Надточей Кирилл

Способи генерування електроенергії.

Матеріал дозволено використовувати в навчальних цілях.

Потік сонячних променів, що потрапляють безпосередньо на поверхню Землі, має максимальну щільність 1 кіловат на метр квадратний. Діапазон довжини хвиль при цьому становить 0,3-2,5 мкм.

Таке випромінювання отримало назву «короткохвильове». Слід зазначити, що такий тип випромінювання складається з променів видимого спектру.

Сонячні промені є потоком енергії, що отримується з загальнодоступного джерела з підвищеними температурними показниками (температура поверхні Сонця становить близько 6 тисяч градусів за Кельвіном) в порівнянні зі звичайними енергетичними джерелами.

Устаткування, яке використовує енергію Сонця з метою генерації електроенергії, можуть бути розміщені як на планеті Земля, так і за межами її атмосфери.

Коли короткохвильове випромінювання від сонця проходить крізь атмосферні шари, то воно поділяється за типами здійснення взаємозв’язку:

Поглинання енергії.

Промені трансформуються в тепло шляхом руху молекул.

Розсіювання променів.

Напрямок, в якому відбувалося початковий рух променів, змінюється, а кут їх потрапляння на земну поверхню варіюється.

Відображення променів.

Цей тип взаємодії не має залежності від того, під яким кутом відбувається падіння променів. Близько 30 відсотків концентрованого потоку променів Сонця з космічного простору за допомогою відображення відправляється назад. Відображення відбувається завдяки хмарам або сніжної поверхні (льоду), що покриває поверхню Землі.

Крім генерації електроенергії за допомогою геліосистем, випромінювання від сонця використовується в опалювальних цілях (в віддалених районах з низьким температурним режимом і недостатньою кількістю опалювальних ресурсів), а також з метою гарячого водопостачання.

Концентрований потік сонячної енергії може надати діапазон температур від 100 до 700 градусів Цельсія. Цих температурних показників буде достатньо, щоб забезпечити функціонування теплового двигуна, що має порівняно високий коефіцієнт корисної дії.

Існує технологія створення спеціальних концентраторів параболічної конфігурації. Тільки ось виготовлення такого пристрою діаметром більше 30 метрів є проблематичним. Якщо ж врахувати потужність подібного обладнання (близько 700 кіловат, тобто 200 кіловат на годину електрики), то фінансові та часові витрати цілком виправдані. Такої потужності концентратора цілком вистачить для енергозабезпечення малих енергетичних систем. Комунальні мережі стаціонарного виду вимагають великих показників потужності і продуктивності.

Перетворення сонячної енергії по термодинамічному методу

Метод перетворення енергії з використанням явища термодинаміки дозволяє отримати електроенергію з сонячних променів майже аналогічно генерації електрики за допомогою використання інших енергетичних джерел.

Слід враховувати той факт, що випромінювання, що потрапляє на земну поверхню, має певні особливості:

• знижені показники щільності;
• наявність циклічності протягом доби;
• наявність циклу в залежності від сезону;
• вплив погодних умов.

Термодинамічне перетворення повинно відбуватися таким чином, щоб застосування різних показників тепла не впливало на продуктивність функціонування системи. Це означає, що слід обов’язково використовувати в подібній системі накопичувачі енергії, щоб виключити ймовірні коливання експлуатаційних режимів роботи системи. Акумулятори дозволять забезпечити задану кількість енергії з прив’язкою до часу.

Пристрій, завдяки якому стає можливим процес термодинамічної перетворення сонячного випромінювання, зобов’язана мати в складі такі технічні складові:

• система прийому, яка займається перетворенням сонячної енергії в теплову (теплова енергія згодом переходить до теплоносія);
• система, що дозволяє переносити теплової носій від системи прийому до накопичувача або теплообмінникам (саме в них відбувається нагрівання робочого тіла);
• система, що дозволяє управляти падаючої сонячної радіацією;
• теплової накопичувач енергії;
• теплообмінники.

Сонячні електростанції, в основі роботи яких лежить використання принципу термодинаміки в перетворенні енергетичного потоку, в основі своєї роботи мають 2 фундаментальних шляху.

Перший шлях дозволяє використовувати малі централізовані станції у віддалених або важкодоступних регіонах.

Другий шлях регламентує використання сонячних установок великого розміру (їх потужність – близько 20-30 МВт). Устаткування такого типу застосовується в потужних енергосистемах.

Сонячні колектори

У своєму складі установка, яка збирає сонячні промені має важливу конструктивну складову – сонячний колектор. Це пристрій вловлює сонячні промені. Далі відбувається трансформація енергетичного потоку від сонця в тепло з подальшим нагріванням води, повітря та інших теплоносіїв.

Існуючі фокусуючі колектори і мають пласку конфігурацію.

Перший тип колектора здійснює поглинання енергетичного потоку променів з подальшим концентруванням. Іншими словами – зростають показники щільності потоку. Якщо ж говорити про сонячні колектори, що мають плоску конфігурацію, то тут поглинання відбувається без концентрації.

Концентратори радіації або сонячного потоку енергії

За допомогою концентратора відбувається збільшення показників щільності радіаційного потоку сонячних променів. Концентратор являє собою спеціальне обладнання, що має вигляд набору лінз (або дзеркальних поверхонь).

Оптичні поверхні в такого роду пристроях бувають плоскої форми, Параболоциліндричні або параболоїдних. Для виготовлення цього компонента використовуються матеріали, що мають високі показники відображення (тонка металева пластина або фольгований матеріал).

Виділяють два різновиди СЕС: баштовій і модульної конфігурації.

Модульна електростанція представлена ​​у вигляді великої кількості колекторів, які концентрують випромінювання. Колекторні установки не залежать одне від одного і стежать за сонцем самостійно.

Слід зауважити, що концентратор може не бути у вигляді параболоїда. Ця конфігурація найбільш продуктивна, але не є обов’язковою.

Завдання концентраційного обладнання полягає в передачі енергії теплоносію, точніше – його наповнення. Нагріта рідина (вміст теплового носія) подається в центральну частину станції. В якості рідини теплообмінника може використовуватися термохімічна складова (наприклад, дисоційоване з’єднання аміаку) або водяна пара (для прямого використання паровою турбіною)

Системи, що складаються з зосереджених колекторних установок, характеризуються рядом мінусів:

• кожен відбивач потребує окремого теплоприймача, що має складну конструкцію;
•  якщо припустити, що доведеться зняти енергію з 20 тисяч відбивачів, що мають форму параболоїда, то знадобиться дорогий обмінний контур, здатний витримати високу температуру (враховуючи привід генератора в 100 мегават). Контур буде служити з’єднанням для відокремлених один від одного концентраційних установок.

Недоліки нівелюються, якщо замінити 10 000-20 000 приймачів одним подібним щодо габаритних розмірів і конфігурації пристроєм. Важливою вимогою є підняття пристрою над землею.

У такому вигляді і існує сонячна станція баштового типу. Концептуальна відмінність її полягає в тому, що відбувається заміна параболічних відбивачів плоскими. Це значно здешевлює технологію.

Використання сонячних ставків

Сонячним ставком називають нагрівальне спорудження, що припускає в ролі теплозахисної кришки використовувати воду.

В якості основи може бути використана велика водойма (природна або вирита спеціально для цієї мети). Така технологія не вимагає великих фінансових витрат. Наприклад, на території Ізраїлю роль сонячного ставка може грати Мертве море.

У складі сонячного ставка є накопичувач теплової енергії, саме тому сфера застосування його досить обширна.

Застосування сонячного ставка:

• в системах сонячного теплопостачання об’єктів;
• в забезпеченні гарячою водою житлових будинків;
• з метою вироблення теплової енергії для технологічних потреб;
• в кондиціонуванні (кондиціонери абсорбційного виду);
• генерація електрики.

Сонячний ставок здатний паралельно виступати в ролі колектора і накопичувача теплової енергії.

Технологія створення сонячного ставка передбачає заливку різних по щільності (за рахунок концентрації солей) шарів води. Шар води, де концентрація солі найвища, знаходиться на дні водойми. Його ширина становить близько півметра.

За допомогою поглинання сонячних променів дном, які мають темний колір, самий нижній шар води нагрівається.

Щільність водного шару на дні з підвищенням температури знижується, але змішування з подальшим шаром не відбувається через правильно розрахованої концентрації солі у воді.

Конвекція в сонячному ставку відсутня, тобто нагріта вода з дна не піднімається на поверхню, як це відбувається в звичайних водоймах. Таким чином, температура придонного шару води підвищується часом до 90 градусів за Цельсієм (бувають навіть випадки закипання).

Сонячний ставок здатний забезпечувати безперебійне функціонування сонячної електростанції на випадок зникнення інсоляції. Ставок, що має глибину в два метри, дозволить СЕС працювати в постійному режимі близько тижня. Якщо ж глибина водойми більше, то можна говорити про сезонні цикли накопичення енергії.

Істотним недоліком такого типу накопичення сонячної енергії є необхідність використання великих територій. Сонячні ставки з екологічної точки зору дуже безпечні, адже солоні водойми в дикій природі існують не одне століття.

Сонячні установки, розташовані за поверхні Землі

На даний момент зростає популярність «сонячних будинків». Ці житлові об’єкти, що повністю забезпечують свої енергетичні потреби самостійно. Вони в багатьох випадках не мають навіть підключення до загальної мережі, тому не обтяжені плановими відключеннями електроенергії, підвищенням тарифів і іншими проблемами сучасних енергопостачань споживачеві.

Найбільша кількість подібних проектів реалізовано в Сполучених Штатах, країнах Західної Європи та Японії. У нашій країні подібні технології теж впроваджуються, хоч і повільно. Чи то через фінансову затратність, то чи через слабке розуміння принципу роботи таких установок і очевидної вигоди.

Такий спосіб генерування енергії може мати в своїй основі один з трьох варіантів перетворення енергії:

• фотоелектричний;
• фототермічна;
• фотохімічний.

Фототермічний спосіб передбачає нагрівання теплоносія до колекторної установки, що представляє собою систему труб, що поглинають світло. Температура нагріву теплоносія досить висока. Технологія здатна забезпечувати теплом житло в якості опалення.

Колектор знаходиться на поверхні покрівлі об’єкта для того, щоб кількість сонячних променів, що потрапляють на його поверхню, була максимальною.

Існує також спеціальна система світловідбивних жалюзі. Вона управляється за допомогою комп’ютера і створює максимально прийнятний рівень освітленості колектора для забезпечення оптимального температурного режиму приміщень.

Певна кількість енергії накопичується за допомогою використання акумуляторів (теплових або механічних). Цей процес є короткостроковим – енергія зберігається пару діб, не більше. Якщо ж є необхідність довгострокового зберігання енергії, то знадобиться хімічний акумулятор.

Відомо, що один квадратний метр колекторної установки протягом доби здатний надати близько 70 літрів води, температура якої близько 80 градусів за Цельсієм.

Важкодоступні регіони з холодним кліматом вже давно використовують цю технологію.

Якщо «сонячний будинок» має крім тепла від сонця ще й електроенергію власної генерації, то варто розглянути наступну різновид геліоустановки.

Такий вид колектора передбачає використання в якості теплонакопичувачів фреону. Це може бути і інша рідина. Головне – вона повинна мати малу теплоту випаровування.

Такого роду установка функціонує при ста градусах за Цельсієм і не має потреби в концентраторах сонячного випромінювання. Коли ж в якості теплоносія використовується вода, то її температура повинна досягати 200-500 градусів за Цельсієм. При цьому в обов’язковому порядку повинні використовуватися концентратори у вигляді дзеркальних поверхонь, що направляють сонячні промені на поверхню колектора.

Фотоелектричні перетворювачі стали застосовуватися набагато частіше останнім часом. Найчастіше вони створюються з кристалічних за своєю структурою сполук кремнію і арсеніду галію.

Перетворення енергії сонця за допомогою ФЕП

Основу даного методу генерації електроенергії становить потік сонячної енергії, іменований серед наукової громадськості світловим потоком (потоком фотонів). Як і потік повітря, потік сонячних частинок має певну енергію.

Варто зауважити, що до попадання в атмосферу показники щільності сонячного потоку варіюються в межах 1360 ват на метр квадратний. Після проходження шарів атмосфери інтенсивність інсоляції стає значно менше, а на земній поверхні показники наближені до тисячі ват на квадратний метр.

Для перетворення енергії сонця в електрику важливу роль відіграє псевдоквадрат з кремнію, краї якого мають скошену форму. Діаметр цього пристосування складає 125 мм. Цей пристрій називається фотоелектричним перетворювачем (ФЕП). 

Яким же чином відбувається перетворення енергії? Вирішити дане питання вдалося фізикам, які змогли відкрити явище фотоефекту. Цей процес являє собою виривання заряджених частинок зі структури атома завдяки впливу світлового випромінювання.

На початку 20 століття фізиком Планком було доведено, що світлове випромінювання має властивість виділятися і поглинатися певними порціями. Ці «порції» були названі квантами (або фотонами).

Ця гіпотеза виступила обґрунтуванням наукової роботи, яка була проведена Генріхом Герцем тринадцятьма роками раніше.

Пізніше були виведені 3 закону цього явища:

• В умовах константного спектрального складу між силою струму насичення і потрапляння на катод потоку світла існує прямо пропорційна залежність.
• Зростання кінетичної енергії заряджених частинок, які були вирвані світловим випромінюванням, зростає і не має залежності від інтенсивності світлового потоку.
• Фотоефекту не буде, коли частота світлового потоку нижче встановленого червоною кордону.

Теорія фотоефекту є основою для пояснення процесів, що відбуваються в ФЕПе.

Фотоелектричний перетворювач виступає в ролі центрального компонента сонячної панелі. Слід зазначити, що ФЕП є напівпровідниковим елементом. У фотоелектричному перетворювачі відбувається унікальний процес – вентильний фотоефект. В його основі лежить поява електричної рушійної сили в межах p-n переходу. Цей процес здійснюється під впливом сонячного випромінювання.

Вентильним фотоефектом, що відбувається в межах замикаючого шару, називають процес, коли заряджені частинки залишають одне тіло і проходять в напівпровідниковий елемент крізь розділову поверхню.

Напівпровідниками називають з’єднання, питома провідність яких знаходиться між показниками провідників і діелектриків. Головна відмінність напівпровідників від провідників складається в сильній залежності провідності від кількості домішок, температурних показників і різних типів променів.

До числа напівпровідників відносяться матеріали, що мають ширину забороненої зони в районі пари еВ.

Напівпровідники: селен, германій, миш'як, кремній, велике число сплавів.

Найбільш популярним представником напівпровідників на даний момент виступає кремній. Цей елемент становить близько 30 відсотків в земній корі.

Кремній став найбільш затребуваний саме в сонячній енергетиці по ряду причин:

• доступний, є у великій кількості в природному середовищі;
• має малу вагу;
• ширина забороненої зони 1,12 електрон-Вольт.

Сучасний ринок сонячних систем комерційного типу для установки на землі представлений на 90 відсотків кристалічними панелями з кремнію і на 10 відсотків – тонкоплівковими.

Центральною фігурою в конфігурації ФЕП виступає p-n перехід. Якщо говорити простою мовою, то фотоелектричний перетворювач – це своєрідний «бутерброд», де шари кремнію піддаються процесу легування.

Варто відзначити, що p-n перехід відрізняється своєю особливою можливістю виступати в ролі енерго бар’єру для частинок, що переносять електричний струм. Іншими словами, перехід пропускає носіїв заряду лише в одну сторону.

Цей ефект і є основоположним у виробництві електроенергії сонячними панелями.

Сонячні промені опиняються на поверхні панелі і запускають процес генерації заряджених частинок в тілі напівпровідника. Носії струму з’являються з мінусом (електрон) і з плюсом (дірка). Завданням p-n переходу є поділ заряджених частинок по «своїм» половинам. Хаотичний рух носіїв струму перетворюється в впорядкований поділ по різних сторонах певного типу частинок. Далі ці розділені частки пускаються в зовнішній ланцюг. Саме там і створюється напруга. У замкнутому ланцюзі при цьому з’являється електрика.

Якщо говорити про матеріали, що застосовуються для створення фотоелектричних перетворювачів, то кристали кремнію і сполуки арсеніду галію є найкращими варіантами. Їх стійкість до тепла і коефіцієнт корисної дії мають підвищені показники (вище на 20 відсотків, ніж у інших матеріалів).

Коли ми говоримо про «сонячні будинки», то розглядати тільки обсяги генерації електроенергії нерозумно. Крім кількості виробленої від сонця енергії, важливу роль відіграє енергоефективність будівлі. Адже грамотний розподіл одержуваної енергії та ощадливе ставлення до неї дозволяє скоротити непотрібні витрати і знизити потребу в електриці і теплі.

Крім сонячних панелей на даху або на території домогосподарства, будівля повинна мати високий рівень теплоізоляції, оснащення потужними вентиляційними системами і т.д. Це дозволить не нести великі енергетичні втрати.

Сонячні панелі - майбутнє!

Сонячні панелі займаються перетворення потоку сонячної енергії в електрику, яке може бути використане для задоволення поточних енергетичних потреб об’єкта або запасатися за допомогою акумуляторів.

Існують каркасні і безкаркасні панелі. Перший вид представлений у вигляді поверхні, обрамлена профілем. Як правило, профіль виготовляється з алюмінію.

Сама поверхня панелі представлена ​​у вигляді скляної плити. По суті своїй вона є фотоелектричним генератором. Поверхня сонячної панелі включає заламіноване складові. Корпус панелі з внутрішньої сторони має діодний блок.

Кришка діодного блоку приховує електричні контакти. Саме вони і використовуються з метою підключення панелі.

Сонячні панелі, які не мають каркаса, представлені у вигляді ламінованої поверхні на алюмінієвій основі. Крім того, вони можуть розташовуватися на текстоліті. Ще одним варіантів є модуль, який не має підкладки.

До складу модуля також входить матеріал подібний до плівки – етил-вінілацетат. Він знаходиться між сонячними елементами.

З лицьового боку модуль покритий плівкою, яка не має кольору. З тильного боку розміщена підкладка або матеріал подібний до плівки без окремих оптичних умов.

Слід зазначити, що функціонування сонячного модуля зберігається при температурному режимі від мінус 50 до плюс 75 градусів за Цельсієм.

Атмосферний тиск порядку 84-106 кілопаскалей не здатний перешкодити роботі панелі. Вологість, при якій фотоелектричний модуль може працювати становить до 100 відсотків.

Якщо говорити про погодні умови, то дощ, інтенсивністю 5 міліметрів в хвилину не стане перешкодою для повноцінної роботи модуля.

Сонячна енергетика набирає популярність по всьому світу завдяки наявності ряду переваг.

По-перше, генерація електроенергії за допомогою використання сонячних панелей є досить простим і надійним способом. Фотоелектричний модуль не вимагає будь-якого палива. Він може повноцінно функціонувати, маючи внутрішній ресурс.

По-друге, сонячні панелі не вимагають хитромудрого і складного обслуговування. Власники приватних СЕС відзначають невибагливість модулів.

По-третє, незаперечною перевагою фотоелектричних модулів є те, що проміжні фази процесу перетворення енергетичного потоку відсутні. Якщо власник домоволодіння або комерційного об’єкта зважився на придбання сонячних установок, то його проблеми з енергозабезпеченням вирішені надовго.

Термін служби сонячних модулів обчислюється десятками років. В більшості випадків їх можна використовувати близько 20-25 років з достатньою ефективністю.

Не варто виривати з контексту і той факт, що фотоелектричні модулі не завдають рівним рахунком ніякої шкоди навколишньому середовищу, адже не мають викидів і відходів діяльності в процесі генерації енергії.

Крім того, варто звернути увагу на те, що використання ВДЕ дає можливість не тільки економити кошти, а й примножувати свій дохід за рахунок продажу електроенергії за «зеленим» тарифом в мережу.

У питаннях визначення переваг сонячної енергетики не слід випускати з уваги один з головних плюсів – невичерпність ресурсу. Сонячна енергія є безкоштовною, її покладів не існує, Сонце світить мільярди років і буде світити.

Накопичення енергії

Генерація електрики дуже тісно взаємопов’язана з акумулюванням. Адже вироблення енергії не можна порахувати точно, тому виникає необхідність зберігати залишки на певний час з метою використання їх під час дефіциту сонячного випромінювання (вночі або в погану погоду).

Слід зауважити, що децентралізоване використання для альтернативних джерел енергії є найкращим варіантом. Причина тому – низькі показники інтенсивності і наявність неуважності.

Процес накопичення енергії від ВДЕ кардинально відрізняється від процесу акумулювання енергії від атомних і теплових станцій.

ВДЕ, як правило, розкидані по території, тому передача електроенергії на великі відстані втрачає сенс.

Основною проблемою використання екологічних джерел енергії є вирівнювання попиту за часом. Так як природні умови і інтенсивність випромінювання від нас не залежать, то і передбачити обсяги генерації в ті чи інші годинник неможливо. Саме акумулювання енергії здатне вирішити цю проблему.

Відсутність контролю обсягів виробленої від сонця енергії нівелюється при наявності потужних накопичувачів, здатних зберігати надлишки енергії на деякий час, а при необхідності надавати її для задоволення енергетичних потреб.

Розглянемо варіанти накопичення електроенергії:

• теплової;
• хімічний;
• електричний.

Накопичення енергії супроводжує не тільки альтернативну енергетику, але і традиційну. Тільки якщо акумулювання енергії ТЕС виражається у вигляді запасів вугілля, то накопичення енергії ВДЕ виглядає абсолютно інакше.

Тепловий спосіб накопичення енергії

Тепло з низькими температурними показниками виступає в ролі одного з найбільш затребуваних джерел в сучасному світовому енергоспоживанні. Вся справа в тому, що при обігріві приміщень використання тепла з високими температурними показниками в цілому не обов’язково. Високотемпературний джерело може стати в нагоді в промислових цілях.

З метою теплозабезпечення житлових приміщень досить буде приймача теплової енергії від сонячних променів і накопичувача тепла.

 У кліматичних умовах, які передбачають переважання низького температурного режиму, найбільш актуально акумулювати теплову енергію. Крім накопичення тепла від сонячного випромінювання, популярна також акумуляція залишкового тепла при функціонуванні обладнання.

Створити запас теплової енергії на 90 днів – абсолютно посильна мета. Головне – створення продуманого проекту житла. Першочерговим завданням є якісна теплоізоляція. Крім цього, слід продумати, як запобігти появі цвілі і унеможливити відсиріванню.

Крім того, важливо встановити вентиляційну систему, яка буде керувати температурними процесами. Рециркуляція тепла в даному випадку стане прекрасним рішенням.

Внутрішнім джерелом теплової енергії може стати залишкове тепло від приготування їжі, світла і т.д. Слід тільки продумати, як це тепло можна зберегти.

У світі існує маса прикладів подібних житлових об’єктів, які поєднують в собі енергоефективність і сучасний дизайн. При цьому ніяких незручностей для мешканців такого будинку не існує.

Слід зауважити, що накопичувальна здатність скельних порід в даному варіанті краще, ніж у води.

Сам по собі житловий об’єкт протягом 4-х діб здатний виступати в якості накопичувача теплової енергії.

Збереження тепла найбільш затребуване в регіонах, де переважає холод. У жарких країнах найбільш затребувана технологія акумулювання холоду. Ці дві технології дуже схожі.

Коли мова йде про накопичення теплової енергії, то слід згадати про існування технології, заснованої на зміні фазового стану деяких з’єднань при певному температурному режимі.

Яскравий приклад тому – глауберова сіль. При температурі 32 градуси за Цельсієм це з’єднання розпадається. Реакція розпаду є оборотною. В результаті запуску зворотного процесу виділяється 650 МДж тепла на 1 метр квадратний.

Ціна накопичувачів енергії формується в залежності від складності та матеріалу конструкції. Накопичувачі тепла з водою всередині мають значно менші показники питомої щільності. А акумулятор, який використовує процес розпаду глауберової солі може стати альтернативним вирішенням.

Хімічний спосіб накопичення енергії

Хімічні елементи утворюють ряд зв’язків, здатних утримувати енергію. Виділення енергії відбувається за допомогою екзотермічної реакції. Широко відомою реакцією є горіння. В окремих випадках реакція вимагає запуску зовнішніми факторами. Це може бути підвищення температури або застосування каталізаторів.

Застосування в акумуляторах біологічних сполук має особливі умови, ми його розглядати не будемо. Зупинимося на застосуванні традиційних хімічних складових, які використовуються в популярних видах накопичувачів енергії.

Використання водню.

Процес електролізу в результаті дає сполуки водню. Для запуску процесу необхідне джерело струму. Водень в газоподібному стані поміщається в спеціальні резервуари і поставляється на об’єкти, які потребують джерело енергії. Для задоволення потреби в енергії водень спалюється.

Продуктом реакції виступає вода, тобто ніяких шкідливих речовин не виділяється в процесі використання. Трохи менше 20 грам води виділяється в процесі отримання 242 Дж тепла.

Зберігання водню в великих обсягах викликає ряд незручностей і додаткових витрат. Найперспективніший і найменш витратний спосіб – застосування каверн, розташованих під землею. Такі природні цистерни нагадують ті, які утворюються в процесі видобутку природного газу.

Альтернативним рішенням є застосування для транспортування водню трубопроводів. Для цієї мети підійдуть і ті, які на даний момент постачають природний газ.

З метою отримання електроенергії водень теж може успішно використовуватися без шкоди для навколишнього середовища. Паливні елементи можуть без проблем працювати на водні.

Використання аміаку.

Аміак розкладається при певному температурному режимі на Н2 і NH3. Якщо застосувати цю реакцію в тепловому двигуні, то з’являється можливість отримувати електрику безперервно. Для цього лише необхідна теплова енергія сонячних променів.

Електричний спосіб накопичення енергії

Електроенергія є максимально досконалою формою енергії. Її накопичення – першочергове завдання сучасної науки. Вчені по всьому світу проводять роки в пошуках оптимального способу акумулювання. Важливу роль в цьому пошуку грає здешевлення технології.

Загальновідомий факт, що накопичувати і видавати за потребою електроенергію здатна тільки акумуляторна батарея.

Батареї різного об’єму і конфігурації входять до складу сонячних і вітрових електростанцій.

Даний матеріал дозволено використовувати в освітніх цілях.

Ринок ВДЕ в Україні та особливості подальшого розвитку області.

Вдале географічне розташування дає нашій країні великі шанси на реалізацію проектів сонячної енергетики.

Клімат України передбачає наявність достатньої для продуктивної роботи СЕС кількості сонячних днів. Слід зазначити, що рівень інсоляції в нашій країні вище, ніж на території Німеччини, яка на даний момент є лідером світового масштабу щодо частки сонячної енергетики. Основні перспективи в області комерції СЕС обумовлені саме цим базовим чинником.

На сьогоднішній день на рівні уряду надається всебічна підтримка нових проектів сонячної енергетики з метою її популяризації та просування. Тільки ось державна підтримка поки діє тільки на рівні прийняття законів. Практичне застосування законопроектів ще не привело до бажаного ефекту, чого слід очікувати в майбутньому.

П’ять останніх років показали, що сонячна енергетика, яка займає спочатку невеликий сегмент у вигляді пари пробних проектів, тепер перетворилася в стрімко розвивається напрямок, що набирає обертів в геометричній прогресії.

Авторитетне агентство IB Centre Inc. зі Сполучених Штатів за підсумками аналізу енергетичного ринку нашої країни заявило, що показники капіталізації за 2016 рік склали 1,4 мільярда доларів.

Інвестиційні проекти постраждали від подій, що почалися в 2014 році, але в даний момент ситуація стабілізується.

Представники Держенергоефективності за підсумками 2016 року представили звіт, в якому позначена позитивна динаміка щодо проектів ВДЕ. Особливе місце в зростанні частки альтернативної енергетики в Україні відведено сектору фотовольтаїки.

Після прийняття в 2015 році Закону, який торкнувся внесення змін до чинного законодавства з метою створення умов конкуренції в галузі ВДЕ, можна говорити про те, що досить чітке законне стимулювання інвестиційної привабливості нашої країни з’явилося. Цим Законом Верховна Рада прив’язала «зелений» тариф до курсу євро.
Статистичні дані Держенергоефективності свідчать, що в жовтні минулого року на території України налічувалося 359 повноцінно функціонуючих об’єктів альтернативної енергетики. Їх сумарна потужність складала близько 1320 мегават.

Слід зазначити, що інвестиційна активність щодо українських об’єктів зростає з кожним кварталом. Тільки поки частка відновлюваної енергетики в загальному обсязі виробленої в Україні енергії мізерно мала.

Майже за весь минулий рік альтернативна енергетика наростила потужність лише на 1% від загального енергетичного обсягу.

Але цей факт не є вироком для ВДЕ. Важливо, що наша країна увійшла до складу енергетичного співтовариства Європи. Тим самим, Україна прийняла на міжнародному рівні ряд зобов’язань. Головним з них є підвищення відсотка альтернативної енергетики в енергобалансі держави. Частка ВДЕ повинна досягти 11 відсотків до 2020 року. Таким чином, можна зробити висновок про те, що в найближчі два роки нам доведеться спостерігати над будівництвом все нових СЕС і ВЕС в авральному режимі.
Вже на даному етапі частка викопного палива починає знижуватися. Цей процес відбувається досить повільно, але зрушення очевидні.

Фахівці відзначають, що за час тотального використання викопного палива по всьому світу запаси істотно виснажилися.

В Україні існує спеціальна програма енергетичної ефективності та енергозбереження. На основі досліджень були отримані дані, згідно з якими на 2017 рік є:

• уранові поклади в обсязі, якого вистачить в масштабах країни на 30 років;
• вугілля – на 170 років;
• запас нафти розрахований на 43 роки;
• природного газу вистачить на 55 років.

Такі показники бентежать не тільки Україну, а й весь світ.

Тепер світова громадськість прагне до пошуку альтернативи і знаходить її в особі відновлюваної енергетики.

Експерти в галузі альтернативної енергетики заявляють, що в найближчі 5-10 років професія «Солар-інсталятор» стане максимально затребуваною по всьому світу, в тому числі і в Україні.

Стрімкий розвиток даної галузі по всьому світу вимагає наявності великої кількості кадрів. Слід зауважити, що в Україні попит на Солар-інсталяторів з кожним роком буде тільки рости. Причина тому – високий «зелений» тариф.

У країнах Європи «зелений» тариф активно знижується, тому термін окупності об’єктів підвищується. В Україні ж тариф не стане менше ще як мінімум 5 років. Тому наша країна і є найбільш інвестиційно привабливою.

Багато фахівців відзначають, що Солар-інсталятор - це професія майбутнього.

Цікаво те, що в даний момент на території нашої країни дуже мало закладів, які б навчали цій затребуваній спеціальності. До того ж, навчальні заклади (як і в інших професіях) дають максимум теоретичних знань і мінімум – практичних. Для успішної реалізації в сфері альтернативної енергетики молодий спеціаліст повинен мати якомога більше практичних навичок і конкретних знаній, прив’язаних до процесу.

Важливим є і вартість навчання. Поки ця сфера знань передбачає випуск невеликого числа фахівців. Чим більше ринок праці буде вимагати кваліфікованих кадрів в області сонячної енергетики, тим ціна на навчання буде рости, причому в рази.

Слід зазначити, що в країнах Європи на даний момент можна отримати найбільш якісну освіту в цій галузі. Причому, як теоретичну, так і практичну. Багато фахівців, що вчились закордоном закордоном, передають свій досвід допомогою навчальних курсів вже на території України.

Експерти стверджують, що ті, хто прийняв рішення освоїти професію Солар-інсталятора сьогодні – виграють в найближчому майбутньому.

Зростання потреби країни у фахівцях сонячної енергетики можна чітко простежити на прикладі Німеччини.

За останній десяток років кількість фахівців в сфері сонячної енергетики по країні досягла 300 тисяч. І такі показники не є граничними, адже це зростання триває.

Спільна дослідницька робота Greenpeace і Європейського союзу фотовольтаїки показала, що до 2020 року потреба в Солар-інсталяторах по всьому світу зросте на 34%.

На території Німеччини на даному етапі налічується близько 83 000 фахівців сонячної енергетики. Федеральний союз установ геліопромисловості провів дослідження, згідно з яким, до 2020 року загальна кількість Солар-інсталяторів по країні збільшиться рівно в 2 рази.

Навчальний курс компанії «Енергія природи – Зелений тариф» спрямований на оволодіння практичними навичками з теоретичним супроводом. Програма курсу передбачає 7 годин теоретичної підготовки і 9 годин практичних занять. Такий підхід дозволяє після закінчення курсу отримати повноцінний набір знань і навичок фахівця в області сонячної енергетики, здатного приступити до виконання своїх прямих обов’язків негайно. Додаткової підготовки після проходження курсу не потрібно.

Після проходження Навчальної програми фахівець опанує наступними вміннями:

• визначення відмінностей в видах енергії;
• визначення параметрів енергії;
• створювати характеристику систем альтернативної енергетики;
• позначати процеси, що відбуваються під час генерації електроенергії;
• технічно правильно розташовувати обладнання, яке використовується для генерації електрики за допомогою використання енергії сонця;
• проводити планування необхідного фронту робіт щодо оснащення, монтажу і установки спеціального обладнання;
• здійснювати грамотний і професійний підбір обладнання для сонячної електростанції;
• здійснювати контроль проведення робіт щодо монтажу;
• використовувати технічну документацію та інструкції по експлуатаційними характеристиками обладнання;
• здійснювати підбір установок і пристроїв для сонячної електростанції;
• виконувати монтажні роботи;
• давати експертну оцінку щодо якості монтажних робіт і можливого усунення дефектів;
• здійснювати контроль функціонування пристроїв і обладнання сонячної електростанції;
• виробляти технічний огляд з метою надання послуг по обслуговуванню і ремонту устаткування і систем в цілому;
• використовувати в процесі монтажних робіт спеціальні інструменти;
• проводити розрахунки вартості матеріалу і монтажу;
• використовувати різні сучасні пристосування і комп’ютерну техніку з метою здійснення професійних робіт;
• взаємодіяти в процесі роботи, як з компаніями України, так і з закордонними партнерами;
• дотримуватися встановлених санітарних норм і техніки безпеки при здійсненні монтажних робіт;
• виробляти організацію робочого місця максимально ергономічно;
• реалізувати свої знання в якості приватного підприємця.

Особливості професії Солар-інсталятор

Освоєння даної спеціальності дає можливість реалізуватися з професійної точки зору в наступних організаціях:

• фірми, основна діяльність яких полягає в створенні і здійсненні підтримки ефективності мереж, підприємств і об’єктів;
• компанії, які займаються монтажем або виробляють фотоелектричні панелі;
• безпосередньо на сонячних електростанціях;
• фірми, що займаються проектуванням і монтажними роботами на замовлення;
• іноземні компанії, які здійснюють свою діяльність в області сонячної енергетики, як на території України, так і в інших країнах.

Перспективи ринку сонячної енергетики в нашій країні

У поточному році згідно анонсів буде завершено будівництво деяких великих СЕС в Україні.

Важливо зауважити, що монтаж цих об’єктів фінансується компаніями з Канади, Литви, Індії, Словенії та Китаю.

Слід також зазначити, що Ощадбанк направить більше 27 мільйонів євро на реалізацію проектів зі зведення СЕС, загальна потужність яких складе близько 35 мегават. Розташовуються ці об’єкти на території Дніпропетровської області.

Станція, потужністю 1 мегават буде запущена в Чорнобилі. За реалізацію проекту взялися компанії Enerparc AG і Rodina Energy Group Ltd.

Крім того, проходить активна робота над проектом, який отримав назву Chornobyl Solar. Дана ініціатива передбачає забудову зони відчуження сонячними станціями. За тендер йде боротьба серед компаній з різних країн.

Експерти в галузі альтернативної енергетики впевнені, що Україна не може звернути з шляху, який обрала, взявши на себе низку зобов’язань перед світовою громадськістю.
«Енергетична стратегія України до 2035 року» регламентує збільшення частки ВДЕ на 20 відсотків. До 2020 року показники повинні збільшитися до 11 відсотків в загальному енергетичному балансі країни.

Відповідно, діючий «зелений» тариф буде збережений.

У питаннях інвестиційної привабливості, сонячна енергетика займає лідируючі позиції. Однією незаперечною перевагою серед інших є мобільність об’єктів. Тобто, сонячна станція може бути без особливих труднощів демонтована і перевезена на інше місце. Демонтаж і монтаж на новому місці займе не так багато часу і з фінансової точки зору не є колосальною втратою.

Очікується, що протягом поточного і наступного року в роботу будуть включені нові сонячні станції, причому в досить чималій кількості. Справа в тому, що станції, які запрацюють після 2019 року, матимуть «зелений» тариф на 10 відсотків нижче, ніж ті, які встигнуть підключитися до цього моменту.

За прогнозами експертів в поточному році має бути встановлено і підключено в мережі близько 400 мегават потужності від СЕС. Ці показники розширять ринок сонячної енергетики України на 57 відсотків.

Ринок сонячної енергетики нашої країни на даному етапі відрізняє ряд безперервних змін.
Фахівці в галузі альтернативної енергетики прогнозують поряд з будівництвом нових сонячних станцій поява і непопулярних раніше ніш на енергетичному ринку. Прикладом подібної ніші може стати сервісне обслуговування сонячних станцій. Як область для підприємницької діяльності, до того ж неосвоєна, сервіс обіцяє небувалий підйом новим організаціям, що надають послуги кваліфікованих працівників.

Слід зауважити, що ймовірність переходу до прямих договорів в Україні досить велика. Така практика взаємодії передбачає, що споживач укладатиме угоду на поставку електроенергії безпосередньо з виробником. До того ж, споживачі отримають можливість вибирати виробника за багатьма критеріями, в тому числі і вартості електрики.

Всі передумови ведуть до того, що Україна має реальний шанс вийти на новий економічний рівень шляхом реформування енергетичного ринку. Законодавча база в питаннях сонячної енергетики на даному етапі є недосконалою, але роботи в цьому напрямку ведуться більш ніж активно.

Цей матеріал дозволено вільно використовувати в навчальних цілях.

У погоні за максимальним ККД, а також максимальним показником потужності на долар вартості, виробники сонячних панелей з усього світу постійно вдосконалюють свою продукцію та шукають шляхи ще більш ефективного конвертування сонячного світла в електроенергію. Таким чином наразі існує сім основних видів сонячних панелей, які є найбільш популярними та широко використовуються:

• монокристалічні;
• мультикристалічні;
• полікристалічні;
• тонкоплівкові;
• з аморфного кремнію;
• на основі CdTe;
• на основі CIGS.

Монокристалічні сонячні панелі

Саме монокристалічні сонячні батареї є найбільш популярними та широко використовуваними у світі. Їх виробничий процес починається з відливки циліндру діаметром 13-20 см й довжиною до 200 см з кремнію високої чистоти. Після його застигання, циліндр нарізається на листи товщиною 250-300 мікрометрів. Особливістю такого методу є суцільна кристалічна решітка, яка покращує рухомість електронів і дозволяє досягти показника ККД у 23,5%, що більше ніж в аналогів.

В сонячній батареї лист кремнію пронизаний електродами та закритий протиударним склом. Їх можна визначити по темно-синьому або чорному кольору фотоелементів.

Особливості монокристалічних панелей:

• Високий показник ККД (14-23,5% в готовій батареї в залежності від виробника та якості, рекордні показники 43,6%);
• Довговічність (до 50 років);
• Висока ціна (один з найнижчих показників Ват/дол.).

Недоліком монокристалічних панелей також є форма фотоелементів у вигляді многокутників, якими дуже важко ефективно заповнити площу, що знижує рівень потужності на квадратний метр.

Мультикристалічні сонячні панелі

Більш дешевими та простими у виробництві є мульти кристалічні сонячні панелі. В них роль фотоелементів грають випадково зібрані листи кристалів з різними кристалічними решітками. Це призводить до падіння ККД до 15%, але значно знижує вартість виробництва панелей та підвищує показник потужності на витрачений долар.

Особливості мультикристалічних панелей:

• Відносно низька вартість виробництва;
• Високий показник потужності на долар;
• Зменшене ККД (Макс. 15%);
• Термін служби 25 років.

Полікристалічні сонячні панелі

Більш ефективним аналогом монокристалічних панелей є полікристалічні. В них використовуються агрегатні кристали з кристалічними решітками різної форми та орієнтації. Використання цієї технології дозволяє досягти показників дуже близьких до монокристалічних панелей. Визначити полікристалічну сонячну батарею можна за яскраво-синім кольором фотоелементів.

Особливості полікристалічних панелей:

• Високі показники ККД (до 18%);
• Високі показники потужності на долар;
• Низька ефективність в тіні та чутливість до кута падіння сонячних променів;
• Відносно короткий термін експлуатації (10 років).

Тонкоплівкові сонячні панелі

ККД тонкоплівкових сонячних батарей набагато менше ніж в аналогів. Подібні панелі другого покоління мають цей показник на рівні 8-12% в залежності від виробника. Але тонкоплівкові сонячні батареї мають деякі незаперечні переваги. По-перше, вони виготовляються з надтонких листів кремнію товщиною всього в декілька мікрон на дуже тонкій скляній або металевій основі. Їх виробництво набагато менш затратне ніж в монокристалічних панелей, що робить їх одними з найкращих по показнику потужності на долар.

По-друге, тонкоплівкові сонячні батареї набагато краще аналогів виробляють енергію з відбитого світла, у тіні, при хмарній погоді та у вечірній час, коли сонячні промені падають під невигідним кутом. Саме це зробило тонкоплівкові сонячні панелі одним з найбільш популярних рішень для регіонів з малою кількістю сонячних днів.

Особливості тонкоплівкових панелей:

• Низька ціна;
• Один з найвищих показників потужності на долар;
• Працюють в тіні, з відбитим світлом і при невигідних кутах падіння сонячних променів;
• Низьке ККД, що вимагає встановлення більшої кількості панелей.

Сонячні панелі з аморфного кремнію

Аморфний кремній через особливості будови не дозволяє досягти високого рівня ККД. Такі сонячні панелі мають цей показник на рівні 6-8%, але вони відрізняються дуже низькою вартістю та одним з найвищих показників потужності на долар вартості. Також їх називають тонкоплівковими сонячними панелями першого покоління.

Особливості панелей з аморфного кремнію:

• Виробляють найдешевшу електроенергію, високий показник потужності на долар вартості;
• Низьке ККД 6-8%.
• Працюють в тіні, з відбитим світлом і при невигідних кутах падіння сонячних променів.

Сонячні панелі на основі CdTe

Виробничий процес CdTe сонячних батарей схожий на плівкові. Напівпровідник має товщину в декілька сотень мікрометрів і також наноситься на тверду основу. Такі панелі є відносно дешевими, особливо в порівнянні з монокристалічними. Їх недоліком є відносно низьке ККД на рівні 11%.

Особливості сонячних панелей на основі CdTe:

• Низька вартість;
• ККД на рівні 11%;
• Працюють в тіні, з відбитим світлом і при невигідних кутах падіння сонячних променів.

Сонячні панелі на основі CIGS

Використання напівпровідників на основі міді, індію, галію та селену дозволило підняти ККД до 15%. Ці панелі також виконані по плівочній технології, що суттєво зменшує їх вартість та дає переваги при роботі в тіні або при хмарній погоді.

Особливості панелей на основі CIGS:

• Працюють в тіні, з відбитим світлом і при невигідних кутах падіння сонячних променів;
• Більше ККД до 15%.

Висновки

Сонячні панелі вказаних вище типів покривають різні потреби. Наприклад, монокристалічні найкраще підійдуть в ситуаціях коли необхідно досягти максимальної потужності при мінімальній масі та площі сонячної батареї. А саме в космічній галузі, хоча також вони продовжують використовуватись в певних ситуаціях.

Найбільш оптимальними саме ферми будуть полікристалічні сонячні батареї через їх ціну. Але важливо буде правильно їх встановити під необхідним кутом до горизонту, і без об’єктів навколо, які можуть затінити фотоелементи.

Для інших ситуацій, рекомендуються тонкоплівкові сонячні панелі, які не потребують ідеальних умов для роботи з максимальною ефективністю.