболее часто используются, в зависимости от применяемой технологии: свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы. Эти аккумуляторы также часто называют накопителями солнечной энергии.