Прямое превращение солнечной энергии в электрическую

По сравнению с зарубежными странами таких как: Германия, Швейцария, Австрия, Швеция, Дания, Финляндия, Голландия, Японии, Израиле, Турции, Греции, Кипр, Египет и др., где солнечная энергия широко используется как в промышленном, так и частном секторах.

В этих странах давно уже существуют и функционируют крупномасштабные тепловые станции. Так, не смотря на свое географическое положение, Швеция является Европейским лидером по использованию тепловых коллекторов.
Из 46 Европейских крупномасштабных тепловых станций Швеция имеет 15. Начиная с 1997 года, в Германии и Австрии было построено 20 подобных тепловых станций.

По сравнению с европейскими странами, в нашей стране гелиоэнергетика находиться на низком уровне. Отношение украинского потребителя к гелиосистемам неоднозначное.

В основном большая часть населения не вникает в суть вопроса об гелиоэнергетики, их в первую очередь интересует цена на установку. Узнав цену, сразу пропадает интерес к данному вопросу, говорят, что это дорого, и неоправданно. Не задумываясь о том, что это едино разовое капиталовложение.

Начальные инвестиции для реализации системы нагрева солнечной энергии вознаграждаются эксплуатационными расходами, которые фактически отсутствуют. Единственное потребление энергии — на электричество, используемое насосом для циркуляции жидкости в системе.

Рассматривая текущие затраты и устойчивые увеличения цены традиционных источников энергии (газ, метан, жидкий пропан, производные нефти) использование солнечного нагревания оправдано сегодня более чем когда-либо.

Только процентов 10-15 людей заинтересованы в гелиоэнергетике, и готовы покупать установки, и использовать их для обеспечения себя теплом и горячем водоснабжениям.

Но пока эта заинтересованность заключается только в частном использовании солнечных коллекторов. Массовое использование солнечных коллекторов, так как в зарубежных странах, пока в стадии просчетов, и проектирования.

Энергетика является базовой отраслью экономики. Стратегической задачей развития экономики является максимальное увеличение в ее энергетическом балансе доли энергии, произведенной за счет собственных энергетических ресурсов.

Энергетика Украины включает в себя атомную энергетику, гидроэнергетику и тепловую энергетику. Гидроэнергетика практически исчерпала возможности своего дальнейшего развития в силу ограниченности природных мест пригодных для строительства новых гидроэлектростанций.

Топливо для работы атомных и тепловых электростанций необходимо закупать за границей. Кроме того, эти два направления развития энергетики в промышленно развитых странах считаются малоперспективными и экологически небезопасными.

Интенсивное использование тепловых электростанций привело к появлению ряда экологических проблем, среди которых самые острые по своим неблагоприятным последствиям — увеличение выбросов в атмосферу углекислого газа и уменьшение толщины озонового слоя.

Это увеличение может привести к развитию тепличного эффекта на планете. Общая мощность солнечной радиации, перехватываемая нашей планетой, составляет 1,71014 кВт.

Если оценить всю солнечную энергию, которую наша планета получает за один год, то она составит 1018 кВтч, что примерно в 10 раз больше энергии всех разведанных и неразведанных ископаемых топлив, включая и расщепляющие вещества.

Солнечная энергия уверено завоевывает устойчивые позиции в мировой энергетике.В нашей стране установки преобразовывающие солнечную энергию в тепловую в ближайшем будущем будет перспективно развиваться, поскольку энергия солнца — это привлекательная энергия.

Привлекательность солнечной энергии обусловлена рядом обстоятельств:

• Солнечная энергия доступна в каждой точке нашей планеты, различаясь по плотности потока излучения не более чем в два раза. Поэтому привлекательная для всех стран, отвечая их интересам в плане энергетической независимости. В том числе и для Украины

• Солнечная энергия — это экологически чистый источник энергии, позволяющий использовать его во все возрастающих масштабах без негативного влияния на окружающую среду.

• Солнечная энергия — это практически неисчерпаемый источник энергии, который будет доступен и через миллионы лет.

Основными направлениями использования солнечной энергии считаются:
• Получения тепла путем абсорбции солнечного излучения;
• Прямое превращение солнечной энергии в электрическую.

На территории Украины энергия солнечной радиации за один среднегодовой световой день составляет т в среднем 4 кВт/час на 1 м2 (в летние дни — до 6-6,5 кВт/час) т. е. около 1 500 кВт/час за год на каждый квадратный метр.

Это примерно столько же, сколько в средней Европе, где использование солнечной энергии носит самый широкий характер. Это дает основание считать, что в Украине существуют все необходимые и достаточные условия для широкомасштабного внедрения гелиоэнергетики в народное хозяйство.

Чтобы нетрадиционные источники энергии в Украине стали реальными и весомыми, для этого необходимо, прежде всего заинтересованность государства в этих источниках энергии, информационное обеспечения населения об этих источниках энергии, демонстрация реального объекта, где эта энергия успешно используется, чтобы переубедить людей в реальности использования нетрадиционных источников энергии для своих потребностей.

Чтобы люди не боялись таких слов как нетрадиционные источники энергии, а понимали их суть и важность значения для экономии средств и традиционных видов энергии, а также экологическое значение для всего человечества и всей планеты.

Системами солнечного теплоснабжения называются системы, использующие в качестве источника тепловой энергии солнечную радиацию.

Для преобразования солнечной энергии в тепловую используется специальный элемент — гелиоприемник, предназначенный для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию. По способу использования солнечной радиации системы солнечного низкотемпературного отопления подразделяют на пассивные и активные.

Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразующего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные ограждения (здание-коллектор, стена-коллектор, кровля-коллектор и т. п.

Активными называются системы солнечного низкотемпературного отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством, не относящимся к зданию. Активные гелиосистемы могут быть подразделены:

— по назначению (системы горячего водоснабжения, отопления, комбинированные системы для целей тепло-холодоснабжения);

— по виду используемого теплоносителя (жидкостные (антифриз, спирт) и воздушные);

— по продолжительности работы (круглогодичные, сезонные);
— по техническому решению схем (одно-, двух-, многоконтурные);

— по системе теплоснабжения (с пассивной или активной циркуляцией).

Гелиосистемы могут быть использованы для производства санитарной воды горячего водоснабжения, нагревания бассейнов и отопления жилых помещений (частные дома, котеджи, гостиницы, кафе, рестораны, офисные здание и т. д. ) Солнечные тепловые системы и установки используют для горячего водоснабжения и отопления в сельском хозяйстве, теплоснабжения низкотемпературных производственных и бытовых процессов, сушки сельскохозяйственной продукции, на производстве и т. д. Спектр использования солнечных коллекторов многообразен.

Основными элементами рассматриваемых систем есть:
— солнечный коллектор, в котором нагревается вода или воздух;
— бак-аккумулятор;
— дополнительный нагреватель или котел;
— контрольно-измерительная и регулирующая аппаратура;
— предохранительные клапаны;
— насос и трубопроводы.

Преобразование солнечной энергии в тепловую энергию осуществляется в солнечных коллекторах. Основным элементом коллектора является поглощающая металлическая пластина с черным покрытием, которая поглощает солнечные лучи, нагревается и передает тепловую энергию теплоносителю (вода, воздух) находящегося в трубках (материал медь), которые находятся в тепловом контакте с поглощающей пластиной.

Нагретый теплоноситель движется в сторону бака-аккумулятора, где отдает через теплообменник тепло воде, и охлаждаясь, возвращается обратно в коллектор и вновь нагревается — цикл замыкается.

На территории Украины энергия солнечной радиации за один среднегодовой световой день составляет в среднем 4 кВт/час на 1 м2 (в летние дни — до 6-6,5 кВт/час) т. е. около 1 500 кВт/час за год на каждый квадратный метр. Один квадрат солнечного коллектора способен нагреть примерно 10-20 литров воды в час.

Для примера: установка из 10 коллекторов активной площадью 1 м2 (размер 1х1) способна нагреть около 500 литров воды в сутки до температуры 50-70 оС, в зависимости от интенсивности солнечной радиации, климатических условий местности, что достаточно для ежедневного обеспечения квартиры теплом.

Реализованные в последнее время экспериментальные проекты свидетельствуют, что годовое производство тепловой энергии в условиях Украине составляет 500-600 кВтчас/м2. учитывая общепринятый на Западе потенциал использования солнечных коллекторов для развитых стран, что равняется 1 м2 на одного человека, а также КПД солнечных установок для условий Украины, ежегодный ресурс солнечного горячего водоснабжения и отопления могут составлять 28 кВтчас/м2 тепловой энергии.

Реализация этого потенциала позволило бы с экономить 3,4 млн. т. условного топлива в год.
Используя энергию солнца, гелиосистемы позволяют экономить до 75% традиционного топлива, которое необходимо для приготовления горячей воды, и до 50% необходимо для целей отопления.

Это примерно столько же, сколько в средней Европе, где использование солнечной энергии носит самый широкий характер. Это дает основание считать, что в Украине существуют все необходимые и достаточные условия для широкомасштабного внедрения гелиоэнергетики в народное хозяйство.

Существенных недостатков в этой системе нет. Разве что конструктивные особенности солнечных коллекторов разных производителей, а также прямая зависимость эффективности нагрева воды от климатических условий.

Стоимость солнечных коллекторов разных производителей колеблется в пределах 200-600 Евро за один солнечный коллектор. Разница в цене зависит от качества материала из которого изготавливаются коллекторы, габаритный размер и т. д. В среднем стоимость комплекса с солнечными коллекторами составляет от 2000 Евро.

Начальные инвестиции для реализации системы нагрева солнечной энергией вознаграждаются эксплуатационными расходами которые фактически отсутствуют. Единственное потребление энергии — на электричество, используемое насосом (в случаи принудительной циркуляции), для циркуляции жидкости в системе.

Рассматривая текущие затраты и устойчивое увеличение цены традиционных источников энергии (газ, метан, жидкий пропан, производные нефти и т. д. ) использование солнечного нагревания оправдано более чем когда-либо.
Окупаемость затрат в среднем в течении 4-5 сезонов.

Если же используются коллекторы в районах, где отсутствуют какие либо энергоносители, или увеличивается цена на энергоносители, то срок окупаемости уменьшается.

Срок службы солнечных коллекторов достаточно долгий от 30 лет и выше. Могут использоваться даже при рассеянном свете и отрицательной температуре.