Корзина товаров (0)
Сумма: 0,00 руб.

Солнечные электростанции

Солнечные электростанции (СЭС) – это комплект оборудования, состоящий из одного или нескольких солнечных модулей и комплектующих (аккумуляторов, преобразователей, контроллеров и прочих). Установки предназначены для получения электроэнергии из солнечных лучей с ее последующим резервированием или подачей в сеть.  


Преимущества солнечных электростанций:

  • Решение проблем при отсутствии сетевых источников энергии, независимость от централизованных источников энергоснабжения, коммунальной инфраструктуры;
  • Снятие ограничений по выделяемым мощностям
  • Экономия Энергоресурсов
  • Сохранение территорий и природных ресурсов от прокладки энерголиний
  • Экономическая целесообразность;
  • Экологическая политика и экологическая безопасность.

 


Принцип действия фотоэлектрических СЭС

Для преобразования энергии солнца в электрическую используются фотоэлектрические элементы. Данные элементы представляют собой полупроводники на основе кремния, вырабатывающие под действием солнца постоянный электрический ток.

По технологии изготовления фотоэлектрические элементы подразделяются на:

  • монокристаллические (наиболее эффективные и имеют высокий КПД по преобразованию солнечной энергии до 22%, цена несколько выше, чем у поликристаллических, что связано с дорогостоящим процессом изготовления);
  • поликристаллические (КПД до 18%, стоят дешевле и имеют самую низкую стоимость получения ватта электроэнергии);
  • аморфные (производство данных элементов проще, в результате цена ниже, однако КПД не превышает 6%);


География и особенности применения солнечных электростанций в России

Рост цен на энергоносители в России заставляет проявлять интерес к дешевым источникам энергии. Наиболее доступной является солнечная энергия. Энергия солнечной радиации, падающая на Землю в 10 000 раз превышает количество вырабатываемой человечеством энергии. 

Проблемы возникают в технологии сбора энергии и в связи с неравномерностью поступления энергии на солнечные батареи. Поэтому Солнечные батареи применяются или совместно с аккумуляторами энергии или в качестве средства дополнительной подпитки для основной энергетической установки.

Страна у нас обширна и картина распределения солнечной энергии по её территории весьма разнообразна.


Усредненные данные поступления солнечной энергии



Зоны максимальной интенсивности солнечного излучения. На 1 квадратный метр поступает более 5 кВт.час. солнечной энергии в день.  По южной границе России от Байкала до Владивостока, в районе Якутска, на юге Республики Тыва и Республики Бурятия, как это не странно, за Полярным Кругом в восточной части Северной Земли.

Поступление солнечной энергии от 4 до 4,5 кВт.час на 1 кв. метр в день. Краснодарский край, Северный Кавказ, Ростовская область, южная часть Поволжья, южные районы Новосибирской, Иркутской областей, Бурятия, Тыва, Хакассия, Приморский и Хабаровский край, Амурская область, остров Сахалин, обширные территории от Красноярского края до Магадана, Северная Земля, северо-восток Ямало-Ненецкого АО.

От 2,5 до 3 кВт.час на кв. метр в день. По западной дуге - Нижний Новгород, Москва, Санкт-Петербург, Салехард, восточная часть Чукотки и Камчатка.

От 3 до 4 кВт.час на 1 кв. метр в день. Остальная территория страны.


Для Московского региона суммы месячной и годовой радиации в расчёте на один квадратный метр площади следующие (кВт*ч/м2):


     янв       февр       март         апр      май        июнь       июль        авг        сент        окт        нояб       дек         год  
Горизонтально установленная панель    21.3 57.9 104.9 93.5 108.2 100.8 108.8 103.6 86.5 58.1 38.7 25.8 908.3
Наклон панели - 40.0° 20.6 53.0 108.4 127.6 166.3 163.0 167.7 145.0 104.6 60.7 34.8 22.0 1173.7
Вращение панели вслед за солнцем 21.7 62.3 132.9 161.4 228.0 227.8 224.8 189.2 126.5 71.6 42.2 26.0 1514.3



Наибольшую интенсивность поток энергии имеет в мае, июне и июле. В этот период в средней полосе России на 1 кв. метр поверхности приходится 5 кВт.час в день. Наименьшая интенсивность в декабре - январе, когда 1 кв. метр поверхности приходится 0,7 кВт.час в день.

Особенности установки.

Если установить солнечную батарею под углом 30 градусов к поверхности, то можно обеспечить съем энергии в максимальном и минимальном режиме соответственно 4,5 и 1.5 кВт час на 1 кв. метр. в день. 




 Распределение интенсивности солнечного излучения в средней полосе России по месяцам



На практике солнечные электростанции желательно применять не в качестве основного источника Электроэнергии, а в качестве дополнительного оборудования для Решения проблем при отсутствии сетевых источников энергии, частичной независимости от централизованных источников энергоснабжения, коммунальной инфраструктуры, Снятия ограничений по выделяемым мощностям, Экономии Энергоресурсов, Сохранения территорий и природных ресурсов от прокладки энерголиний.

 

Инсоляция. Общие сведения для расчёта солнечных электростанций.

Инсоляцией (на латыни in solo – выставляю на солнце) называется облучение поверхности параллельных пучком лучей, которые берут свое начало с направления источника света. В нашем случае источником света всегда является Солнце. 

Инсоляция значительно отличается в разных точках поверхности Земли. В южных районах России инсоляция значительно выше чем в средней полосе или на севере страны. 

Для сравнения приведем суммарные годовые значения инсоляции для различных регионов земного шара: Европа 1000-1800кВт×ч/м2; Центральная Африка примерно 2300 кВт×ч/м2, Ближний Восток - 2000кВт*ч/м*2, Средняя Азия 1800кВт*ч/м*2, Москва 1000кВт*ч/м*2, Сочи 1300кВт*ч/м*2, Архангельск -850кВт*ч/м*2. 

Сезонные колебания значений месячной инсоляции увеличиваются, чем ближе к  одному из полюсов Земли. Например в Москве разница между  инсоляцией летом и зимой может отличаться более чем в 7-8 раз, а в Краснодаре лишь в 3-4 раза(хотя и это много). 

Подобные сезонные колебания инсоляции были бы мало ощутимы, будь ось Земли перпендикулярна орбите вращения Земли вокруг Солнца. И тогда такие колебания инсоляции зависели бы лишь от расстояния до  Солнца. Но реально земная ось составляет угол в 23° с плоскостью орбиты Земли, и это вносит существенные сезонные колебания в инсоляцию конкретной области Земли.



Изображенные на рисунке выше потоки энергии солнечного света А, Б и В идентичны, но по причине кривизны земной поверхности и атмосферы, энергия потоков А и В после прохождения атмосферы уменьшается сильнее, чем энергия потока Б. 




На рисунке показано положение Земли для 21 июня, дня когда лучи Солнца на 23-й параллели попадают на поверхность перпендикулярно. Это день с максимальной долготой дня. Широта местности учитывается ориентацией «солнечных модулей» при монтаже солнечной установки.

Кроме того инсоляция зависит еще от нескольких важных факторов:

  • времени года, например зимнее время характеризуется малой освещенностью и коротким световым днем;
  • времени суток, т.к. освещенность в течении дня меняется, кроме того солнечные лучи, попадающие на поверхность солнечного модуля  под очень острым углом  практически не воспринимаются солнечным модулем; 
  • рельефа местности, включая предметы загораживающие солнце: здания, деревья, горы и прочее;
  • конкретных погодных условий в режиме реального времени ( снег, туман, облака ).

 Солнечная радиация на верхней границе атмосферы (Вт × ч/м2 в сутки)

Широта, ºс.ш.

   0    

   10   

   20   

   30   

   40   

   50   

   60   

   70   

   80   

    90   

21 июня

370

410

440

460

475

471

465

481

502

512

21 декабря

401

344

288

214

152

85

24

0

0

0

Среднегодовое значение           

404

399

384

354

318

275

222

195

176

168



 Согласно таблице инсоляция летом и зимой отличается весьма значительно. Если сравнивать значения инсоляции на разных широтах 21 июня, то можно заметить, что инсоляция колеблется в пределах 370-512Вт*ч/м*2, т.е. не очень сильно. А вот 21 декабря ситуация совершенно иная - значения инсоляции колеблется от 0 до 401Вт*ч/м*2. Т.е. зимой, чем выше широта, тем значительней разница с летним значением инсоляции. 

В декабре между северными  и южными широты имеет максимальное отличие. Вследствие этого  инсоляция сильно различается в зависимости от времени года и географического положения. Об этом не стоит забывать при использовании ВИЭ на основе солнечных батарей. 

Годовые колебания  инсоляции на экваторе совсем незначительны, но весьма сильно нарастают при перемещении к северу. Даже для южных регионов нашей страны, таких как Краснодарский край, из-за низкой облачности в зимний период солнечная радиация в 3-4 раза меньше, чем летом. Для Москвы же эта разница достигает 8-10 раз. Эти годовые колебания на территории России невелики для Восточной Сибири, Дальнего Востока , а также районов высокогорья. Здесь, кроме более менее равномерного распределения инсоляции в течении года, сказывается тот факт, что при одной и той же освещенности эффективность холодной солнечной батареи несколько выше, чем нагретой жарким летним солнцем. 

По этой причине при монтаже солнечных модулей на кровле следует обеспечить воздушный зазор для свободной циркуляции воздуха под солнечными модулями для охлаждения рабочей поверхности модуля. Небольшой компенсации влияния сезонности на работу солнечной станции добиваются летним и зимним положением солнечных модулей относительно горизонта - для летнего периода угол наклона на 15° меньше географической широты, а для зимнего периода на 15° больше. Это связано с высотой стояния светила.



 

При круглогодичном использовании солнечной батареи с целью получения максимума энергии в целом за год без сезонной регулировки наклона угол должен быть равен географической широте местности.

Фактор времени суток можно учитывать проводя слежение за солнцем. Слежение по азимуту даст прибавку в 20% к снимаемой с солнечной батареи энергии, а дополнительное слежение за светилом по высоте еще 10%. Устройства, обеспечивающие подобное слежение называются трекерами. "Слежение" осуществляется при помощи поворотной платформы на которой закреплены солнечные модули. Платформа непрерывно или дискретно "следит" за Солнцем. Но прежде всего необходимо сопоставить количество дополнительно полученной энергии со стоимостью трекера, его монтажа и обслуживания. В обычной практике ограничиваются стационарной установкой солнечных батарей. 

В статье  «Таблицы инсоляции» опубликованы среднестатистические нормы инсоляции на территории основных территорий РФ и бывшего СССР с градацией по месяцам и ориентации  плоскости светоприемника в пространстве. Необходимо учитывать, что в таблице 2 значения солнечной радиации выражены в МДж/м2 и для горизонта




Продукция