Как работает энергия солнца

Состояние и перспективы развития солнечной энергетики в России и мире

Мир не стоит на месте: постоянно разрабатываются и внедряются новые технологии, хотя отдельные страны и регионы значительно отстают. Одно из актуальных направлений развития — переход на альтернативные источники энергии. К таким относится солнечная энергия. Возможность её широкого внедрения обсуждается уже давно. Сейчас солнечная энергетика обеспечивает около 1% от всей потребности в энергоресурсах.

Даже скептики убедились в том, что солнечное излучение может быть преобразовано в электричество. Но человечество не спешит полностью переходить на этот источник, хотя он доступен во всех уголках планеты. Стоит разобраться в том, почему так происходит.

Как из солнечного излучения получается электричество?

Процесс преобразования излучения, вырабатываемого Солнцем, в электрический ток, называется солнечной генерацией. Он включает в себя несколько этапов. Есть несколько технологий, и самыми эффективными признаны следующие:

Аэростатные солнечные станции (СЭС), которые бывают мобильными, тарельчатыми, башенными, на фотобатареях и комбинированными;
Гелиотермальная энергетика;
Фотовольтарика.

Методы вырабатывания электричества их солнца

Фотовольтарика

Фотовольтарический эффект обеспечивает преобразование солнечной энергии в электроток. В процессе участвует фотоэлемент. Когда на него попадают лучи солнца, энергия частиц света поглощается электронами. Они приходят в движение, и создаётся напряжение. По такому принципу действуют солнечные панели. Они устроены таким образом, что фотоэлементы повёрнуты в сторону солнца и в дневное время поглощают его свет.

Панели удобны в использовании, они изготавливаются разных размеров. Их не нужно защищать от перепадов температур и атмосферного воздействия. Устройства для преобразования солнечной энергии в электрический ток выпускают несколько компаний, одна из них — SistineSolar. Её продукция отличается тем, что имеет разные расцветки и текстуру. В этом панели превосходят традиционные, окрашенные в синий цвет. Они не только выполняют основную функцию, но и служат элементом оформления кровли.

Фотовольтарика — перспективная технология, и эксперты считают. что через несколько десятков лет она будет обеспечивать около 20% от общемировой потребности в электричестве.

Гелиотермальная энергетика

Эффективность этой технологии немного ниже по сравнению с фотовольтарикой. Выработка энергии происходит так:

сосуд с водой нагревается пол солнцем;
жидкость превращается в пар;
пар под высоким давлением подаётся на турбину;
в процессе вращения вырабатывается электричество.

Таким образом, технология включает в себя несколько этапов. Тепловые электростанции действуют по подобному принципу: жидкость нагревается и превращается в пар, который приводит в действие турбину. Разница в том, что в тепловых электростанциях для нагрева жидкости сжигается уголь.
Крупнейшая в мире гелиотермальная станция, вырабатывающая электрический ток из солнечных лучей, находится в пустыне Мохаве и называется Иванпа Солар. Это показательный пример эффективного применения технологии. Станция была запущена в 2014 году, и все эти годы работает только на солнечной энергии, исправно производя электричество. В конструкцию входят несколько башен. В них помещён большой котёл, наполненный водой. По окружности установлены зеркала. Солнечные лучи попадают на них, затем отражаются и поглощаются поверхностью котла. Вода внутри нагревается и превращается в пар. Зеркала установлены так, что они подвижны. Вращением управляет компьютер, поэтому поверхность всегда повёрнута в ту сторону, где находится солнце.

Мощность солнечной электростанции Иванпа Солар составляет 392 МВт. Примерно столько же электроэнергии вырабатывает средняя московская ТЭЦ.

Ночью солнце не светит, однако работа гелиотермальной станции не прекращается, потому что днём используется не весь пар. Часть его отводится в специальные резервуары, а ночью расходуется. Таким образом, электрический ток вырабатывается равномерно.

Аэростатные электростанции

Станции этого типа нельзя назвать распространёнными, но кое-где они применяются. Конструктивно в аэростатную установку входят 4 элемента:

Специальный шар — аэростат. Он висит в небе и поглощает лучи солнца. Внутри находится вода.
Паропровод. Нагреваясь, вода превращается в пар, который по паропроводу поступает в турбину, приводя её в движение.

Турбина — основной элемент, вырабатывающий электроэнергию. Насос и конденсатор — когда пар выполняет свою задачу, он остывает и конденсируется. Насос поднимает воду обратно в аэростат. Так цикл повторяется бесконечно.

Солнечная энергетика: положительные аспекты

Солнце — неиссякаемый источник энергии, который будет в распоряжении людей ещё очень долго — пока существует планета Земля. Солнечную энергиэю не надо добывать, как уголь. Процесс переработки тепла в электрический ток не наносит ущерба окружающей среде. Участие человека в процессе не требуется: достаточно оснастить станцию всем необходимым и запустить. Установка работает в автономном режиме.

Обслуживать станцию всё-таки нужно, потому что зеркала и другие поверхности, находящиеся на открытом воздухе, время от времени нужно мыть. Ресурс солнечных батарей при их интенсивном использовании не бесконечен, однако после их переработки получается сырьё, которое можно использовать повторно.

Препятствия к развитию солнечной энергетики

Солнечная энергетика имеет свою специфику. Основная сложность заключается в том, что в отдельные периоды эффективность работы станции сильно снижается. Есть способы, обеспечивающие работу станций ночью, но они бессильны, когда солнца нет в течение нескольких дней. Если долго стоит пасмурная погода, выработка электричества прекращается. В условиях, когда от солнечной электростанции зависит целый город, это привело бы к катастрофе. Но эту проблему можно обойти, применяя основной и резервный источники энергии.

Вторая сложность — высокие расходы на строительство станций. В их конструкцию входят редкие и дорогие элементы. Не каждая страна может позволить себе потратить средства на строительство СЭС, когда есть более мощные АЭС и ТЭС. Кроме ТОО, чтобы разместить станцию, нужно много свободного пространства, причём в таком регионе, где уровень солнечного излучения достаточно высок.

Солнечная энергетика: развитие за рубежом

Компания Tesla предлагает ещё более прогрессивное решение. Её продукция представляет собой материал для покрытия кровли, способный преобразовывать лучи солнца в электроток. Продукт представляет собой черепицу с функционалом солнечных панелей. В каждое изделие встроены специальные модули. По внешнему виду и цвету черепица разная, так что можно выбрать ту, что будет сочетаться с другими элементами дома. Кровельный материал выпускается под названием Solar Roof, и производитель даёт на него бесконечную гарантию.

Солнечная энергетика повышает эффективность. Теперь для солнечной генерации применяют и двусторонние панели. Они поглощают прямые и отражённые лучи солнца, за счёт чего КПД повышается на 30%. На таких панелях работает станция, недавно построенная в Европе. Предполагается, что она будет производить 400 МВт*ч в год.

Ещё одна необычная установка построена в Китае. При мощности 40 МВт она не занимает места на суше, а для Китая это весомое преимущество. Плавучая станция располагается в водоёме. Она закрывает собой некоторую площадь воды, в результате снижается испаряемость. Высокая эффективность работы фотоэлементов достигается за счёт того, что они меньше нагреваются.

Развитие отрасли в России

Пока другие страны переходят на альтернативную энергетику, в России продолжают использовать старинные методы. Электричество вырабатывают, сжигая нефть, уголь и газ. Чтобы понять масштаб отставания, достаточно сравнить 2 страны — Германию и Россию. В первой на солнечную генерацию приходится 20% всего энергобаланса, во второй — менее 0,03%. Отчасти это обусловлено тем, что Российские предприниматели вынуждены думать в первую очередь о рентабельности, а только потом — о пользе для населения. Ведь использование газа в краткосрочной перспективе обходится дешевле. Долгосрочные инвестиции в современные технологии представляются рискованными, поэтому не находится желающих вкладывать средства в строительство солнечных электростанций.

Ещё одна причина — низкий уровень солнечного излучения в наиболее развитых регионах, к которым относятся ленинградская и Московская области. В этом отношении перспективнее регионы, расположенные в южной части страны. Так, в Оренбургской области работает Орская СЭС. Её мощность составляет 25 МВт. В конструкцию входят 100 тыс. модулей. Станция построена и введена в эксплуатацию в 2015 году. Инвестор и владелец — ПАО «Т Плюс». Все солнечные модули российского производства. Чтобы их установить, понадобилось 33 тыс. свай. Площадь, на которой располагается станция, составляет 70 га.

В Крыму находится СЭС Перово — самая мощная станция. Она состоит из 440 тыс. фотоэлектрических модулей, суммарно выдающих 105 МВт. На площади, которую занимает станция, могли бы разместиться 259 футбольных полей. В Крыму работают ещё около 10 станций различной мощности. Вся энергия, вырабатываемая ими, уходит на собственные нужды республики.

Узнайте больше о самовозобновляемой и бесплатной энергии будущего. Солнечные батареи в действии.

В России планируется построить несколько СЭС, за счёт которых доля солнечной энергии должна увеличиться до 1%. Предполагается, что строительство 4 крупных станций завершится в 2020 году. Следовательно, развитие солнечной энергетики в стране всё же началось, хотя идёт оно пока медленными темпами. Есть основания полагать, что в будущем этот способ выработки электричества займёт достойное место наряду с остальными.

Источник

Солнечная энергия

Пост опубликован: 28 апреля, 2017

Что такое солнечная энергия

Солнце – это звезда, внутри которой, в непрерывном режиме, происходят термоядерные реакции. Результатом происходящих процессов, с поверхности солнца выделяется колоссальное количество энергии, часть которой нагревает атмосферу нашей планеты.

Солнечная энергия — это источник жизни на планете Земля. Наша планета, и все живые организмы, существующие на ней, получает энергию солнца в виде солнечного света и тепла.

Солнечная энергия является источником возобновляемой и экологически чистой энергии.

Солнечная энергия как альтернативный источник энергии

Способы преобразования энергии солнца для получения различных видов энергии, используемой человеком, можно разделить по видам получаемой энергии и способам ее получения, это:

Преобразование в электрическую энергию

Путем применения фотоэлектрических элементов

Фотоэлектрические элементы используются для изготовления солнечных панелей, которые служат приемниками солнечной энергии в системах солнечных электрических станций. Принцип работы основан на получении разности потенциалов внутри фотоэлемента при попадании на него солнечного света.

Панели различаются по структуре (поликристаллические, монокристаллические, с напылением кремния), габаритным размерам и мощности.

Путем применения термоэлектрических генераторов.

Термоэлектрический генератор – это техническое устройство, позволяющее получать электрическую энергию из тепловой энергии. Принцип действия основан на преобразовании энергии получаемой из-за разности температур на разных частях элементов конструкции (термоэлектродвижущая сила).

Преобразование в тепловую энергию

Путем использования коллекторов различных типов и конструкций.

Вакуумные коллекторы — трубчатого вида и в виде плоских коллекторов.

Принцип действия — под воздействием солнечных лучей, нагревается специальная жидкость, которая при достижении определённых параметров, начинает испаряться, после чего пар передает свою энергию теплоносителю. Отдав тепловую энергию пар конденсируется и процесс повторяется.

Плоские коллекторы – представляют из себя каркас с теплоизоляцией и абсорбер покрытые стеклом, с патрубками для входа и выхода теплоносителя.

Принцип действия — потоки солнечного света попадают на абсорбер и нагревают его, тепло с абсорбера переходит теплоносителю.
Путем использования гелиотермальных установок.
Принцип действия основан на нагревании поверхности способной поглощать солнечные лучи. Солнечные лучи фокусируются и посредством устройства линз концентрируются, после чего направляются на принимающее устройство, где энергия солнца передается для накопления или передачи потребителю посредством теплоносителя.

Распространение в России

Солнечная энергетика получает все более широкое распространение в разных странах и на разных континентах. Россия не является исключением из этой тенденции. Причиной более широкого распространения в последние годы стало:

Развитие новых технологий, позволившее снизить стоимость оборудования;
Желание людей иметь независимый источник энергии;
Чистота производства получаемой энергии («зеленая энергетика»);
Возобновляемый источник энергии.

Потенциалом для развития солнечной энергетики обладают южные районы нашей страны – республики Кавказа, Краснодарский и Ставропольский край, южные районы Сибири и Дальнего Востока.
Районы различаются по инсоляции в течение суток и времени года, так для разных регионов поток солнечной радиации, в летний период, составляет:

По состоянию на начало 2017 года мощность работающих солнечных электростанций на территории России составляет 0,03% от мощности электростанции энергетической системы нашей страны. В цифрах – это составляет 75,2 МВт.

Солнечные электростанции работают в

Оренбургской области:
«Сакмарская им. А. А. Влазнева», установленной мощностью 25 МВт;
«Переволоцкая», установленной мощностью 5,0 МВт.
Республике Башкортостан:
«Бурибаевская», установленной мощностью 20,0 МВт;
«Бугульчанская», установленной мощностью 15,0 МВт.
Республике Алтай:
«Кош-Агачская», установленной мощностью 10,0 МВт;
«Усть-Канская», установленной мощностью 5,0 МВт.
Республике Хакасия:
«Абаканская», установленной мощностью 5,2 МВт.
Белгородской области:
«АльтЭнерго», установленной мощностью 0,1 МВт.
В Республике Крым, независимо от Единой энергетической системы страны, работает 13 солнечных электрических станций, общей мощностью 289,5 МВт.
Также, вне системы работает станция в Республике Саха—Якутия (1,0 МВт) и в Забайкальском крае (0,12 МВт).

В стадии разработки проекта и строительства находятся электростанции

В Алтайском крае, 2 станции, общей проектируемой мощностью 20,0 МВт, запуск в работу планируется в 2019 году.
В Астраханской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 90,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
В Волгоградской области, 6 станций, общей проектируемой мощностью 100,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
В Забайкальском крае, 3 станции, общей проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
В Иркутской области, 1 станция, проектируемой мощностью 15,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
В Липецкой области, 3 станции, общей проектируемой мощностью 45,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
В Омской области, 2 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
В Оренбургской области, 7 станция, проектированной мощностью 260,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годах.
В Республике Башкортостан, 3 станции, проектируемой мощностью 29,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
В Республике Бурятия, 5 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
В Республике Дагестан, 2 станции, проектируемой мощностью 10,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 году.
В Республике Калмыкия, 4 станции, проектируемой мощностью 70,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2019 году.
В Самарской области, 1 станция, проектируемой мощностью 75,0 МВт, запуск в работу планируется в 2018 году.
В Саратовской области, 3 станции, проектируемой мощностью 40,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.
В Ставропольском крае, 4 станции, проектируемой мощностью 115,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017-2019 годы.
В Челябинской области, 4 станции, проектируемой мощностью 60,0 МВт, запуск в работу планируется в 2017 и 2018 году.

Общая проектируемая мощность солнечных электрических станций, находящихся в стадии разработки и строительства, составляет – 1079,0 МВт.
Термоэлектрические генераторы, гелиоколлекторы и гелиотермальные установки также широко применяются на промышленных предприятиях и в повседневной жизни. Вариант и способ использования выбирает каждый для себя сам.

Количество технических устройств, использующих энергию солнца для выработки электрической и тепловой энергий, а также количество строящихся солнечных электрических станций, их мощность, говорят сами за себя — в России альтернативным источникам энергии быть и развиваться.

Пригодна ли для обычного дома

Для бытового использования гелиоэнергетика — перспективный вид энергетики.
В качестве источника электрической энергии, для жилых домов, используют солнечные электрические станции, которые выпускают промышленные предприятия в России и за ее пределами. Установки выпускаются различной мощности и комплектации.
Использование теплового насоса — обеспечит жилой дом горячей водой, подогреет воду в бассейне, нагреет теплоноситель в системе отопления или воздух внутри помещений.
Гелиоколлекторы — можно использовать в системах отопления домов и горячего водоснабжения. Более эффективны, в этом случае, вакуумные трубчатые коллекторы.

Плюсы и минусы

К достоинствам солнечной энергетики относятся:

Экологическая безопасность установок;
Неисчерпаемость источника энергии в далекой перспективе;
Низкая себестоимость получаемой энергии;
Доступность производства энергии;
Хорошие перспективы развития отрасли, обусловленные развитием технологий и производством новых материалов с улучшенными характеристиками.

Недостатками являются:

Прямая зависимость количества вырабатываемой энергии от погодные условия, времени суток и времени года;
Сезонность работы, которую определяет географическое расположение;
Низкий КПД;
Высокая стоимость оборудования.

Перспективы

Перспективы развития данной отрасли энергетики обусловлены положительными и отрицательными свойствами присущим гелиоустановкам. Если с достоинствами все понятно, то с недостатками предстоит работать инженерам и разработчикам оборудования и материалов.

Факторами, вызывающими здоровый оптимизм, по развитию альтернативных источников энергии, являются:

Запасы традиционных источников энергии постоянно сокращаются, что обуславливает рост их стоимости.
Технический прогресс постоянно идет, появляются новые материалы и технологии, и что, в свою очередь, приводит к уменьшению стоимости оборудования и повышению КПД установок.
Политика государства в энергетической области направлена на развитие альтернативной энергетики, о чем были приняты постановления правительства и соответствующие программы, как то:

В 2009 году — «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективностиэлектроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года».
Помощь государства при реализации программы Международной финансовой корпорации (IFC) по развитию возобновляемых источников энергии.
Создание, на законодательном уровне, экономических рычагов, способствующих развитию «зеленой» энергетики, выражающихся в установлении льготных тарифов, финансовой помощи при строительстве, налоговые льготы и компенсация части кредитных затрат на строительство.

Россия – большая страна, поэтому для успешного развития всех отраслей промышленности и комфортного проживания людей во всех регионах, необходимо наличие запасов различных видов энергии. В связи с этим альтернативные источники все более прочно входят в общую систему энергоснабжения страны, обеспечивая самые отдаленные города и поселки источниками электричества и тепла.