Перспективы внедрения солнечной энергии

Сегодня мы подготовили статью на тему: «перспективы внедрения солнечной энергии», а Анатолий Беляков подскажет вам нюансы и прокомментирует основные ошибки.

В настоящее время традиционные энергоносители становятся все более дорогими, а использование альтернативных становится все дешевле. Поэтому сейчас уже можно говорить о перспективах их массового применения, что актуально в условиях ограниченности запасов традиционных источников и экологической ситуации.

Целью работы является рассмотрение перспектив применения альтернативных источников энергии. Для этого были поставлены следующие задачи:

– изучить опыт использования возобновляемых источников энергии в разных странах.

– рассмотреть технические характеристики основных типов генераторов.

– проанализировать перспективы массового использования альтернативных источников энергии в РФ.

Основным преимуществом возобновляемых источников является их экологическая чистота и неограниченность. Энергия солнца, ветра, геотермальная, приливная неограниченны, в отличии от запасов нефти и газа. Поэтому рано или поздно система энергоснабжения всех стран будет вынуждена переходить на возобновляемые источники. Но современная, уже сложившаяся система экономических отношений и энергосистема, а так же стоимость мощных установок, использующих альтернативные источники энергии, делает этот переход очень дорогим. К тому же генераторы, использующие определенные виды возобновляемой энергии (ветра, приливные, геотермальные) привязаны к определенным территориям, что сильно затрудняет их повсеместное использование. Еще очень важным является то, что электростанции, использующие альтернативные источники энергии, обладают сравнительно малой мощностью и не могут обеспечивать потребности промышленности, потребляющей большую часть производимой электорэнергии. Вложения в них окупаются далеко не сразу, поэтому без государственных программ массовое внедрение альтернативных источников энергии в нашей стране практически невозможно.

Большая часть территории нашей страны (более 60%) характеризуются среднегодовым поступлением солнечной радиации от 3,5 до 4,5 кВт-ч/м день (приложение 1). То есть, солнечные батареи, к примеру, в Приморском крае будут работать так же эффективно, как и на Северном Кавказе.

Почему же солнечные батареи не получили широкого распространения, несмотря на многие преимущества использования солнечной энергии?

Главным преимуществом солнечной энергии является то, что запасы ее бесконечны. Пока светит солнце ее можно использовать, а когда солнце погаснет, человечеству она уже не потребуется.

Вторым преимуществом считается ее экологическая чистота. Действительно, при преобразовании солнечной энергии в электрическую не происходит загрязнений атмосферы и окружающей среды. Но производство кремния – основного и незаменимого элемента солнечных батарей – одно из самых грязных на планете. При массовом использовании солнечных батарей экологии разом может быть нанесен немалый ущерб.

К тому же, использованию солнечной энергии мешает ряд других трудностей. Хотя полное количество этой энергии огромно, она неконтролируемо рассеивается. Чтобы получать большие количества энергии, требуются коллекторные поверхности большой площади. Кроме того, возникает проблема нестабильности энергоснабжения: солнце не всегда светит. Даже в пустынях, где преобладает безоблачная погода, день сменяется ночью. Следовательно, необходимы накопители солнечной энергии. И наконец, многие виды применения солнечной энергии еще как следует не апробированы, и их экономическая рентабельность не доказана.

Можно указать три основных направления использования солнечной энергии: для отопления (в том числе горячего водоснабжения) и кондиционирования воздуха, для прямого преобразования в электроэнергию посредством солнечных фотоэлектрических преобразователей и для крупномасштабного производства электроэнергии на основе теплового цикла.

Суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигла 500 МВт. Здесь следует упомянуть проект «Тысяча крыш», реализованный в Германии, где 2250 домов были оборудованы фотоэлектрическими установками. При этом роль резервного источника играет электросеть, из которой возмещается нехватка энергии. В случае же избытка энергии она, в свою очередь, передается в сеть. Любопытно, что при реализации этого проекта до 70% стоимости установок оплачивалось из федерального и земельного бюджетов. В США принята еще более масштабная программа «Миллион солнечных крыш», рассчитанная до 2010 г. Расходы федерального бюджета на ее реализацию составят 6,3 млрд долларов. Повышение эффективности солнечных элементов и качества материалов позволило за два последних десятилетия снизить на 80% затраты на их сооружение. Сейчас солнечные элементы встраивают в кровельную черепицу, керамические плитки и оконные стекла, что позволяет получать электричество и в отдельных зданиях. Суммарная мощность солнечных батарей возросла в мире со 150 МВт в 1985 г. до 900 МВт к 1999 г.

Состояние и перспективы развития солнечной энергетики

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 19.09.2017 2017-09-19

Статья просмотрена: 434 раза

Кенжаев З. Т. Состояние и перспективы развития солнечной энергетики // Молодой ученый. — 2017. — №37. — С. 6-7. — URL https://moluch.ru/archive/171/45649/ (дата обращения: 18.12.2018).

В настоящее время метод фотоэлектрического преобразования (ФП) в мире стал одним из приоритетных направлений получения солнечной электроэнергии: максимальную экологическую чистоту преобразования энергии, возможность получения энергии практически в любом районе, значительный срок службы, малые затраты на обслуживание, независимость эффективности преобразования солнечной энергии от установленной мощности:

‒ Одним из перспективных направлений повышения эффективности фотоэлектрических систем, полученных в настоящее время, является использование в процессах фотопреобразования уникальных свойств эффекта мультиэкситонной генерации (МЭГ) [4].

Нет тематического видео для этой статьи.

‒ Достаточно перспективным направлением снижения стоимости солнечных элементов при использовании в наземных условиях является применение отходов полупроводникового кремния заводов электронной промышленности в качестве исходного материала. Этот путь создает предпосылки к использованию отбракованных при производстве полупроводниковых пластин монокристаллического кремния для выпуска более дешевых солнечных элементов. Количество таких пластин хотя ограничено, тем не менее, для применения в мелкосерийном опытном производстве вполне достаточно. На имеющемся в республике промышленном оборудовании возможно производство солнечных элементов на основе пластин монокристаллического кремния, отбракованных в электронной промышленности с КПД до 20 %. Подсчитано, что при выпуске солнечных элементов мощностью до 500 кВт в год, производство фотомодулей в республике считается рентабельным.

Согласно авторам работы [4,5], другим достаточно перспективным направлением снижения стоимости солнечных элементов при использовании в наземных условиях является применение отходов полупроводникового кремния заводов электронной промышленности в качестве исходного материала. Этот путь создает предпосылки к использованию отбракованных при производстве полупроводниковых пластин монокристаллического кремния для выпуска более дешевых солнечных элементов. Количество таких пластин хотя ограничено, тем не менее, для применения в мелкосерийном опытном производстве вполне достаточно.

Особое внимание уделяется учету использования кремниевых фотопреобразователей (ФП) в условиях жаркого климата. Причем, главная цель всех разработок — адаптация кремниевых ФП к условиям регионов республики. Особенное внимание уделено влиянию температуры на режим эксплуатации ФП в условиях экстремально жаркого климата регионов республики в летние месяцы.

С учетом климатических условий регионов Республики Узбекистан проведены оценочные расчеты влияние температуры на эффективность ФП и исходя из этих оценок разработаны ФП, способные эффективно работать в резко континентальных климатических условиях.

В последние годы широкое распространение в Узбекистане получают технологии энергосбережения и использования источников энергии. Одной из актуальных задач современной энергетики является разработка и создание мало затратных и экологически чистых возобновляемых источников энергии. Климатические и природные условия Узбекистана предоставляют великолепные возможности для cолнечной энергетики (СЭ) [4,5].

В 2013 году в марте месяце в республике Узбекистан вышел указ первого президента «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии». Согласно этому указу созданные в Узбекистане условия и объективные предпосылки для практического применения солнечной энергии служат основой для использования этого региона как площадки для экспериментального внедрения передовых технологий в этой сфере не только в нашей республике, но во всей Средней Азии.

В целом на основе проведенных научно-технологических, технических исследований разработаны, изготовлены и проходят натурные испытания широкий круг различных фотоэнергетических установок (ФЭУ) на основе кремниевых ФП. Они предназначены для индивидуального пользования, фермерских хозяйств, производственных объединений и т. д. и успешно находят применения.

В заключении хотим особо отметить, что нужно разработать комплексную программу проведения научно-исследовательских, опытно–конструкторских работ по использованию солнечной энергии который могли бы принимать участвовать все ведущие ученые работающие в этом направлении нашей республики.

1. Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики: Пер с англ./ Под ред.Т.Коутса, Дж. Микина. — Москва.: Мир, 1988.
2. Аллаев К. Р. Состояние и перспективы развития энергетики мира и Узбекистана. //Проблемы энерго- и ресурсосбережения. — Ташкент, 2006. № 3. с.26–44.
3. Афанасьев В. П., Теруков Е. И., Шерченков А. А. Тонкопленочные солнечные элементы на основе кремния. 2-е изд. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011.
4. Т. А. Джалалов, Э. З. Имамов, Р. А. Муминов, Н.Насимова, Нанотехнология в решении проблемы солнечной энергетики, //рес.конф. «Актуальные проблемы использования альтернативных источников энергии». — Карши, 2014.с.15–16.
5. Исмайлов К. А., Кенжаев З. Т., Абдиреймова Г. Р., Солнечная энергетика: сегодня и завтра, //9-ой Межд.конф., Қозоғистон, г.Алматы — 2016.с.225–226.

По природным данным Украина даже обгоняет мирового лидера в этой области — Германию.

Солнечная энергетика относится к возобновляемым видам энергетики. На Землю за неделю попадает большее количество солнечной энергии чем весь мир производит из запасов нефти, газа, угля и урана вместе взятых.
Ученые сходятся во мнении, что людям, «приручив» всего хотя бы 1% поступающей от Солнца энергии, удалось бы побороть энергетический кризис во всем мире.

Множество стран, оценив выгоду от такой энергии, все охотнее отказываются от традиционных источников энергии и переходят на альтернативные. На сегодняшний день в мире производится более 500 МВт фотоэлементов.
Германия, Чехия, США, Япония, Испания, Италия, Франция, Китай, Бельгия и Австралия являются мировыми лидерами в использовании солнечной энергии.

У Украины, в сравнении с другими странами Европы, есть достаточно хороший природный потенциал для развития рынка солнечной энергетики.
Специалисты Института возобновляемой энергетики НАН подсчитали, что использование солнечной энергетики позволит экономить около 5 млрд куб. м природного газа.

В Украине развитию солнечной энергетики препятствуют такие факторы как: сложная экономическая и политическая ситуации, следовательно и не очень благоприятный инвестиционный климат; сложная ситуация на украинском энергорынке, острый дефицит энергоресурсов; и, к сожалению, нестабильность законодательства. На сегодня уже были случаи, когда гарантии иностранным инвесторам, которые вложили средства в данную отрасль, были нарушены, после чего несколько компаний обратились с исками в суды по этому вопросу.

Гелиоэнергетика – получение солнечной энергии путем накапливания ее с помощью специальных установок. Сегодня ведется активное развитие солнечной энергетики в России. Ученые страны занимаются вопросами изучения возможностей получения энергоносителей уже много лет. Но особенно тщательно данному вопросу посвящается работа с 2000 года.

На данный момент изобретены и успешно используются различные системы и установки, позволяющие накапливать энергию солнца и преобразовывать ее в энергоносители. Фотоэлектрические комплексы работают от рассеянного солнечного света. Причем мощность установки можно регулировать в зависимости от нужд пользователя. Простое добавление секции фотопреобразователя способно существенно увеличить полезный коэффициент действия, тем самым обеспечить получение необходимого количества энергии.

Вопросам усовершенствования механизма использования природной энергии уделяется много внимания современным человеком. Именно поэтому перспективы солнечной энергетики для будущего весьма высоки. Уже в ближайшие годы, по заверению специалистов, мир будет использовать природный ресурс в полной мере, обеспечивая для себя неиссякаемое получение энергоносителей.

Для мировой общественности развитие этой промышленной отрасли является приоритетным. Причин тому несколько. А именно:

• возможность использования природы для получения энергии;
• экологическая чистота получаемого продукта;
• относительная дешевизна;
• абсолютная безопасность для окружающей среды;
• минимальные затраты на оборудование (в сравнении с получаемым результатом).

Иными словами, энергия, получаемая из солнечных лучей, имеет для человечества в целом только положительные стороны. Современное развитие технических возможностей дает отличные перспективы – разрабатываемое оборудование способно преобразовывать солнечную энергию с минимальными затратами на работу.

Важно и то, что солнечные установки очень просты в эксплуатации. Они легко монтируются, их несложно ремонтировать и видоизменять, подстраивая под собственные нужды. Фотопреобразователи занимают немного места, их монтируют на крышах зданий. Кроме того, накапливать энергию они способны даже в непогоду.

Ученые пришли к выводу, что количество солнечного света, попадающего на земную поверхность всего за одну неделю, в сотни раз превышает энергию, возможную к получению от всех известных земных энергоносителей (газ, уголь, дерево). Это значит, что человек может всего за 7 дней получить столько энергии, сколько способны дать, например, несколько тонн угля.

Такое утверждение делают международные специалисты. Учитывая возможности, которые дает рассеянный солнечный свет, сомневаться в верности такого мнения не приходится. Несложно убедиться в этом на простом примере.

Для получения одной тонны угля требуются колоссальные затраты, состоящие из времени, человеческого труда и использования специального оборудования. Несложно сосчитать, в какую сумму обходится стране каждая тонна твердотопливного материала.

Что происходит в случае с солнечной энергией? Требуется только однажды установить накопитель (батарею, комплекс, систему), и получение энергии происходит постоянно, без прямого участия человека. То есть, чтобы обогреть жилое помещение или получить бесперебойное электропитание, пользователю не приходится постоянно тратить время, силы и финансовые средства.

В мире будущее солнечной энергетики рассматривается как довольно радужное. И на то есть причины. За последние годы специалистам удалось существенно повысить качество «приемников» солнечной энергии и повысить их конверсию. Как результат, человеку доступны сверхмощные солнечные батареи, отличающиеся высокой надежностью и малыми габаритами.

Альтернативный источник получения энергоносителей позволит человечеству решить проблемы с сохранением окружающей среды. Не стоит забывать и об исчерпывающихся залежах других материалов: угля, газа, дерева. Солнечные лучи – настоящий друг человека.

Солнечные батареи: перспективы использования, эффективность

В настоящее время во всем мире, в том числе и в нашей стране, остро встает вопрос о разработке и внедрении новых источников энергии. Всем известно, что наиболее значимыми из них на сегодняшний день являются нефть, природный газ, уголь, электричество. Запасы нефти и газа не безграничны, в силу всего этого необходимо искать альтернативные источники энергии. Одним из них является использование так называемых солнечных батарей. О солнечной энергетике знают уже давно, это предмет споров и дискуссий среди специалистов. Некоторые считают, что это большая перспектива на будущее, другие уверены в противоположном.

Схема подключения солнечных панелей.

Сейчас очень большое количество крупных кампаний вкладывает миллионы в развитие этой отрасли, в том числе в строительство солнечных электростанций. С одной стороны, солнечные батареи не требуют затрат при их эксплуатации, но стоимость данного оборудования высока. Часть специалистов утверждает, что прибыль от данного проекта не сможет покрыть расходы, связанные со строительством. В противовес этому данные устройства могут работать десятками и сотнями лет, поэтому при длительной эксплуатации прибыль будет налицо. Следует рассмотреть более подробно, какова эффективность солнечных батарей, факторы, ее определяющие. Но сперва нужно ознакомиться с принципом их работы, основными преимуществами.

Схема элементов солнечной батареи.

Всем известно, что электричество — это основной источник энергии. Но его можно получить и более простым путем. Солнце — это естественный источник энергии, который может широко использоваться в современном мире. Для солнечных батарей главным механизмом работы является поглощение солнечной энергии и преобразование ее в электрическую, а впоследствии в тепловую. Наиболее широкое применение эти устройства нашли в системе отопления частных домов.

Такие батареи представляют собой фотоэлектрические генераторы электрической энергии. У солнечных батарей есть полупроводниковый элемент, на который воздействуют солнечные лучи. Вследствие всего этого образуется постоянный электрический ток, который в дальнейшем используется для обогрева.

В цепях солнечных батарей генерируется напряжение, которое и имеет ценность. В состав аппарата входит аккумулятор, который способен накапливать энергию. Несомненно, для того чтобы это было возможно, потребуется солнечная погода. После накопления энергии, аккумулятор может снабжать потребителя теплом некоторое время в пасмурную погоду.

Стоит знать о производительности солнечных батарей. Опираясь на научные данные, можно утверждать, что энергия составляет примерно 1367 Вт на 1 м². В области экватора некоторое ее количество задерживается атмосферой, поэтому энергия, которая доходит до земли равна 1020 Вт.

В России же можно получить только 160 Вт/м² с учетом того, что коэффициент полезного действия солнечных батарей равен 16%.

Схема работы солнечной батареи.

К примеру, если установить солнечные батареи на площади в 1 км², то годовое количество полученной электроэнергии составит примерно 187 ГВт/ч (1173 * 0,16).

При этом большое значение имеет угол установки их относительно падающего света, в данном случае оптимальное его значение 40 °. Стоимость 1 кВт электроэнергии в настоящее время равна 3 рублям, стоимость электроустановки будет составлять 561 млн рублей. Коэффициент полезного действия данного оборудования непостоянен и зависит от нескольких факторов. Главный из них — интенсивность и продолжительность инсоляции, которая, в свою очередь, определяется погодными условиями, длительностью дня и ночи, то есть широтой местности. Огромное значение имеет и тип установочных солнечных батарей.

Большой интерес представляет собой использование подобного оборудования для отопления дома. Электричество — это отличный источник тепла. Многие дома имеют именно такую систему отопления. Нужно учитывать тот факт, что отопление частного дома с помощью такого источника целесообразно организовывать только для регионов с максимумом солнечной энергии. Для северных территорий, где бывают полярные ночи, потребуется другой подход. В этом случае рекомендуется совмещать использование солнечной энергии с другими типами отопления, например, газовым или отоплением на твердом топливе (печным).

Все дело в том, что эффективность таких батарей в пасмурную погоду низкая, что может вызвать недостаток тепла. Поэтому отопление с помощью энергии солнца, преобразованной в электрическую, не рекомендуется применять обособленно от других. Оптимально использовать их только для экономии денег, когда это возможно. Таким образом, можно сделать вывод, что использование солнечных батарей не всегда может в полной мере обеспечить оптимальные микроклиматические условия в помещении, обогреть дом, в силу этого данный вид энергии рекомендуется применять совместно с другими видами отопления.

Схема солнечного коллектора.

Важное положение при использовании этого источника — экономическая выгода. Она напрямую зависит от мощности батареи и площади фотоэлектрических элементов, которые воспринимают лучи. Если взять для примера такой город, как Москва, то можно получить следующие интересные данные. Если мощность устройства составляет 800 Вт, то она позволяет ограниченно пользоваться бытовыми приборами, но не сможет обеспечить бесперебойную подачу электричества в течение суток для обогрева помещений.

При мощности устройства в 10 раз больше, то есть 8 кВт, оно позволит обогревать небольшие по площади помещения дома в осеннее и зимнее время. Весной же возможен полноценный обогрев всех помещений.

Устройство с мощностью 13,5 кВт практически полностью заменяет электричество, что может обеспечить постоянный обогрев дома во все месяцы года, за исключением ноября, декабря и января. В этом случае можно основные приборы оставить работать от солнечных аппаратов, а отопление подключить к центральной системе. Так можно прилично сэкономить. Самыми мощными генераторами являются те, которые имеют мощность 31,5 кВт. Они позволят полностью отказаться от основных видов энергообеспечения и использовать только энергию солнца на протяжении всего года длительное время. Но стоят такие аппараты дорого, что ограничивает их применение.

Схема расположения солнечных панелей.

Несмотря на то, что электричество, полученное с помощью только энергии солнца, не требует при эксплуатации системы никаких капиталовложений, в данном вопросе много проблем. Во-первых, объем полученного электричества во многом зависит от следующих факторов: погоды, широты местности, мощности батарей.

Во-вторых, такие источники тепла являются в большей степени дополнительным средством, к примеру, для обогрева, что ограничивает их применение. В-третьих, установка подобного оборудования стоит больших денег. В частности, это касается крупных электростанций. Стоимость самих аккумуляторов на порядок превышает таковую для батарей.

Но самое важное — это удешевление способов генерации полученного от солнца тепла и сохранение его как можно более длительное время. Вечером потребление электричества возрастает, а батареи работают в основном в дневное время. Учеными вычислено, что стоимость 1 Вт от батареи равно 0,5 $. За день (8 часов работы) она способна образовать 8 Вт/ч, которую потребуется сохранить на вечернее время. Самое дешевое солнечное электричество сейчас получают с помощью поликристаллических батарей. Большое значение имеет и то, что стоимость солнечной энергии не должна превышать цену альтернативного топлива, например, газа. Если взять для примера одного из мировых лидеров в данном вопросе — Германию — цена на газ в ней равна 450 $, то стоимость 1 кВт солнечной энергии не должна быть выше 0,1 $. В противном случае применение последней будет экономически не целесообразным.

Электричество, полученное таким образом, является альтернативой тому, которым мы привыкли пользоваться сегодня. Данный вид энергообеспечения оптимален для тех территорий и объектов, где нет других источников, например, на отдаленных станциях сотовой связи.

Подобное оборудование может быть незаменимым в южных регионах нашей страны, где наблюдается пик солнечной активности. При использовании крупных станций важно помнить, что они могут прослужить десятки и сотни лет.

На основании всего вышесказанного можно сделать заключение о том, что в современном мире идут поиски альтернативных источников энергии. Перспективным направлением является солнечная энергетика, которая основана на использовании солнечных батарей. Стандартная солнечная установка состоит из следующих основных частей: обыкновенного преобразователя, преобразователя постоянного тока в переменный, механизма отбора мощности, аккумулятора и аппарата, регулирующего уровень зарядки и разрядки.

Эффективность подобного оборудования зависит от нескольких факторов. Самый важный из них — активность солнечной энергии и мощность батареи. Наиболее оптимальными являются аппараты с мощностью от 13,5 кВт, что может обеспечить практически бесперебойную работу всего оборудования. Для северных регионов нашей страны использование батарей не является перспективным. Рекомендуется применение их в качестве дополнительного источника электричества в целях экономии средств. Целесообразно совмещать ее с центральным отоплением (на природном газе или твердом топливе). При возведении солнечных станций нужно учесть большие затраты на оборудование. Окупаемость может составить десятки лет.

Перспективы использования солнечной энергии Текст научной статьи по специальности «Структура и распределение энергоресурсов»

Аннотация научной статьи по энергетике, автор научной работы — Дорохов Александр Федорович, Осипова Людмила Алексеевна, Исаев Александр Павлович, Махмудова Гульсима Риваевна

Солнечная энергетика реальный, развивающийся быстрыми темпами сектор энергетического рынка планеты с перспективными возможностями для дальнейшего роста в недалеком будущем. Фотоэнергетика обладает таким положительным качеством, как экологическая чистота. В связи с необходимостью рационально использовать топливо, уменьшать загрязнение окружающей среды и стоимость электроэнергии, перед топливно-энергетическим комплексом России следует поставить задачу снижения расходов топлива на производство электроэнергии. В Астраханском регионе показатели солнечной радиации позволяют использовать фотоэнергоустановки в течение 9 месяцев. Для региона это одно из направлений, которое позволит вносить дополнительные доходы в бюджет г. Астрахани. Библиогр. 6. Ил. 3.

Похожие темы научных работ по энергетике , автор научной работы — Дорохов Александр Федорович, Осипова Людмила Алексеевна, Исаев Александр Павлович, Махмудова Гульсима Риваевна,

Solar energy is a real, rapidly developing sector of the energy market of our planet with perspective opportunities for the further growth in the near future. Photo energy has such a positive quality as ecological purity. In connection with the necessity of rational use of fuel, decrease of pollution of the environment and reduction of electric rates it is necessary to the fuel and energy complex of Russia to set the task of reduction of fuel consumption for power generation. In the Astrakhan region parameters of solar radiation allow to use solar energy plants within 9 months. For our region it is one of the directions that will allow earning additional incomes in the budget of Astrakhan.

Текст научной работы на тему «Перспективы использования солнечной энергии»

А. Ф. Дорохов, Л. А. Осипова, А. П. Исаев, Г. Р. Махмудова Астраханский государственный технический университет

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Ситуация, сложившаяся в мировом энергетическом хозяйстве, требует вовлечения в энергетический баланс новых ресурсов, прежде всего таких, как солнечная энергия, энергия биомасс, геотермальная, ветровая и некоторые другие виды энергии, а также их эффективного использования с учетом экологических факторов (табл.).

Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии 2020 г.*

Минимум Максимум (при благоприятной политике поддержки)

«Modern» биомасса 243 45 561 42

Солнечная 109 21 355 26

Ветровая S5 15 215 16

Г еотермальная 40 7 91 7

Мини-ГЭС 4S 9 69 5

Приливы и волны 14 3 54 4

Суммарная 539 100 1 345 100

* В 1990 г. мощность новых возобновляемых источников энергии составила 164 МВт – 1,9 % общей потребляемой энергии.

В связи с необходимостью рационально использовать топливо, уменьшать загрязнение окружающей среды и стоимость электроэнергии, перед топливно-энергетическим комплексом России необходимо поставить задачу снижать расход топлива на производство электроэнергии при минимальных капитальных затратах, а также определить наиболее перспективные направления вложения собственных и иностранных инвестиций [1].

В конце 70-х – начале 80-х гг. в разных странах мира было построено семь пилотных солнечных электростанций (СЭС) так называемого башенного типа с уровнем мощности от 0,5 до 10 МВт. Самая крупная СЭС мощностью 10 МВт (Solar Опе) была построена в Калифорнии. Все СЭС построены по одному принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, следящих за солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на верху достаточно высокой башни; ресивер представляет собой по существу солнечный котёл, в котором производится водяной пар средних параметров, направляемый затем в стандартную паровую турбину.

Несмотря на то, что принцип преобразования солнечной энергии в электрическую известен уже более ста лет, технологии на его основе получили широкое применение только в течение последних десятилетий,

пройдя сложный путь от использования на космических объектах до массового применения на земле. Сейчас фотоэнергетика – вполне реальный, более того, развивающийся быстрыми темпами сектор энергетического рынка планеты с огромными возможностями для дальнейшего роста в недалеком будущем. Всплеск интереса к фотоэнергетике, наблюдающийся в настоящее время во всем мире, обусловлен радикальным снижением стоимости (в семь раз по сравнению с 1981 г.) оборудования фотоэлектрических систем (ФЭС) – основного фактора, сдерживающего их использование, – до уровня экономической жизнеспособности энергетических проектов [2]. Кроме того, солнечная энергетика обладает таким положительным качеством, как экологическая чистота. ФЭС – модульные конструкции с возможностью бесконечного наращивания мощностей с минимальными требованиями к текущему обслуживанию энергетического оборудования и очень привлекательным внешним видом [3].

До недавнего времени применение фотоэнергетических технологий ограничивалось довольно узкой сферой – для энергоснабжения потребителей в удаленных от сетей энергосбережения областях, где расходы на другие источники энергии оказывались намного выше.

Солнечная батарея (фотоэлектрический генератор, преобразующий энергию солнечного излучения в электрическую энергию) впервые была использована в 1958 г. на «Спутнике-3». С тех пор на всех космических аппаратах, кроме транспортных космических кораблей с малым ресурсом самостоятельного полета, первичными источниками электроэнергии являются солнечные батареи. Применение солнечных батарей в космосе стимулировало развитие фотоэлектрической энергетики, а в последние десятилетия фотоэнергетика все более широко стала использоваться в наземных условиях [4].

В настоящее время мировой рынок фотоэлектричества осваивает ФЭС, интегрированные в энергетические системы крупных городов, при общих установленных мощностях, превышающих в целом несколько МВт [5].

Физические принципы преобразования солнечной радиации были разработаны и использованы российскими учеными и специалистами в создании теоретических моделей и новых конструкций солнечных элементов, в том числе на основе гетероструктур, варизонных структур с предельным КПД до 93 %, п-р-р+структур из кремния с теоретической эффективностью до 44 %, многофункциональных высоковольтных структур. Максимальный КПД в 30 % был получен на каскадных солнечных элементах на основе гетероструктур в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе [6].

В 1996 г. Министерством науки и технологий РФ в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», подпрограммы «Экологически чистая энергетика» был инициирован проект «Создание высокоэффективных кремниевых фотопреобразователей и модулей с удельными параметрами более 160 и 140 Вт/м2 соответственно и развертывание их опытно-промышленного производства

с объемом 300 кВт/год». Головным предприятием по проекту была определена научно-производственная фирма «Кварк» (г. Краснодар). В 1998 г. проект был выполнен. Разработана оригинальная технология изготовления фотопреобразователей – солнечных элементов и модулей солнечных элементов с КПД до 16 % и осуществлено ее внедрение в опытнопромышленное производство на фирме «Солнечный ветер» (г. Краснодар). Технико-экономические характеристики выпускаемой продукции соответствуют лучшим мировым образцам. Одновременно было начато внедрение этой технологии в ЗАО «ОКБ завода «Красное знамя» (г. Рязань). Под руководством предприятия «Интерсоларцентр» разработан проект организации широкомасштабного производства кремния и кремниевых солнечных элементов и модулей общим объемом до 2 МВт в год.

Проект представлен замкнутым производственным циклом, включающим в себя выращивание монокристаллов кремния с заданными свойствами, проволочную резку кристаллов кремния на пластины, изготовление из этих пластин солнечных элементов, модулей и систем на их основе. На начальном этапе производство монокристаллического кремния будет основано на использовании скрапа – отходов кремния для электронной промышленности. В последующем для этой цели стали использовать поликристалли-ческий кремний, получаемый экономически эффективным и технологически доступным бесхлорным алкоксилановым методом, разработанным также под руководством прдприятия «Интерсоларцентр» (рис. 1, 2).

Рис. 1. Плоский солнечный модуль

Рис. 2. Солнечный коллектор

В Астраханском регионе показатели солнечной радиации позволяют использовать фотоэнергоустановки в течение 9 месяцев (рис. 3).

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Рис. 3. Значения прямой солнечной радиации, Вт/м, по месяцам для различно ориентированных поверхностей:

1 – гелиоприемники направлены на юг (угол наклона к горизонту 46°);

2 – гелиоприемники располагаются горизонтально

Промышленная реализация этого проекта позволит создать в России мощное производство, способное, с одной стороны, поставлять на мировой рынок изделия с высокими удельными параметрами по конкурентоспособной цене и тем самым занять достойное место на рынке, а с другой – дать импульс формированию собственного фотоэнергетического внутреннего рынка [3]. Для Астраханского региона это одно из направлений, которое позволит вносить дополнительные доходы в бюджет г. Астрахани.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Макаров А. А., Чимятов В. Н. Возможности энергосбережения и пути их реализации // Теплоэнергетика. – 1995. – № 6. – С. 2-6.

2. Научно-технические и организационно-экономические проблемы внедрения энергосберегающих технологий / В. В. Бушуев, Б. Н. Громов, В. И. Доброхотов и др. // Теплоэнергетика. – 1997. – № 11. – С. 8-15.

3. Стребков Д. С., Пинов А. Б. Развитие фотоэлектричества в России // Возобновляемая энергия. – 2001. – № 1. – С. 6-7.

4. кир://риЬІісаґіот. ргое^ітоу. га.

5. Крайнов В. К., Селихов А. А. Повышение эффективности энергопроизводства. Анализ и пути реализации // Теплоэнергетика. – 1997. – № 11. – С. 26-30.

6. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России / Ю. К. Шафранник, П. П. Безруких и др. – М.: Минтопэнерго РФ, 1994. – 486 с.

PROSPECTS OF SOLAR ENERGY USE

A. F. Dorokhov, L. A. Osipova, A. P. Isaev, G. R. Makhmudova

Solar energy is a real, rapidly developing sector of the energy market of our planet with perspective opportunities for the further growth in the near future. Photo energy has such a positive quality as ecological purity. In connection with the necessity of rational use of fuel, decrease of pollution of the environment and reduction of electric rates it is necessary to the fuel and energy complex of Russia to set the task of reduction of fuel consumption for power generation. In the Astrakhan region parameters of solar radiation allow to use solar energy plants within 9 months. For our region it is one of the directions that will allow earning additional incomes in the budget of Astrakhan.