Copyright © www.auditenergy.ru 2008-2011
Некоммерческое партнерство "Центр Альтернативной Энергии"
Таким образом применение солнечной энергии для электроснабжения самых разных потребителей развивается с ростом потребностей и стоимостью углеводородного топлива. Можно прогнозировать бурный рост этой отрасли в ближайшие годы. Интерес к солнечной энергетике постоянно подогревается сообщениями информационных агентств о запуске в эксплуатацию мощных солнечных электростанций в южной Европе, США, Австралии, Японии, Китае. Будем надеяться, что и наша страна не останется в стороне от магистрального развития энергетики, и внесёт свой весомый вклад в производство экологически чистой энергии.
Инвертор — это устройство, преобразующее запасённую в аккумуляторах энергию постоянного тока в энергию переменного тока нужного напряжения и частоты. По форме выходного сигнала инверторы бывают с чисто синусоидальным выходом, с квазисинусоидальным и сигналом прямоугольной формы. Применение чисто синусоидальных инверторов не имеет ограничений, если вы применяете инверторы с другой формой выходного сигнала — могут не работать отдельные приборы, например аналоговые блоки питания, асинхронные двигатели работают с повышенным шумом и могут выйти из строя, не работают некоторые устройства автоматики и т.д. Стоимость инвертора с чистой синусоидой значительно выше, но качество получаемой энергии можно назвать идеальным. мощность инвертора подбирается, как было сказано выше с запасом с учётом пусковых токов и лучше иметь ещё дополнительный запас по мощности в 20-30%, в таком случае инвертор будет работать долго и надёжно. Иногда используются солнечные электростанции для подпитки существующей электросети, в таком случае аккумуляторы не используются, а энергия, полученная от солнечного света, напрямую передаётся в сеть — такие системы называются «grid-tie» (связанные с сетью) и используются там где существует локальная перегрузка электрических сетей. В России до настоящего времени подобные системы не находили применения.
Для автономных систем применяются герметичные, необслуживаемые аккумуляторы, собранные по технологиям GEL и AGM, с длительным сроком службы. В отдельных случаях допустимо применение щелочных аккумуляторов не обладающих эффектом «памяти» в тех устройствах, где потребляется постоянный ток. Применение кислотных стартерных аккумуляторов нецелесообразно, т.к. такие аккумуляторы могут быстро выйти из строя из-за сульфатации и расслоения электролита.
Электрическая энергия постоянного тока, которую вырабатывают солнечные модули, поступает на устройство, называемое контроллером. Если система автономная, то контроллер является контроллером заряда и не допускает выхода из строя от перезаряда аккумуляторов, в которых накапливается энергия, если её производится больше, чем потребляется. Существует великое множество конструкций контроллеров заряда, наиболее эффективные: импульсные и использующие функцию MPPT(Maximum Power Point Trecker) — отслеживания точки максимальной мощности. Дело в том, что выработка энергии фотоэлектрическим модулем сильно зависит от освещённости, а при зарядке аккумуляторов и от их степени заряда. Контроллер MPPT отслеживает эти параметры и обеспечивает максимальную эффективность фотоэлектрической системы.
Солнечные фотоэлектрические модули представляют собой батарею полупроводниковых элементов, обладающих фотоэлектрическими свойствами (способностью генерировать ЭДС под воздействием фотонов света), объединённую в единую конструкцию. Для лицевой поверхности модуля, в настоящее время, используют специальное просветлённое и закалённое стекло с антибликовой поверхностью или прозрачный поликарбонат. Элементы герметизируются в вакуумной камере пластическими материалами. Наибольшее распространение получили модули с применением поли- и монокристаллов кремния. Также используется аморфный кремний и полупроводники не на кремниевой основе. Элементы соединены последовательно и/или параллельно для получения нужных параметров по току и напряжению. Обычно для придания дополнительной прочности модуль обрамляется в рамку из алюминиевого профиля. Контакты выводятся в герметичную коробку на задней поверхности модуля. Для построения солнечной электростанции модули располагают на каркасе под оптимальным углом к солнечным лучам, для каждого времени года и местности этот угол имеет разное значение и колеблется примерно в диапазоне +/- 300 от широты местности. Иногда применяют специальные устройства для автоматического позиционирования модулей на солнце — трекеры, это позволяет увеличить дневную выработку энергии на 20-50 %. Модули соед-т в общую сис проводами, для ум-я потерь длинна проводов должна быть как можно меньше, а их сечение как можно большим.
Солнечные модули.
Остановимся подробнее на отдельных компонентах солнечной электростанции.
Желательно все компоненты системы рассчитывать с избытком, т.к. природные явления, к которым относится инсоляция, могут сильно различаться в разные годы. Если не учесть пусковые токи при выборе мощности инвертора, то при включении оборудования возможны отключения из-за перегрузки и даже выход из строя дорогостоящего электронного блока.
После этого надо получить информацию об уровне солнечного излучения (инсоляции) в той местности, где вы планируете эксплуатировать солнечную электростанцию. Эти данные имеются в интернете или в ближайшем филиале Гидрометеоцентра. Имея эти данные и зная КПД устройств, входящих в солнечную электростанцию, можно рассчитать необходимое количество солнечных модулей, параметры контроллера заряда, мощность инвертора, ёмкость аккумуляторов, необходимость и мощность дополнительного источника энергии и зарядного устройства.
С чего начать, если вы задумали поставить собственную солнечную электростанцию? Прежде всего необходимо проанализировать и попытаться рассчитать два параметра: суммарная мощность оборудования, которое будет питаться от этой электростанции с учётом пусковых токов и желаемое потребление в кВтчасах в день или месяц. При этом надо учитывать, что при круглогодичной эксплуатации в зимнее время в некоторых областях значительно уменьшается количество поступающей солнечной энергии (например: Санкт-Петербург в 7-8 раз, Москва — в 2.5 раза, Юг России в 2 раза, Дальний Восток — приятное исключение и зимой и летом почти одинаковый уровень падающей солнечной энергии). Про пусковые токи надо сказать отдельно: некоторые устройства, особенно с электродвигателями имеют значительные пусковые токи, превышающие номинальные: у холодильника в 10-12 раз, у кондиционера (не инверторного) в 4-5 раз, у водяного центробежного насоса в 2-4 раза, вибрационный насос, благодаря принципу работы, постоянно потребляет в 5 раз больше энергии, чем указано на его этикетке.
Значительную долю в структуре энергозатрат в России составляют различного рода электронагреватели, применение вместо традиционных ТЭНов тепловых насосов с инверторным приводом в комбинации с высокоэффективными солнечными коллекторами, позволит снизить затраты энергии на отопление и получение горячей воды в 3-5 раз.
Надо заметить, что проблемы электроснабжения и энергосбережения идут рядом, достаточно высокая стоимость фотоэлектрического оборудования заставляет задуматься о рациональном расходовании полученной энергии. Для примера: одна замена ламп накаливания на люминесцентные с электронными балластами позволит в 5 раз снизить затраты на освещение, для наружного освещения применение натриевых ламп вместо ртутных позволит снизить расход энергии в 5-10 раз. Современная бытовая техника с индексом энергопотребления «А» или «А+», также позволяет значительно снизить расход энергии.
В России, в связи с дефицитом мощностей, дороговизной, а иногда и невозможностью, подведения энергии к новым объектам в последние годы получили распространение автономные солнечные электростанции и устройства бесперебойного электроснабжения с подпиткой от солнечной энергии.
С появлением технологий, позволяющих использовать непосредственно солнечный свет в качестве источника энергии, стало возможным широкое распространение фотоэлектрических устройств. Давно известны калькуляторы, часы в которых источником энергии служит маленькая фотоэлектрическая батарея. Большие батареи солнечных элементов называются солнечными модулями и используются для получения электроэнергии в больших масштабах. С ростом цен на углеводородное топливо, значение фотоэлектричества возрастает очень сильно, вы платите один раз за оборудование и долгие годы получаете энергию от нашего светила, т.к. эксплуатационные расходы очень малы, получаемую энергию можно считать практически бесплатной. Бытует мнение, что солнечные ресурсы России очень малы и не позволяют в полной мере использовать фотоэлектрические установки — это не так, даже в средней полосе России солнечной энергии достаточно для круглогодичной работы солнечной электростанции, а чем дальше к востоку тем солнечных ресурсов больше. Для примера в Германии солнечной энергии меньше чем в Подмосковье, но тем не менее уже несколько лет с успехом реализуется программа «Сто тысяч солнечных крыш». В рамках этой программы государство стимулирует развитие солнечной энергетики давая дешёвые кредиты на покупку солнечных электростанций и покупая произведённую энергию по повышенным тарифам, подобные программы действуют в Испании, Греции, Болгарии, США, Монголии. Страны ЕЭС поставили задачу к 2020 году довести производство электроэнергии от альтернативных и возобновляемых источников до 20 % от всей произведённой энергии.
Известно, что почти все доступные человечеству источники энергии, в своей основе имеют энергию Солнца: уголь, нефть, газ — останки древних организмов; дрова — части растений — само существование которых невозможно без солнца, ветер — результат разницы температур различных частей поверхности планеты; течение рек — результат кругообращения воды — тоже невозможен без солнца; пожалуй только энергия приливов — результат воздействия Луны, а не Солнца, но без Солнца вода не была бы в жидком состоянии и энергию приливов нельзя было бы использовать. Только ядерная энергия имеет в своей основе свойства вещества, а не результат воздействия нашего светила.
Применение солнечной энергии в бытовых целях.
Наука & Технологии
Некоммерческое партнерство Центр Альтернативной Энергии. - Энергообеспечение
.jpg)
