СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ КАК ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Бубенчиков А.А.¹, Нурахмет Е.Е.², Молодых В.О.¹, Руденок А.И.²

¹ORCID: 0000-0002-2923-1123, Кандидат технических наук, доцент; ²ORCID: 0000-0003-4709-4799 Магистрант; ³ORCID: 0000-0002-3382-3623, Магистрант; ⁴ORCID: 0000-0001-6239-5237, Магистрант, Омский государственный технический университет

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ КАК ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Аннотация

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме использования солнечной энергии как основной источник питания потребителя. Автор даёт обобщенную характеристику способам преобразования солнечной энергии в другие виды энергии. А также рассмотрены государственные планы развития солнечной энергетики в различных странах мира и были рассмотрены благоприятные условия установки солнечных панелей в мире. В статье раскрываются проблемы неконкурентоспособности солнечной энергетики относительно данного времени и как с этим можно бороться.

Ключевые слова: солнечная энергетика, альтернативный источник, экономия.

 

Bubenchikov A.A.¹, Nurakhmet Y.Y.², Molodikh V.O.³, Rudenok A.I.⁴

¹ORCID: 0000-0002-2923-1123, PhD in Engineering, assosiate professor; ²ORCID: 0000-0003-4709-4799, undergraduate student; ³ORCID: 0000-0002-3382-3623, undergraduate student; ⁴ORCID: 0000-0001-6239-5237, undergraduate student, Omsk State Technical University

SOLAR POWER AS SOURCES OF ELECTRICAL ENERGY

Abstract

The article is devoted to the issue date, the use of solar energy as the main source of consumer power. The author gives a generalized description of methods of converting solar energy into other forms of energy. And also consider the state of the solar energy development plans in various countries around the world and were considered favorable conditions of installation of solar panels in the world. In the article the problem of lack of competitiveness of solar energy relative to a given time and how this can be combated.

Keywords: solar power, alternative sources, savings.

С каждым годом жители всё больше полагаются на технику, не могут даже и дня представить без них. При этом развитие технологий не стоит на месте, становятся компактными и очень требовательными к качеству электрической энергии. Следовательно, потребление электроэнергии стало больше, и будет расти каждый раз. А из-за нестабильности экономики в стране, цены, на потребляемую энергию, растут. Например, на сегодняшний день в России был произведён скачок в стоимости электроэнергии, потребляемой населением. Кроме ежегодного «календарного» повышения её цены на 10 – 15 % добавлена плата за электропотребление общедомовых приборов (Интернет-провайдеров, домофонов и кабельных сетей, юридических лиц). Если так дальше продолжится, то в скором времени жильцы будут оплачивать потери энергии в квартальных трансформаторах, в линиях электропередачи и т.д. И это касается населённых пунктов и сельских промышленностей, расположенных отдалённо от больших городов. [2]

Основным из возможных решений данной проблемы является альтернативные источники энергии. А именно солнечная энергия. У каждой страны существует ряд научных советов которые отвечают за использование солнечной энергии такие как Научный совет РАН по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, Комитет по проблемам использования возобновляемых источников энергии Российского Союза научных и инженерных общественных организаций, American Council On Renewable Energy: ACORE, The European Renewable Energy Council (EREC) и т.д.[5]

Каждый из этих научных советов для своего государства устанавливает план, в котором говорится об увеличении доли солнечной энергетики в общей энергетической системе.  Так для России Министерство энергетики РФ назначала план, к 2020 году поднять долю солнечной энергетики в общей энергетической системе РФ до 0,9%( на данный момент она составляет 0,001%). Для реализации поставленного плана нужны благотворительные условия, дабы потраченные экономические затраты окупились за короткий промежуток времени. Если посмотреть на рисунок 1 и 2, то можно сказать, что не в каждой стране будут эффективны солнечные установки.[4]

Рис. 1 – Распределение суммарной солнечной радиации в России

Рис. 2 – Распределение суммарной солнечной радиации в мире.

В настоящее время различают 2 наиболее популярный способа преобразования солнечной энергии: фотовольтаика и гелиотермальная энергетика. Фотовольтаическая система уникальный вид получения электричества, посредством попадания дневного света на панели. Принцип выработки электричества основан на Фотовольтаическом эффекте.  То есть, при пробивание светом поверхность вещества, электроды начинают перемещаться между анодом и катодом внутри панели. Как правило, панели состоят из нескольких слоёв полупроводниковых материалов. Чем больше концентрация света, тем больше выработка электричества. [1] Данный вид выработки электричества применяется в автономной системе энергоснабжения на основании солнечных батарей.

Рис. 3 – Схема работы автономной системы энергоснабжения

На рисунке 3 изображено состав и принцип работы этой системы. Инвертор –это прибор для преобразования постоянного напряжения аккумуляторных батарей в переменное напряжение 220В. Основным недостатком инвертора является ограниченное время автономной работы, которое определяется емкостью аккумуляторных батарей и потребляемой мощностью. Контроллер- это прибор, который не позволяет аккумуляторам перезарядится или разрядиться раньше времени. Блоки аккумулирования служат для накопления вырабатываемого электричества. Основная проблема всех аккумуляторов, это малый объём ёмкости и не приспособленность к большим нагрузкам. Одна из главных причин не конкурентоспособности, это цена. Например, для установки в России автономной системы частному потребителю придётся заплатить в районе 180 тыс.руб.. А рентабельность и окупаемость полностью зависит от солнечных дней в году на месте установки. Эту систему применяют для бесперебойного питания автономных систем таких как освещение, охранная сигнализация и т.д. А так же в роли основного источника энергии (если потребитель находится очень далеко от подстанции) или совместно с приходящими линиями электропередачи. [3]

Гелиотермальная энергетика – это системы позволяющая трансформация солнечной излучения в электрическую или тепловую энергию с помощью трёх технологий:

Первая технология одна из самых распространённый вариант снабжения теплом это использование солнечных коллекторов. Их располагают в неподвижном состоянии так, чтобы нагрев был максимально эффективный. Самым эффективным теплоносителем является воздух, вода или антифриз. Производится нагрев вещества на 45-50 ^оС выше температуры окружающей среды. Всё это происходит в коллекторе. Также можно использовать для кондиционирования воздуха, термообработки продуктов сельского хозяйства и  опреснение морской воды. Такие солнечно обогревательные системы очень популярны в Японии и США [6]. Однако в таких странах как Кипр и Израиль таких систем намного больше из расчёта населения. Примерно 1 млн. коллекторов обеспечивают 70% населения страны используют такой способ получения энергии. К такому прогрессу пытаются прийти Индия и Китай. Если посмотреть на рисунок 2 можно сказать что Африка идеальный претендент для использования такой системы, но из-за экономического положения их используют в основном для запуска насосных установок.[1]

Вторая технология превращает солнечную энергию в электрическую с помощью солнечных батарей на основе кремния. Ей нашли применение в космической индустрии, а именно в кораблестроении. Первое массовое применение было в Калифорнии. В настоящее время третья часть фотоэлектрических элементов рынка принадлежать Японии. В развитых странах её уже активно используют, при том факторе, что технология дорогая.

Третья технология основана на трансформации солнечной радиации в электрическую, используя зеркала , для концентрации лучей в одной точке. Такой способ используется в Солнечных электростанциях.[6]

Факты для перехода на солнечную энергию.

1. Неограниченный запас топлива.
2. Бесшумное, безвредное выработка электроэнергии.
3. Автономные системы энергоснабжения безопасны и высоконадежны.
4. Материалы возможно без труда переработать и использовать повторно.
5. Несложное обслуживание оборудования.
6. Использование электричества отдалённо в сельских районах.
7. Модули могут быть частью дизайна здания.
8. Стремительное уменьшение времени энергетической окупаемости модулей.
9. Увеличивает надёжность энергоснабжения страны.

На основе поведённого исследования можно сделать вывод. Чтобы Солнечная энергия была конкурентоспособной нужны наработки для увеличения ёмкости аккумуляторов и увеличения мощности и больше исследований в плане концентрации солнечных лучей на солнечные панели, дабы увеличить их эффективность и уменьшить срок окупаемости. Стремительное развитие солнечной энергетики, с использование инновационных мировых технологий, является главным конкурентом и в 2050 г. будет преимущественным на рынке энергетически экологичных технологий, что обеспечит к концу века все потребности населения электрической энергией.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках научного проекта № МК-5098.2016.8»

Литература

1. [Электронный ресурс] http://www.bestreferat.ru/ (дата обращения: 01.03.2016.)
2. Перспективы возобновляемой энергетики, Дизендорф А.В., Усков А.Е., Научный журнал КубГАУ, №114(10), 2015 г.
3. [Электронный ресурс] http://decentral.web-box.ru/ (дата обращения: 02.03.2016.)
4. [Электронный ресурс] http://minenergo.gov.ru/ (дата обращения: 02.03.2016.)
5. Солнечная энергия – энергия будущего, Павлов Н., Электроника: научка, технология бизнес,№1(123), 2013г.
6. Перспективы развития возобновляемой энергетики, Стребков Д.С., журнал: Труды международной научно-технической конференции энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве, 2012 г.

References

1. [electronic resource] http://www.bestreferat.ru/ (reference date: 03/01/2016.)
2. Prospects for renewable energy, Dizendorf AV Uskov AE Scientific journal KubGAU, №114 (10), 2015
3. [electronic resource] http://decentral.web-box.ru/ (reference date: 02/03/2016.)
4. [electronic resource] http://minenergo.gov.ru/ (reference date: 02/03/2016.)
5. Solar energy - energy of the future, N. Pavlov, Electronics: nauchka technology business, №1 (123) 2013.
6. Prospects for the development of renewable energy, Strebkov DS Journal: Proceedings of the International scientific and technical conference, energy supply and energy efficiency in agriculture, 2012