Сонячна енергетика

Параболоциліндрічні та параболічні концентратори

  Параболоциліндрічні концентратори мають форму параболи, протягнуту уподовж прямий.

  Параболоциліндрічний дзеркальний концентратор фокусує сонячне випромінювання в лінію і може забезпечити його стократну концентрацію. У фокусі параболи  розміщується трубка з теплоносієм (олія), або фотоелектричний елемент. Масло нагрівається в трубці до температури 300-390 °C.  Параболоциліндрічні дзеркала виготовляють завдовжки до 50 метрів. Дзеркала орієнтують по осі північ-південь, і мають в своєму розпорядженні ряди через декілька метрів. Теплоносій поступає в тепловий акумулятор  для подальшого вироблення електроенергії паротурбинним генератором

   Параболічні концентратори мають форму супутникової тарілки. Параболічний відбивач управляється по двох координатах при стеженні за сонцем. Енергія сонця фокусується на невеликій площі. Дзеркала відображують близько 92 % падаючого на них сонячного випромінювання. У фокусі відбивача на кронштейні закріплений двигун Стірлінга, або фотоелектричні елементи.  

1.4. Досвід світових країн-лідерів

     США - один з піонерів у розвитку сонячної енергетики. На початку 1980-х років  Конгрес підтримав компанії, які  випускали панелі для сонячної енергетики. Тоді ж там сформувалося кілька фірм, які отримували підтримку від  держави. Натомість вони мали розвивати  галузь за допомогою найбільш передових  технологій. 
 Зараз в країні діє найбільше у світі об'єднання приватних компаній - Індустріальна асоціація сонячної енергії. Вона 2010 року отримала від уряду 11 мільярдів доларів дотацій на розвиток та переоснащення сонячних електростанцій. 
 Її успіхи у продажу енергії скромніші - приблизно 3 мільярди доларів. Тим не менш, за 2009 рік об'єм ринку сонячної електроенергії у країні зріс з 357 до 485 мегават. 
 Найбільше державних грошей компанії вкладають у фотовольтаїку - систему, яка одразу переробляє сонячну енергію у струм без допомоги води. Найщедрішим є сонячний штат Каліфорнія - щорічно він виділяє галузі по 3 мільярди доларів. 
 Іншим шляхом рухалася Німеччина. Берлін вирішив не передавати компаніям розвиток нетрадиційної енергетики, а створив кілька державних консорціумів. В результаті, зараз Німеччина входить у список країн, які мають високу частку нетрадиційної енергетики у загальному обсязі виробництва електроенергії. 
 За даними місцевого міністерства охорони навколишнього середовища, на 2011 рік уряд запланував податкові пільги компаніям, які входять у державні консорціуми. Для них до 2015 року будуть знижуватися податки на 5% щороку. 
 При цьому Німеччина стала піонером у побудові гібридних електростанцій: аби подавати струм постійно, вони вночі використовують енергію біогазу. Нині Берлін за допомогою таких електростанцій виробляє більше 4 тераватт енергії. 
 Також щороку зростає частка фотовольтаїки - зараз вона становить 2,4% від усієї виробленої енергії. Канцлер Ангела Меркель заявила, що її країна хоче понизити кількість енергії, яку виробляють ТЕС, і на це уряд виділить 1,7 мільярда євро. 

      
1.5. Український потенціал сонячної енергетики 

      
     За кліматичними умовами Україна належить до регіонів із середньою інтенсивністю сонячної радіації. Кількість сонячної енергії, що надходить на одиницю площі протягом року становить тут 1000-1350 кВт год /м ². За рівнем інтенсивності сонячного випромінювання країна може бути поділена на три або чотири регіони - Західний, Центральний, Південно-східний і Південний. Середня інтенсивність сонячного випромінювання складає близько 1200 кВт год/м ².  
     Реалізовані в останні роки експериментальні проекти показали, що річне вироблення теплової енергії в умовах України становить 500 - 600 кВт год/м ². Враховуючи загальноприйнятий на Заході потенціал використання сонячних колекторів для розвинених країн, рівний 1 м ² на одну людину, а також продуктивність сонячних установок для умов України, щорічні ресурси сонячного гарячого водопостачання та опалення можуть скласти 28 млрд. кВт на рік теплової енергії. Реалізація цього потенціалу дозволила б заощадити 3.4 млн. тонн умовного палива (т.у.п.) на рік.  
     В даний час, комунальне господарство України споживає щорічно близько 74 мільйонів т.у.п. Щорічно потреба в тепловій енергії збільшується на 1.5-2%. Існують оцінки, що з відновленням економічного зростання рівень споживання може істотно зрости. З іншого боку, потенціал енергоефективності та енергозбереження в комунальному господарстві України становить за різними оцінками не менше 50%. У разі використання цього потенціалу економічне зростання не повинен привести до істотного збільшення споживання теплової енергії.  
     Іншою можливістю стримування зростання споживання теплової енергії є всебічний розвиток концепції сонячних будинків. У північних європейських країнах, за допомогою природного нагріву сонце забезпечує 14% тепла від загальної потреби звичайних будинків. Цю оцінку можна використовувати в якості нижньої межі для умов України. У будинках, побудованих з урахуванням пасивного використання сонячної енергії, внесок сонця в споживанні тепла може скласти близько 40%. Частка пасивного нагріву зазвичай не враховується офіційною статистикою, однак насправді це найбільше джерело використання відновлюваної енергії  
     Суттєвий потенціал використання сонячної енергії в Україні полягає у використанні сонця для охолодження та кондиціонування, а також у сільському господарстві, наприклад, для сушіння різних видів сільськогосподарської продукції та опріснення води в південних регіонах.  

     1.6. Енергетичні проекти в Україні

     Одним із перших міжнародних проектів була програма розробки космічного супутника  для Єгипту. Сонячні панелі для  цього супутника були спроектовані та виготовлені саме на українських підприємствах. Наступним реалізованим проектом був проект НАТО «Наука заради миру. Кремнієві технології». Його метою було впровадження у виробництво новітніх технологій сонячної енергетики. Результатом є виробництво сонячних панелей, що і сьогодні діє на заводі «Квазар».

     Якщо  розглядати перспективу, то тут можливі  спільні проекти будівництва  сонячних електростанцій, в яких будуть приймати участь вітчизняні компанії ActivSolar, SolarUA, Квазар та закордонні компанії, які мають практичний досвід реалізації таких проектів. Українські компанії можуть виступати як постачальниками  комплектуючих, так і носіями  досвіду роботи в непростих умовах сьогодення нашої держави. Також  у України залишається великий  потенціал щодо участі в фундаментальних  дослідженнях. Наразі відомо про декілька міжнародних проектів по розробці нових  високоефективних конструкцій фотоперетворювачів та вдосконаленню технологічних  процесів.  Замовниками таких досліджень виступають як вітчизняні, так і закордонні компанії. Крім того, ведуться спільні роботи по вдосконаленню окремих елементів сонячних батарей.

     На  сучасному етапі єдина компанія, яка вже займається створенням СЕС потужніше 10 МВт на території України – це «Актив Солар».

       Актив Солар - міжнародна компанія, що спеціалізується в розробках і виробництві продуктів на базі сонячних технологій. Головною метою є освоєння величезного потенціалу сонячної енергії для задоволення потреб майбутнього, що змінюються. Завдання компанії полягає в швидкому подоланні дефіциту з метою створення повністю інтегрованої платформи сонячної енергетики. Заснована в м. Відень, Австрія, компанія Актив Солар займається розвитком сонячної енергетики з метою створення платформи світового класу.

     Компанія  «Актив Солар» планує збільшити потужність геліоелектростанцій, що споруджуються  нею в Автономній республіці Криму  до 300 МВт.

  Зокрема, в селі Джерельному планується побудувати геліоелектростанції потужністю 20 МВт, в селі Трудовому - 100 МВт, в селі Перовий (все три Сімферопольський р-н) - 80 МВт, в селі Охотніково (Сакський р-н) - 100 МВт. 
Згідно документу, кожен мегават обійдеться «Актив Солару» в 48 млн грн. (EUR4,54 млн по поточному курсу), а загальна вартість будівництва геліоелектростанції складе 14,4 млрд грн. (EUR1,362 млрд).

  В даний час «Актив Солар» здійснює будівництво сонячних електростанцій на першому майданчику в Джерельному: там буде споруджено п'ять станцій, на двох з них вже здані в експлуатацію сонячні батареї потужністю 1 МВт і 1,5 МВт. На початку грудня компанія планує збільшити потужність цих станцій ще на 5 МВт. 
Як повідомлялося, під кожну з п'яти гелиоэлектростанций в Джерельному «Актив Солар» зареєструвала окрему «дочку» - «Крайміа Солар 1», «Крайміа Солар 2», «Крайміа Солар 3», «Крайміа Солар 4» і «Крайміа Солар 5».

  Згідно документації, поданої керівництвом «Актив Солар» в НКРЕ, собівартість електроенергії вироблюваної "Крайміа Солар 1«составляет 332,74 коп./кВт, «Крайміа Солар 2» - 348,90 коп./кВт. При цьому «зелений тариф» складає 505,09 коп/кВт. 
 За словами представника компанії, перші дві станції окупляться за сім років, термін окупності п'яти геліоелектростанцій в Джерельному складе близько 10 років. При цьому термін служби елементів сонячних батарей - 25 років.  

     1.7. Шляхи розвитку сонячної енергетики в Україні  
  В даний час фотоелектрична енергетика - найбільш гнучкий спосіб виробництва енергії. Його застосування варіюється від мікросистем, розсереджених по великим територіям, до великомасштабних електростанцій. Цю технологію можна використовувати в будь-яких регіонах світу - безвідносно до географії та кліматичних умов. Тим не менш, це водночас і найбільш високо-витратна з технологій.  
З цієї причини виробництво енергії на базі фотоелектричних процесів в більшій чи меншій мірі збиткові. Довгий час основу фінансування сектора становили прямі субсидії або кредити з низькими процентними ставками. Галузь не мала можливості розробляти довгострокові інвестиційні програми і маркетингові стратегії. Пізніше був запущений механізм пільгового оподаткування підприємств, які випускали і встановлювали сонячні батареї. Однак ця система була скасована, коли розвиток сонячної енергетики досягло рівня, на якому ця сфера діяльності виявилася інвестиційно досить привабливою і без надання податкових пільг. І все ж даний сектор енергетики поки що залишається високо-витратним і не здатний обходитися без зовнішньої підтримки. З точки зору виробників галузі, однією з форм такої підтримки може бути надання фіксованих субсидій, призначених для покриття витрат на встановлення сонячних батарей при будівництві нових будівель.  
Основними завданнями  широкого впровадження фотоелектричних джерел живлення є: розробка науково-технічних рішень щодо підвищення ККД фотоелементів та застосування високоефективних фотоелементів з використанням концентраторів сонячного випромінювання.  
Технічна підготовленість вітчизняних підприємств на Україні дозволяє освоїти виробництво фотоелектричних джерел живлення на сумарну встановлену потужність до 100 МВт.  
Потужність фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії, впроваджуваних в Криму до 2010 р., може скласти до 3,0 МВт, що може забезпечити економію палива до 1,7 тис т у. п. в автономних системах енергозабезпечення.  
Сонячна енергія в Криму може використовуватися не тільки для виробництва електроенергії, але й тепла. Це реально при поширенні в республіці сонячних батарей (колекторів), які легко споруджуються та високорентабельні. Розробкою і виготовленням сонячних колекторів нової конструкції на території АР Крим займаються ДНВП "Геліотерн", "Крименерго" (сел. Утес) і трест "Южстальмонтаж" (м. Сімферополь). Гаряче водопостачання від сонця (колекторів) збереже дефіцитне органічне паливо і не буде забруднювати повітряний басейн. У дійсний же період 80% теплової енергії виробляють більше трьох тисяч котелень, які не тільки спалюють величезну кількість органічного палива, а  істотно підвищують концентрацію газопилових забруднень повітряного середовища.  
Для успішного впровадження екологічно чистих систем сонячного теплопостачання, підвищення надійності їх функціонування необхідно:  
1) розробити і впровадити у виробництво на підприємствах Криму різні види енергетично ефективних сонячних колекторів з покращеними теплотехнічними характеристиками, що відповідають сучасному зарубіжному рівню, зокрема: з селективним покриттям, вакуумні, пластмасові для побутових потреб, повітряні для потреб сільського господарства;  
2) довести випуск сонячних колекторів до кінця 2010 р. до 3-5 тис. штук на рік, що еквівалентно заміщенню річного використання палива - 0,35 - 0,65 тис. у.о. т.;  
3) збільшити в 2-3 рази випуск високоефективних теплообмінників для сонячних установок;  
Реалізація цих пропозицій дозволяє створити в Криму власну промислову індустрію з випуску основного спеціалізованого обладнання для комплектації і будівництва установок по використанню сонячної енергії.  
Найбільш перспективними напрямками сонячного теплопостачання на найближчу перспективу (до 2012) є:  
-  сонячне гаряче водопостачання індивідуальних та комунальних споживачів сезонних об'єктів (дитячі, туристичні, спортивні табори, об'єкти санаторно-курортної сфери, житлових і громадських будівель);  
-  пасивне сонячне опалення малоповерхових житлових будинків і промислових споруд, головним чином, у сільській місцевості та Південному березі Криму;  
- використання сонячної енергії у різних сільськогосподарських виробництвах (рослинництво в закритих ґрунтах, сушіння зерна, тютюну та інших сільгосппродуктів та матеріалів);  
- застосування низькопотенційної теплоти, отриманої на сонячних установках, для різноманітних технологічних процесів в різних галузях промисловості (для пропарювання при виробництві залізобетонних виробів та інших цілей). 
Для реалізації програми до 2012р. промисловість Криму повинна забезпечити виробництво сонячних колекторів до 3,5 - 4,0 тис. штук щорічно.  
У Криму спостерігається також найбільше число годин сонячного сяйва протягом року (2300-2400 годин на рік), що створює сприятливу енергетично і економічно вигідну ситуацію для широкого практичного використання сонячної енергії.  
У той же час, джерело має досить низьку щільність (для Криму до 5 ГДж на 1 м ² горизонтальної поверхні) і схильний до значних коливань протягом доби і року залежно від погодних умов, що потребує додаткових технічних умов щодо акумулювання енергії.  
Пряме використання сонячної енергії в умовах Криму, для вироблення в даний час електроенергії, вимагає великих капітальних вкладень і додаткових науково-технічних напрацювань. 

     Перспективність застосування фотоелектричного методу перетворення сонячної енергії зумовлено його максимальною екологічною чистотою перетворення, значним терміном служби фотоелементів і малими витратами на їх обслуговування. При цьому простота обслуговування, невелика маса, висока надійність і стабільність фотоелектроперетворювачей робить їх привабливими для широкого використання в Криму.  

      
             Висновок

  Враховуючи результати існуючих прогнозів  виснаження  традиційних енергоресурсів, впровадження енергозберігаючих технологій призводять до скорочення споживання мінеральних ресурсів і залишаться традиційне використання існуючих джерел енергії.             

Сьогоднішні реалії зростаючих глобальних енергетичних проблем призводить до підвищення значення вироблення електроенергії альтернативними джерелами енергозабезпечення. Що має місце орієнтація на нафту, газ та ядерну енергію може призвести такі країни як Україна до серйозної енергетичної залежності від найбільших світових постачальників сировини і вже сьогодні ставить під загрозу економічну безпеку нашої держави. Очевидно, що альтернативні джерела енергії не зможуть вирішити в найближчі роки всі проблеми, але орієнтація на них і, в тому числі, на розвиток сонячної енергетики дасть реальну можливість укріпити наші позиції в майбутньому і підвищити енергетичну безпеку України.  
            Очевидно, що окремо ні ініціативи приватного бізнесу, ні спроби втручання держава в цю галузь до швидкого результату не приведуть. Тому приходить час об'єднувати зусилля в цьому напрямку. Сонячна енергетика в Україні є сьогодні одним з найбільш перспективним секторів енергетики.

     Наразі  наша держава вже почала впроваджувати  деякі законотворчі ініціативи, спрямовані на розвиток альтернативної енергетики в цілому, і сонячної енергетики як її складової. Але багато з цього  все ще залишається гарним та прогресивним тільки на папері. Тому я б розпочинав не з сліпого копіювання досвіду  Німеччини чи інших держав, а з  відпрацювання реальних механізмів реалізації вже існуючих законів  та підзаконних актив. І вже після отримання практичного досвіду запозичав би найбільш ефективний та адаптований до наших реалій досвід. Це взагалі. А якщо казати конкретно, то з досвіду Німеччини варто було б запозичити державну програму стимулювання кінцевого споживача сонячних систем (аналог німецької програми «100 тисяч дахів»), забезпечити вільну видачу населенню ліцензій на виробництво енергії та впровадити часткову чи повну компенсацію відсотків на цільові кредити для встановлення систем сонячного енергозабезпечення. 
        Не думаю, що хтось зможе назвати ще багато інших галузей, які навіть в умовах кризи показують таку вражаючу позитивну динаміку і де вже сьогодні вітчизняний бізнес може реально конкурувати, показуючи не тільки гарні фінансові результати, але і гідну якість на найвищому технічному рівні продукції. Завдяки кризі, друга половина 2009 року - 2010 рік стали відмінним часом для виходу на ринок сонячної електроенергетики. Інвестиції в фотовольтаїку сьогодні можуть дати непоганий шанс застовпити своє місце на одному з найбільш привабливий і перспективних високотехнологічних ринків. І шанс цей не можна ні в якому разі упускати.