Современные солнечные электростанции

Откуда берутся

Более мощные электростанции

СЭС, способная выдать мощность свыше 10 кВт, может обеспечить коттедж или довольно крупный дом в полном объеме — водоснабжение, отопление, бытовые приборы и техника. Если говорить о комплектах свыше 20 кВт и еще более мощных, то число потребителей становится больше и объединяет несколько домов, или небольшой поселок. Существуют также конструкции, принадлежащие к другой категории — к промышленным СЭС, предназначенным для снабжения энергией целые населенные пункты. Разработано немало конструкций таких станций. Рассмотрим их подробнее:

Содержание

Башенные СЭС

Солнечные электростанции башенного типа изобретены уже давно. Они не используют высокотехнологические методы, электроэнергия вырабатывается паровыми генераторами. Станция представляет собой поле, в центре которого находится башня. Вокруг нее плотными концентрическими кругами расположены зеркала, наведенные на вершину башни, в которой установлен резервуар с водой. Зеркала управляются компьютерной системой позиционирования, обеспечивающей одновременное наведение всех зеркал на емкость с водой. От этого она нагревается, вода превращается в пар и подается на турбогенератор.

СЭС на фотоэлектрических модулях

Каждый элемент представляет собой одну ячейку с таким переходом, пронизанную тонкими медными проводами для снятия полученного тока. Элементы объединены в панели, которые соединяются в комплект, позволяющий обеспечивать питание определенного числа приборов потребления. Кроме панелей в состав СЭС входят аккумуляторы, контроллеры и инверторы, осуществляющие управление зарядом АКБ и преобразование постоянного тока аккумуляторов в переменный ток напряжением 220 В 50 Гц.

Солнечные электростанции тарельчатого типа

Конструкция СЭС тарельчатого типа представляет собой вогнутое зеркало, в фокусе которого расположен приемник с жидкостью. Принцип действия СЭС похож на способ выработки энергии башенными станциями. Вода в резервуаре приемника под действием сконцентрированных лучей света испаряется, пар поступает на турбогенераторы и вырабатывает электроток.

Аэростатные СЭС

Используется баллон аэростата, покрытый фотоэлектрическим слоем. Поднимаясь на большую высоту, поверхность баллона собирает солнечные лучи. Эффективность метода достаточно высока, никаких помех или погодных факторов на фотоэлектрический слой не воздействует, поскольку баллон поднимается выше облаков. Увеличивается время приема света — когда на поверхности земли уже темно, наверху еще долго светит солнце.

С параболоцилиндрическими концентраторами

Это — еще один вариант станций, использующих энергию пара для выработки электрического тока. На опорных конструкциях устанавливаются множественные ряды длинных вогнутых зеркал. В фокусе устанавливается труба с маслом, которое нагревается и направляется в теплообменник, где отдает тепловую энергию воде, превращая ее в пар. Затем в действие вступают турбогенераторы, вырабатывающие электроток.

Солнечно-вакуумные электростанции

Технология основана на использовании движения нагретого воздуха вверх. Устанавливается труба в виде усеченного конуса, внутри которой нагревается и поднимается горячий воздух. На вершине трубы установлен турбогенератор, производящий электроток. Конструкция имеет массу недостатков. Прежде всего, такая высота трубы потребует сложных мероприятий по обеспечению устойчивости и прочности. Передача выработанной энергии тоже потребует немалых трудозатрат.

Электростанции на двигателе Стирлинга

Двигатель Стирлинга — это механическое устройство, преобразующее тепловую энергию в движение. Для работы двигателю Стирлинга необходим внешний источник теплоты. Конструкция СЭС представляет собой вогнутое зеркало, в фокусе которого расположен двигатель. Источник тепла совершенно бесплатный и весьма обильный, поэтому работа двигателя может быть очень дешева. Колебания поршня непосредственно преобразуются в электроэнергию, минуя различные промежуточные устройства.

Комбинированные

Комбинированные СЭС включают в себя несколько разных конструктивных вариантов, что в результате дает эффект дополнения одного типа другим. Например, используется башенный тип с дополнением из фотоэлектрических модулей. Часто на СЭС устанавливаются теплообменники, обеспечивающие горячее водоснабжение прилегающих домов. Возможны и другие варианты совместного использования разных устройств, если они не мешают друг другу и позволяют получить дополнительную энергию.

Контроллер

Избранные модули имеют напряжение 29 В. Для них подходящим контроллером является MPPT. Он снабжен функцией отслеживания максимума мощности. А также может снижать напряжение. То есть, функционирует при различных параметрах напряжения на солнечных элементах и аккумуляторах.

Батарея фотоэлементов при максимальной мощности должна вдвое превышать этот параметр на комплекте батарей. Такое соотношение весьма желательно. Тогда КПД преобразования в контроллере выдаст максимум.

Ветровые электростанции для дома — плюсы, минусы и обзор лучших современных моделей (105 фото)
Биогазовая установка своими руками — пошаговое описание производства, 130 фото и видео описание биогазовой установки
Как сделать ветрогенератор на 220В своими руками: пошаговое описание изготовления самодельных ветряков (схемы, проекты, фото и видео)

При выборе этой детали мощность солнечной батареи по паспорту делят на аккумуляторное напряжение. Получится ток зарядки по максимуму. Контроллер должен постоянно выдерживать это значение.

Split panels – Новые половинчатые солнечные батареи

Еще одно недавнее новшество — использование ячеек с половинным размером вместо квадратных ячеек полного размера и перемещение распределительной коробки в центр модуля. Тем самым разделяя солнечную панель на 2 меньшие панели по 50% площади, каждая из которых работает параллельно. Это имеет множество преимуществ, в том числе повышение производительности благодаря снижению резистивных потерь через шины (токосъемники). Поскольку каждая ячейка имеет половинный размер, она производит половину тока при одном и том же напряжении, что означает, что ширина шины может быть уменьшена наполовину, уменьшая затенение и потери ячейки. Снижение тока также приводит к снижению температуры в ячейке, что, в свою очередь, уменьшает потенциальное образование и серьезность горячих точек из-за локального затенения, загрязнения или повреждения ячейки.

Кроме того, более короткое расстояние до центра панели сверху и снизу повышает эффективность в целом, повышая выходную мощность панели аналогичного размера до 20 Вт. Другое преимущество заключается в том, что при частичном затенении верхней или нижней части панели, затененная часть не влияет на выработку электроэнергии от другой половины солнечной батареи.

Что такое солнечная электростанция

Любая СЭС представляет собой специализированный комплекс оборудования, способный улавливать электромагнитное излучение солнца и преобразовывать его в тепловую или электрическую энергию.

Для этого использовались разные технологии, которые с годами совершенствовались.

Наиболее ранний известный метод позволял получать энергию за счет перепада температур в герметичной прозрачной башне. Его использовали на французских фермах еще в 19 столетии.

Следующим технологическим решением стала система зеркал, размещаемых концентрическими кругами вокруг высокой центральной башни, на которой устанавливался бак с теплоносителем. Фокусировка лучей от каждого зеркала нагревала бак до температур от 500 до 700°C. Теплоноситель превращался в перегретый пар, передающийся на лопатки турбин. К сожалению, эффективные установки подобного рода требовали огромных площадей, а небольшие домашние солнечные электростанции смонтировать таким путем было невозможно.

Гораздо более прогрессивными и перспективными являются современные СЭС на базе фотоэлектрических солнечных панелей. Теоретическая эффективность таких установок может достигать 80%, а их размеры могут колебаться от миниатюрной батареи на поясе до огромных ферм, занимающих сотни квадратных километров.

В связи с этим далее мы будем рассматривать только станции, генерирующие энергию с помощью фотоэлектрических батарей.

Солнечные электростанции для дома, цены

Для владельцев частных домов, расположенных в недавно организованных коттеджных поселках или в отдаленных районах, электроснабжение иногда является большой проблемой. Старые изношенные электросети работают с перебоями, часто случаются отключения. Нередко возможность подключения попросту отсутствует, вынуждая прибегать к альтернативным способам получения электроэнергии. В таких ситуациях используются дизельные или бензиновые генераторы, устанавливаются ветряки или солнечные панели (СЭС). Эти способы позволяют в той или иной степени решить проблему с электроснабжением.

Как установить солнечную электростанцию.

Чтобы солнечная электростанция 30 кВт для дома могла работать на полную мощность, необходимо позаботиться о правильном ее подключении. Установить прибор можно на крыше, заборе или любой другой возвышенности, которую не заслоняют высокие деревья. В тех случаях, когда станция не получает достаточного количества солнечной энергии, она не может вырабатывать необходимое количество электричества. Кроме того, недостаток солнечного света может привести к поломке установки. Поэтому каждый элемент солнечной станции должен быть повернут в сторону солнца. Только при таком условии, поток лучей на батареи будет достаточным.

Устанавливая станцию, также следует учитывать угол ее наклона. Для нашего региона он должен составлять 35°. В течение года угол наклона панелей будет требовать коррекции: +12° летом и -12° зимой. Чтобы получить более точные результаты, можно воспользоваться специальным онлайн калькулятором.

При правильном расположении станции, осуществлять ее техническое обслуживание и очищать прибор от пыли и снега будет гораздо проще. Запыленность поверхности солнечного фотоэлектрического модуля является одной из важнейших проблем для владельцев солнечных электростанций. Из-за осевшей пыли, грязи, опавших листьев, птичьего помета и других загрязнений уровень попадания солнечного света на фотоэлементы значительно уменьшается. Это является причиной снижения производительности станции. Исходя из расчетов, всего 4 кубических сантиметра пыли, которые равномерно распределены на 1 м2 солнечной батареи, снижают выработку электричества на 40 %.

Однако эта проблема решается достаточно легко — при длительном отсутствии дождя, солнечные батареи необходимо полить водой из шланга. Данное действие достаточно выполнить несколько раз на протяжении засушливого лета, чтобы проблема запыленности солнечных батарей больше не беспокоила. В тех случаях, когда причиной запыленности являются интенсивное движение транспортных средств, строительные работы или сельскохозяйственная деятельность, операцию с поливом следует проводить немного чаще.

Безопасность в использовании станций

Владельцы мобильных или стационарных электростанций не должны забывать о необходимости проведения профилактических работ по обслуживанию батарей и их соединений не менее двух раз в год.

Нельзя забывать и о сезонной разности солнечной инсоляции, поэтому зимой мощность станции придется увеличивать путем добавления модулей. В начале лета лишние модули снимаются оставшихся будет вполне достаточно, чтобы обеспечить жильцам дома бесперебойное освещение, водоснабжение, работу бытовых электроприборов.

Следует помнить, что как бы привлекательно ни выглядело очередное достижение научной мысли, в нашем мире ничего идеального нет. Есть минусы и у СЭС:

Главный недостаток – невысокий КПД (коэффициент полезного действия), всего 20 % (например, ветряной двигатель имеет КПД 40 %). Это значит, что только пятая часть падающей на батареи световой энергии превращается в электрическую.

Говоря о минусах, следует отметить и тот факт, что ночью СЭС не работает, следовательно, необходимы большие аккумуляторы для хранения энергии.

Существенным минусом можно считать высокую цену конструкции – около миллиона рублей.

Солнечные электростанции для дома. Плюсы и минусы.

По сравнению с альтернативными источниками питания, электростанция солнечная 30 кВт имеет массу неоспоримых преимуществ:

экологическая чистота; работа станции сопровождается мизерными выбросами вредных веществ в атмосферу;
экономичность; солнечная электростанция независима от роста цен на электроэнергию;
долговечность; в среднем, срок эксплуатации станций насчитывает порядка 20-25 лет;
возобновляемость; в отличие от таких полезных топливных ископаемых, как нефть, уголь, газ и т. д., которые не восстанавливаются, ресурсы Солнца составляют 6,5 млрд лет;
бесшумность; приборы такого типа работают абсолютно бесшумно, не создавая дискомфорт ни владельцам, ни окружающим;
возможность зарабатывать; избытки полученной станцией электроэнергии можно продавать государству по «Зеленому тарифу»;
минимальный уровень технического обслуживания;
окупаемость; в среднем, солнечная электростанция на 30 кВт окупается в течение 4-5 лет.

Как и любой друг прибор, солнечная электростанция имеет свои недостатки. Основным из них является то, что работа системы напрямую зависит от погодных условий. Недостаток солнечного света снижает КПД станции. Многие современные потребители ошибочно полагают, что в зимнее время года станция вырабатывает гораздо меньше электроэнергии. Однако это далеко не так, ведь панели такого типа перерабатывают не солнечное тепло, а солнечный свет. Поэтому в любое время года, при условии отсутствия на небе туч, электростанции такого типа будут показывать отличный результат.

СЭС тарельчатого типа

Тарельчатые СЭС состоят из модулей, поэтому такие станции могут применяться не только самостоятельно. Их включают в группы, тем самым повышая мощность до нескольких мегаватт. Система имеет конструкторский характер сборки. Каждый модуль такой электростанции на солнечной энергии состоит из нескольких частей:

Опоры. Она предназначена для крепления фермы, которая служит основанием для остальных элементов.
Приемника. Выполняет функцию концентрации солнечных лучей. Приемником может выступать двигатель Стирлинга или парогенератор.
Отражателя. Используется, чтобы сконцентрировать солнечные лучи в генератор, расположенный прямо перед ним. Именно форма отражателя в виде тарелок дала название таким СЭС. Зеркала расположены на ферме по радиусу. Каждое из них индивидуально настроено.

Диаметр зеркал может достигать 2 м. Автономные СЭС работают только на одном модуле. Другой вариант конструкции, когда параллельно работают сразу несколько десятков модулей. Подобные станции особенно распространены на территории Нидерландов и в штате Калифорния в США.

Плюсы и минусы СЭС

Солнечные генераторы имеют массу достоинств. Главным из них является экологическая чистота для окружающей среды.

Плюсы солнечных электростанций:

Солнечная энергия постоянно возобновляется;
СЭС не причиняет вред окружающей среде;
Независимость от центральной подачи электричества;
Полная автономность системы;
Длительный срок эксплуатации;
Бесплатный энергетический ресурс.

Роль человека в получении электричества в данном случае сводится к нулю. Выработка энергии таким способом имеет и минусы. Покупка оборудования потребует серьезных вложений. Кроме этого необходимо приобрести аккумулятор, так как в ночное время СЭС не производит выработку электричества. Установка оборудования требует дополнительной площади. Она может осуществляться на земле, крыши дома, стене здания. К недостаткам можно отнести необходимость очищать отражающую поверхность от пыли и загрязнений, а также нагрев атмосферы над поверхностью оборудования. Мощность вырабатываемого тока напрямую зависит от погодных условий.

Если рационально подходить к вопросу установки солнечных батарей, необходимо учесть некоторые нюансы:

Проанализировать много ли солнечных дней в предполагаемом районе;
Уточнить возможность подключения к центральной сети;
Выяснить, как часто бывают перебои электричества;
Решить, приборы какой мощности будут использоваться в быту.

Достаточно много достоинств и недостатков у СЭС, однако природные ресурсы не вечны и станции на солнечной энергии смогут стать достойной заменой привычным ресурсам.

Крупнейшая солнечная ферма на американских континентах

Солнечный парк Villanueva в Коауила, Мексика
Вырабатываемая мощность: 754 МВт

Мексика посвятила себя экологически чистой энергии. Страна планирует к 2024 году получать 35% своей энергии из возобновляемых источников. Для достижения этой цели Мексика неуклонно расширяет солнечный парк Villanueva в Коауила.

Villanueva вырабатывает 754 МВт в год и включает в себя две солнечные фермы: Villanueva 1 мощностью 427 МВт и Villanueva 3 мощностью 327 МВт. Предприятие планирует ежегодно увеличивать выработку солнечной энергии, чтобы достичь конечной цели – 1700 ГВт·ч в год. Villanueva станет крупнейшей станцией компании Enel Green Power.

Экономные солнечные генераторы: принцип работы

Для труднодоступных районов с перебойным обеспечением электроэнергией солнечные генераторы становятся спасением комфортного проживания. С помощью него можно решить проблемы энергоресурсов и обеспечить автономное энергообеспечение. В основном бытовые генераторы рассчитаны на 220 В. Устройства оснащены дисплеем, который отображает сообщение о работе батарей. Устанавливаются приборы на участках с большим поступлением солнечных лучей: крыша дома, стены здания, открытая местность.

Такой прибор сможет обеспечить работу бытового оборудования: холодильника, стиральной машины, зарядки компьютерных систем, работы отопительных приборов, электроинструментов и циркулярных насосов. Бесперебойная работа гарантирована на 10 – 12 часов.

Достоинства системы заключаются:

В автономности;
Не зависимости от центрального снабжения;
Мобильности;
Бесшумной работе;
Экологической безопасности;
Длительном сроке эксплуатации;
Компактности;
Возможности работать на непроветриваемых участках.

Единственным минусом является стоимость устройства, которая в последствии окупает затраты на электроэнергию.

Разнообразие СЭС

Все существующие типы солнечных электростанций разделяются на:

тарельчатые;
фотопанели;
башенные;
аэростатные;
комбинированные;
параболоцилиндрические концентраторные;
солнечно вакуумные электростанции;
башенного типа;

Последние два варианта — солнечные тепловые электростанции. Сконцентрированная солнечная энергия перерабатывается в пар, который вращает турбину, вырабатывающую ток.

Такое богатое разнообразие видов СЭС — наглядное подтверждение тому, что такой вид энергетики очень востребован.

Поэтому, несмотря на плюсы и минусы солнечных электростанций, крупные электрические компании вкладывают серьезные денежные средства в строительство такого рода установок.

Преимущества и недостатки

Комплект панелей, обеспечивающих освещение и работу электроприборов, отличается такими преимуществами:

высоким качеством. Любой производитель дает долгую гарантию на свою продукцию, так как фотоэлементы системы изготовлены из высококачественного кремния и износоустойчивы. Согласно статистическим данным, панели для обеспечения освещения в среднем работают 26 лет;
надежностью. Вы будете уверены в том, что при правильной установке в солнечные дни комплект батарей накопит достаточно энергии для освещения или работы приборов. Даже в пасмурные дни энергия солнца все равно будет накапливаться, но в меньшем количестве. А благодаря аккумулятору ее можно будет использовать в любое время;
неисчерпаемостью ресурсов. По сравнению с дизельным генератором, солнечные комплекты не нужно заправлять топливом, так как солнечная радиация, которую они преобразовывают, неисчерпаема;
модульностью. Модули системы практически не нужно обслуживать — достаточно протирать их от пыли и убирать снег;
простым подключением. Каждый владелец таких комплектов, обеспечивающих работу приборов и освещение дома, может при желании увеличить их мощность, докупив и установив дополнительные модули;
автономностью. Владельцы батарей не зависят от неполадок в электросети, так как сами обеспечивают себя энергией;
бесшумностью (по сравнению с ветрогенераторами).

Комплект солнечной электростанции пиковой мощности 3 кВт

Однако комплекты по преобразованию солнечной энергии имеют и недостатки, среди которых:

высокая стоимость. Несмотря на то что солнечные панели окупаются в течение нескольких лет, не каждый готов на большие единоразовые траты;
зависимость от солнечной энергии. Фотоэлементы не смогут аккумулировать энергию ночью и будут мало накапливать ее в пасмурные дни;
максимальный КПД обеспечивается лишь при определенном угле попадания солнечных лучей — они должны попадать на кремниевые пластины под углом 90 градусов. Так как положение Солнца в течение дня меняется, максимальный КПД все время даже в солнечные дни невозможен.