Гелиоэнергетика

Гелиоэнергетика — получение энергии от Солнца. Имеет­ся несколько технологий солнечной энергетики. Фотоэлектро­генераторы для прямого преобразования энергии излучения Солнца, собранные из большого числа последовательно и па­раллельно соединенных элементов, получили название сол­нечныхбатарей.

Получение электроэнергии от лучей Солнца не дает вред­ных выбросов в атмосферу, производство стандартных сили­коновых солнечных батарей также причиняет мало вреда. Но производство в широких масштабах многослойных элементов с использованием таких экзотических материалов, как арсенид галлия или сульфид кадмия, сопровождается вредными выбросами.

Солнечные батареи занимают много места. Однако в срав­нении с другими источниками, например с углем, они вполне приемлемы. Более того, солнечные батареи могут помещаться на крышах домов, вдоль шоссейных дорог, а также использо­ваться в богатых солнцем пустынях.

Особенности солнечных батарей позволяют располагать их на значительном расстоянии, а модульные конструкции мож­но легко транспортировать и устанавливать в другом месте. Поэтому солнечные батареи, применяемые в сельской мест­ности и в отдаленных районах, дают более дешевую электро­энергию. И, конечно, солнечных лучей по всему земному шару найдется больше, чем других источников энергии.

Жители отдаленных районов используют энергию солнеч­ных батарей для освещения, радиовещания и других бытовых нужд. Практическое применение солнечной энергии следует отметить также при подъеме воды из скважин и на нужды здравоохранения.

Главной причиной, сдерживающей использование солнеч­ных батарей, является их высокая стоимость, которая в буду­щем, вероятно, снизится благодаря развитию более эффектив­ных и дешевых технологий. Нынешняя стоимость солнечной электроэнергии равняется 4,5 дол.за 1 Вт мощности и, как ре­зультат, цена 1 кВт-ч электроэнергии в 6 раз дороже энергии, полученной традиционным путем сжигания топлива. Когда же цена производства солнечной энергии сравняется с ценой энергии от сжигания топлива, оно получит еще более широкое распространение, причем с начала 90-х гг. темпы роста гелио-энергетики составляют 16 % в год, в то время как мировое пот­ребление нефти растет на 1,5 % в год.

Возможно использование солнечной энергии для получе­ния тепловой, в частности, для отопления жилищ.

Однако в условиях нашей страны 80 % энергии Солнца приходится на летний период, когда нет необходимости отап­ливать жилье, кроме того, солнечных дней в году недостаточ­но, чтобы использование солнечных батарей стало экономи­чески целесообразным.

На основании двадцатилетнего периода наблюдения уста­новлено, что средняя продолжительность солнечного сияния в Беларуси составляет 1815 часов в год. Годовой приход суммар­ной солнечной радиации на горизонтальную поверхность — 980—1180 кВт-ч/м². Наиболее благоприятным для примене­ния теплосистем является период с апреля по сентябрь. Прове­денный сравнительный анализ продолжительности солнечно­го сияния и прихода суммарной солнечной радиации в стра­нах Западной Европы с умеренным климатом, расположен­ных между 50 и 60 °с.ш., показал, что Беларусь по продолжи­тельности солнечного сияния имеет близкие значения с этими странами, а по приходу среднемесячной солнечной радиации даже превосходит северную часть Германии, Швецию, Данию, Великобританию. Эти государства наряду с "солнечными странами" считаются лидирующими в Европе по выпуску и применению гелиоэнергетического оборудования.

В Республике Беларусь целесообразны три варианта ис­пользования солнечной энергии:

• пассивное использование солнечной энергии методом строительства домов "солнечной архитектуры". Расчеты пока­зывают, что количество энергии, падающей на южную сторо­ну крыши домов площадью 100 м² на широте Минска, вполне хватает даже для отопления зимой (при том, что 10 % солнеч­ной энергии аккумулируется летом и затраты на отопление квадратного метра в отопительный сезон составляют 70 кВт-ч при хорошей теплоизоляции стен, полов, потолков). Размеры дешевого гравийного теплового аккумулятора под домом при этом вполне приемлемы: 10 х 10 х 1,5 м³. Однако в настоящее время полностью игнорируются даже принципы пассивного солнечного отопления. Единственное здание в Беларуси, пос­троенное с использованием этого принципа — немецкий Меж­дународный Образовательный Центр (IBB) в Минске;

• использование солнечной энергии для целей горячего во­доснабжения и отопления с помощью солнечных коллекторов;

• использование солнечной энергии для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрических установок.

На теплоснабжение зданий используется около 40 % всего расходуемого топлива. В Беларуси существующие дома имеют теплопотребление более 250 кВт-ч/м². Если проектирование зданий проводить с учетом энергетического потенциала кли­мата местности и условий для саморегулирования теплового режима зданий, то расход энергии на теплоснабжение можно сократить на 20—60 %. Так, строительство на принципах "солнечной архитектуры" может снизить удельное годовое теплопотребление до 70—80 кВтч/м².

Солнечные коллекторы позволяют обеспечить такие дома теплом, а также теплой водой для нужд проживающих в них людей.

Результаты экспериментальных исследований позволили выбрать материалы, конструкцию гелиоколлекторов и схемы гелиоустановок. Разработан и внедрен ряд гелиоводоподогревателей производственного и бытового назначения.

В настоящее время финансируется создание отечественной установки на фотоэлементах. Одна солнечная электростанция установлена в Беловежской пуще и отапливает два дома, еще несколько установлено в чернобыльской зоне. Солнечные кол­лекторы, вырабатывающие тепло, рекомендуется устанавли­вать в коттеджах и загородных домах. Они экономичнее тра­диционных угольных котлов.

Создано опытное производство систем горячего водоснаб­жения, базирующихся на использовании солнечной энергии. Эти устройства включают в себя солнечные коллекторы (их число и площадь может варьироваться в зависимости от требо­ваний конкретного проекта) и теплонакопители. Оптималь­ный для местного климата вариант — система с четырьмя кол­лекторами — позволяет обеспечить потребности в горячем во­доснабжении семью из 4—5 человек. Благодаря большой пло­щади поверхности коллекторов система аккумулирует доста­точное количество солнечной энергии даже в пасмурную пого­ду, а теплонакапитель большой вместимости (более 500 л) поз­воляет создать стратегический запас горячей воды. В период с марта по октябрь система полностью удовлетворяет потребнос­ти здания в горячей воде. Зимой установку можно интегриро­вать со стандартной системой отопления. Стоимость оборудо­вания варьирует в пределах 900—3500 дол. США.

Кроме того, в Республике Беларусь организовано производ­ство гелиосистем для нагрева воды. Они представляют собой легкие, компактные конструкции, собираемые по модульному принципу. В зависимости от конкретных условий можно по­лучить установку любой производительности. Основой гелио­систем является пленочно-трубочный адсорбирующий кол­лектор. Он обладает высокой адсорбирующей способностью, благодаря чему даже небольшие дозы солнечного излучения превращаются в полезную тепловую энергию. Теплообменни­ки, входящие в состав систем, изготовляются из специальных материалов, исключающих коррозию или замерзание. Проб­ные гелиосистемы устанавливают на земле, плоских и скат­ных крышах, в вагонах-бытовках и т.д. Гелиоустановки могут подключаться к централизованной системе отопления или ра­ботать автономно с заправкой бака-накопителя требуемой ем­кости. Приблизительная цена систем составляет 400 дол. США.

Однако в целом в ближайшее время на значительное увели­чение доли солнечной энергетики в Беларуси рассчитывать не приходится. Но специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца на мировом энергетическом рынке превысит 50 %.

Интересны примеры использования солнечной энергии в разных странах.

В условиях Великобритании жители сельской местности покрывают потребность в тепловой энергии на 40—50 % за счет использования энергии Солнца.

В Германии (под Дюссельдорфом) проводились испытания солнечной водонагревательной установки площадью коллек­торов 65 м². Эксплуатация установки показала, что средняя экономия тепла, расходуемого на обогрев, составила 60 %, а в летний период — 80—90 %. Для условий Германии семья из 4 человек может обеспечить себя теплом при наличии энерге­тической крыши площадью 6—9 м².

Современные солнечные коллекторы могут обеспечить нуж­ды сельского хозяйства в теплой воде в летний период на 90 %, в переходный период — на 55—65 %, в зимний — на 30 %.

В Австрии установлено, что для обеспечения 80 % теплой водой в жилых сельских домах на 1 человека требуется уста­новка солнечных коллекторов с поверхностью 2—3 м² и емкос­тью бака для воды 100—150 л. Установка площадью 25 м² с емкостью для нагретой воды на 1000—1500 л обеспечивает теплой водой 12 человек или небольшой сельский двор.

Наиболее эффективно в странах ЕС солнечные энергоуста­новки эксплуатируются в Греции, Португалии, Испании, Фран­ции: выработка энергии солнечными энергоустановками состав­ляет соответственно 870 000, 290 000, 255 200, 174 000 МВт-ч в год.

В целом по Европейскому союзу вырабатывается 185600 МВт-ч в год (по данным 1992г.).

Наибольшей суммарной площадью установленных солнеч­ных коллекторов располагают: США — 10 млн м², Япония — 8 млн м², Израиль — 1,7 млн м², Австралия — 1,2 млн м². В настоящее время 1 м² солнечного коллектора вырабатывает электрической энергии:

4,86—6,48 кВт-ч в сутки;

1070—1426 кВт-ч в год.

Нагревает воды в сутки:

420—360 л (при 30 °С);

210—280 л (при 40 °С);

130—175 л (при 50 °С);

90—120 л (при 60 °С).

Экономит в год:

электроэнергии — 1070—1426 кВт-ч;

условного топлива — 0,14—0,19 т;

природного газа — 110—145 нм³;

угля — 0,18—0,24 т;

древесного топлива — 0,95—1,26 т.

Площадь солнечных коллекторов 2—6 млн м обеспечи­вает выработку 3,2—8,6 млрд кВт-ч энергии и экономит 0,42—1,14 млн т у.т. в год.

Дата добавления: 2015-08-17