Энергоэффективность и энергонезависимость – солнечные электростанции

Продолжаем наш цикл статей, посвященный вопросам энергоэффективности и энергонезависимости в масштабах не только небольших домохозяйств, но и предприятий и даже страны в целом. В предыдущей статье цикла мы писали об энергии ветра и ветрогенераторах, а в сегодняшней статье речь пойдет об использовании энергии солнца.

 

Если вы нашли данную страницу в сети Интернет, значит, вас привлекает идея использования энергии солнца и вам нужно побольше информации об этом. Мы постараемся дать тот минимум информации, который позволит уже на первоначальном этапе определить целесообразность такой идеи. Данный пост больше ориентирован на владельцев частных домов, но будет полезен и жильцам многоквартирных домов и директорам предприятий любой формы собственности.

 

Итак, главный вопрос: как преобразовать световую солнечную энергию в электроэнергию (или тепловую энергию) для обеспечения жизнедеятельности дома/предприятия?

Краткий ответ: использовать солнечную электростанцию.

Под солнечной электростанцией мы подразумеваем системы, которые используют солнечную энергию для выработки электроэнергии и/или тепловой энергии.

 

К таким системам относятся:

• гелиосистемы (гелиотермальные системы);

Это комплексные системы, которые преобразуют лучевую солнечную энергию в тепловую энергию. Используются, например, для обеспечения горячего водоснабжения, отопления и других в бытовых (или в промышленных) масштабах.

Составной частью этих систем служат солнечные коллекторы, которые непосредственно преобразуют солнечную энергию в тепловую методом нагрева материала-теплоносителя. Если у вас есть летний душ с бачком на крыше для подогрева воды от солнца – этот бачок уже можно считать солнечным коллектором.

• солнечные панели (их также называют: солнечные батареи, фотоэлектрические модули, фотомодули).

Солнечные панели позволяют прямо преобразовывать энергию солнечного излучения в постоянный электрический ток (электричество). Они могут быть достаточно малыми (например, в карманных калькуляторах), так и достаточно большими (например, в целых солнечных электростанциях площадью в сотни гектаров).

 

 

Преимущества использования солнечной энергии:

Солнечная энергия является экологически чистой, относительно безопасной и ее много. Кроме того, что ее добыча оказывает минимальный вред на окружающую среду, ее использование может существенно снизить затраты на электроэнергию, или, даже, позволит полностью отказаться от центрального электроснабжения и добиться полной автономии и энергонезависимости.

 

Гелиосистемы

 

Как уже было рассмотрено выше, гелиосистемы служат, в основном, для получения тепловой энергии. С помощью солнечных коллекторов, гелиосистемы позволят, например, обеспечить отопление и/или горячее водоснабжение дома/квартиры/предприятия. Солнечные коллекторы можно использовать, например, для подогрева воды в квартире, поезде, бассейне; для обеспечения горячей водой отеля, базы отдыха, школы, детского садика и т.п.

Основных типов гелиосистем два: сезонные и круглогодичные. Судя по названию, первые используются только в определенный сезон (в основном, летом), а другие – целый год. Ограничения на сезонные гелиосистемы накладываются используемым в коллекторе теплоносителем – тем веществом, что находится в трубах коллектора и при нагревании от солнца, дальше нагревает всю систему. Как правило, в сезонных гелиосистемах используется простая вода. Круглогодичные же гелиосистемы используют незамерзающий теплоноситель.

 

Виды гелиосистем:

• сезонные, без давления.

Кругооборот в системе обеспечивается естественным притоком/оттоком воды, поэтому для таких систем критически важным является высота размещения (чем выше, тем большим будет напор в системе).

• сезонные гелиосистемы (термосифонные), под давлением.

Такие системы могут устанавливаться и на земле, главное, чтобы на хорошо освещаемом солнцем участке. Давление в системе создается насосом.

• круглогодичные системы на трубчатых вакуумных коллекторах.

В трубках этих коллекторов поддерживается вакуум, что обеспечивает минимальные теплопотери даже при температуре воздуха в -20^оС.

• круглогодичные системы на плоских коллекторах.

Зимой такие системы менее эффективны, нежели вакуумные, из-за больших теплопотерь, но также достаточно хорошо справляются с задачей выработки тепловой энергии.

 

 

Солнечные панели

 

Основным предназначением солнечных панелей является выработка электроэнергии из солнечных лучей. Объем выработанной электроэнергии зависит от нескольких составляющих:

• площадь покрытия панелями (чем она выше, тем больший объем электрики может быть выработан)
• материал используемых в панелях фотоэлементов и их КПД; мощность фотомодулей
• инсоляция (количество солнечной радиации, достигающей земли в течение определенного периода времени). Уровень инсоляции достаточно сильно разнится по сезонам и регионам. Например, летом уровень инсоляции максимальный, а зимой – минимальный. Например, средний уровень инсоляции для Киевской области (около 1200 кВт*ч/м² в год) будет немного ниже, чем для Николаевской области (около 1400 кВт*ч/м² в год).

 

Все это нужно учитывать при просчете эффективности использования солнечных панелей. Также нужно учитывать и то, сколько вам нужно электроэнергии. Например, для частного дома площадью 100-110кв.м., при среднем потреблении 9 кВт*ч в сутки, для полной электроавтономии нужно, чтобы общая мощность фотомодулей была не менее 9-10 кВт*ч/сутки. При таких параметрах предположительная площадь покрытия солнечными панелями должна быть приблизительно 65-70кв.м. Также учтите, что практически для всей территории Украины, наиболее эффективными сторонами света в плане объема солнечного света считаются южная и западная. Поэтому большинство окон современных домов и направлены на Юг и на Запад (для большей энергоэффективности). То же относится и к размещению солнечных панелей: неэффективно будет размещать панели на северной стороне крыши, где практически нет прямых солнечных лучей.

 

 

Стоимость солнечных электростанций

Несмотря на всю свою привлекательность и пользу для окружающей среды, стоимость более-менее автономной солнечной электростанции для частного дома составляет сейчас не меньше 15000-20000$. Срок службы фотомодулей может достигать 25 и более лет, но даже при таком долгом сроке службы обычные солнечные электростанции не окупаются. Главное их преимущество – это, все-таки, энергонезависимость и автономность. Если хочется и автономности, и окупаемости – тогда вам нужно обратить свое внимание на государственную программу поддержки альтернативной энергетики «Зеленый тариф» — это когда вы можете продавать излишек электроэнергии в общую энергосеть. На сегодняшний день для домашних солнечных электростанций (мощностью не более 30кВт), установлен тариф 584,98 коп/кВт*ч (т.е. по такой цене облэнерго будет покупать у вас электрику).

 

 

Перспективы солнечной энергетики

Спрос на солнечную энергетику со стороны и частных домохозяйств, и предприятий, растет с каждым годом. И это связано не только с развитием технологий и снижением стоимости оборудования, но и возможностью получить прибыль. Так, благодаря государственному «Зеленому тарифу», срок окупаемости значительно сокращается, а инвестиции в солнечную энергетику быстрее возвращаются. Также, немаловажным является то, что «добыча» такой электрики не вредит окружающей среде, и позволяет не заботиться об энергоносителях.

Среднее общее значение потребления электроэнергии в Украине находится в пределах 120-130 ГВт/год (1ГВт = 1 млрд. кВт*ч). А выработки — 160-170 ГВт/год. Хотя и наблюдается явный излишек, эта электроэнергия на более чем 95% была «добыта» на ТЭС и АЭС, т.е. ее нельзя назвать экологически чистой. С другой стороны, хотя общий объем выработанной альтернативной энергетики (солнечная, ветровая и др.) и достиг в этом году «незначительной» отметки в 1ГВт, темпы прироста его очень внушительны. Все больше и больше в Украине строится солнечных электростанций, ветропарков, и электростанций на биомассе в поистине промышленных масштабах. Вот, например, недавно стало известно, что правительство Украины ищет инвесторов для постройки в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС крупнейшей солнечной электростанции.

Вполне вероятно, что пройдет каких-либо 5-10 лет, и улицы наших городов будут освещаться «альтернативной электроэнергией», частные и многоквартирные дома будут самодостаточными (в энергетическом плане), а общий объем «добытой» чистой электроэнергии будет значительно превышать электроэнергию, полученную путем сжигания угля, природного газа, нефти и газового конденсата.

 

Замечание: все приведенные в статье расчеты приблизительны и служат для ознакомительных целей.