Использование солнечной энергии возможно с применением двух типов систем — пассивных и активных. Рассмотрим их подробнее[1]:
-Пассивные — системы, в которых не предусмотрено каких-либо сложных преобразований. Одним из примеров является металлическая емкость, которая окрашена в черный цвет и наполненная водой. Лучи солнца попадают на поверхность, нагревают металл, а вместе с ним и жидкость внутри. Существуют и более продвинутые способы пассивного использования энергии, предназначенные для проектирования сооружений, выбора стройматериалов, учета климата и решения других задач. Чаще всего пассивные системы применяются для охлаждения, обогрева или освещения зданий.
-Активные — устройства, в которых для превращения солнечной энергии применяются специальные коллекторы. Особенность последних заключается в поглощении лучей солнца и их последующее преобразование в тепло, которое с помощью теплоносителя обеспечивает обогрев зданий или воды. Сегодня солнечные коллекторы применяются во многих сферах деятельности — сельском хозяйстве, бытовом и прочих секторах, где требуется тепло.
Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.
Солнечные электрические станции используют для электроснабжения приборов, рассчитанных на напряжение 220 В и частоту переменного тока 50 Гц. Возможно и питание приборов, работающих на постоянном токе в диапазоне 1,5 – 12 В.
Автономный источник энергии способен обеспечить работу любых комплектов осветительных приборов и любого электрооборудования, в том числе[2]:
-насосов;
-радиостанций;
-систем противопожарной защиты;
-мобильных телефонов;
-ноутбуков, персональных компьютеров;
-навигаторов.
Портативные солнечные мини-электростанции непрерывно работают в течение 8 часов после четырехчасовой подзарядки солнечным светом
Принцип работы мини-электростанции основан на превращении энергии солнечного света в энергию электрическую. Схема устройства предусматривает возможность ее накопления, благодаря наличию в комплекте аккумуляторов.
Основной поставщик источников альтернативного электроснабжения небольшой мощности – МПП «Квант». Это одна из научно-технических разработок Роскосмоса. В комплект отечественных солнечных электростанций входят фотоэлементы в виде пластин, вырабатывающие электрический ток мощностью до 33 Вт. При этом масса всей конструкции, включая аккумуляторы, всего 1,6 кг.
Кроме того, на отечественном рынке имеются компании, предлагающие инженерные решения и проекты сборки солнечных электростанций мощностью от 10 кВт. Такие компании выполняют не только расчеты соответствующих схем, но и осуществляют работы по сборке фотоэлектрических систем любой сложности.
Различают три вида солнечных электростанций большой мощности (от 10 кВт)[3]:
-станции, являющиеся составной частью традиционной сети электроснабжения;
-резервные (используются при отключении линии электропередачи);
-автономные (используются как самостоятельный источник электроснабжения).
Солнечные модули мощностью 10 кВт устанавливаются на южном скате крыши здания и используются или для полного его энергообеспечения, или для снижения затрат на электроэнергию, получаемую традиционным способом (от линии электропередачи). Расчеты показывают, что экономия весьма существенна, и за несколько лет компенсирует затраты на приобретение конструкции.
По расчетам, с учетом ежегодного повышения оплаты за потребляемую электроэнергию, высокая (но не заоблачная) цена солнечной электростанции будет полностью компенсирована через 15 — 17 лет ее использования. Но существуют расчеты и более оптимистичные. Их авторы отбещают окупаемость установок мощностью 10 кВт за 2 года, ведь они вырабатывает ежегодно до 100 ГДж бесплатной электрической энергии.
Принцип работы солнечных модулей основан на явлении внутреннего фотоэффекта. Под действием света в полупроводниках образуются свободные носители заряда – «дырки» и электроны – под действием электрических полей начинающие упорядочено двигаться. Это и есть постоянный ток.
Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют Экономитель энергии Electricity Saving Box. Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.
Схема работы станции 10 кВт такова: в ясную солнечную погоду электроснабжение здания осуществляется от солнечных батарей. Счетчик электроэнергии в это время стоит, так как потребление энергии из общей сети прекращается. Если же освещенности для выработки тока недостаточно, потребление из общей сети возобновляется.
Переключение автономной сети с одного источника питания на другой в автоматическом режиме осуществляет сетевой инвертор. Основное его назначение – преобразование постоянного тока в ток переменный, с теми же характеристиками (частотой и действующим напряжением).
Перечень оборудования, являющегося стандартным комплектом солнечных электростанций для автономного электропитания, не так уж велик[4]:
-фотоэлектрические модули общей мощностью 10 кВт;
-система креплений (1 комплект);
-сетевой инвертор, принцип действия которого позволяет синхронизировать работу традиционного и альтернативного источников питания;
-коннекторы (три комплекта);
-наборы кабелей;
-заземление.
Система креплений предназначена для установки модулей на скате крыши. Коннекторы служат для подключения солнечных батарей. Все оборудование надежно и долговечно.
Главным плюсом преобразователей солнечного света в электрическую энергию можно считать то обстоятельство, что для их эксплуатации не требуется специальных знаний – станция 10 кВт работает в автоматическом режиме.
Кроме того, несомненным достоинствам следует считать неисчерпаемость источника энергии для работы станции. Расчеты ученых свидетельствуют: Солнце будет излучать около 5 млрд лет.
Солнечная электростанцияДолговечность и надежность работы электростанции на солнечных батареях объясняются тем, что эти батареи практически не изнашиваются и крайне редко выходят из строя, так как не содержат движущихся частей. Аккумуляторы солнечной энергии служат не менее 26 лет (некоторые источники свидетельствуют о полувековом сроке службы аккумуляторов), что подтверждают не только расчеты, но многолетняя практика использования.
Еще один немаловажный плюс — мощность установки можно изменять, увеличивая или уменьшая количество батарей в схеме.
Электрическая энергия от солнечных электростанций мощностью 10 кВт достается владельцу совершенно бесплатно (не считая единовременной суммы, потраченной на приобретение самой станции) и является экологически чистой.
Подключение не требует больших временных затрат.
Если СЭС работает параллельно с традиционным электроснабжением, она может выступать в роли источника бесперебойного питания, и это тоже несомненный «плюс» в пользу установки 10 кВт[5].
Владельцы мобильнﮦых или стационﮦарﮦнﮦых солнﮦечнﮦых электрﮦостанﮦций нﮦе должнﮦы забывать о нﮦеобходимости прﮦоведенﮦия прﮦофилактических рﮦабот по обслуживанﮦию батарﮦей и их соединﮦенﮦий нﮦе менﮦее двух рﮦаз в год.
Нﮦельзя забывать и о сезонﮦнﮦой рﮦазнﮦости солнﮦечнﮦой инﮦсоляции, поэтому зимой мощнﮦость станﮦции прﮦидется увеличивать путем добавленﮦия модулей. В нﮦачале лета лишнﮦие модули снﮦимаются — оставшихся будет вполнﮦе достаточнﮦо, чтобы обеспечить жильцам дома бесперﮦебойнﮦое освещенﮦие, водоснﮦабженﮦие, рﮦаботу бытовых электрﮦопрﮦиборﮦов.
Следует помнﮦить, что как бы прﮦивлекательнﮦо нﮦи выглядело очерﮦеднﮦое достиженﮦие нﮦаучнﮦой мысли, в нﮦашем мирﮦе нﮦичего идеальнﮦого нﮦет. Есть минﮦусы и у СЭС:
Главнﮦый нﮦедостаток – нﮦевысокий КПД (коэффициенﮦт полезнﮦого действия), всего 20 % (нﮦапрﮦимерﮦ, ветрﮦянﮦой двигатель имеет КПД 40 %). Это знﮦачит, что только пятая часть падающей нﮦа батарﮦеи световой энﮦерﮦгии прﮦеврﮦащается в электрﮦическую.
Говорﮦя о минﮦусах, следует отметить и тот факт, что нﮦочью СЭС
нﮦе
рﮦаботает,
следовательнﮦо, нﮦеобходимы большие аккумуляторﮦы для хрﮦанﮦенﮦия энﮦерﮦгии.Существенﮦнﮦым минﮦусом можнﮦо считать высокую ценﮦу конﮦстрﮦукции –
около миллионﮦа рﮦублей.
[1] Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике; Академия — Москва, 2010. — 24 c
[2] Шеховцов В. П. Расчет и проектирование схем электроснабжения; Форум, Инфра-М — Москва, 2010. — 21 c
[3] А. да Роза Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы; Интеллект, МЭИ — Москва, 2010. — 74 c
[4] Виссарионов В. И., Дерюгина Г. В., Кузнецова В. А., Малинин Н. К. Солнечная энергетика; МЭИ — Москва, 2011. — 27 c
[5] Техническая термодинамика и теплотехника; Академия — Москва, 2008. — 104 c
