Не традиционные источники энергии

     1.2.4Типы фотоэлектрических элементов

     - Монокристаллические кремниевые

     - Поликристаллические кремниевые

     - Тонкоплёночные

     В 2005 году на тонкоплёночные фотоэлементы приходилось 6 % рынка. В 2006 году тонкоплёночные фотоэлементы занимали 7 % долю рынка. В 2007 году доля тонкоплёночных технологий увеличилась до 8 %. В 2009 году доля тонкоплёночных фотоэлементов выросла до 16,8 %.

     За  период с 1999 года по 2006 год поставки тонкоплёночных фотоэлементов росли  ежегодно в среднем на 80 %. 

     1.3Итоги развития фотоэлементной отрасли

     Таблица1: Суммарные мощности фотоэлектических станций.

     Производство  фотоэлементов в мире в 2005 году составляло 1656 МВт.

     Крупнейшие  производители фотоэлементов в 2009 году:

     First Solar — 1100,0 МВт

     Suntech — 704,0 МВт

     Sharp — 595,0 МВт

     Q-Cells — 586,0 МВт

     Yingli — 525,3 МВт

     JA Solar — 520,0 МВт

     Kyocera — 400,0 МВт

     Trina Solar — 399,0 МВт

     SunPower — 397,0 МВт

     Gintech — 368,0 МВт

     На  начало 2010 года общая мировая мощность фотоэлементной солнечной энергетики составила пока только около 0,1 % общемировой  генерации электроэнергии

     В 2010 году 2,7 % электроэнергии Испании  было получено из солнечной энергии.

     В 2010 году 2 % электроэнергии Германии было получено из фотоэлектрических установок.

     В 2011 году около 3 % электроэнергии Италии было получено из фотоэлектрических  установок.

     Первая  в России солнечная электростанция мощностью 100 кВт была запущена в  сентябре 2010 года в Белгородской области.

     В середине 2011 года в фотоэлектрической  промышленности Германии было занято более 100 тысяч человек. В солнечной  энергетике США работали 93,5 тысяч  человек

     Перспективы солнечной энергетики

     Сгенерированная на основе солнечного излучения энергия  сможет к 2050 году обеспечить 20-25 % потребностей человечества в электричестве и  сократит выбросы углекислоты. Как  полагают эксперты Международного энергетического  агентства (IEA), солнечная энергетика уже через 40 лет при соответствующем  уровне распространения передовых  технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-часов — или 20-25 % всего необходимого электричества, и это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2.Способы использования солнечной энергии

     2.1Освещение зданий

     С помощью солнечного света можно  освещать помещения в дневное  время суток. Для этого применяются  световые колодцы. Простейший вариант  светового колодца — отверстие  в потолке.

     Световые  колодцы применяются для освещения  помещений, не имеющих окон: подземные  гаражи, станции метро, промышленные здания, склады, тюрьмы, и т. д. 

     2.2Солнечная термальная энергетика

     Солнечный водонагреватель — разновидность  солнечного коллектора. Предназначен для производства горячей воды путём  поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепло, аккумуляции и  передачи потребителю.

     Солнечный водонагреватель с вакуумным  коллектором, наиболее эффективный, хотя и самый дорогой, состоит из двух основных элементов:

     наружного блока — солнечных вакуумных  коллекторов;

     внутреннего блока — резервуара-теплообменника.

     Наружный  блок состоит из медных зачернённых  трубок и отражающего слоя.

     Прямые  солнечные лучи нагревают чёрные трубки, а отражённые от отражающего  слоя солнечные лучи фокусируются на обратной стороне трубок.

     Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую  погоду, ослабляя зависимость от внешней  температуры. Коэффициент поглощения энергии коллекторов достигает 98 %, но из-за потерь, связанных с отражением света стеклянными трубками и  их неполной светопроницаемостью, он ниже.

           Таблица2

 

     Солнечные коллекторы преобразуют прямые и  рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается  и преобразуется в тепло.

     Резервуар-теплообменник  представляет собой систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а  также и от других источников энергии (например, традиционный отопитель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной радиации. Нагретая вода, поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

     Подогреватель газовый или электрический должен ставиться не параллельно солнечному нагревателю (в этом случае он будет  греть холодную воду), а обязательно  последовательно, после солнечного нагревателя. Тогда его вклад  в нагрев будет минимальным, поскольку  он будет только догревать воду, уже нагретую солнцем. 

     2.2.1Типы солнечных водонагревателей

     Солнечные водонагреватели могут быть активного  или пассивного типов. Активная система  использует электрический насос  для циркуляции жидкости через коллектор; пассивная система не имеет насоса и полагается только на естественную циркуляцию. Есть экспериментальные образцы, где перекачка теплоносителя производится стирлинг-насосом, получающим энергию от солнца

     Пассивные (Термосифонные) системы перемещают готовую воду или теплоноситель через систему за счёт естественной гравитации, возникающей при разности плотностей нагретого и охлажденного теплоносителя. Пассивные системы с конвекцией дешевле, чем активные системы, но и менее эффективны из-за медленной циркуляции в системе. Системы с тепловыми трубами более дорогие, чем конвективные но имеют меньшие эксплуатационные затраты. Кроме того, системы с тепловыми трубами позволяют перекачивать тепло вниз, то есть против сил конвекции. Характеристики сильно зависят от конкретного типа труб.

     Активные  системы используют электрические  насосы, клапаны и контроллеры  для циркуляции теплоносителя через  коллектор. Они обычно более дорогие, чем пассивные системы, но и более  эффективны. 

     2.2.2С коллектором панельного типа

     Наибольшую  популярность получили нагреватели  с плоским коллектором, или панельные. В солнцеизбыточных регионах (Турция, Южные районы КНР, Саудовская Аравия и т. д.) в качестве абсорбера в таких коллекторах используется пластина из алюминия или стали. Значения КПД таких коллекторов невелико, что компенсируется высокими (избыточными) величинами солнечной облученности поверхности в этих регионах.

     Для величин солнечной облученности (инсоляции) даже южных регионов России требуются коллекторы с пластиной  из меди со специальным покрытием. Из-за высокой теплопроводности меди удельные значения теплопередачи энергии  теплоносителю и общий КПД  значительно выше. 

     2.2.3С коллектором вакуумного типа

     За  счет использования тепловых трубок в конструкции вакуумных коллекторов  достигается больший КПД при  работе в условиях низких температур и слабой освещенности. В то же время  использование дополнительного  теплового контура приводит к  неизбежным потерям, связанным с  передачей тепла между средами, поэтому при температурах выше +15 градусов эффективность вакуумных  коллекторов практически совпадает, а иногда и ниже чем у плоских  коллекторов. За счет качественных многослойных высокоселективных покрытий и вакуумирования, современный солнечный коллектор способен улавливать солнечную энергию в очень широком спектре излучения(значительно шире видимого спектра). 

     2.2.4Пластиковые коллекторы

     Наиболее  простым решением для солнечного теплоснабжения являются пластиковые  солнечные коллекторы. Изготавливаются  путем штамповки из полиэтилена  высокой плотности (ПЭВП). Такие коллекторы как правило не имеют дополнительной теплоизоляции и применяются для нагрева воды в летний период. Производительность пластиковых коллекторов достаточно сильно зависит от скорости ветра. Низкое гидравлическое сопротивление позволяет подключать контур коллекторов данного типа напрямую в систему циркуляции воды. 

     2.2.5Распространение

     Мировой лидер по производству и применению — Китай. В 2007 году Китае солнечными водонагревателями пользовались около 40 миллионов семьей общей численностью в 150 миллионов человек. К 2009 году суммарные  площади установленных солнечных  водонагревателей выросли до 140 млн м². Этого достаточно для снабжения горячей водой примерно 60 млн домохозяйств. К 2020 году 300 миллионов м² помещений в Китае будет оборудовано солнечными водонагревателями.

     Также очень широко применяется водонагреватели  в Израиле, где 95 % квартир оснащены данным оборудованием. Это обусловлено  законом, принятым в 1976 году и обязывающим  строить жильё со встроенными  солнечными водонагревателями. Исключение составляют некоторые высотные дома (более 24 этажей), где площадь крыши  недостаточна для размещения солнечных  коллекторов достаточных для  всех потребителей здания. Такое широкое  применение солнечных водонагревателей экономит около 4 % всей электроэнергии, производимой в стране. 

     2.3Солнечный коллектор

     Солнечный коллектор — устройство для сбора  тепловой энергии Солнца, переносимой  видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных  батарей, производящих непосредственно  электричество, солнечный коллектор  производит нагрев материала-теплоносителя 

     2.3.1Типы солнечных коллекторов

     Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного  покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером; он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент (стекло) обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов.

     При отсутствии разбора тепла (застое) плоские  коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.