Енергоефективність та енергонезалежність – сонячні електростанції

 

 

Продовжуємо наш цикл статей, присвячений питанням енергоефективності та енергонезалежності в масштабах не тільки невеликих домогосподарств, а й підприємств і навіть країни в цілому. У попередній статті циклу ми писали про енергію вітру і вітрогенератори, а в сьогоднішній статті мова піде про використання енергії сонця.

 

Якщо ви знайшли цю сторінку в мережі Інтернет, значить, вас приваблює ідея використання енергії сонця і вам потрібно побільше інформації про це. Ми постараємося дати той мінімум інформації, який дозволить вже на початковому етапі визначити доцільність такої ідеї. Даний пост більше орієнтований на власників приватних будинків, але буде корисний і мешканцям багатоквартирних будинків і директорам підприємств будь-якої форми власності.

 

Отже, головне питання: як перетворити світлову сонячну енергію в електроенергію (або теплову енергію) для забезпечення життєдіяльності дому/підприємства?

Коротка відповідь: використовувати сонячну електростанцію.

Під сонячною електростанцією ми маємо на увазі системи, які використовують сонячну енергію для вироблення електроенергії та/або теплової енергії.

 

До таких систем відносяться:

• геліосистеми (геліотермальні системи);

Це комплексні системи, які перетворюють променеву сонячну енергію в теплову енергію. Використовуються, наприклад, для забезпечення гарячого водопостачання, опалення і т.п. в побутових (або в промислових) масштабах.

Складовою частиною цих систем служать сонячні колектори, які безпосередньо перетворюють сонячну енергію в теплову методом нагріву матеріалу-теплоносія. Якщо у вас є літній душ з бачком на даху для підігріву води від сонця – цей бачок вже можна вважати сонячним колектором.

• сонячні панелі (їх також називають: сонячні батареї, фотоелектричні модулі, фотомодулі).

Сонячні панелі дозволяють прямо перетворювати енергію сонячного випромінювання в постійний електричний струм (електрику). Вони можуть бути досить малими (наприклад, в кишенькових калькуляторах), так і досить великими (наприклад, в цілих сонячних електростанціях площею в сотні гектарів).

 

 

Переваги використання сонячної енергії:

Сонячна енергія є екологічно чистою, відносно безпечною та її багато. Крім того, що її видобуток надає мінімальної шкоди на навколишнє середовище, її використання може істотно знизити витрати на електроенергію, або, навіть, дозволить повністю відмовитися від центрального електропостачання і домогтися повної автономії і енергонезалежності.

 

Геліосистеми

 

Як вже було розглянуто вище, геліосистеми служать, в основному, для отримання теплової енергії. За допомогою сонячних колекторів, геліосистеми дозволять, наприклад, забезпечити опалення та/або гаряче водопостачання будинку/квартири/підприємства. Сонячні колектори можна використовувати, наприклад, для підігріву води в квартирі, поїзді, басейні; для забезпечення гарячою водою готелю, бази відпочинку, школи, дитячого садка і т.п.

Основних типів геліосистем два: сезонні і цілорічні. Судячи з назви, перші використовуються тільки в певний сезон (в основному, влітку), а інші – цілий рік. Обмеження на сезонні геліосистеми накладаються використовуваним в колекторі теплоносієм – тою речовиною, що знаходиться в трубах колектора і при нагріванні від сонця, далі нагріває всю систему. Як правило, в сезонних геліосистемах використовується проста вода. Цілорічні ж геліосистеми використовують незамерзаючий теплоносій.

 

Види геліосистем:

• сезонні, без тиску.

Кругообіг в системі забезпечується природним припливом/відтоком води, тому для таких систем критично важливим є висота розміщення (чим вище, тим більшим буде натиск в системі).

• сезонні геліосистеми (термосифонні), під тиском.

Такі системи можуть встановлюватися і на землі, головне, щоб на добре освітленій сонцем ділянці. Тиск в системі створюється насосом.

• цілорічні системи на трубчастих вакуумних колекторах.

В трубках цих колекторів підтримується вакуум, що забезпечує мінімальні втрати тепла навіть при температурі повітря в 20^оС.

• цілорічні системи на плоских колекторах.

Взимку такі системи менш ефективні, ніж вакуумні, через великі тепловтрати, але також досить добре справляються із завданням вироблення теплової енергії.

 

 

Сонячні панелі

 

Основним призначенням сонячних панелей є вироблення електроенергії з сонячного проміння. Обсяг виробленої електроенергії залежить від декількох складових:

• площа покриття панелями (чим вона вище, тим більший обсяг електрики може бути вироблений)
• матеріал використовуваних в панелях фотоелементів та їх ККД; потужність фотомодулів
• інсоляція (кількість сонячної радіації, що досягає землі протягом певного періоду часу). Рівень інсоляції досить сильно різниться по сезонах і регіонах. Наприклад, влітку рівень інсоляції максимальний, а взимку – мінімальний. Наприклад, середній рівень інсоляції для Київської області (близько 1200 кВт*год/м² на рік) буде трохи нижче, ніж для Миколаївської області (близько 1400 кВт*год/м² на рік).

 

Все це потрібно враховувати при прорахунку ефективності використання сонячних панелей. Також потрібно враховувати і те, скільки вам потрібно електроенергії. Наприклад, для приватного будинку площею 100-110кв.м., при середньому споживанні 9 кВт*год на добу, для повної електроавтономії потрібно, щоб загальна потужність фотомодулів була не менше 9-10 кВт*год/добу. При таких параметрах приблизна площа покриття сонячними панелями повинна бути приблизно 65-70кв.м. Також врахуйте, що практично для всієї території України, найбільш ефективними сторонами світла в плані обсягу сонячного світла вважаються південна і західна. Тому більшість вікон сучасних будинків і спрямовані на Південь і на Захід (для більшої енергоефективності). Те саме можна сказати і щодо розміщення сонячних панелей: неефективно буде розміщувати панелі на північній стороні даху, де практично немає прямих сонячних променів.

 

Вартість сонячних електростанцій

Незважаючи на всю свою привабливість і користь для навколишнього середовища, вартість більш-менш автономної сонячної електростанції для приватного будинку становить зараз не менше 15000-20000$. Термін служби фотомодулів може досягати 25 і більше років, але навіть при такому довгому строку служби звичайні сонячні електростанції не окупаються. Головна їхня перевага – це, все-таки, енергонезалежність і автономність. Якщо хочеться і автономності, і окупності – тоді вам потрібно звернути свою увагу на державну програму підтримки альтернативної енергетики «Зелений тариф» – це коли ви можете продавати надлишок електроенергії в загальну енергомережу. На сьогоднішній день для домашніх сонячних електростанцій (потужністю не більше 30 кВт), встановлений тариф 584,98 коп/кВт*год (тобто, за такою ціною обленерго буде купувати у вас електрику).

 

 

Перспективи сонячної енергетики

Попит на сонячну енергетику з боку і приватних домогосподарств, і підприємств, зростає з кожним роком. І це пов’язано не тільки з розвитком технологій і зниженням вартості обладнання, а й можливістю отримати прибуток. Так, завдяки державному «Зеленому тарифу», термін окупності значно скорочується, а інвестиції в сонячну енергетику швидше повертаються. Також, важливим є те, що «видобуток» такої електрики не шкодить навколишньому середовищу, і дозволяє не піклуватися про енергоносії.

Середнє загальне значення споживання електроенергії в Україні знаходиться в межах 120-130 ГВт/рік (1ГВт = 1 млрд. кВт*год). А вироблення – 160-170 ГВт/год. Хоча і спостерігається явний надлишок, ця електроенергія на більш ніж 95% була «видобута» на ТЕС і АЕС, тобто її не можна назвати екологічно чистою. З іншого боку, хоча загальний обсяг виробленої альтернативної енергетики (сонячна, вітрова та ін.) і досяг в цьому році «незначної» позначки в 1ГВт, темпи приросту його дуже значні. Все більше і більше в Україні будується сонячних електростанцій, вітропарків, і електростанцій на біомасі в справді промислових масштабах. Ось, наприклад, нещодавно стало відомо, що уряд України шукає інвесторів для будівництва в зоні відчуження Чорнобильської АЕС найбільшої сонячної електростанції.

Цілком ймовірно, що пройде якихось 5-10 років, і вулиці наших міст будуть освітлюватися «альтернативною електроенергією», приватні і багатоквартирні будинки будуть самодостатніми (в енергетичному плані), а загальний обсяг «видобутої» чистої електроенергії буде значно перевищувати електроенергію, отриману шляхом спалювання вугілля, природного газу, нафти і газового конденсату.

 

Зауваження: всі наведені в статті розрахунки приблизні і служать для ознайомлювальних цілей.