Солнечные батареи

Режим работы: базовый/резервный;
Единичная электрическая мощность батареи: 0,01-0,3 кВт;
Электрическая мощность солнечных электростанций: 100-10000 кВт;
Вид топлива: возобновляемый источник энергии — солнечное электромагнитное излучение;
Рекомендации к применению: по возможности массово;
Капиталовложения в строительство: порядка 2800 $/кВт;
Себестоимость электроэнергии составляет 3-5 руб/кВт·ч (с учетом амортизации).

Ведущие фирмы производители:

  • Shell;
  • Honda Soltec Co.;
  • Global Solar Energy Inc. (GSE);
  • Sharp;
  • Nanosolar;
  • First Solar;
  • Solar Semiconductor Ltd;
  • Солнечная энергия;
  • Мульти Вуд;
  • Солнечный ветер.


Солнечная энергетика — отрасль мировой энергетики, в которой солнечное электромагнитное излучение непосредственно используется для получения энергии, в частности — электроэнергии.
Важным преимуществом систем солнечной энергетики является отсутствие выбросов углекислого газа в процессе их работы. Кроме того, солнечная энергетика не связана с какими-либо другими видами загрязнения окружающей среды (такими как выхлопные газы или шум). Как минимум 89% выбросов, связанных с производством энергии, можно было бы предотвратить, заменив традиционные источники энергии фотоэлектрическими. К 2030 г. сокращение ежегодных выбросов углерода благодаря использованию систем солнечной энергетики может достичь 1,588 млрд. тонн, а суммарное сокращение ─ 8,953 млрд. тонн.
Энергия Солнца преобразуется в электрическую с помощью солнечных батарей. Солнечные батареи собираются из модулей. С целью получения требуемой мощности и рабочего напряжения эти модули соединяются последовательно или параллельно. Модули в свою очередь состоят из фотоэлектрических элементов. Эти элементы делятся на три типа: монокристаллические кремниевые, поликристаллические кремниевые и тонкопленочные.

Эффективность современных кремниевых (а также на основе арсенида галлия) фотоэлементов достаточно высока (их КПД достигает 10-20%), а чем выше КПД, тем меньше требуемая площадь солнечных батарей. Большим достижением полупроводниковой промышленности стала разработка кремниевых фотоэлементов, обладающих КПД до 40%. Последнее важное направление в развитии солнечной энергетики — создание более дешевых и удобных фотопреобразователей: ленточных поликристаллических кремниевых панелей, тонких пленок аморфного кремния, а также других полупроводниковых материалов. Самым высокоэффективным из них оказался алюминий-галлий-мышьяк, его промышленная разработка только начинается. Большую перспективу открывают гетероструктурные полупроводники, эффективность которых в два раза выше, чем простых кремниевых образцов.
Кремниевые солнечные элементы являются нелинейными устройствами и их поведение нельзя описать простой формулой типа закона Ома. Важным моментом работы солнечных элементов является их температурный режим. При нагреве элемента на один градус свыше 25°С он теряет в напряжении примерно 0,4 %/градус. В яркий солнечный день элементы нагреваются до 60-70°С это и является основной причиной снижения КПД солнечных элементов, приводя к падению напряжения, генерируемого элементом.

В начало ↑

Стандартными условиями для паспортизации элементов во всем мире признаются:

  • освещенность 1000 Вт/м2;
  • температура 25°С;
  • спектр АМ 1,5 (солнечный спектр на широте 45°).

Тем не менее солнечные батареи способны вырабатывать электроэнергию при падении освещенности до 250 Вт/м2. Прочностные характеристики солнечных батарей позволяют выдерживать град размером зерна до 25 мм.
Первая демонстрационная модель солнечной батареи была создана в 1953 году. 15 мая 1958 года на орбиту Земли был выведен первый искусственный спутник, оснащенный солнечной батареей. А в 1963 году японская компания Sharp начала их серийное производство.
Главные ограничения, связанные с использованием солнечной энергии, вызваны её непостоянством: солнечные установки не работают ночью и малоэффективны в пасмурную погоду. Однако есть и ещё одно обстоятельство, которое особенно актуально для российских достаточно северных широт — это сезонные различия в продолжительности дня. Если для тропической и экваториальной зоны длительность дня и ночи слабо зависит от времени года, то уже на широте Москвы самый короткий день меньше самого длинного почти в 2,5 раза. А в приполярных областях эта цифра еще больше. В результате в летний день солнечная установка под Москвой может произвести энергии не меньше, чем на экваторе (Солнце ниже, но день длиннее). Однако зимой, когда потребность в энергии особенно высока, её выработка, наоборот, снизится в несколько раз. Помимо короткого светового дня, лучи низкого зимнего солнца даже в полдень должны проходить гораздо более толстый слой атмосферы и терять на этом пути существенно больше энергии, чем летом, когда солнце стоит высоко.



Солнечный коллектор

Режим работы: базовый/резервный;
Единичная тепловая мощность коллектора: 0,3 — 0,5 кВт;
Тепловая мощность солнечных теплостанций: до 50 000 кВт;
Вид топлива: возобновляемый источник энергии — солнечное электромагнитное излучение
Рекомендации к применению: по возможности массово
Капиталовложения в строительство: 500-1000 $/кВт
Себестоимость нагрева 1 литра воды летом до +45°С — 0,02 руб./литр.
Себестоимость тепловой энергии составляет 0,25-1,2 руб/кВт

Ведущие фирмы-производители:

  • Vaillant;
  • Hewalex;
  • Solar Planet;
  • Сапсан энергия;
  • Солнечная энергия;
  • Ковровский механический завод;
  • Радуга-Ц (Конкурент).


Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением.
Все солнечные коллекторы условно делятся на плоские, или плоскопанельные, и вакуумные.

Плоскопанельные солнечные коллекторы представляют собой абсорбер, элемент, поглощающий солнечную радиацию и связанный с теплопроводной системой. С внешней стороны элемент закрыт слоем прозрачного материала, прозрачного покрытия. Чаще всего это покрытие выполняется из специального закаленного стекла, в котором максимально снижено содержание металлов. Обратная сторона для уменьшения теплопотерь закрыта теплоизолятором. Если тепло не передается на внешние потребители, то такой плоский коллектор в состоянии нагревать промежуточный теплоноситель до ста сорока градусов. В настоящее время разрабатываются и применяются специальные оптические оболочки. Поскольку из всех используемых материалов наиболее высокая теплопроводность у меди, то она стала основным сырьем для производства абсорбера.

У вакуумных коллекторов главная часть — это специальная вакуумная трубка, покрытая чернением, для нагревания, в которой находится вода или антифриз. Вся конструкция сделана по принципу устройства термоса. Вокруг полости заполненной жидкостью для уменьшения непродуктивных потерь тепла создается своеобразная вакуумная камера. Используя такой элемент можно нагреть воду даже в том случае, если температура окружающей среды минусовая. Применение систем, построенных на вакуумных солнечных коллекторах, в большинстве российских регионах могут обеспечить население третью энергии, необходимой для теплоснабжения осенью или весной. И процентов на 60 удовлетворить потребность в горячей воде.

Последнее время распространяются солнечные коллекторы, оснащенные тепловыми трубками. Внутри такой трубки находится жидкость, имеющая пониженную точку кипения, к примеру, аммиак. Один конец трубки вставлен в теплообменный бак. Нагреваясь от солнечного излучения, жидкость закипает, пар, поднявшись вверх, передает тепло воде. Солнечные коллекторы с подобными трубками намного эффективней любых других. Помимо повышенного КПД, он еще чрезвычайно устойчив к механическим воздействиям.

В начало ↑