Энергоэффективный Пермский Край

Зафиксирован двойной мировой рекорд эффективности солнечных элементов

Недавно исследователями из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Кенсингтон, Австралия, был зафиксирован двойной мировой рекорд по эффективности преобразования нового солнечного элемента. По словам ученых, разработанная ими технология даст существенное увеличение производительности фотоэлементов при минимальных дополнительных затратах. Новый рекорд по эффективности преобразования солнечных элементов был проверен Лабораторией калибровки солнечных батарей Fraunhofer ISE.

Недавно исследователями из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Кенсингтон, Австралия, был зафиксирован двойной мировой рекорд по эффективности преобразования нового солнечного элемента. По словам ученых, разработанная ими технология даст существенное увеличение производительности фотоэлементов при минимальных дополнительных затратах. Новый рекорд по эффективности преобразования солнечных элементов был проверен Лабораторией калибровки солнечных батарей Fraunhofer ISE.

Новая «точка отсчета» на уровне 19,4 процента эффективности для выпускаемых серийно, прозрачных кремниевых солнечных элементов была достигнута благодаря использованию запатентованной лазерной технологии. Предыдущий результат для фотоэлементов, созданных с применением этого процесса, составлял 18,9 процентов.

По словам доктора Мэтта Эдвардса, руководителя исследовательских программ университетской группы, новый рекорд по эффективности солнечных элементов был достигнут без применения экзотических материалов или оборудования. «Мы достигли этих результатов в короткие сроки, используя стандартные кремниевые пластины CZ р-типа и модифицировав стандартные производственные процессы», – говорит он. Разработав недорогие солнечные элементы для массового производства, ученые еще больше приблизили по стоимости солнечную энергию к энергии, получаемой от ископаемого топлива.

В запатентованном UNSW процессе используются лазерный легированный селективный излучатель (Laser Doped Selective Emitter, LDSE) и светоиндуцированное покрытие, с помощью которых на поверхность солнечного элемента наносятся сверхтонкие металлические контакты, создающие большую площадь для захвата солнечных лучей.

Одним из преимуществ технологии LDSE является возможность повышения эффективности элемента с помощью простой модификации существующих производственных линий трафаретной печати солнечных элементов.

В настоящее время группа ученых работает над новой технологией, двусторонней LDSE (D-LDSE), которая оптимизирует переднюю и заднюю поверхности солнечных элементов для увеличения эффективности до 22 процентов.

Источник: cheburek.net

Использование солнечной энергии в строительстве зданий

Совмещать ограждающие конструкции здания с гелиоколлектором с воздушным теплоносителем для использования энергии солнечной радиации энергетически рационально: гелиостены выполняют и функцию теплозащиты, и роль системы теплоснабжения зданий. Это вполне отвечает климатическим условиям России и применимо как в индивидуальных домах, так и для многоэтажных зданий.

В. А. Турулов, канд. техн. наук, инженер-строитель

Совмещать ограждающие конструкции здания с гелиоколлектором с воздушным теплоносителем для использования энергии солнечной радиации энергетически рационально: гелиостены выполняют и функцию теплозащиты, и роль системы теплоснабжения зданий. Это вполне отвечает климатическим условиям России и применимо как в индивидуальных домах, так и для многоэтажных зданий.

Многие считают, что панорамное остекление способствует использованию солнечной энергии для пассивного обогрева и естественного освещения зданий. Это не совсем так даже при применении современных светопрозрачных ограждений с повышенными теплозащитными свойствами. Следует признать, что большие окна в зданиях, строящихся в холодном климате России, требуют весьма значительных эксплуатационных энергетических затрат и дают несколько сомнительный психо-эмоциональный эффект.

Рациональнее сократить площадь окон до минимально допустимого значения и стены совместить с гелиоколлектором. Такая конструкция ограждений может использовать энергию солнечной радиации в многоэтажных зданиях. Здание с таким фасадом будет иметь высокие теплозащитные свойства и энергоэффективные показатели. При этом будет создана имитация сплошного остекления, к чему стремятся многие архитекторы. Кроме того, фасад здания с гелиоколлектором может иметь различную цветовую гамму за счет окраски теплопоглощающей пластины коллектора. Конструктивно имеется возможность также изменять фактуру плоскости фасада. При различном плоскостном расположении светопрозрачного элемента коллектора создается интересный эффект кристаллической поверхности.

Комплексные исследования гелиоактивных стен

В институте по проектированию учреждений здравоохранения ГИПРОНИИЗДРАВ более 10 лет, начиная с 1982 года, проводились комплексные исследования1, включающие теоретические и натурные испытания гелиоактивных стен с использованием их в проектной практике [1]. Проведенная работа подтвердила перспективность строительства зданий, особенно многоэтажных, с применением наружных стен, сочетающих два функциональных направления – теплоизоляцию и теплоснабжение – за счет энергии солнца.

При проведении теоретических исследований (Б. В. Хрустовым, канд. техн. наук, отдел НИР ГипроНИИздрав Минздрава СССР) была создана математическая модель нестационарного теплового поведения конструкции, включающая светопрозрачные слои, теплоприемную пластину, воздушный теплосъемный канал, воздушные прослойки и теплоизоляционные слои.

На основе теоретических исследований были организованы многолетние натурные павильонные испытания четырех типов образцов с различными коллекторными пластинами. Испытания проводились в летние и зимний периоды, при этом создавался естественный (пассивный) и принудительный (посредством вентилятора) режимы движения воздуха в теплосъемном канале коллектора. Изучалось влияние скорости и массового расхода воздуха в теплосъемном канале и оценивалась эффективность конструкций гелиоколлектора, сезонное теплоэнергетическое «поведение» гелиоактивных стен.

Было обращено особое внимание на теплозащиту и теплоустойчивость стен с гелиоколлектором в летний период, учитывая, что установка гелиовоздухонагревателей (ГВН) на поверхности наружных стен способствует повышению теплового потока, направленного в помещение. Данные свидетельствуют, что амплитуда колебаний температуры внутренних поверхностей традиционных конструкций и гелиоактивных стен с одинаковой теплоизоляцией практически совпадают. Однако за счет большего поглощения солнечной энергии и меньшего оттока тепла во внешнюю среду из-за установки светопрозрачных покрытий среднесуточные значения температур внутренней поверхности стен несколько выше. Такая особенность теплопередачи улучшает теплозащитные качества стены с коллектором в зимний период и несколько ухудшает летом по сравнению с обычными стенами, что требует дополнительной теплоизоляции.

Рекомендации по проектированию наружных стен с гелиовоздухонагревателям

По материалам теоретических и натурных исследований разработаны рекомендации по проектированию наружных стен зданий с ГВН.

1. Конструктивное решение наружных стен с ГВН характеризуется обязательным применением в их структуре слоев светопрозрачного покрытия, поглощающего элемента, замкнутых воздушных прослоек, теплосъемного канала и теплоизоляции. Наличие неоднородных по условиям теплообмена конструктивных элементов обусловливает дифференцированный подход к рассмотрению процессов теплопередачи в каждом из них.
2. В зависимости от условий внешней среды при эксплуатации гелиовоздухонагревателей могут быть предусмотрены следующие воздушные режимы функционирования теплосъемного канала коллектора:

- замкнуто-активный, при котором в период облучения солнечной радиацией поглощающей поверхности теплосъемный канал принудительно вентилируется, а в остальное время суток эксплуатируется закрытым (режим устанавливается зимой в ясные дни);
- замкнутый, при помощи затворов канал трансформируется в замкнутую воздушную прослойку (режим устанавливается в зимний период в пасмурную погоду);
- открыто-активный, при котором в период облучения солнечной радиацией коллекторной поверхности теплосъемный канал принудительно вентилируется, в другие часы суток для уменьшения теплопритока в помещения предусматривается естественная циркуляция воздуха в канале (режим используется в летний период);
- открытый, обеспечиваемый естественной вентиляцией теплосьемного канала и используемый при отказе системы принудительной вентиляции (режим предусматривается в летний период для уменьшения теплопоступлений через ограждения в помещения).

3. Функциональное двойное назначение ГВН определяет необходимость:

- энергетической эффективности гелиовоздухонагревателя и теплозащитных свойств ограждения, значения которых зависят от климатических воздействий, конструктивных характеристик, архитектурно-планировочных решений зданий и режима эксплуатации коллектора;
- дополнительных требований к гелиоактивным стенам, поскольку в процессе их эксплуатации возможна поломка светопрозрачного покрытия коллектора, что ведет к нарушению гидравлического режима течения воздуха в коллекторе и, как следствие, к снижению тепловой эффективности всей гелиосистемы и ухудшению теплозащитных свойств ограждения. В этом отношении гидравлически более устойчивы конструкции с самостоятельным теплосъемный каналом;
- учета большого числа факторов, влияющих на теплоэнергетическую эффективность конструкции, основными из которых являются расход воздуха в гелиоколлекторе, форма и селективность поглощающей поверхности, соотношение длины и ширины теплосьемного канала, ориентация ГВН, физические свойства светопрозрачных слоев и их количество, теплотехнические свойства материала теплоизоляции, температура воздуха, подаваемого в гелиоколлектор.

4. Отличительной особенностью ГВН по сравнению с традиционными наружными стенами являются повышенные требования к теплоизоляции, что связано с увеличением теплового потока, направленного в помещение в летний период за счет более высокого уровня температур в ограждении и уменьшения стока тепла во внешнюю среду из-за использования светопрозрачных покрытий.
5. Конструктивные решения ГВН по типам гелиовоздухонагревателей можно разделить на группы с однополостным и многополостным теплосъемными каналами. В группе с однополостным каналом выделяются коллекторы с внешней и внутренней теплопоглощающей поверхностью; группа многополостных коллекторов включает конструкции с объемным и плоским теплопоглощением.
6. В конструкциях с теплосъемным каналом с внешней коллекторной поверхностью исключен контакт нагреваемого воздуха с холодным светопрозрачным покрытием, что повышает их тепловую эффективность. Наиболее прост в изготовлении коллектор с теплосъемным каналом с плоским поглощающим элементом.
7. Некоторое усложнение имеет конструкция коллектора с установкой специальных элементов, что интенсифицирует теплосъем за счет турбулизации воздушного потока в канале.
8. Использование гофрированных поглощающих поверхностей позволяет наиболее эффективно улавливать солнечную энергию и увеличивает площадь контакта нагреваемого воздуха с поглощающей пластиной. Несмотря на сложности в изготовлении и трудности при монтаже, связанные с герметизацией стыков, использование гофрированных поглощающих поверхностей увеличивает КПД гелиовоздухонагревателя по сравнению с другими коллекторами такого типа.
9. Наибольшей тепловой эффективностью обладает группа конструкций многополостных гелиоколлекторов с объемным поглощением, которые наряду с высокой способностью улавливать солнечную энергию, как правило, реализуют объемный теплосъем и значительно активизируют конвективный теплообмен.
10. Форма поглощающей поверхности коллектора в значительной степени влияет на эффективность преобразования солнечной энергии. Так, КПД гелиовоздухонагревателей с поглощающими элементами в виде пластины с турбулизаторами, гофрированной поверхностью и жалюзийной решетки в среднем на 10, 20 и 15 % выше по сравнению с плоским поглощающим элементом.
11. Увеличение отношения коэффициента поглощения коллекторной поверхности к ее степени черноты в 8–10 раз способствует повышению КПД гелиовоздухонагревателя на 10–15 %.

На преобразование солнечной энергии существенно влияет окраска коллекторной поверхности, которая определяет ее коэффициент поглощения. При этом зависимость КПД от поглощающей способности практически прямо пропорциональна.

12. Увеличение отношения длины теплосъемного канала к его ширине позволяет получить теплоноситель более высокого температурного потенциала, однако это сопровождается снижением КПД. Так, при изменении этого отношения от 50 до 200 температура воздуха на выходе увеличивается на 10–20 °C, а КПД уменьшается почти на 10 %.
13. В случае отказа системы принудительной вентиляции с целью защиты помещений от перегрева необходимо обеспечивать возможность беспрепятственной естественной циркуляции воздуха в канале.
14. Светопрозрачное покрытие способствует снижению теплопотерь гелиовоздухонагревателя, одновременно являясь фактором, уменьшающим поступление солнечной радиации на коллекторную поверхность. Многослойные светопрозрачные конструкции эффективны при большой разности температур воздуха на входе гелиоколлектора и наружной среды. При разности этих температур до 40 и расходах воздуха выше 0,02 кг/(м•с) различие КПД одно-, двух- и трехслойного светопрозрачного покрытия не превышает 5 %. При вентиляции теплосъемного канала наружным воздухом целесообразно принимать однослойное остекление коллектора.
15. Высокий уровень температур в ГВН по сравнению с традиционными наружными стенами обусловливает повышенные требования к теплозащитным свойствам ограждения. Установка гелиовоздухонагревателей на поверхности наружных стен способствует повышению теплового потока, направленного в помещение. Такая особенность их теплопередачи улучшает теплозащитные качества ограждения в зимний период и ухудшает летом по сравнению с обычными ограждениями.
16. Перед определением параметров теплоизоляции устанавливаются расчетные режимы вентиляции гелиоколлектора.
17. Обьемно-планировочное решение здания должно формировать развитую площадь облучаемого фасада, что обеспечивает более вытянутая форма. Так, при южной ориентации гелиоактивного фасада поступление солнечной радиации при соотношении ширины к длине 1:1 и 1:5 отличается на 30 %.

Опыт проектирования гелиозданий

На основе рекомендации по проектированию наружных стен зданий с ГВН в Ташкенте было спроектировано и начато строительство Кардиологического центра.

Расчет тепловых процессов с помощью нестационарной теплопередачи в ограждении в режиме принудительной вентиляции теплосъемного канала в холодный период и естественного в теплый период установил, что в климатических условиях Ташкента в течение года теплопроизводительность гелиоколлектора колеблется в широких пределах, достигая максимального значения в октябре – 330 Вт/м2 и минимального в декабре – 140 Вт/м2.

Сумма полезной энергии за сутки по месяцам отличается в 2,3 раза и составляет максимальное значение в июле – 5,7 МДж/м2 и минимальное в декабре – 2,2 МДж/м2. В течение года максимальный КПД достигает 50,9 и средний 39,3 %. Температура воздуха в теплосъемном канале коллектора в зимний период составляет 29–34°C, а в летний 66–68 °C.

Расчеты показали, что в здании полезное тепло можно использовать для горячего водоснабжения Кардиологического центра с апреля по октябрь.

Исследования подтверждают, что совмещение наружных стен зданий с гелиоколлектором в условиях России является, несомненно, перспективной технологией, особенно на Дальнем Востоке и значительной территории Сибири.

Литература:

1. Турулов В. А. Гелиоактивные стены зданий. М., 2011.
2. Оболенский Н. В. Архитектура и солнце. М., 1988.

Опубликовано в журнале Энергосбережение №6/2011

Солнечная энергия будет использоваться для защиты от обледенения взлетно-посадочных полос

В холодное время года перед техническими службами аэропортов стоит задача недопущения обледенения взлетно-посадочных полос аэродромов. Для решения этой проблемы в ход идут все доступные средства, начиная от химических реагентов и заканчивая электрическими, тепловыми и даже микроволновыми установками. Однако, все эти технологии довольно затратные, поскольку либо потребляют значительное количество электроэнергии, либо требуют привлечения большого числа рабочего персонала. Но недавно инженеры-технологи из Университета штата Арканзас объявили о том, что они разрабатывают новую систему, которая для защиты взлетно-посадочных полос от замерзания будет использовать солнечную энергию.

В холодное время года перед техническими службами аэропортов стоит задача недопущения обледенения взлетно-посадочных полос аэродромов. Для решения этой проблемы в ход идут все доступные средства, начиная от химических реагентов и заканчивая электрическими, тепловыми и даже микроволновыми установками. Однако, все эти технологии довольно затратные, поскольку либо потребляют значительное количество электроэнергии, либо требуют привлечения большого числа рабочего персонала. Но недавно инженеры-технологи из Университета штата Арканзас объявили о том, что они разрабатывают новую систему, которая для защиты взлетно-посадочных полос от замерзания будет использовать солнечную энергию.

В настоящее время исследовательская группа построила образец двухслойного участка взлетно-посадочной полосы для тестирования своей системы. Нижний слой представляет собой монолитную плиту размером 6,1 на 7,3 метра из непроводящего тепло бетона, которая расположена на подушке из гравия. Верхний слой состоит из двенадцати панелей, каждая из которых имеет размеры 1,2 на 3 метра. Десять из них сделаны из специального теплопроводящего бетона, а еще две панели – из обычного бетона, которые являются контрольными в исследовании.

Расположенная рядом установка с фотоэлектрическими элементами преобразует солнечный свет в энергию, сохраняет ее в аккумуляторах, а затем при необходимости подает питание на электроды, встроенные в теплопроводящие панели. Результаты первых испытаний системы показали, что теплопроводящие бетонные панели во много раз быстрее растапливают лед, чем это можно сделать с помощью существующих сегодня методов.

Однако, сами исследователи отмечают, что на данный момент их система еще далека от совершенства и тем более от коммерциализации. Так, тестирование показало, что распределение тепла в экспериментальном участке довольно неравномерное – более теплые области сосредоточены возле источника тепла, но чем дальше от него, тем панели холоднее. Но по словам руководителя проекта Эрни Хеимсфилду, эта проблема вполне разрешима путем изменения конфигурации электродов.

Исследовательская группа из Арканзасского университета планирует продолжать тестирование своей технологии в течение всей предстоящей зимы.

Источник: cheburek.net

Технологии в солнечной энергетике (обзор)

Популярность использования солнечной энергии растет с каждым годом, соответственно растет и количество используемых технологий. Выбор оптимального решения именно для ваших нужд становится делом все более трудным, а потому мы решили вкратце познакомить вас с основными на сегодняшний день технологиями преобразования и использования солнечной энергии.

Популярность использования солнечной энергии растет с каждым годом, соответственно растет и количество используемых технологий. Выбор оптимального решения именно для ваших нужд становится делом все более трудным, а потому мы решили вкратце познакомить вас с основными на сегодняшний день технологиями преобразования и использования солнечной энергии.

Первое место в нашем обзоре заслуженно занимает самая распространенная в наше время технология - фотоэлектрические солнечные панели.

I. Фотоэлектрические солнечные панели – технология, проверенная временем

Фотоэлектрические батареи являются самой простой, надежной и экономически выгодной системой получения солнечной электроэнергии. Фотоэлектрические панели являются главным кирпичиком для создания фотоэлектрических энергосистем. Панели также собираются из отдельных элементов, чаще всего из кремния – монокристаллического, поликристаллического или аморфного. Толщина полупроводниковых слоев составляет не более двух или трех десятых миллиметра.

Произведенный электрический ток проходит через инвертор, после чего может использоваться для питания чего угодно, от тостера до ТВ или электромобиля.

Использование фотоэлектрических панелей – проверенная годами, надежная технология, отсутствие в их конструкции подвижных частей обеспечивает безаварийность и долгий срок службы. Фотоэлектрические панели не требуют затратного обслуживания, достаточно периодически очищать поверхность батарей.

В жилых районах панели обычно устанавливаются на крышах, но вполне возможна и их установка на земле, при условии ее доступности, например в сельских, пустынных или любых удаленных районах большая часть приборов различных служб работает именно от фотоэлектрических батарей при условии подходящих климатических условий.

Эффективность лучших фотоэлектрических панелей при использовании в жилом секторе составляет до 18-19%, что является лучшим показателем в пересчете на единицу доступной для использования площади. С учетом этого, у вас вполне могут образоваться излишки электроэнергии и можно подключить вашу систему к общей сети для продажи электричества коммунальной компании при условии, что такая услуга поддерживается местными операторами. Таким образом, ваши вложения в солнечную энергетику не только оправдаются, но и вполне могут принести значимую прибыль в долгосрочной перспективе.

Будучи наиболее эффективной из всех, система на фотоэлектрических панелях с применением традиционных кремниевых элементов является самым популярным решением, особенно в городских жилых районах, где площадь крыш, пригодная для установки панелей, обычно ограниченна.

Кроме того, большинство государств стараются поддерживать развитие гелиоэнергетики, снижая нагрузку на общую сеть и экономя ископаемые ресурсы. Разработчикам и пользователям солнечных батарей предоставляются выгодные тарифы на поставку электричества в общую сеть, а также различные кредитные и налоговые льготы.

II. Тонкопленочные солнечные панели – гибкое решение

Технология преобразования солнечного света в электроэнергию у тонкопленочных и обычных фотоэлектрических панелей одинакова, однако первые значительно тоньше и гибче обычных за счет полимерной, а не стеклянной подложки. Толщина полупроводниковых слоев данного типа батарей составляет лишь несколько миллионных долей метра, хотя название «тонкопленочные» обусловлено технологией производства и не связано с толщиной элементов.

За все приходится платить: тонкость и гибкость тонкопленочных панелей оборачивается их меньшей эффективностью по сравнению с обычными. Полимерная подложка не выносит высоких температур и это оказывает решающее влияние на технологию производства и конечный результат – КПД тонкопленочных панелей составляет всего от 6 до 11%.

По большей части система на тонкопленочных панелях – это решение для больших коммерческих зданий, где имеется значительная поверхность для установки панелей.

Если в вашем распоряжении достаточно места для установки солнечных панелей, при сравнительно небольшом расходе электричества в здании, то тонкопленочные системы – это для вас. Главным преимуществом гибких панелей является их мобильность, по большому счету их можно монтировать в любом месте. Сейчас довольно модно устанавливать тонкопленочные панели на чемоданы, сумки для ноутбуков и другой техники и даже дамские сумочки.

И, конечно же, гибкие батареи помогут вам решить более сложные задачи, например, когда нестандартная архитектура здания ограничивает возможность применения обычных фотоэлектрических панелей.

Установка тонкопленочных панелей обойдётся дешевле, чем монтаж фотоэлектрических при той же рабочей площади. Однако затраты на получение эквивалентного количества электроэнергии в случае тонкопленочных солнечных панелей выше обычных фотоэлектрических – так как для получения одинакового количества энергии необходима большая рабочая площадь и, соответственно, больше материала и квалифицированного труда монтажников. Таким образом, выбор между этими двумя технологиями зачастую неочевиден, и обуславливается особенностями долгосрочного использования системы.

Сэкономить на начальных расходах и в результате получить намного меньшую отдачу в долгосрочной перспективе – возможно, это не самый лучший вариант с финансово- экономической точки зрения. Впрочем, результаты последних научных исследований позволили добиться гораздо большей эффективности устройств, по которой они практически сравнялись с обычными батареями.

Пару лет назад японским специалистам удалось довести КПД гибких CIGS-батарей до 17,7% на керамической подложке и 17,4% - на титановой фольге. Ну а совсем недавно японцев обошли швейцарцы, за счет применения новой технологии испарения и осаждения, добившиеся показателей в 18,7% на полимере и 17,7% на стальной фольге.

Массовое производство таких панелей - дело будущего, но их перспективность сложно переоценить.

III. Термические солнечные панели – дополнительные возможности

Ещё один представитель ведущей тройки солнечных энергосистем - термические солнечные панели. Большинство людей при упоминании о солнечной энергетике сразу же представляют себе поля солнечных батарей. Существуют, однако, и другие особи этого весьма ценного семейства устройств, которые, хоть и держатся особняком, но работу свою по преобразованию солнечной энергии выполняют ничуть не хуже других и имеют целый ряд преимуществ.

Термические солнечные панели не вырабатывают электрический ток, но преобразуют солнечную энергию в тепло, которое в дальнейшем может быть израсходовано в том числе и на производство электроэнергии. Однако самыми популярными сферами применения этих панелей являются нагрев воды и отопление или охлаждение дома. Поскольку в жилых домах для этих целей обычно используются газ, уголь или жидкое топливо в котельных, данная технология позволяет в значительной степени сократить расход ископаемых энергоносителей, стоимость которых, к тому же, сильно возросла за последнее время.

Наиболее популярный вид таких устройств состоит из трубок заполненных водой и термических солнечных панелей. Солнечный свет, проходя через термопанель, нагревает воду в трубках. Существует два основных типа подобных систем: активные и пассивные. В активных используются насосы и контрольные элементы для регулирования нагрева воды.

В пассивных системах температура воды не контролируется, поэтому они могут применяться только в условиях мягкого климата, где отсутствуют риски связанные с экстремальными температурами, то есть замерзание или перегрев. Существуют также солнечные отопительные системы, в которых тепло нагретой воды используется для отопления помещений.

Термические солнечные панели могут стать прекрасным дополнением к фотоэлектрическим солнечным системам. Особенно если в вашем доме расходуется много газа на отопление и нагрев воды. Услуги центральной котельной стоят также недешево, вне зависимости от того, на каком топливе она работает. Газ, уголь, мазут – все они сейчас достаточно дороги. Таким образом, при комплексном использование, фотоэлектрические системы позволят вам снизить расход электричества, а термическая система – уменьшить счета за горячую воду и отопление. В сумме это уже почти энергетическая независимость. В зависимости от конкретных условий и нужд, вы можете подобрать оптимальное сочетание солнечных энергосистем для вашего дома, что позволит сэкономить в перспективе весьма приличные суммы, а может и неплохо заработать на своих вложениях.

Следует также сказать о таких преимуществах термических панелей, как возможность создания на их основе недорогих промышленных установок большой мощности. В таких установках турбины преобразуют тепло, полученное от термических батарей в электрический ток, а установка водогрейных котлов и аккумулирование получаемого тепла позволяют снизить зависимость системы от погодных условий. Уже двадцать лет назад комбинированные электростанции, работавшие как на термических батареях, так и на ископаемом топливе, вырабатывали больше 80% энергии, получаемой от солнца.

И хотя впоследствии отрасль испытала некоторый спад, в последние годы за счет появления новых материалов и технологий, термические системы обрели второе дыхание. Калифорнийская Bright Source Energy уже создала несколько действующих установок и планирует ввести в строй еще 14 крупных гелиоэнергостанций, суммарная мощность которых составит 2,6 ГВт.

Источник: Energysafe

Ученые разрабатывают новый полимер для солнечных батарей

В настоящее время большинство солнечных батарей изготавливается на основе кремния, поэтому они имеют довольно жесткую структуру. Однако, такие твердые солнечные панели имеют ограниченный спектр применения, поскольку в некоторых приложениях требуются более гибкие конструкции. Кроме того, за счет дорогостоящего процесса производства, кремниевые фотоэлементы имеют весьма высокую стоимость – выше, чем готовы платить большинство потенциальных пользователей. Поэтому ученые всего мира находятся в поиске альтернативных вариантов изготовления солнечных батарей – более доступных как по цене, так и по затратам на обслуживание.

В настоящее время большинство солнечных батарей изготавливается на основе кремния, поэтому они имеют довольно жесткую структуру. Однако, такие твердые солнечные панели имеют ограниченный спектр применения, поскольку в некоторых приложениях требуются более гибкие конструкции. Кроме того, за счет дорогостоящего процесса производства, кремниевые фотоэлементы имеют весьма высокую стоимость – выше, чем готовы платить большинство потенциальных пользователей. Поэтому ученые всего мира находятся в поиске альтернативных вариантов изготовления солнечных батарей – более доступных как по цене, так и по затратам на обслуживание.

Одним из перспективных направлений в солнечной энергетике является создание материала на основе полимеров, который может быть использован вместо кремния. Такой материал должен быть недорогим и достаточно гибким, чтобы его можно было напечатать на гибких подложках – по сути, типографским способом. Но до сего времени разработать такой полимер, который имел бы высокую эффективность преобразования солнечного света в электричество, не получалось.

Однако, недавно команда исследователей из Университета Южной Калифорнии, которую возглавляет Алан Хигер (лауреат Нобелевской премии по физике 2000 года), объявила о революционном прорыве в этой области. В своей статье, опубликованной на днях в журнале Nature Materials, они утверждают, что обнаружили способ использовать органические вещества с низким молекулярным весом (малые молекулы) для производства солнечных батарей, которые обладают практически такой же эффективностью преобразования, что и кремниевые фотоэлементы.

Технология малых молекул появилась как результат работы, проделанной Гильермо Базаном (еще одним лауреатом Нобелевской премии по физике 2000 года). Тогда он методом проб и ошибок создал материал, который может быть сформирован в слой необходимой толщины и соединен с другими материалами. Хигер, взяв инициативу на себя, решил попробовать применить этот новый материал в производстве солнечных элементов. В результате Хигеру и его коллегам на данный момент удалось добиться эффективности элементов, которая составляет 6,7 процентов от КПД кремниевых батарей. Однако, ученые считают, что при правильной настройке полимера они могут добиться повышения эффективности до 9 процентов. И это, по их убеждению, только начало.

Источник: cheburek.net

Японцы выявили оптимальные территории для солнечной энергетики

Специалисты японского Национального института развития науки и технологий выявили территории на планете, где солнечные станции смогут функционировать наиболее эффективно и вырабатывать максимальные объемы электроэнергии. Возглавил группу ученых доктор Котаро Кавадзири.

Специалисты японского Национального института развития науки и технологий выявили территории на планете, где солнечные станции смогут функционировать наиболее эффективно и вырабатывать максимальные объемы электроэнергии. Возглавил группу ученых доктор Котаро Кавадзири.

Японские исследователи выяснили, что на работу солнечных установок оказывает влияние также температура природной среды. Таким образом, приоритетными участками для размещения солнечных генерирующих установок являются Гималаи, южная часть Анд и Антарктика.

Также исследования подтвердили обратную зависимость — чем ниже температура окружающей среды, тем эффективнее работают солнечные установки. По заявлению господина Кавадзири, в данном смысле Гималаи могут обеспечивать электрификацию быстрорастущих регионов Китая.

Мотивами подобного рода исследований является стремление Японии, которая подвержена землетрясениям и цунами, выйти на качественно новый уровень обеспечения энергией из альтернативных источников.

Источник: ПРОНЕДРА

Ученые разрабатывают новый полимер для солнечных батарей

В настоящее время большинство солнечных батарей изготавливается на основе кремния, поэтому они имеют довольно жесткую структуру. Однако, такие твердые солнечные панели имеют ограниченный спектр применения, поскольку в некоторых приложениях требуются более гибкие конструкции. Кроме того, за счет дорогостоящего процесса производства, кремниевые фотоэлементы имеют весьма высокую стоимость – выше, чем готовы платить большинство потенциальных пользователей. Поэтому ученые всего мира находятся в поиске альтернативных вариантов изготовления солнечных батарей – более доступных как по цене, так и по затратам на обслуживание.

В настоящее время большинство солнечных батарей изготавливается на основе кремния, поэтому они имеют довольно жесткую структуру. Однако, такие твердые солнечные панели имеют ограниченный спектр применения, поскольку в некоторых приложениях требуются более гибкие конструкции. Кроме того, за счет дорогостоящего процесса производства, кремниевые фотоэлементы имеют весьма высокую стоимость – выше, чем готовы платить большинство потенциальных пользователей. Поэтому ученые всего мира находятся в поиске альтернативных вариантов изготовления солнечных батарей – более доступных как по цене, так и по затратам на обслуживание.

Одним из перспективных направлений в солнечной энергетике является создание материала на основе полимеров, который может быть использован вместо кремния. Такой материал должен быть недорогим и достаточно гибким, чтобы его можно было напечатать на гибких подложках – по сути, типографским способом. Но до сего времени разработать такой полимер, который имел бы высокую эффективность преобразования солнечного света в электричество, не получалось.

Однако, недавно команда исследователей из Университета Южной Калифорнии, которую возглавляет Алан Хигер (лауреат Нобелевской премии по физике 2000 года), объявила о революционном прорыве в этой области. В своей статье, опубликованной на днях в журнале Nature Materials, они утверждают, что обнаружили способ использовать органические вещества с низким молекулярным весом (малые молекулы) для производства солнечных батарей, которые обладают практически такой же эффективностью преобразования, что и кремниевые фотоэлементы.

Технология малых молекул появилась как результат работы, проделанной Гильермо Базаном (еще одним лауреатом Нобелевской премии по физике 2000 года). Тогда он методом проб и ошибок создал материал, который может быть сформирован в слой необходимой толщины и соединен с другими материалами. Хигер, взяв инициативу на себя, решил попробовать применить этот новый материал в производстве солнечных элементов. В результате Хигеру и его коллегам на данный момент удалось добиться эффективности элементов, которая составляет 6,7 процентов от КПД кремниевых батарей. Однако, ученые считают, что при правильной настройке полимера они могут добиться повышения эффективности до 9 процентов. И это, по их убеждению, только начало.

Источник: cheburek.net

Японцы выявили оптимальные территории для солнечной энергетики

Специалисты японского Национального института развития науки и технологий выявили территории на планете, где солнечные станции смогут функционировать наиболее эффективно и вырабатывать максимальные объемы электроэнергии. Возглавил группу ученых доктор Котаро Кавадзири.

Специалисты японского Национального института развития науки и технологий выявили территории на планете, где солнечные станции смогут функционировать наиболее эффективно и вырабатывать максимальные объемы электроэнергии. Возглавил группу ученых доктор Котаро Кавадзири.

Японские исследователи выяснили, что на работу солнечных установок оказывает влияние также температура природной среды. Таким образом, приоритетными участками для размещения солнечных генерирующих установок являются Гималаи, южная часть Анд и Антарктика.

Также исследования подтвердили обратную зависимость — чем ниже температура окружающей среды, тем эффективнее работают солнечные установки. По заявлению господина Кавадзири, в данном смысле Гималаи могут обеспечивать электрификацию быстрорастущих регионов Китая.

Мотивами подобного рода исследований является стремление Японии, которая подвержена землетрясениям и цунами, выйти на качественно новый уровень обеспечения энергией из альтернативных источников.

Источник: ПРОНЕДРА

Разработчики добились увеличения КПД солнечных батарей на 50%

Недавно израильским разработчиком фотоэлектрических панелей - компанией "bSolar" представлены солнечные элементы с новым двухсторонним дизайном, благодаря которому эффективность производства электроэнергии повысится на пятьдесят процентов при вертикальной установке и на десять - тридцать процентов при горизонтальной установке.

Главное отличие этих "двусторонних" элементов – покрытие бором тыльной металлизации, в отличие от традиционного покрытия алюминиевой пастой с добавками капель серебра, которое называется AL-BSF-слоем. BSF-слой солнечного элемента выполняет роль своеобразного зеркального барьера для того, чтобы снизить электронно-дырочную рекомбинацию поверхностных носителей заряда. Благодаря этому снижению рекомбинации повыситься общая эффективность солнечных батарей. Еще одним отличием BSF-слоя из бора, разработанного компанией "bSolar", от традиционного алюминиевого слоя является то, что он полупрозрачен. За счет этого значительно повышается эффективность передней панели, так как пропускается большее количество света.

Будет естественным предположение, что именно поэтому происходит увеличение выработки электроэнергии на пятьдесят процентов при вертикальном расположении солнечной батареи – солнечный свет поглощается не одной, а обеими сторонами солнечной панели. Однако, из утверждений компании-разработчика более интересен факт увеличения производимой энергии на тридцать процентов при размещении солнечной батареи в обычном горизонтальном положении, под некоторым углом к поверхности. В таком положении тыловая поверхность солнечной батареи будет собирать отраженный от земли или крыши солнечный свет (особенно, если крыша окрашена в белый цвет). Также будет собираться отраженный свет от других солнечных панелей, расположенных в непосредственной близости.

Компанией "bSolar" уже подписан ряд соглашений с производителями фотоэлектрических солнечных панелей. Это такие компании как Solar AG, Solar-Fabric AG, Asola Solarpower GmbH, Solarnova Produkshion-und Vertriebs GmbH и SI-Modules GmbH. Компания также обнародовала информацию о том, что массивы, использующие новые фотоэлектрические элементы, будут применены на строящейся солнечной электростанции, мощностью семьсот тридцать киловатт, возле города Насукарасуяма в Японии.

http://www.aenews.ru/

Исследователи близки к созданию солнечных батарей, работающих круглые сутки

Достоинств у солнечных батарей множество: полная автономность, нет необходимости в топливе, самостоятельная выработка электричества, экологически чистая работа. Однако наряду с достоинствами существуют и недостатки: ограниченный срок использования и непостоянный мощность вырабатываемой альтернативной электроэнергии.

В штате Огайо в университете Боулинг Грин команда ученых во главе с доктором наук Михаилом Замковым предложили использование синтетических нанокристаллов, которые укрепят прочность солнечных батарей и даже сделают их способными вырабатывать водород.

Наиболее сильное разрушающее воздействие на солнечные батареи, с органическими молекулами в составе, производят высокие температуры и ультрафиолетовое излучение. Срок службы таких солнечных батарей составляет примерно двадцать лет. Из-за высокой стоимости производства стоимость одного киловатта альтернативной энергии, произведенной солнечной батареей, выше, чем стоимость киловатта электроэнергии, произведенной традиционными источниками. Доктором Замковым разработан технологический процесс, позволяющий заменять органические молекулы солнечной батареи на неорганические нанокристаллы, которые состоят из сульфида кадмия (с добавлением платинового катализатора) и селенида цинка.

Доктор Замков отмечает исключительную прочность этих нанокристаллов, по сравнению с органическими аналогами. Также синтетические нанокристаллы менее чувствительны к повышенным температурам и ультрафиолету. Неорганические нанокристаллы практически не подвластны процессу старения и даже после длительного применения могут быть очищены и восстановлены метанолом, в то время как у органических нанокристаллов этот процесс разрушения необратим.

Но самое важное преимущество использования новых неорганических кристаллов – способность вырабатывать наряду с электричеством еще и водород. При погружении неорганических нанокристаллов в воду и воздействии на них света происходит расщепление молекулы воды на кислород и водород палочковидными нанокристаллами сульфида кадмия. А нанокристаллы, состоящие из уложенных слоев селенида цинка, благодаря фотоэлектрическим свойствам производят электроэнергию.

В итоге мы получаем круглосуточный генератор альтернативной энергии, в котором, солнечные батареи с панелями из синтетических нанокристаллов днем вырабатывают электроэнергию и водород, затем этот же водород используется топливными элементами этой батареи в ночное время.

http://www.aenews.ru/

Солнечные коллекторы. Эффективная солнечная котельная на крыше

В последние годы все большее внимание за рубежом и в нашей стране уделяется применению солнечных коллекторов в индивидуальных и многоквартирных жилых домах, административных зданиях. Причина внимания понятна: современные технологии позволяют весьма продуктивно собирать и аккумулировать тепло солнца, поступающее на поверхность земли. А тепла поступает более, чем достаточно.

В последние годы все большее внимание за рубежом и в нашей стране уделяется применению солнечных коллекторов в индивидуальных и многоквартирных жилых домах, административных зданиях. Причина внимания понятна: современные технологии позволяют весьма продуктивно собирать и аккумулировать тепло солнца, поступающее на поверхность земли. А тепла поступает более, чем достаточно. Для отопления 1 квадратного метра площади обычного многоквартирного дома в зимний период достаточно применение радиаторов с расчетной мощностью 100 Вт на 1 кв. метр. Для горячего водоснабжения необходимо дополнительно еще примерно 50% тепла.

Таким образом, теплоснабжение дома может быть обеспечено теплогенератором, имеющим мощность 150 Вт на 1 кв. метр отапливаемой площади. В то же время, по различным данным, на 1 кв. метр площади Земли приходится от 1000 до 5000 Вт тепла Солнца. По данным могилевского технопарка, тепловая энергия ясного Солнца на широте Белоруссии составляет 1000 Вт на квадратный метр. Хотя имеются данные о пиковом уровне тепловой энергии в районе Киева 3500 Вт на квадратный метр. Но в любом случае, количество энергии Солнца, падающей на Землю в 10 000 раз больше, чем потребности в энергии человечества.

Недостаток солнечных коллекторов в неравномерности выработки энергии в зависимости от погоды и времени суток. Но если солнечный коллектор применить в комплекте с аккумулятором тепла и тепловым насосом, то проблема бесперебойного теплоснабжения легко разрешима. Поэтому становится вполне понятным бурный рост применения солнечных коллекторов для горячего водоснабжения и отопления домов.

По данным могилевского технопарка, потребность одного человека в горячей воде обеспечиваются солнечным коллектором площадью 1,3 кв. метра. Установка солнечного коллектора площадью от 8 до 15 квадратных метров позволяет обеспечить горячее водоснабжение и отопление в доме на 1-2 семьи в условиях умеренного климата.

В Украине имеется опыт оснащения солнечными коллекторами целых кварталов многоквартирных жилых домов. В Германии солнечные коллекторы применяются совместно с солнечными батареями в пассивных домах. Это позволяет делать дома полностью энергонезависимыми.

Применение солнечных коллекторов

Солнечные коллекторы применяются для обогрева промышленных и бытовых помещений и для горячего водоснабжения. Наиболее выгодно применение солнечных коллекторов в пищевой и текстильной промышленности, где требуется большое количество горячей воды. Общая площадь используемых солнечных коллекторов в мире более 72 млн. квадратных метров. Имеются планы существеных инвестиций в строительство солнечных электростанций в пустынях Северной Африки. На эти цели планируется в течение 10 лет затратить 400 миллиардов евро.

Конструктивные исполнения солнечных коллекторов

Плоский солнечный коллектор

Состоит из теплоэлемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент нагружен на теплопроводящую систему. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла.

При отсутствии циркуляции теплоносителя солнечный коллектор на выходе обеспечивает температуру до 190—200 oC. Повышение температуры на выходе солнечного коллектора возможно при применении стекла с ИК-покрытием и теплоэлемента из листовой меди.

Вакуумированный солнечный коллектор

Если в качестве теплового элемента применить похожую на термос вакуумированную стеклянную колбу с многослойным покрытием, то возможно добиться температуры на выходе солнечного коллектора 250—300 oC в режиме ограничения отбора тепла. КПД такого теплового элемента достигает 95%. Применение вакуумированных солнечных коллекторов возможно при низких температурах в условиях малой освещенности.

Солнечные башни

Солнечные башни - это система плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Отражение концентрируется на гелиоприемнике, который находится на башне. По сути, гелиоприемник - это паровой котел.

Температура пара в котле достигает 500 градусов, давление 15 атмосфер. Мощность станции до 500 Мвт. Станция может работать с тепловыми аккумуляторами, обеспечивающими непрерывность выработки энергии.

В США с 1982 г. было построено несколько солнечных башен мощностью от 10 до 100 МВт. Стоимость 1 Квт построенной мощности составила 1150$. Один кВт.ч электроэнергии стоил около 0,15$. Аналогичная солнечная ТЭЦ была построена в Испании в 2007 году.

Если учесть тот факт, что стоимость капиталовложений в создание генерирующих мощностей атомных станций около 4000 $ на 1 кВт/ час, то становится понятным, почему проявляется столь высокий интерес к производству энергии с применением солнечных коллекторов.

http://portal-energo.ru/

Повышение эффективности использования солнечной энергии

«Задачи оздоровления окружающей среды и энергообеспечение того же Сочи, Алтая, Саян, Борового (Казахстан) чернолученской зоны в Омской области и всех других курортных мест, без чего невозможен надлежащий отдых, можно и нужно решать за счет использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в частности — солнечной энергии.» В статье инженера из Омска, автора 140 изобретений, Осадчего Геннадия Борисовича, не только о примерах использования солнечной энергии, но и об энергетическом планировании потребления энергии в в различных хозяйственных и климатических условиях.

25 марта 2014 года Всемирная организация здоровья (ВОЗ) обнародовала данные исследования, согласно которым от загрязнения воздуха в 2012 году в мире умерло 7 млн человек. Это в вдвое больше, чем в прошлые годы, — уточняют эксперты. По их мнению, в настоящий момент загрязнение воздуха является самым крупным экологическим риском для здоровья. Сохранить миллионы жизней можно начав борьбу за очищение воздуха.

Если экология все сильнее влияет на наше здоровье (как известно, здоровье человека на 20 % зависит от экологии. Это больше, чем от уровня развития медицины), то от гарантированного энергообеспечения, порой зависит сама жизнь. Однако сегодня вопросам экологии и гарантированного, доступного по цене, энергообеспечения курортных зон, малых поселений современной энергетикой в РФ, не уделяется надлежащего внимания.

Известно, что российские и зарубежные оценки прямых социальных-экономических затрат, связанных, с вредным воздействием электростанций, вырабатывающих электроэнергию за счет сжигания органического топлива: включая болезни и снижение продолжительности жизни людей; оплату медицинского обслуживания, потери производства, снижения урожая, восстановления лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают величину, добавляющую около 75 % мировых цен на топливо и энергию. По источнику [1] эти затраты для угольных ТЭС ещё выше.

Свой вклад в стоимость электроэнергии вносят также погодные условия и размеры России. Так тарифы на электроэнергию для промышленных предприятий в декабре 2000 г. отличались по субъектам РФ в 30 раз, а для населения в 10 раз [2].

Кроме того, сравнительную экономическую оценку (энергоемкость), например, теплоснабжения от сжигания дров и солнечной энергии, очень трудно привести к одному знаменателю. Ведь экономические потери от вырубки леса выражаются в уменьшении продуцирования кислорода, поглощения вредных газов, насыщения воздуха фитонцидами и т.д. Лес дает 40 % кислорода земной атмосферы. Охранно-защитные и рекреационные функции лесов, само собой, разумеется, являются не перевозимыми.

При нынешних темпах развития цивилизации не получается резервировать слишком большие участки Природы и тратить на её охрану слишком много средств, т.к. это приводит к большим экономическим потерям для общества. На рисунке 1 изображены вероятные сценарии развития общества (территории) в зависимости от отношения к экологии.

Максимальную мощность получаем, принимая возможность использования 50 % площади залива Сиваш. Полная площадь 2560 км2, следовательно, возможная площадь пруда 1250 км2 и максимальная электрическая мощность 10 ГВт.

Для справки: площадь водохранилища Красноярской ГЭС — 2000 км2, при мощности ГЭС в 6 ГВт, а значит удельная электрическая мощность равна всего 3 Вт/м2. За год на ГЭС вырабатывается около 20 млрд кВт∙ч электроэнергии, следовательно среднегодовой коэффициент использования установленной мощности составляет около 38 %.

При реализации проекта в заливе Сиваш, можно было, наращивать мощность постепенно, начиная с небольших южных участков залива.

Сопоставление цифр с полученными при испытании энергоустановки в Израиле вблизи Мертвого моря показывает, что эти оценки реалистичны, а принятый эксергетический КПД 0,5 существенно ниже, чем достигнутый в эксперименте — 0,6. Сезонность выдачи электроэнергии в летне-осеннее полугодие не лишает этот проект интереса, поскольку ГЭС фактически также сезонны — летом, осенью и зимой воды гораздо меньше, чем весной.

Если для приближенной оценки принять, что летняя выработка в заливе компенсирует зимнее потребление электроэнергии по расходу топлива, в итоге окажется, что все теплоснабжение региона осуществлено без затрат топлива — только за счет солнечной энергии.

Площадка возле Сиваша представлялась наилучшей для реализации, в первую очередь для решения задач энергоснабжения Крыма.

С экологической точки зрения проект представлял одним из наилучших способов энергоснабжения, ибо полностью исключает горение органического топлива летом, снижает его до минимума зимой. Проект свободен от риска аварий, поскольку температура и давление рабочего тела не превышают 100 ⁰С и 30 кгс/см2 [3].

Но известные события не позволили этот проект реализовать на деле.

Сегодня такие проекты тем более не реальны поскольку экономическая ситуация не позволяет сконцентрировать большие финансовые и людские ресурсы для решения частной задачи.

Но задачи оздоровления окружающей среды и энергообеспечение того же Сочи, Алтая, Саян, Борового (Казахстан) чернолученской зоны в Омской области и всех других курортных мест, без чего невозможен надлежащий отдых, можно и нужно решать за счет использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в частности — солнечной энергии.

Главенствующая роль в реализации комплексного использования потенциала Природы должна перейти к энергетике ВИЭ, которая, за счет развития инновационной базы, призвана выполнить общественное решение Всемирного конгресса по проблемам экологии в Рио-де-Жанейро в 1992 г., где было сказано, что основной целью является: «Создание условий для устойчивого развития человеческого общества, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения людей, без лишения такой возможности будущих поколений».

Исходя из этого системы и комплексы энергетики ВИЭ должны быть самодостаточными на уровне высоких технологий.

В новых энергетических комплексах (системах) часть технологий может быть связана с использованием солнечной энергии, и её производных. А между собой они, в подавляющем большинстве своем, должны быть связаны таким образом, чтоконечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства на достаточном удалении от границ динамической устойчивости экосистем.

По мнению экспертов ООН, именно такой подход, когда осуществляется схема подбора предприятий и производств, работающих на одном виде сырья, а отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, может полностью решить проблему устойчивого развития общества.

В группах потребителей, например, теплой воды или тепла существуют любители разного уровня её температур: а) жаролюбивые и жаростойкие; б) теплолюбивые; в) любители умеренных температур; г) холодолюбивые; д) холодоустойчивые; е) требующие сохранения в зимний период. Это дает возможность использовать весь диапазон температуры воды — от самой высокой до самой низкой (по мере её снижения). У потребителей холода также существуют потребности, на его различные температурные значения.

Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе и тепловые, водные, газо-воздушные перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем. Комплексный подход, это не что-то новое. В целом «эволюционные» и «революционные» изменения в энергетике взаимообусловлены, дополняют и нередко сменяют друг друга. Не исключаются и случаи возврата к «старым» техническим решениям на качественно новой технологической базе.

Однако если мы возьмем в качестве примера использование низкпотенциальной теплоты грунтов тепловыми насосами, то обнаруживается, что при потреблении тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта. Температура грунта в почвенно-климатических условиях большей части территории РФ не успевает восстановиться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии из грунта в течение следующей зимы вызывает дальнейшее снижение его температуры, и к началу третьего отопительного сезона температурный потенциал грунта ещё больше отличается от естественного, и т.д., т.е. образуются участки «вечной мерзлоты». Это приводит к выводу части территорий из «севооборота», что не всегда приемлемо особенно с экономической точки зрения.

Климат России определяет повышенную сезонную потребность её жителей в отдельных видах энергии. При относительно стабильном спросе в течение всего года на механическую и электрическую энергии, летом резко возрастают расходы воды и искусственного холода, а зимой тепла. Из всей потребляемой, например, в быту энергии львиная доля — 79 % идет на отопление помещений, 15 % энергии расходуется на тепловые процессы (нагрев воды, приготовление пищи и т.д.), 5 % энергии потребляет электрическая бытовая техника и 1 % расходуется на освещение радио и телевизионную технику.

Исходя из этого, летом солнечную энергию целесообразно использовать для производства теплоизоляционных строительных материалов, которыми утеплять здания, что будет способствовать снижению расхода энергии на отопление зимой.

Опираясь на эти положения, рассмотрим системы солнечного энергоснабжения, объединенные в проект «Альтернативная энергетика» («АЭ») в части энергетической и экономической эффективности.

Проект «АЭ» помимо системы электроснабжения (в отличие от проектной установки на заливе Сиваш) представлен также технологиями использования солнечной энергии, аккумулированной в солнечном соляном пруду и теплоты (талой воды)/холода (льда) котлована для бесперебойного энергоснабжения малых потребителей и производств различными видами энергии [4].

Суть предлагаемой интеграции состоит в том, что образующаяся в процессе сушки деталей, изделий, машин горючая газо-воздушная смесь направляется в топку котла, где сгорает, обеспечивая выработку дополнительного тепла высокого потенциала, многократно превышающего температуру в придонном слое солнечного соляного пруда.

В отличие от обычной сушки, которая сопровождается выбросом в атмосферу горючих растворителей, здесь они утилизируются, вернее, используются в соответствии с тем потенциалом, которым они обладают.

Представленные технологии призваны (кроме энергоснабжения и обеззараживания курортных зон):

• способствовать в любое время года, в любую погоду, для города, села, предприятия: сохранности зданий и сооружений, технологического оборудования, животных и птицы, выращенного урожая, сырья и готовых изделий (продуктов), а также проведение посевной и уборочной;

• удовлетворять физиологические потребности человека в микроклимате жилища и в санитарно-медицинском минимуме;

• способствовать поддержанию транспортного сообщения на удаленных территориях за счет выработки для транспортных средств топлива (биометана).

Конечно, использование в качестве приемника и аккумулятора энергии Солнца солнечного соляного пруда требует отводов земли. Однако они не так велики, относительно, не только равнинных водохранилищ ГЭС, но даже горных. Так при площади зеркала водохранилища Новосибирской ГЭС 1072 км2, годовая выработка электроэнергии составляет 1678 млн кВт∙ч электроэнергии, т.е. 1,56 кВт∙ч с 1 кв. м водохранилища, при среднегодовом коэффициенте использования установленной мощности около 40 % (для Саяно-Шушенской ГЭС — 38 кВт∙ч в год с 1 кв. м).

Гелиоэлектростанция на базе солнечного соляного пруда по расчетам будет вырабатывать более 60 кВт∙ч электроэнергии с 1 кв. м за лето (Омск). Конечно, в горных местностях выработка электроэнергии с 1 кв. м водохранилища намного выше, чем на равнинных ГЭС, но там и стоимость земли совершенно другая, а кроме того инсоляция более высокая, что повышает выработку электроэнергии гелиоэлектростанцией. При сооружении солнечного соляного пруда чернозем (гумус) не становится дном рукотворного моря, а используется для повышения плодородия территории.

Если мы рассмотрим Кубань, как житницу России, то можно с большой долей вероятности принять, что хлебороб с 1 га (10000 кв. м) поля получает чистый доход, примерно, 10000 рублей (рисовод, заливающий обширные поля водой («солнечный пруд», но для других целей) наверное, столько же). А если теперь рассмотрим гелиоэлектростанцию, в состав которой входит пруд и котлован со льдом площадью по 100 кв. м каждый, с которых можно «собирать» за лето до 6000 кВт∙ч электроэнергии. При минимальной стоимости электроэнергии по 3 рубля за 1 кВт∙ч (экологически чистая электроэнергия на Кубани должна стоить дороже, а вдали от цивилизации по 10 руб. за 1 кВт∙ч, и более), доход с 200 кв. м составит 18000 рублей, или если перевести на 1 га — 900000 рублей. А если рассматривать отдельно солнечный соляной пруд, используемый для выработки теплоты (нагрев воды), то с пруда площадью 78,5 кв. м (1 «сотка» с дорожкой для концентратора) можно получить за лето (Омск) более 50 тыс. кВт∙ч теплоты. При её минимальной цене 0,5 руб./кВт∙ч (для децентрализованных территорий надо принимать 2,5 – 3 рубля за 1 кВт∙ч теплоты) доход с 1 «сотки» составит 25000 рублей (с 1 га 2,5 млн рублей).

Заключение

Изложенное показывает, что установки и системы на базе солнечных соляных прудов, являясь многофункциональными источниками энергоснабжения способны в подавляющем своем большинстве с приемлемой экономической эффективностью решать частные задачи по энергообеспечению отдельных категорий населения и производств только в летний период.

Летом интегрированные комплексы солнечной энергетики будут способствовать эффективному энергосбережению, обеспечивая экономию органического топлива. Кроме этого с их помощью можно решать задачи по созданию запасов торфа и биометана для зимнего периода, с минимальным расходом топлива и электроэнергии на технологические нужды при добыче и производстве этих местных видов топлива.

В зимний период непосредственное участие установок и систем в обеспечении потребителей энергией может выражаться в использовании аккумулированной солнечным соляным прудом, в период «бабьего» лета, солнечной энергии, и низкопотенциального тепла воды в котловане, собранного летом.

Малая энергетика на базе солнечных соляных прудов месте с другими устройствами и системами солнечной энергетики (плоские солнечные коллектора, солнечные электрические станции, фотоэлектрические преобразователи и т.д.) и ветроустановками может и должна обеспечить энергией летнюю производственную деятельность малых поселений и производств практически на любой территорий средней полосы России.

В зимний период в удовлетворении возрастающего сезонного спроса на тепло и повышающегося требования к бесперебойному электроснабжению, конечно же, первое место из ВИЭ должно перейти к развивающейся ветроэнергетике.

http://portal-energo.ru/

Солнечное теплоснабжение в регионах России

В. А. Бутузов, доктор техн. наук, ООО «Энерготехнологии», Краснодар Солнечное теплоснабжение в мире является вторым по объемам использования видом возобновляемых источников энергии. В 2012 году установленная мощность гелиоустановок составила 268,1 ГВт1 с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт•ч [1]. Как развивается российское2 солнечное теплоснабжение, оценим по наиболее продвинутым в этих вопросах регионам: Краснодарскому и Ставропольскому краю, Бурятии, Астраханской и Волгоградской области.

Краснодарский край

В Краснодарском крае в 2013 году эксплуатировалась 151 гелиоустановка (ГУ) общей площадью 6573 м2 (5,3 МВт). Произошло некоторое сокращение площади солнечных коллекторов (СК) по сравнению с предыдущим периодом, например в 2008 году установки занимали 10000 м2. Это связано с демонтажем отработавших свой срок СК еще советского производства.

Из структуры гелиоустановок данного региона по назначению (рис. 1) можно видеть, что большинство ГУ построено для расположенных на побережье Черного моря гостиниц и санаториев, общая площадь СК которых достигает 3392 м2. Затем идут гелиоустановки, СК которых обеспечивает теплом различные производственные объекты и составляет 1390 м2. Площадь СК, установленных на социальных объектах (больницах, детских садах) и на котельных, сопоставима и составляет соответственно 697 и 532 м2.

На сегодняшний день большинство (69,4%, или 4560 м2) установленных солнечных коллекторов российского производства. Оставшиеся 30,6% (2013 м2) – это СК зарубежных производителей, включая 93 ВТСК (вакуумные трубчатые солнечные коллекторы).

В 2013 году в регионе завершено строительство нескольких гелиоустановок. Самая большая – площадью 720 м2 – построена на кровле здания железнодорожного вокзала в Адлере (Сочи) с 360 солнечными коллекторами немецкой фирмы Viessmann, которые размещены рядами, по 10 коллекторов в ряду. Гелиоустановка имеет четыре контура (рис. 2) и выполнена по европейским стандартам.

Следует отметить практику изготовления собственных конструкций СК с последующим их монтажом: ООО «АльтЭнергия НП» (Анапа) произвело 200 м2 СК с медными абсор¬берами и поликарбонатом (прозрачное покрытие); ИЧП «ГЕЛИОН» (Туапсе) также небольшими партиями (400 м2) выпускает СК собственной конструкции и монтирует гелиоустановки на их основе.

Астраханская область

В 2013 году продолжилась эксплуатация самой большой в России гелиоустановки в г. Нариманов Астраханской области, которая насчитывает 2200 шт. солнечных коллекторов общей площадью 4224 м2 фирмы Buderus. Следует отметить, что в процессе эксплуатации обнаружены некоторые проблемы проникновения и отложения песка в абсорберах солнечных коллекторов.

Республика Бурятия

В Бурятии в 2013 году эксплуатировалось 97 гелиоустановок общей площадью 4200 м2. Большинство составляют гелиоустановки производственных и социальных объектов, площадь СК которых достигает 3240 м2 (77,1%). На втором месте гелиоустановки только для горячего водоснабжения (ГВС) односемейных домов – 710 м2 (16,9%). В регионе, также в односемейных домах, устанавливаются гелиоустановки, обеспечивающие отопление и ГВС – 210 м2(5%). Объектов с воздушными отопительными системами совсем немного – 40 м2(1%).

В 2013 году в регионе была смонтирована гелиоустановка туристско–рекреационной зоны «Байкальская гавань» площадью 230 м2. Солнечные коллектора для данной ГУ изготовлены ООО «КАССОЛ» (Улан-Удэ) на основе комплектующих китайских производителей.

Волгоградская область

В Волгоградской области построено 30 ГУ общей площадью 973 м2. Наибольшее количество их эксплуатируется для больниц – 520 м2 (53,4%) и различных баз отдыха – 434 м2 (44,6%). Гелиоустановки ГВС односемейных домов не получили в регионе распространения и составляют всего 20 м2 (2%).

Среди крупных объектов солнечного теплоснабжения можно назвать гелиоустановку больницы в Ленинске с площадью СК 214 м2. Особенностью развития ГУ в данном регионе в последние годы является преимущественное использование вакуумных СК китайских производителей.

Ставропольский край

В Ставропольском крае эксплуатируется 28 гелиоустановок общей площадью 470 м2, количество которых практически в равных долях распределяется для горячего водоснабжения больниц – 177 м2 (37,6%), многосемейных домов – 164 м2 (34,9%) и односемейных домов – 129 м2 (27,5%). В данном регионе в основном применяются вакуумные СК швейцарских и итальянских производителей.

Из объектов можно выделить гелиоустановку для здания скорой медицинской помощи в г. Минеральные Воды площадью 88,6 м2 с СК швейцарской фирмы АМК – SOLAC System AG типа ОРС–15.

Структура российских гелиоустановок

Можно видеть, что в России в рассматриваемых регионах эксплуатируется всего 307 гелиоустановок общей площадью 16 440 м2 мощностью 13,15 МВт.

Согласно структуре гелиоустановок по назначению, в России работает:

• солнечно–топливных котельных – 4756 м2 (28,9%),

• гелиоустановок для гостиниц и санаториев – 3826 м2 (23,4%),

• ГУ для теплоснабжения социальных объектов – 3014 м2 (18,3%),

• ГУ для производственных предприятий – 3000 м2 (18,3%),

• ГУ для горячего водоснабжения односемейных домов – 1345 м2 (8,2%),

• ГУ для отопления и ГВС односемейных домов – 210 м2 (1,3%),

• воздушных гелиоустановок – 40 м2 (0,2%) и

• ГУ плавательных бассейнов – 21 м2 (0,1%).

По классификации всемирной программы солнечного отопления и охлаждения (SHS) по назначению различают гелиоустановки:

• для плавательных бассейнов,

• ГВС одно- и многосемейных домов,

• отопления и ГВС одно- и многосемейных домов,

• солнечного теплоснабжения (централизованного),

• воздушного отопления и охлаждения,

• высокотемпературных процессов.

Согласно данной классификации подавляющее большинство российских гелиоустановок относится к централизованному солнечному теплоснабжению – 14 596 м2 (рис. 3).

По итогам развития гелиоустановок в России в 2013 году отметим следующие моменты:

• общая площадь эксплуатируемых ГУ в России пока уменьшается, но это связано с выводом из работы неисправных советских СК;

• продолжается сооружение новых централизованных гелиоустановок, например на железнодорожном вокзале в Адлере;

• запущена в эксплуатацию самая мощная в России гелиоустановка в г. Нариманов;

• развитие ГУ в рассматриваемых регионах продолжается в основном на базе СК зарубежных производителей;

• конструкции некоторых российских производителей СК являются достаточно конкурентоспособными.

http://www.abok.ru/

Ветросолнечная электростанция Томской области

В. Ф. Саврасов, канд. техн. наук, начальник НПК «ГелиоТом» в ОАО НИИПП Н. Н. Самойленко, главный специалист департамента экономики администрации Томской области Развитие малой энергетики, основанной на местных источниках энергии, является одним из самых приоритетных и актуальных направлений отрасли. В Томской области приступили к строительству ветросолнечной электростанции. Если опыт окажется удачным, то в данный сегмент энергетики, как ожидается, придут инвесторы.

Деньги – на ветер и солнце

Исторически сложилось, что при развитии системы электроэнергетики страны приоритет отдавался созданию крупных объектов генерации гидроэнергетики или на углеводородном сырье. В итоге даже в Подмосковье десятки километров линий идут к отдаленным населенным пунктам всего с десятком домов. «Другой альтернативы надежной подачи электрической и тепловой энергии, кроме как развитие локальной энергетики в таких местах, я не вижу», – заявил Сергей Шматко, министр энергетики России.

Одним из пилотных проектов развития локальной энергетики является строительство ветросолнечной электростанции (ВСЭС) для электрификации села Алатаево Парабельского района. Проект был одобрен администрацией Томской области, т. к. его реализация позволит показать возможности нашей страны и подтвердить эффективность и целесообразность массового внедрения инновационной технологии. Речь идет об электрификации тех поселков, где нет централизованного электроснабжения, а это не менее 70 % территории Российской Федерации.

Ожидается, что установка новых электростанций позволит в десятки раз снизить стоимость электроэнергии. В настоящее время в Сибири в зависимости от региона цена за 1 кВт•ч колеблется в пределах 7–50 руб. Тарифы для каждого поселения ежегодно корректируются в сторону повышения.

В Томской области до сих пор без централизованного электроснабжения остается 41 населенный пункт. В труднодоступных селах и деревнях электричество вырабатывается дизельными электростанциями (ДЭС). Себестоимость 1 кВт•ч электроэнергии, вырабатываемой ДЭС, например в пос. Первопашинск Асиновского района, составляет 26 руб. 56 коп., а в пос. Наунак Каргасокского района – превышает 100 руб. (население платит около 2 руб./кВт•ч, а разница компенсируется из областного бюджета, для чего ежегодно выделяется более 200 млн руб.).

Применение ВСЭС в отдаленных районах может оказаться оптимальным решением проблемы, поскольку подключить удаленный жилой пункт к централизованному энергоснабжению не только трудно технологически (иногда невозможно), но и неоправданно дорого. Например, чтобы протянуть 600 км линий электропередач в пос. Дружкино Верхнекетского района потребуется 1,2 млрд руб.

Перспективная комбинация

Наиболее перспективны на территории России комбинированные электростанции «солнце + ветер».

В состав комбинированной электростанции входит солнечная батарея (СБ), аккумуляторная батарея (стабилизационный блок), ветрогенератор, а также электронный блок, который содержит контроллер, следящий за работой батареи, зарядный блок и инвертор преобразования постоянного напряжения в переменное 220 В частотой 50 Гц (рис. 1). Если светит солнце или дует ветер, то происходит электропитание нагрузки и зарядка аккумуляторов, если ветер и солнце отсутствуют (ночью, во время штиля), то нагрузка питается от аккумулятора.

Первая ВСЭС мощностью 25 кВт в селе Алатаево (проект разработан специалистами Научно-исследовательского института полупроводниковых приборов и Томского политехнического университета) будет сдана в эксплуатацию уже в 2012 году. Поддерживать станцию в рабочем состоянии смогут один-два человека (не более чем на дизельной станции). Сегодня снабжение электроэнергией поселка, где проживает менее 70 человек, происходит по аварийной ветке ЛЭП из пос. Нарым. Постройка новой ветки обошлась бы в 28 млн руб.

Мощности ВСЭС хватит на все нужды поселка. По расчетам специалистов, срок окупаемости данной электростанции составляет 3–4 года. ВСЭС – это системы модульного типа, не требуют сложного монтажа, при необходимости мощность ВСЭС всегда можно увеличить.

Ожидаемый эффект

Строительство объекта обойдется в 5–6 млн руб. и снизит стоимость электроэнергии с 14 руб./кВт•ч до 5 руб./кВт•ч, что позволит уменьшить компенсационные расходы на электроснабжение от ДЭС на 0,6 млн руб. в 2012 году.

Предполагается, что как только начнется эксплуатация первой ветросолнечной электростанции и будут получены результаты, подтверждающие ее энергоэффективность, в этот бизнес придет инвестор, готовый вкладывать средства в строительство новых аналогичных систем.

Устройство ВСЭС позволит решить и социальные проблемы, связанные с оттоком населения из удаленных районов по причине низкого комфорта проживания. Особенно это актуально для Сибири. Например, в том же село Алатаево еще четверть века назад работал рыбозавод и действовало животноводческое хозяйство: 500 голов крупного рогатого скота, табун в 1 000 лошадей. Однако из-за нехватки электроэнергии люди покидают регион некому работать на этих предприятиях.

Возобновляемые ресурсы Сибири

Принято считать, что в Сибири с ее резко-континентальным климатом недостаточно солнечных дней и силы ветра для их использования в энергетике. Однако ученые Томского политехнического университета провели мониторинг территории, разработали кадастр возобновляемых ресурсов Томской области и доказали обратное.

Традиционно считающийся наиболее «солнечным» Северный Кавказ и большая территория Центральной и Восточной Сибири характеризуются одинаковыми суммами приходящей солнечной радиации – от 4 до 4,5 кВт•ч/м2 в день. Интересно, что большая часть территории страны от южных до северных границ, независимо от широты, располагает одинаковыми солнечными ресурсами – 3,5 до 4 кВт•ч/м2 в день.

Лишь западные и восточные окраины России характеризуются относительно низкими среднегодовыми поступлениями солнечной радиации – от 3 до 3,5 кВт•ч/м2 в день.

Для сравнения отметим, что в самом «солнечном» районе Европы – на юге Испании – значение среднегодового дневного поступления солнечной радиации составляет 4,7 кВт•ч/м2 в день, а на юге Германии, где в настоящее время активно внедряются солнечные установки, – 3,3 кВт•ч/м2 в день. Следовательно, наиболее солнечные регионы России по суммам поступающей солнечной радиации практически не уступают считающимся благоприятными для эффективного использования солнечной энергии европейским странам.

Томская область находится в зоне ветров со среднегодовыми скоростями 3–5 м/с. Однако в районах, прилегающих к рекам (Обь и ее притоки) и озерам, среднегодовые скорости ветра будут выше. Эти данные подтверждают возможность эффективного использования на территории Томской области ветросиловых установок для выработки электроэнергии.

Плюсы снежных зим

При круглогодичном анализе работы станции мощностью 5 кВт получены интересные данные. Особенно важным результатом следует считать оценку вклада снежного покрова в освещенность рабочей поверхности солнечной батареи. В ясные дни освещенность за счет рассеяния снегом возрастает до двух раз по сравнению с освещением СБ только прямыми лучами. В пасмурные дни основной вклад в освещенность СБ вносит рассеянное излучение. В этом аспекте следует рассматривать преимущества использования солнечных батарей зимой в Сибири по сравнению с Центральной Европой, где зимы часто бывают вообще бесснежными. Это означает, что в течение почти полугода съем электроэнергии с единицы поверхности СБ в Сибири в два раза выше, чем в Европе.

Отметим, что в зимнее время на территории Сибири солнце находится под низким углом к горизонту (8–12°). Чтобы лучи солнца падали перпендикулярно на солнечные модули, необходимо менять угол наклона модулей, например, для Томской области в летнее время угол наклона солнечных модулей (батареи) составляет 56°, а зимой – 80°.

Перспективы солнечной энергетики

Спрос на солнечную энергетику стимулируется правительственными программами в странах, которые стремятся уменьшить свою зависимость от нефти и сократить негативное влияние на окружающую среду. Эти программы также являются одним из важнейших инструментов стимуляции развития инновационных технологий. Например, согласно закону, все новые дома в Испании с марта 2007 года должны быть оборудованы солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать 30–70 % потребностей в горячей воде. Все нежилые здания (торговые центры, госпитали и т. д.) должны иметь фотоэлектрическое оборудование. Это способствует активному развитию технологий и конкуренции. В 2007 году в Испании запущена в эксплуатацию солнечная электростанция, установленной мощностью 13 МВт. Планируется наращивать мощности солнечных электростанций до 30 МВт.

Китайское правительство также продолжает активно финансировать проекты развития альтернативной энергетики. В 2010 году эта страна заняла второе место в мире после США по объему произведенной энергии с использованием силы ветра, обогнав Германию. Строительство самой большой в Европе солнечной электростанции завершил Ватикан. Это грандиозное и красивое сооружение позволит стране практически полностью отказаться от использования других источников энергии.

В России лишь 1 % энергии добывается из альтернативных источников (в Томской области это лишь сотые доли процента). Разработчики ВСЭС для электрификации труднодоступных поселков уверены, что если бы сегодня солнечные батареи стоили в 4 раза дешевле, то процесс строительства ветросолнечных электростанций нельзя было бы остановить. Ученые многих стран, в том числе и в России, получили лабораторные образцы фотоэлектрических преобразователей с КПД до 40 %, однако стоимость их в сотни раз превышает стоимость преобразователей из «солнечного» кремния. Не установлена способность лабораторных образцов работать длительное время. Что касается тонкопленочных технологий, то их промышленные варианты имеют КПД 5–7 % и срок службы их не превышает 7 лет.

К сожалению, в федеральном бюджете средств на развитие альтернативной энергетики ни на 2011, ни на прогнозные 2012 и 2013 годы не предусмотрено. Томская область – один из немногих регионов, которые запланировали в своих программах выделение финансирования на малую энергетику: 3 млн руб. только на 2011 год. Эксперты утверждают, что риски минимальны, поскольку процесс удешевления солнечных батарей и улучшения качества ветряных станций будет продолжаться.

После села Алатаево планируется электрифицировать и другие объекты. Решение о подготовке проектно-сметной документации уже принято. Результатов реализации пилотного проекта ждут и другие регионы России. Если полученный энергетический эффект будет совпадать с заявленным (расчетным), опыт можно смело тиражировать по всей России.

Окончательный вывод об эффективности проекта будет сделан после того, как будут просчитаны самоокупаемость, жизнедеятельность, надежность снабжения энергией. Сегодня разрабатывается ПСД и ТЭО. На основании этих документов будет принято решение об эффективности технологии. Тогда можно будет приступать ко второму этапу – строительству самой станции, которое обойдется, как было указано выше, в 5–6 млн руб. Предполагается финансирование из областного, федерального и местного бюджетов, а также привлечение частных инвестиций.

http://www.abok.ru/

Каскадные солнечные элементы

Большинство современных СЭ обладают одним p-n-переходом. В таком элементе свободные носители заряда создаются только теми фотонами, энергия которых больше или равна ширине запрещенной зоны. Другими словами, фотоэлектрический отклик однопереходного элемента ограничен частью солнечного спектра, энергия которого выше ширины запрещенной зоны, а фотоны меньшей энергии не используются. Преодолеть это ограничение позвляют многослойные структуры из двух и более СЭ с различной шириной запрещенной зоны. Такие элементы называются многопереходными, каскадными или тандемными. Поскольку они работают со значительно большей частью солнечного спектра, эффективность фотоэлектрического преобразования у них выше.

В типичном многопереходном солнечном элементе одиночные фотоэлементы расположены друг за другом таким образом, что солнечный свет сначала попадает на элемент с наибольшей шириной запрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наибольшей энергией. Пропущенные верхним слоем фотоны проникают в следующий элемент с меньшей шириной запрещенной зоны и т.д.
Принцип построения многопереходного солнечного элемента
Основное направление исследований в области каскадных элементов связано с использованием арсенида галлия в качестве одного или нескольких компонентов. Эффективность преобразования подобных СЭ достигает 35 %. Кроме того в каскадных элементах широко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CuInSe2.
Трехкаскадный солнечный элемент на основе сплавов a-SiGe:H
Весьма перспективны каскадные батареи, состоящие из трех элементов с различной шириной запрещенной зоны.Верхний слой, поглощающий коротковолновую область солнечного спектра, сформирован из сплава на основе a-Si:H с шириной оптической щели 1,8 эВ. Для серединного элемента в качестве слоя i-типа использован сплав a-SiGe:H с содержанием германия ~10–15%. Ширина оптической щели данного слоя (1,6 эВ) идеальна для поглощения зеленой области солнечного спектра. Нижняя часть СЭ поглощает длинноволновую часть спектра, для этого используется i-слой a-SiGe:H с концентрацией германия 40–50%.
Непоглощенный свет отражается от заднего контакта на основе Ag/ZnO. Все три элемента каскадной солнечной батареи связаны между собой сильнолегированными слоями, образующими туннельные переходы между соседними элементами.
Источник: http://www.nek-npo.ru/

http://www.abok.ru/

Распределение интенсивности по спектру солнечного излучения

Таким образом, при использовании высокоэффективных методов преобразования энергии Солнце может обеспечивать бурно растущие потребности в ней практически вечно. Основные принципы работы солнечных батарей. Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) – прибора для преобразования энергии солнечного излучения – на основе монокристаллического кремния. На малой глубине от поверхности кремниевой пластины p-типа сформирован p-n-переход с тонким металлическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошной металлический контакт.

Когда СЭ освещается, поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в p-слое вблизи p-n-перехода, подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Аналогично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично переносятся в p-слой. В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а p-слой – положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между p - и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение. Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а p-слой – положительному.
Проблемы нахождения и использования конструкций и материалов для солнечных элементов
Для эффективной работы солнечных элементов необходимо соблюдение ряда условий:
* оптический коэффициент поглощения (a) активного слоя полупроводника должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить поглощение существенной части энергии солнечного света в пределах толщины слоя;
* генерируемые при освещении электроны и дырки должны эффективно собираться на контактных электродах с обеих сторон активного слоя;
* солнечный элемент должен обладать значительной высотой барьера в полупроводниковом переходе;
* полное сопротивление, включенное последовательно с солнечным элементом (исключая сопротивление нагрузки), должно быть малым для того, чтобы уменьшить потери мощности (джоулево тепло) в процессе работы;
* структура тонкой пленки должна быть однородной по всей активной области солнечного элемента, чтобы исключить закорачивание и влияние шунтирующих сопротивлений на характеристики элемента.
Производство структур на основе монокристаллического кремния, удовлетворяющих данным требованиям, – процесс технологически сложный и дорогостоящий. Поэтому внимание было обращено на такие материалы, как сплавы на основе аморфного кремния (a-Si:H), арсенид галлия и поликристаллические полупроводники.
Аморфный кремний выступил в качестве более дешевой альтернативы монокристаллическому. Первые СЭ на его основе были созданы в 1975 году. Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз выше, чем кристаллического. Поэтому для существенного поглощения видимого света достаточно пленки а-Si:Н толщиной 0,5–1,0 мкм вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм подложек. Кроме того, благодаря существующим технологиям получения тонких пленок аморфного кремния большой площади не требуется операции резки, шлифовки и полировки, необходимых для СЭ на основе монокристаллического кремния. По сравнению с поликристаллическими кремниевыми элементами изделия на основе a-Si:Н производят при более низких температурах (300°С): можно использовать дешевые стеклянные подложки, что сократит расход кремния в 20 раз.
Пока максимальный КПД экспериментальных элементов на основе а-Si:Н – 12% – несколько ниже КПД кристаллических кремниевых СЭ (~15%). Однако не исключено, что с развитием технологии КПД элементов на основе а-Si:Н достигнет теоретического потолка – 16 %.
Наиболее простые конструкции СЭ из а-Si:Н были созданы на основе структуры металл – полупроводник (диод Шотки). Несмотря на видимую простоту, их реализация достаточно проблематична – металлический электрод должен быть прозрачным и равномерным по толщине, а все состояния на границе металл/а-Si:Н – стабильными во времени. чаще всего солнечные элементы на основе а-Si:Н формируют на ленте из нержавеющей стали или на стеклянных подложках, покрытых проводящим слоем.
Источник: http://www.nek-npo.ru/

"Горячая" линия 8 800 300 4435

Энергия солнца