Как добывают солнечную энергию
Перейти к содержимому

Как добывают солнечную энергию

  • автор:

Солнечная энергетика

Мы можем использовать энергию солнца для разных целей. Одна из них — это выработка электрической энергии. При использовании солнечных батарей энергия солнца напрямую преобразуется в электрическую. Этот процесс называется фотоэлектрический эффект. Использование солнечного электричества имеет много преимуществ. Это чистый, тихий и надежный источник энергии. Впервые фотоэлектрические батареи были использованы в космосе на спутниках. Сегодня солнечное электричество широко используется во многих областях. В удаленных районах, где нет централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, для подъема воды и охлаждения лекарств. Эти системы зачастую используют аккумуляторные батареи для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, калькуляторы, телекоммуникационные системы, буи и т.д. работают от солнечного электричества.

Другая область применения — это электроснабжение домов, офисов и других зданий в местах, где есть централизованная сеть электроснабжения. В последние годы именно это применение обеспечивает около 90% рынка солнечных модулей. В подавляющем большинстве случаев солнечные батареи работают параллельно с сетью, и генерируют экологически чистое электричество для сетей централизованного электроснабжения. Во многих странах существуют специальные механизмы поддержки солнечной энергетики, такие как специальные повышенные тарифы для поставки электроэнергии от солнечных батарей в сеть, налоговые льготы, льготы при получении кредитов на покупку оборудования и т.п. На этапе становления фотоэнергетики такие механизмы действовали в Европе, США. Японии, Китае, Индии и других странах.

Солнечные модули или панели состоят из нескольких компонентов, основным из которых является фотоэлектрический или солнечный элемент. Фотоэлектрические преобразователи (в литературе часто встречается и другое определение – солнечные элементы от английского solar cells) – полупроводниковые устройства, преобразующие энергию солнечного излучения (солнечную радиацию) в электрический ток. Существует множество способов преобразования солнечной энергии в электрическую, при этом технологически они могут очень сильно отличаться – как физическими принципами, так и технической реализацией. Наиболее эффективными – как с точки зрения организации производства, так и экономической энергетической целесообразности, являются устройства, использующие для преобразования солнечной энергии фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи (ФЭП), чьим главным преимуществом является одноступенчатый прямой переход энергии. Анализируя современный рынок коммерческих систем наземной установки, следует отметить, что подавляющая доля (порядка 80-85% от всего объема мирового рынка) приходится на кристаллические кремниевые элементы. Гораздо меньший процент составляют тонкопленочные солнечные элементы (например, CdTe) – порядка 10%. Именно поэтому, ниже мы рассмотрим производство кристаллических кремниевых фотопреобразователей, как наиболее востребованный рынком альтернативной энергетики компонент солнечных батарей.

Солнечная энергия: неисчерпаемый источник энергии

Солнечная энергетика – это технология получения электрической или тепловой энергии путем преобразования энергии солнечного света. Преобразование солнечной энергии в электрическую носит название фотоэнергетика или солнечная энергетика.

Солнце — неиссякаемый источник энергии. Солнечные модули можно размещать как на земле, так и на крышах зданий. В отличие от некоторых других методов выработки электроэнергии, фотоэлектрические системы не создают шумового загрязнения. Кроме того, системы требуют относительно небольшого ухода и обслуживания по сравнению с другими методами выработки электроэнергии. Достаточно время от времени вытирать снег или пыль с солнечных модулей. Если модули монтируются под углом, то пыль даже удаляется дождем самостоятельно.

Солнечная энергия может быть использована в любой точке мира и с применением различной установленной мощности и размера солнечной системы: начиная с солнечного рюкзака для зарядки смартфона и заканчивая фотоэлектрическими парками площадью в несколько гектаров, которые могут снабжать солнечной электроэнергией целые промышленные зоны или города. Солнечная генерация доступна каждому — гражданам в целях электроснабжения собственного домохозяйства, фермерам для обеспечения электроснабжения на полях или для предприятий и государственных учреждений.

В отличие от традиционных источников энергии, таких как уголь или газ, солнце доступно везде. Для выработки энергии необязательно наличие солнечной погоды и прямых солнечных лучей — даже при облачном небе вырабатывается электричество, хотя и не так эффективно, как в солнечную погоду. Распространённым заблуждением является то, что для практического применения солнечной энергетики температура окружающей среды должна быть высокой. Это отнюдь не так — солнечная генерация так же успешно используется и безотказно работает как в жарких африканских странах под палящим солнцем, так и в холодных регионах Центральной Азии. Кстати, благодаря гладкой поверхности защитного стекла на панелях, небольшое количество снега обычно самостоятельно соскальзывает с модулей.

Фотовольтаика (греч. Фотос – свет и Вольт – единица измерения электрического напряжения, назв. в честь Алессандро Вольта). Это название очень распространено в международном общении – Photovoltaics, сокращенно — PV. Это способ получения электроэнергии, при котором фотогальванические элементы преобразуют энергию солнца в электричество.

Солнечная электростанция или солнечная система является единым объектом для производства электрической энергии с использованием солнца. В этом случае установленная мощность солнечной электростанции может варьироваться от нескольких ватт (в калькуляторе или другом маломощном электронном устройстве) до крупных солнечных парков от 500 мегаватт до одного гигаватта, что является размером среднестатистических атомных электростанций. Как правило, каждая солнечная электростанция имеет однотипный состав оборудования, различаются только характеристики оборудования в зависимости от требуемой потребителем мощности и типа напряжения. Объекты для генерации маломощной солнечной электроэнергии расположены, например, на крышах образовательных учреждений нашего проекта.

Компоненты солнечной электростанции:

Солнечные модули – группа полупроводниковых компонентов (фотоэлементов), преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Модуль состоит из множества солнечных элементов. Модули производятся с различными параметрами и характеристиками в зависимости от количества солнечных элементов, их размеров и используемой технологии. Солнечные модули обычно весят от 13 до 25 кг, достигают средних размеров 1 x 1,5 x 0,3 метра и имеют срок службы не менее 25 лет.
На сегодняшний день основным материалом, используемом при производстве ячеек (фотоэлементов) для солнечных панелей является кремний. Существует несколько видов солнечных панелей — монокристаллические, поликристаллические, тонкопленочные и гетероструктурные.

Установленная мощность солнечной электростанции означает величину активной электрической энергии, которую солнечная электростанция может генерировать в данный момент времени. Установленная мощность зависит от количества солнечных модулей, используемых на электростанции, и от мощности каждого отдельного солнечного модуля. Например, один солнечный модуль может иметь установленную мощность как 100 Вт, так и 350 Вт, даже если оба модуля имеют одинаковый размер. Вместимость или мощность модуля зависит от используемых солнечных элементов, технологии его производства и ряда других факторов.

Солнечный инвертор является полупроводниковым компонентом, который преобразует постоянный ток, генерируемый солнечным модулем, в переменный ток. При этом в составе инверторных устройств могут устанавливаться трансформаторы напряжения, для получения необходимого потребителю уровня напряжения.

Контроллер – микропроцессорное устройство, своего рода «мозг» солнечной системы, которое управляет управляет режимами работы солнечной электростанции и контролирует их, а также переключает питание потребителя от солнечной электростанции/аккумулятора (при наличии) / центрального источника питания (при наличии), контролирует заряд аккумулятора и защищает систему электропитания потребителя от перегрузок. На промышленных солнечных электростанциях для контроля электростанции вместо контроллера используется структура управления более высокого уровня.

Система мониторинга солнечной электростанции, по сравнению с контроллером, представляет собой структуру для управления крупными (промышленными) сетевыми или локальными солнечными электростанциями более высокого уровня. Система имеет в своем составе такое оборудование как релейная защита и автоматизация, телемеханика, система учета электроэнергии, система слежения за положением солнца, так и систему диспетчеризация солнечной электростанции (управляемые диспетчером).

Аккумулятор – электрохимическое устройство, позволяющее накапливать электрическую энергию на длительный срок, чтобы передать ее потребителю электроэнергии в необходимые периоды времени. Наиболее часто используются, в зависимости от применяемой технологии: свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы. Эти аккумуляторы также часто называют накопителями солнечной энергии.

1 кВт – это что и это сколько?
Ватт (русское обозначение: Вт, международное обозначение: W) — единица измерения мощности, включающая мощность постоянного электрического тока, активной и полной мощности переменного электрического тока. Устройство названо в честь шотландско-ирландского изобретателя механики Джеймса Ватта (Watt).

1 Вт установленной мощности солнечной электростанции — это величина пиковой активной электрической мощности, которую солнечная электростанция может генерировать в данный момент времени. 1000 Ватт — это киловатт, 1000 киловатт — это мегаватт, а 1000 мегаватт — это гигаватт.

2024 © Solar Schools
Impressum

«Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле»: Интервью ко Всемирному дню Солнца

Ежегодно в начале мая отмечается Международный день Солнца. Решение о создании этого праздника было принято в 1994 году Европейским отделением Международного общества солнечной энергии (МОСЭ) с целью привлечения внимания общества к возможностям использования возобновляемых источников энергии. На Энергетическом факультете Политехнического института Южно-Уральского государственного университета изучают всю технологическую цепочку энергетической индустрии: производство, передачу, распределение, регулирование и потребление электрической и тепловой энергии. Особое внимание на факультете уделяется развитию новейших электротехнологий, которые включают в себя водородную энергетику, лазерные технологии, электросварочное производство, электрометаллургию, электролизное производство. В этом году кафедра Теоретических основ электротехники готовит первый выпуск бакалавров по этому профилю подготовки. На факультете утверждена и реализуется стратегия развития «Распределенная цифровая энергетика и интеллектуальный электропривод». В этой стратегии есть доля всех видов альтернативной энергетики, включая энергию солнца. Декан факультета Сергей Ганджа рассказал о потенциале солнечной энергии и ее дальнейшем развитии.

– Солнце – наша ближайшая звезда, что она дает нашей планете?

– Энергия Солнца стоит за всеми известными формами движения материи: механической, физической, химической, биологической и социальной. Солнце – единственный ближайший к нам источник, который наполняет энергией все формы живой и неживой природы. Так, на появление энергии ветра, волн, гидроэнергией рек, энергией углеводородов, включая биогаз на начальной стадии формирования, влияет Солнце. Энергия ветра обусловлена неравномерностью прогрева земной поверхности, энергия углеводородов рождается под влиянием фотосинтеза, гидроэнергия рек образуется от испарения воды и последующего выпадения осадков. Только несколько видов альтернативных источников не имеют солнечную природу. Это энергия приливов и отливов, обусловленная гравитационным притяжением Луны, ядерная энергия, запасенная вселенной много миллиардов лет назад и геотермальная энергия Земли, образованная при ее формировании. Эти виды энергии составляют незначительную долю в энергетическом балансе планеты. Можно сказать, что Солнце – это единственный основной источник энергии и жизни на Земле.

– Как добывается и используется солнечная энергия?

– Источником энергии в самом Солнце является термоядерный синтез, при котором атомы водорода, соединяясь друг с другом, образуют гелий, второй элемент таблицы Менделеева. При этом выделяется гигантское количество энергии, которая распространяется в виде радиации и доходит до Земли. Здесь и происходит ее преобразование в другие виды энергии. Солнечную энергию мы можем превратить, например, в электрическую, используя эффект фотосинтеза. Солнце в масштабах существования человеческой цивилизации является неисчерпаемым источником энергии. Альтернативная энергетика как раз и использует преобразованную солнечную энергию. Главное преимущество ее в том, что в основном – это экологически чистые источники энергии. Традиционная энергетика исторически сопровождалась выбросами вредных веществ, превышением нормы углекислого газа в атмосфере, что приводило к парниковому эффекту и глобальному потеплению. Солнечная радиация напрямую превращается в электричество, ветровые установки тоже не несут выбросов. Но у альтернативных источников есть один существенный недостаток. Это – нестабильность генерации энергии, которая зависит от природных условий. Промышленность и крупные мегаполисы не могут полностью полагаться на такой ненадежный источник. Альтернативная энергетика получит мощный импульс развития, если решит проблему по накоплению энергии, причем объемы накопления должны быть гигантские, соизмеримые с существующими запасами углеводородного топлива. Создание такой технологии накопления электричества названо McKinsey Global Institute одной из 12 прорывных технологий, которые существенным образом изменят глобальную экономику. На Энергетическом факультете ведутся такие работы на базе водородной энергетики.

– Изучают ли на Энергетическом факультете возобновляемые источники энергии и, в том числе солнечную энергию?

– Структура Энергетического факультета построена таким образом, что все, что есть в энергетике – представлено на том или ином образовательном уровне: бакалавриате, магистратуре или аспирантуре. У нас хорошо развито изучение традиционной энергии: это электрические станции, сети, системы электроснабжения. Имеется направление магистратуры, на котором мы готовим специалистов по альтернативной энергетике. Также у нас имеются серьезные научные заделы в этом направлении, в том числе выполненные совместно с американскими учеными. В основном мы работаем в ветроэнергетике, солнечной, биогазовой и водородной энергетике.

– Какое будущее ждет солнечную энергетику?

– Энергетика идет по пути комплексного развития. Ориентироваться на один вид энергии нельзя. Энергетика может быть стабильной и надежной тогда, когда она использует различные источники энергии. Абсолютно неразумно, имея такую развитую, рентабельную углеводородную инфраструктуру, разрушать ее или неэффективно использовать. По мере истощения углеводородов она будет свою роль потихоньку терять, но произойдет это, по оценке Министра энергетики РФ Александра Новака, не ранее чем через 100 лет. Одновременно с этим традиционные источники энергии будут вытесняться альтернативными источниками энергии и атомной энергетикой. Солнечную энергетику ждет светлое будущее, но для этого надо решить еще очень много научных и инженерных задач. Энергетический факультет в этом направлении ведет активную деятельность.

ТОП-3 способа получения солнечной энергии: как получают и используют

Солнце — неиссякаемый и общедоступный энергетический источник. Вся поверхность Земли получает от Солнца такое большое количество энергии, что ее хватило бы для удовлетворения всех энергетических нужд населения планеты на миллионы лет вперед. В ясную погоду на один кв.метр Земли поступает в среднем 1000 Ватт. Главная проблема использования этого неиссякаемого источника — неравномерное поступление солнечных лучей: в некоторых регионах можно наслаждаться ясной погодой до 340 дней в году, а в некоторых едва ли наберется и пары десятков безоблачных деньков.

Во что преобразовывают и как добывают солнечную энергию

Во что преобразовывают и как добывают солнечную энергию

Солнечная энергетика относится к разряду альтернативной. Она динамично развивается, предлагая новые методы получения энергии от Солнца. На сегодняшний день известны такие способы получения солнечной энергии и ее дальнейшего преобразования:

  • фотовольтаика или фотоэлектрический метод — сбор энергии с помощью фотоэлементов;
  • термовоздушный — когда энергия Солнца преобразуется в воздушную и направляется на турбогенератор;
  • гелиотермальный способ — нагревание лучами поверхности, накапливающей тепловую энергию;
  • «солнечный парус» — одноименное устройство, работающее в безвоздушном пространстве, преобразовывает солнечные лучи в кинетическую энергию;
  • аэростатный метод — солнечное излучение нагревает баллон, где за счет тепла генерируется пар, который и служит для выработки резервной электроэнергии.

Получение энергии от Солнца может быть прямым (через фотоэлементы) или косвенным (с помощью концентрации солнечной энергии как в случае с гелиотермальным способом). Главные преимущества солнечной энергетики — отсутствие вредных выбросов и снижение затрат на оплату электричества. Это стимулирует все большее количество людей и предприятий прибегать к солнечной энергетике как к альтернативе. Активнее всего альтернативная энергетика используется в таких странах, как Германия, Япония и Китай.

ТОП-3: самые популярные способы получения солнечной энергии

ТОП-3: самые популярные способы получения солнечной энергии

Популярность тех или иных способов обуславливается такими факторами, как эффективность, надежность и стоимость технологии:

  1. Использование солнечных панелей (батарей);
  2. Солнечные коллекторы (гелиосистемы);
  3. Гелиотермальные электростанции.

Батареи и модули знакомы всем, кто хоть раз интересовался альтернативным способом получения электричества. Такие панели могут использоваться как в промышленных масштабах, так и для частных нужд. С помощью солнечной батареи можно решить множество задач: зарядить телефон, питать систему автономного освещения, обеспечить электричеством дом или целое поселение. В зависимости от поставленных целей, внутреннее устройство и принцип работы батарей отличаются друг от друга.

Гелиосистемы превращают энергию Солнца в тепловую. Они различаются между собой по типу конструкции и объемам производительности. Так плоские гелиосистемы сохраняют прежние объемы мощности при низкой температуре, зато вакуумные на 40% эффективней в ясную погоду. Любопытно, как использовать эту солнечную энергию в домашних условиях? Гелиосистемы могут быть компактных размеров: их устанавливают прямо в доме, чтобы сэкономить на отоплении и нагреве воды. В промышленных масштабах их используют для сушки сырья или для уменьшения нагрузки на отопительные узлы.

Гелиотермальные электростанции способны обеспечивать электричеством целые города. Их конструкция представляет собой управляемые компьютером зеркала, что ловят лучи и направляют их в центр башни. Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне становится паром, что обеспечивает достаточный уровень давления для вращения турбины, которая и вырабатывает электричество. Для сравнения: гелиотермальная электростанция Иванпа Солар вырабатывает столько же электричества, сколько и средняя московская ТЭЦ.

Похожие публикации:

  • Тонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетикиТонкопленочная технология отвоевывает позиции на рынке солнечной энергетики
  • Солнечная энергетика захватывает новые стихииСолнечная энергетика захватывает новые стихии
  • Ложка дегтя в бочке с солнечными батареямиЛожка дегтя в бочке с солнечными батареями
  • Какая жизнь без света?Какая жизнь без света?

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *