Промышленные фотоэлектрические установки

Уже несколько лет небольшие фотоэлектрические системы применяются в коммунальном электро-, газо- и водоснабжении, доказав свою экономичность. В большинстве своем они имеют мощность до 1 кВт и включают в себя аккумуляторы для накопления энергии. Они выполняют множество функций: от питания сигнальных огней на опорах ЛЭП для оповещения самолетов до контроля качества воздуха. Они продемонстрировали надежность и долговечность в коммунальном хозяйстве и готовят почву для будущего внедрения более мощных систем.

Энергоснабжающие предприятия изучают возможности фотоэлементов с точки зрения увеличения генерирующей мощности и удовлетворения все возрастающих требований к экологической и производственной безопасности. Крупные солнечные электростанции, состоящие из множества фотоэлектрических батарей, могут оказаться весьма полезными для энергокомпаний. Их создание занимает меньше времени, чем строительство традиционных электростанций, так как солнечные панели легко устанавливать и соединять. Компания может строить фотоэлектрические станции там, где в них есть потребность, так как размещение фотобатарей гораздо проще, чем выбор участка для традиционной электростанции. И, в отличие от традиционных электростанций, их можно расширять по мере необходимости. Наконец, фотоэлектрические станции работают бесшумно, не потребляют ископаемого топлива и не загрязняют воздух и воду. К сожалению, фотоэлектрические станции пока еще не очень динамично входят в арсенал коммунальных сетей, что можно объяснить их особенностями. При современном методе подсчета стоимости энергии, солнечное электричество все еще значительно дороже, чем продукция традиционных электростанций. К тому же фотоэлектрические системы вырабатывают энергию только в светлое время суток, и их производительность зависит от погоды.

Поэтому при планировании энергосистемы нужно учитывать эти особенности фотоэлектрической станции, чтобы правильно вписать ее в существующую систему производства, передачи и распределения энергии. Фотоэлектрические станции, тем не менее, занимают все больше места в планах энергопроизводителей. Например, в США коммунальные предприятия изучают возможность подключения фотоэлектрических систем к энергосетям в тех местах, где они имеют большую ценность. Так, добавление фотоэлектрической системы в непосредственной близости от потребителя помогает избежать потерь энергии, связанных с передачей на большие расстояния. Следовательно, фотоэлектрическая система имеет большую ценность для компании, если она расположена возле потребителя. Их можно также устанавливать на тех участках распределительной системы, которые обслуживают районы с быстро растущим населением. В этом случае фотоэлектрические установки устраняют необходимость увеличивать протяженность линий электропередач. Установка фотоэлектрических систем возле подстанций, распределяющих энергию, может предотвратить перегрузку расположенного на них оборудования.

Фотоэлементы не похожи ни на один источник энергии, который когда-либо использовался коммунальными предприятиями. Они требуют крупных начальных вложений, зато стоимость топлива равна нулю. Постройка угольных и газовых электростанций вначале обходится дешевле (относительно их производительности), но потом они требуют постоянных расходов на закупку топлива. Цена на топливо колеблется, и неизвестно, как она будет изменяться в будущем в связи с развитием природоохранного законодательства. Цены на ископаемые виды топлива будут расти, тогда как общая стоимость фотоэлементов (да и других возобновляемых источников энергии), как ожидается, будет продолжать падать, особенно если принимать во внимание их преимущества для окружающей среды.

Основные принципы оценки потенциала, барьеров и влияния солнечной энергии

Солнечное отопление

Этот раздел посвящен, в основном, активному солнечному отоплению, т.е. системам, в которых солнечная энергия превращается в тепло при помощи солнечных коллекторов, а затем посредством жидкости-теплоносителя подается к конечному потребителю. Еще один важный вид использования энергии Солнца - это пассивное солнечное отопление, когда дома проектируются так, чтобы улавливать максимум солнечной энергии, поступающей сквозь окна и нагревающей стены, и затем использовать ее для отопления помещений.

Cолнечный потенциал

Годовое поступление солнечной энергии варьируется от 900-1000 кВт·ч/м2 на севере региона Балтийского моря до, к примеру, 1077 кВт·ч/м2 на территории Центральной Европы (Богемия) и до 1600 кВт·ч/м2 в Средиземноморском и Черноморском регионах на горизонтальной поверхности. На юге на наклонной поверхности показатель годового поступления солнечной энергии выше на 20%.

Оценка ресурса

В условиях Европы поступающая солнечная энергия в большинстве случаев превосходит энергопотребление здания. К примеру, типичный многоквартирный жилой дом в Чехии получает 1077 кВт·ч/м2, тогда как каждый его этаж потребляет примерно 150 кВт·ч/м2 для отопления и еще 25-50 кВт·ч/м2 для освещения и приготовления пищи, что в целом равняется 875 - 1000 кВт.ч/м2 для пятиэтажного дома (этажи измерены в м2 горизонтальной поверхности). Поступающей в течение года солнечной энергии в целом достаточно, но полезный ресурс ограничен колебаниями солнечной энергии и емкостью аккумулирования. Корректную оценку доли полезного солнечного тепла можно сделать с учетом разных тепловых нагрузок.

Ограничения встроенных систем обычно состоят в том, что солнечное отопление может покрыть лишь 60-80% потребности в горячей воде и 25-50% отопления. Зависит это от местоположения дома и от типа системы. В Северной Европе ограничения составляют соответственно 70% и 30% для горячего водоснабжения и отопления помещений.

Анализ и опыт применения солнечных систем центрального отопления показывают, что они могут покрывать 5% потребления без аккумулирования, 10% с 12-часовым хранением, и около 80% -- с сезонным. Эти данные основаны на системах районного отопления жилого сектора, где средние теплопотери составляют 20%. Солнечные системы отопления без аккумулирования тепла, являются, безусловно, самым дешевым решением.

Солнечное отопление может обеспечивать около 30% потребности промышленных предприятий, которые используют тепло ниже 100 оC, если потребление тепла на них является стабильным. В зависимости от времени года и температуры, солнечная энергия может обеспечить 100% потребности на сушку продукции.

Солнечный нагрев плавательных бассейнов может почти полностью обеспечить тепловую нагрузку закрытых и 100% для открытых бассейнов в летний период.

Таким образом, подсчет потенциала солнечного отопления - это, главным образом, вопрос оценки потребности в низкотемпературном тепле.

Барьеры

В большинстве своем установки солнечного нагрева хорошо разработаны, и если встречаются трудности на пути их освоения, то они вызваны скорее отсутствием определенных материалов или технологий в данном месте, чем отсутствием технологий как таковых. Следовательно, основными барьерами, помимо экономических, являются:

· недостаток информации о существующих технологиях, их оптимальных решениях и интеграции в отопительные системы;

· нехватка квалифицированных кадров для производства и установки.

Иногда препятствием является нехватка солнечной энергии. Что касается активных систем солнечного отопления, практически всегда можно найти такое место для установки коллектора, откуда можно взять энергию солнечного света. В случае пассивной солнечной энергии, которая, как правило, проникает сквозь обычные окна, соседство с домами или деревьями может привести к серьезному сокращению поступающей энергии.