Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

05.07.2015

Технології використання сонячної енергії у різних кліматичних зонах (широтах) Світу

Потенціал сонячної енергії, що надходить на Землю у 5000 разів більше потенціалу вітрової енергії, і в 1500 разів більше потенціалу гідроенергії [1]. При цьому прийнято, що без шкоди для екології навколишнього середовища може бути використано 1,5% всієї падаючої на Землю сонячної енергії [2].

Відомо, що потужність сонячної радіації на поверхні Землі становить 1,75∙1017 Вт, що еквівалентно 5,4∙1024 Дж енергії в рік. Це в 10 разів перевищує загальносвітові запаси органічного палива. які оцінюються в 6,9∙1023 Дж, або в 1000 разів перевищує прогнозоване до кінця століття загальносвітове енергоспоживання, рівне 15,3∙1020 Дж. Отже, використання навіть 0,1 % сумарного енергетичного потенціалу сонячної радіації дозволить повністю задовольнити енергетичні потреби людства до кінця XXI століття.

У сонячній енергетиці сьогоднішнього дня виділяють 3 основних напрямки: сонячні водонагрівальні установки (колектора), сонячні електростанції (СЕС) та фотоелектричні перетворювачі (ФЕП). Сонячні водонагрівальні установки зазвичай представляють собою плоский сонячний колектор, в якому нагрівається вода, повітря або інший теплоносій. Ці пристрої характеризуються величиною площі нагрівання. Сумарна площа сонячних колекторів у світі досягає 50 — 60 млн м2, що еквівалентно 5 — 7 млн т у. т. в рік. У Росії їх застосування незначне. Хоча навіть для умов Сибіру можливий корисний ефект.

Перетворення сонячного випромінювання в тепло (фототермальное перетворення) може бути як пасивним (з використанням пасивних солярних елементів будівель — засклені фасади, зимові сади), так і активним (з використанням додаткового технічного обладнання). Ці відмінності можна наочно продемонструвати з допомогою схеми малюнку 1.

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Малюнок 1 — Схема використання сонячної енергії

Перевагою пасивних систем є те, що для їх експлуатації не потрібно ніякого додаткового обладнання. Використовується сонячне світло, що потрапляє всередину будівлі (споруди) через вікна або прозорі конструкції. Дану систему слід проектувати з урахуванням максимального використання надійшла енергії для інших приміщень. Найкращим тут є капітальні будинки, що дозволяють на нетривалий час акумулювати надлишок енергії. Принциповим тут також є вид і регулювання системи опалення.

Пасивна система повинна складати з будівлею єдине гармонійне ціле; цього найпростіше добитися в нових будівлях. Старі будівлі можна реконструювати (зробити засклені прибудови, веранди тощо). Однак тут необхідно брати до уваги ризик перегріву будівлі в літній період, для чого потрібно встановлення відповідної системи вентиляції, акумулювання тепла будівельними конструкціями.

Енергетична вигода пасивної системи залежить від способу використання будівлі — наприклад, додаткове скління лоджій економічно вигідно тільки в тому випадку, коли вона взимку не опалюється.

Такі активні системи, як плоскі і трубчасті колектори практично завжди можна встановити на будь-яку існуючу будівлю. Вони використовуються, насамперед, для сезонного або цілорічного нагріву води або повітря (в опалювальний період повітря, що надходить в будівлю при провітрюванні), підігріву води в басейнах і для додаткового опалення будівель. Однак надлишки енергії в літні місяці часто не знаходять застосування.

Ефективність плоских колекторів залежить, насамперед, від різниці температур абсорбера (або розсіювальної рідини) і навколишнього повітря. Чим вище потрібна температура (наприклад, 55 ⁰З для приготування технічної води. Згідно з правилами гігієни бажано бодай один раз у тиждень підігрівати вміст накопичувача до 72 ⁰С, оскільки при експлуатації при низьких температурах і низькому споживанні води там можуть розмножуватися шкідливі організми.), тим нижче буде його ефективність. У вакуумних колекторах, де абсорбер повністю ізольований вакуумом, ефективність зменшується незначно, тому вони задовільно працюють і в морозні дні. Навпаки, ефективність простих плоских колекторів падає разом з збільшується різницею температур досить швидко.

Як правило, в середній смузі Росії протягом зими сонячної енергії настільки мало, що і при використанні вакуумних колекторів для покриття поточних потреб потрібні досить великі площі. Навпаки, влітку спостерігається значний надлишок теплової енергії, і малоефективні колектори отримують достатньо сонячної енергії.

Базовим конструктивним елементом сонячного колектора є абсорбер, наприклад, плоска поглинаюча панель з трубками для відводу теплоакумулюючого робочого тіла. Приміщенням абсорбера під скляну панель створюється сонячний колектор, який використовує «парниковий ефект». В залежності від виду робочого тіла колектори поділяються на рідкі і повітряні, або ж комбіновані.

Солярні абсорбери перетворюють сонячне випромінювання в теплову енергію (довгохвильове випромінювання). Ця енергія робочого тіла (рідина, повітря) подається до місця використання або акумулюється.

За формою колектори діляться на плоскі і трубчасті (оснащені абсорбером, запаяних в вакуумну трубку). Вакуум знижує втрати тепла і підвищує ефективність при одержанні більш високих температур на виході.

Високоякісні колектори оснащені абсорбером, оснащеним спектрально-селекційним шаром (особливий чорний колір або гальванічне покриття), вони володіють більш високою ефективністю і можуть перетворювати і розсіяне сонячне випромінювання. Скління також робиться за допомогою спеціального скла, що має низьку поглощательную здатність сонячного випромінювання і підвищену механічну міцність.

У концентрують колекторах торцева (линеарные лінзи Фреснела) або поверхня, що відбиває, (увігнуте скло) концентрує випромінювання на меншій абсорбуючою площі. Таким чином, досягається отримання більш високих температур та більшої ефективності. Для цих колекторів, як правило, необхідна установка устаткування з поворотним механізмом, за допомогою якого можна міняти положення колектора або абсорбера слідом за рухом сонця.

Краще всього солярна система працює, коли вона спроектована з урахуванням реальних місцевих умов (проведення розрахунків, розміщення колекторів і спосіб використання), на підставі таких вихідних даних:

• кількості сонячних годин і інтенсивність сонячного випромінювання змінюється в залежності від забруднення атмосфери (місто, сільська місцевість, гори);

• річні коливання зовнішніх температур, вітру або інших ускладнюючих метеорологічних явищ, насамперед, обмерзання, оскільки воно обумовлює теплові втрати колектора;

• положення ідеальне положення на південь (або з невеликим відхиленням 45⁰); південно-західне положення є кращим, оскільки максимальна продуктивність системи наступає, як правило, близько 14 години, коли у зв’язку з максимальною денною температурою повітря втрати мінімальні; автоматичний поворот колектора за рухом сонця не економічний;

• нахил сонячних колекторів для цілорічної експлуатації в середній смузі Росії може становити від 30 до 60⁰ відносно горизонту, в літні місяці більш вигідний кут 30&#8304, а в зимові — 60⁰;

• затінення колекторів небажано, короткочасне затінення допускається в ранкові години;

• теплоспоживання протягом року в ідеалі повинно повторювати зміни сонячного випромінювання. Більше підходять багатоквартирні будинки та котеджі. Школи, навпаки, не дуже підходять, оскільки в період найбільш інтенсивного сонячного випромінювання вони, як правило, не використовуються.

Колектора з природною циркуляцією робочого тіла використовують в дуже простих мініатюрних системах, призначених, перш за все, для сезонного обігріву. Протягом робочої рідини в системі відбувається завдяки різниці щільності охолодженої і нагрітої теплоакумулюючої рідини. Накопичувач необхідно помістити вище колектора. Недоліком тут є низька регульованість масообміну (більш низька продуктивність). Більшість сучасних колекторів спроектовано на примусову циркуляцію рідини, і в зв’язку з високим гідравлічним опором не придатне для природної циркуляції. Хоча переваги очевидні; більш низькі витрати на експлуатацію, максимальна простота, незалежність від зовнішнього джерела електроенергії, висока надійність.

В колекторах з примусовою циркуляцією робочого тіла використовують циркуляційний насос. Перевагою тут є точне регулювання проходження робочого тіла через колектор, що забезпечує велику ефективність передачі тепла. Зменшення потоку рідини через гідравлічних втрат можна компенсувати зміною частоти обертання робочого органу насоса. Недоліком є більш високі витрати на експлуатацію, велика складність системи, більш низька надійність, ризик відключення насоса, залежність від зовнішнього джерела електроенергії.

Одноконтурні системи безпосередньо нагрівають воду без теплообмінника. Перевагою тут є висока ефективність передачі тепла, більш низькі витрати на експлуатацію, простота. Недолік полягає в можливості використання тільки для сезонної експлуатації (басейни), ризик ймовірності розмноження бактерій і водоростей, при низьких температурах є ризик замерзання води. Використання необробленої водопровідної води призводить до засмічення і корозії колектора і всієї системи. Використовується виключно в самому простому обладнанні для сезонного нагріву води.

Двоконтурні системи працюють з двома теплообмінниками і двома незалежними контурами. По першому контуру нагріта робоча рідина подається з колектора в теплообмінник. Другий контур забирає тепло з теплообмінника і передає його до місця використання (накопичувач). В перший контур, як правило, заливається незамерзаюча рідина. Перевагою є можливість цілорічної експлуатації. Різниця в тиску в контурах дає можливість подачі різних носіїв. Недоліком є низька ефективність внаслідок втрат в теплообміннику, більш високі витрати на експлуатацію і складність конструкції.

Істотною перевагою колекторів є те, що поряд із прямим сонячним випромінюванням вони сприймають розсіяне випромінювання, відбите від хмар, предметів тощо [3]. Розсіяне випромінювання постає як світло неба; якщо б його не було, то й у денний час небо залишалося б чорним, з чітким і яскравим сонячним диском.

Для нагріву води в літній період (басейн, душ) достатньо використання одноконтурної системи з простим абсорбентом (пластикова панель з порожнинами для підігрівається води). Для цілорічної експлуатації найчастіше використовується двоконтурна система з колекторами, теплообмінником і незамерзаючих робочим тілом першого контуру.

Сонячна енергія може акумулюватися в накопичувачах типу щебінь та ін Однак чим триваліше період накопичення, тим дана система дорожче і менш економічна; тому найчастіше використовується короткочасна акумулювання (кілька днів) у поєднанні з гнучкими опалювальними системами, що знижують свою потужність, якщо засклені приміщення надходить сонячна енергія.

На територіях з високим рівнем забруднення атмосфери необхідно враховувати скорочення ефективного випромінювання на 5 — 10 %, іноді до 15 — 20 %. На територіях, що знаходяться на висоті від 700 до 2000 м над рівнем моря, навпаки, слід враховувати збільшення ефективного випромінювання на 5 %.

В Краснодарському краї при південній орієнтації вікон в приміщеннях навіть в самий холодний місяць зими — січень можна задовольнити теплоспоживання в середньому на 40 — 70 %, при мінімальних витратах, системою пасивного сонячного опалення. У середній смузі Росії їх ефективність нижче, але застосування недорогих засобів, що регулюють надходження сонячного випромінювання через вікна, дозволяє зберегти енергію [4].

У таблиці 1 наведено характеристики одного з секторів сонячної енергетики — сонячних колекторів основних типів

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Таблиця 1 — Характеристика основних типів сонячних колекторів [5]

*сонячний (соляної) ставок, солоне озеро, як акумулятор сонячної енергії було запропоновано А. фон Калечицким в 1902 р. який виявив температуру 70 ⁰З дна озера Мадве в Трансільванії. При цьому температура водної поверхні не відрізнялася від температури, що спостерігається на звичайних озерах. У радянський час щорічно виробляли сонячних колекторів площею 91 тис. м2, в теперішній же час їх випуск зменшився до 2 тис. м2, скоротився і список підприємств.

Малу кількість споруджуваних в Росії геліоустановок обумовлюється великим терміном їх окупності. При низькій вартості енергоносіїв (в 3 рази менше європейської) ціни на метал і матеріали сонячних колекторів порівнянні зі світовими. З певними спрощеннями термін окупності геліоустановки може бути розрахований за формулою

T = S/(QCT),

де S — питома кошторисна вартість геліоустановки, руб.; Q — річна кількість теплової енергії, що виробляється геліоустановки, МВт∙год; CT — вартість замещаемой теплової енергії, руб./(МВт∙год).

В Краснодарському краї експлуатується 102 геліоустановки гарячого водопостачання загальною площею 4835 м2.

Перша група геліоустановок побудована для пансіонатів, санаторіїв, баз відпочинку. Це 63 установки загальною площею 2550 м2 (52,6 %) при середній площі 40,5 м2.

Другий групою є сонячно-паливні котельні — 10 установок загальною площею 1144 м2 (23,7 %) при середній площі 111,4 м2.

Третя група представлена геліоустановки підприємств. У неї входять 18 установок загальною площею 845 м2 (17,5 %) при середній площі 47 м2. Геліоустановки забезпечують нормативне значення температури гарячої води в 55 про С.

Схема геліоустановки з тепловим дублюванням забезпечує стійку роботу при різних добових графіках надходження сонячної радіації [6].

Швидкими темпами в багатьох країнах світу розвивається сонячна електроенергетика.

Що стосується ФЕП, то кризи у світі спостерігався справжній бум у цій галузі. В 2000 році в світі було вироблено ФЕП загальною потужністю 260 МВт. Найбільше в Японії — 80 МВт. А в Росії дуже мало — лише 0,5 МВт. ККД ФЕП досягає 24 % для монокристалічних перетворювачів, 17 % — для полікристалічних і 11 % — для аморфних. Основним матеріалом є кремній. На жаль, фотовольтаїка сьогодні є найдорожчим способом отримання електроенергії. Ціна модулів ФЕП досягає 4000 $/кВт, а установок на їх основі — навіть до 10000. Найдорожчою є і вартість виробленої електроенергії: 15 — 40 центів/кВт∙год В області фотоелектрики найбільш перспективними вважаються такі напрямки: ФЕП з концентратори сонячної енергії; ФЕП на основі арсеніду галію — арсеніду алюмінію; тонкоплівкові сонячні елементи [7].

В умовах середніх широт ФЕП, підключені до мережі, можуть виробляти 120 — 200 кВт∙год/рік в розрахунку на 1 м2 фотоелектричної панелі. В європейських кліматичних умовах приєднані до мережі ФЕП характеризуються числом годин роботи на номінальному навантаженні від 900 до 1500 год/рік, а ФЕП у складі автономних установок — 750 — 900 год/рік. У ряді країн успішно реалізуються національні програми впровадження ФЕП: «100 тисяч сонячних дахів» у Німеччині (і це не дивлячись на те, що використання тільки прямого сонячного випромінювання на сьогоднішній день в Німеччині не рентабельно) і Японії, «1 мільйон дахів» у США.

Однак треба визнати, що виробництво і експлуатація ФЕП пов’язані із застосуванням екологічно небезпечних хімічних компонентів, однак їх сумарний екологічний вплив на порядок нижче в порівнянні з традиційною енергетикою.

Деякі країни світу, навіть розташовані далеко від екватора, наприклад, Франція, Швеція, Нідерланди надзвичайно активно розвивають цей напрям, а потенційний ринок фотоелектричних технологій оцінюється у 100 млрд $. Японія, яка не має власних органічних енергетичних ресурсів, планує до середини сторіччя забезпечувати за рахунок ФЕП половину національної потреби в електроенергії. З 1970 р. вартість 1 кВт∙год виробленої фотоелектричними станціями електроенергії знизилася з 2,5 до 0,27 $ [8].

Однією з причин високої вартості вироблюваного кВт∙год є те, що якщо фотоелектрична геліоустановка нерухома і зорієнтована опівдні за напрямком на Сонце, вона втрачає близько 40 % енергії у порівнянні з рухомою геліоустановки. Для підтримки кута падіння випромінювання на фотоелемент, близького до 90 о, необхідна не дешева система стеження за Сонцем, яка являє собою стежить електропривод. Він може працювати як в постійному режимі, так і в покроковому, з економією електроенергії в період його відключення [9].

Характеристики таких систем наведено в таблиці 2

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Таблиця 2 — Точність стеження за положенням Сонця в залежності від призначення геліоустановки [10]

Крім прямого перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію у світі активно проводяться роботи по удосконаленню СЕС. Так, система перетворення сонячної енергії в електричну енергію на основі двигуна Стірлінга поставила абсолютний рекорд ефективності. У ході експериментів, проведених на випробувальному полігоні сонячних енергоустановок Національних лабораторій Sandia в штаті Нью-Мексико (США) за участю компанії Stirling Energy Systems (SES), був поставлений новий рекорд коефіцієнта перетворення сонячної променистої енергії у промислову електричну — 31,25 %. Попередній рекорд, зафіксований в 1984 році, становив 29,4 % [11].

Ведуться розробки і створення пілотних зразків сонячних електростанцій, також в Мексиці, Єгипті, Австралії, Іспанії, Німеччини, для яких в якості перспективних розглядаються наступні основні конфігурації:

• з параболоциліндричні концентратори сонячного випромінювання з високотемпературним рідким теплоносієм або прямий генерації пари в сонячному контурі і паровою турбіною;

• баштового типу, концентрація сонячного випромінювання, в яких здійснюється за допомогою поля геліостатів, з різними акумуляторами тепла (розплави солей, насичений водяний пар), різними робочими тілами (водяна пара, повітря) і, відповідно, з використанням різних термодинамічних циклів перетворення енергії (паровий цикл Ренкіна, газові та комбіновані парогазові цикли);

• з параболічними концентраторами і двигунами Стірлінга.

СЕС використовують звичайний паросиловий цикл, але при цьому потрібно застосування концентратори сонячної енергії. Так, в США діє 7 СЕС загальною потужністю 354 МВт. Але для Росії такі пристрої вважаються неефективними. Нижче наведені дані про першу СЕС колишнього СРСР [12]

Потужність, МВт ……………….5

Висота вежі, на якій встановлено парогенератор, м …….70

Кількість плоских дзеркал, що відбивають сонячне випромінювання на

парогенератор ………………………………………………1600*

Площа поверхні одного дзеркала, м2 ……………..25

Площа поверхні нагріву парогенератора, м2. ……154

Загальна площа поверхні дзеркал, м2 …..……………40000

Параметри пари:

температура, ⁰ …………………………………….250

тиск, МПа …………………………………….4

Маса пара, що дається парогенератором у годину, т ……28

Кількість годин (розрахунковий) роботи станції в рік ………….1920

Річне виробництво (розрахунковий) виробляється

електроенергії, млн кВт∙год ……………………. ….5,8

Місце побудови …………….…..сел. Щолкіне Кримської обл.

*дзеркала обладнуються системою стеження за положенням Сонця на небосхилі

Оскільки багато дослідників і великі вчені пропонують розміщувати високотемпературні і термоемісійні, динамічні і термоелектричні, фотоелектричні та теплові геліоустановки в пустелях, так як там найбільше надходження сонячної енергії, то доречно описати пустелю як вона є і вплив різних її типів на штучні споруди.

Середня щільність населення в пустельних районах (виключаючи оазиси) — одна людина на 4 км2. У північній півкулі пустелі в основному розташовані між 15-м і 35-м градусами північної широти. В Європі невеликі пустельні масиви в північному Прикаспії та в Іспанії. В Європі на частку пустель припадає лише 1 % території, що в 25 разів менше, ніж в середньому для планети. В Австралії пустелі займають мало не половину всього континенту. При цьому багато райони покриті не піском, а темним щебенем або галькою з більш низькими альбедо. Головна пустеля Африки — Цукру, займає площу, приблизно рівну площі 16 таких країн, як Франція.

Пустеля може бути також гіпсової або просто глинистої.

Пустельні зони — це тяжіють до тропікам території з сильно розрідженого рослинністю або без неї, відрізняються малою кількістю опадів і дуже посушливим кліматом. Коли в пустелі вітер, то, як правило, виникають рухомі піщані бархани і піщані бурі. Пісок вивітрюється з-під залізничних шляхів, з-під фундаментів опор високовольтних ліній, і вони як би зависають у повітрі. Розпечений пісок заносить дороги, заносить будинку, мало не до даху так само як на Крайній Півночі їх засинає снігова заметіль. Недарма у будівельників пустельних районів, як і у будівельників Півночі, є правило: вхідні двері в будинок повинна відкриватися всередину, а не назовні. В іншому випадку може занести піском, що не вийдеш з дому — двері не відкриється. Буває, що піднятий вітром пісок стоїть стіною. Сонця не видно. Пісок боляче ріже шкіру. Його дрібні фракції (пил) проникає в усі щілини — одяг, взуття, просочуються під скло пилозахисних годин, забивають пори шкіри навіть під одягом. Страшні легенди ходять про сахарських піщаних бурях.

Випробувані суворою природою жителі пустелі дали деяким таким бурям ім’я «самум», що означає «отрута». І на території СНД, на жаль, є всесвітньо відомі просочені піщаним отрутою вітри пустелі. Один з них — афганець, він 40 — 70 разів на рік обрушується на південь Туркменії і настільки старанно робить своє огидне справа, що шибки в будинках за два роки, а то й за рік стають матовими.

Найближчий родич піску — кам’янистий рельєф. Кам’янисті, щебенчатой, галькові пустелі утворилися в основному там, де на поверхню виходять глибинні породи кристалічного фундаменту Землі, або в передгір’ях, куди потужні потоки танучих снігів і льодів виносили кам’янисті гірські породи. Аридность території, посушливий клімат не щадили навіть камінь великі кам’яні брили поступово дробилися, перетворюючись на щебінь, кам’янисту крихту. Ці руйнівні процеси нерідко супроводжує ефект «стріляючих каменів». Не витримавши сильних температурних напружень, камінь розміром з кулак з сильним гуркотом і тріском розвалюється на кілька шматків і розлітається в різні боки на 10 — 15 метрів. А то й далі. У пустелі влітку спопеляюча спека, сорок, а то й більше градусів в тіні, а на сонці камінь і пісок нагрівається до 80 ⁰С.

Кам’янисті пустелі зустрічаються в Австралії, Африці, Північній Америці, і особливо в горах Центральної Азії. В СНД таких пустель зовсім небагато. Але величезні площі займають два інших виду ландшафту — глинисті і солончакові пустелі.

Глинисті пустелі з’явилися на місцях стародавніх глинистих порід, або з річкових наносів. Вони сильно розчленовані ерозією, рослинності майже немає зовсім, а подекуди формуються так звані погані землі (від англійського bad land) — території з численними сильно ветрящимися ярами і иззубренными вододілами [13].

З опису пустелі випливає, що більшість розглянутих вище наземних СЕС і ФЕП, а також сонячних енергоустановок на базі сонячних соляних ставків, які будуть описані нижче, у пустелях можуть піддаватися впливу інтенсивних повітряних потоків — вітер з пилом. Тому необхідно бути готовим до обліку аерації великих поверхонь пристроїв, які концентрують і сприймають сонячну енергію. Необхідно додатково додавати до них, в якості запасних частин, відбивачі, і фотоелектричні панелі, оскільки вони стають в умовах пустелі самими швидкозношуваними елементами. А також бути готовими до того, що сонячні соляні ставки можуть бути просто занесені піском або глиною. Крім того, при такій спеці втрати електроенергії в лініях електропередачі будуть перевищувати всі мислимі межі.

На рисунках 2 і 3 наведені значення инсоляций в залежності від віддаленості від морського узбережжя і хмарності, які неоднозначно сприймаються, для їх практичного використання, виходячи з описаних вище характеристик пустель.

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Малюнок 2 — Криві розподілу періодів з низькою інсоляцією, для 40 ⁰ північної широти

Із збільшенням хмарності інсоляція значно зменшується (ФЕП), хоча основна частина розсіяної радіації разом з прямої складової сонячного випромінювання, що досягає поверхні землі. В умовах суцільної хмарності на землю в середньому передається близько половини падаючої сонячної радіації.

Хмарність робить досить істотний вплив на ефективність геліоенергетики, крім того, середньомісячне значення інсоляції іноді істотно змінюється від одного району до іншого і від року до року. На малюнку 4 представлені криві найбільших і найменших місячних значень інсоляції для тропічних районів (широта 23,5⁰).

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Малюнок 3 — Вплив хмарності на інсоляцію

Оскільки коливання інтенсивності сонячної радіації досягають 50 % і більше, перш ніж приступити до створення якоїсь системи з використанням сонячної енергії, в районі установки пропонованої системи необхідно провести ретельні і тривалі спостереження кліматичних умов. Такі спостереження мають передувати широкому впровадженню в практику сонячних енергетичних систем.

Solar.org.ua. Технології використання сонячної енергії у різних

Малюнок 4 — Річне зміна інсоляції для 23,5⁰ північної широти.

Таке значне зниження інсоляції в прибережних зонах пояснюється тим, що морські (денні) бризи виносять велику кількість сольового аерозолю в атмосферу — на сотні кілометрів від берега, який різко збільшує розсіювання і поглинання частинками аерозолю сонячних променів (аерозольне ослаблення). При цьому, оскільки берегової (нічний) бриз завжди слабкіше морського, то він не повертає в море аерозоль верхніх шарів атмосфери, і ту, яка була днем занесена вітром вглиб узбережжя.

У другій половині XX ст. розглядалося застосування СЕС для вироблення електроенергії в пустелях, однак воно широкого розвитку не знайшло. Обґрунтування будувалося на наступному: «Природний потік первинної енергії — сонячної в пустелях дуже великий, хмарність мала і інтенсивність інсоляції в максимумі дорівнює 1 кВт/м2, а в середньому становить 0,2 — 0,3 кВт/м2. Перетворення незначної частини променистої енергії, що падає на пустині, на електроенергію з отриманням прісної води напевно дозволило б зупинити піски.

Але ми вже могли переконатися на багатьох прикладах, що освоєння ВДЕ впирається в низьку щільність припливу енергії: така величина, як 0,2 — 0,3 кВт/м2 у вигляді теплового випромінювання, навіть при застосуванні концентраторів ще мала і призводить до порівняно невисокого значення коефіцієнта ексергії-нетто. Це обставина поки перешкоджає широкому застосуванню і гелиостатных (баштових) сонячних електростанцій, і ФЕП. З-за низької щільності потоку сонячної енергії витрати енергії на метал для геліостатів і на напівпровідники або концентратори випромінювання ще неприпустимо великі.

Тут особливо доречно нагадати прогноз Н.А. Умова з його розрахунками для Сахари.

Для отримання енергії в пустелях потрібні такі способи перетворення енергії, у яких безпосередній приймач випромінювання створюється з вже наявних у природі матеріалів, без додаткових витрат енергії. Крім того, необхідно забезпечити концентрацію потоку енергії на багато порядків (підвищення модуля вектора Умова-Пойнтинга приблизно в 100000 разів), щоб можна було обмежитися нормальними розмірами перетворює сонячну енергію обладнання.

В підтвердження першого і частково другого тверджень задамося питанням. Чому, наприклад, експлуатується Павловська ГЕС, яка маючи площа водосховища дорівнює 116 км2, потужність 166 МВт виробляє електроенергії 590 млн кВт∙год в рік. Адже її питома електрична потужність складає лише 1,43 МВт з 1 км2 площі водосховища. А середньорічний коефіцієнт використання встановленої потужності (Кввп) становить близько 40 %. Або Волзька ГЕС, яка забезпечує генерацію всього 0,35 МВт електроенергії з 1 км2 водосховища, при середньорічному Кввп близько 50 %?

У той час як сучасна «вітрова ферма» в європейських кліматичних умовах може забезпечити генерацію 12 — 16 МВт електроенергії з 1 км2 займаної нею площі.

Відповідь на це питання тільки один — для забезпечення генерації електроенергії використовуються наявні в природі матеріали; грунт для облаштування водосховища і вода «робоча конячка» ГЕС.

Виходячи з цих міркувань, на думку ряду дослідників, одним з таких джерел, для пустель, якби там не було піщаних бур, міг би стати сонячний соляної ставок. Оскільки накопичення сонячної енергії в ньому відбувається при течії великих кількостей води, таке енергетичне напрямок можна назвати гелиогидротехникой. Це комбінація геліотехніки і гідротехніки. Від геліотехніки сюди переноситься інформація про інтенсивності сонячного випромінювання, його зміну в часі, відомості про розповсюдження випромінювання у воді і про інтенсивність його поглинання в залежності від довжини світлових хвиль і прозорості солоної води. З гідротехніки запозичуються насоси, технічні методи збору і транспорту нагрітого розсолу з керамічним трубам, аналогічно застосованим в зрошувальних системах. Створення гребель і водоймищ з розсолом на великих площах.

Звичайно, важливу роль грає тут і теплоенергетика, оскільки перетворення енергії нагрітого сонцем розсолу в електроенергію і одночасне отримання холодної прісної води вимагають застосування звичайних теплотехнічних апаратів та машин випарників миттєвого скипання, парових турбін, конденсаторів» [14]».

Як бачимо однозначної відповіді, в яких кліматичних зонах (поясах) Світу найбільш ефективно можна використовувати ті чи інші технології сонячної енергетики залишається відкритим. Так, наприклад, для ефективної роботи СЕС, де використовують звичайний паросиловий цикл, потрібно джерело холоду, холодна вода струмка або повітря.

Прийняття рішення по розміщенню на конкретній території того чи іншого виду обладнання сонячної енергетики залежить від багатьох факторів і потрібне вироблення критеріїв, виходячи з розвитку технологій сонячної енергетики та щільності населення на даній або суміжній території. Сонячній енергетиці потрібен споживач диференційованих видів енергії, який живе і працює поруч, на даній місцевості.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1 Стребков Д. С. Про розвиток сонячної енергетики в Росії// Теплоенергетика. 1994. № 2. З 53 — 60.

2 Медведєв А. В. Вплив конструктивних параметрів плоского повітряного колектора на його ефективність// Вісник Московського енергетичного інституту. 1995. № 5. З 25 — 30.

3 Стырикович М. А. ЕНЕРГЕТИКА проблеми і перспективи/ М. А. Стырикович, Е. Е. Шпільрайн. М. Енергія, 1981. 192 с.

4 Щукіна Т. В. Чудінов Д. М. Дослідження ефективності енергоактивних огорож для пасивного сонячного опалення// Промислова енергетика. 2007. № 8. С. 52 — 54.

5 Харченко Н.В. Індивідуальні сонячні установки. М. Вища Школа, 1991. 208 с.

6 Бутузов Ст. А. Брянцева Е. В. Бутузов В. о. Визначення потужності пікових котлів при проектуванні геліоустановок// Промислова енергетика. 2007. № 10. С. 47 — 49.

7 Олексієнко С. В. Нетрадиційна енергетика та енергоресурсозбереження / С. В. Алексеєнко// Інновації Технології Рішення. 2006. № 3. С. 36 — 39.

8 Пабат А. А. Економічні перспективи енергетичних технологій XXI століття// Енергія Економіка, Техніка, Екологія. 2007. № 5. С. 18 — 25.

9 Овсянніков Е. М. Пшеннов В. Б. Аббасов Е. М. Економічний ефект у результаті переходу до покрокового режиму стеження геліоустановки за Сонцем// Промислова енергетика. 2007. № 9. С. 51 — 53.

10 Захидов Р. А. Технологія і випробування геліотехнічна концентрують систем/ Р. А. Захидов Ташкент: Вид-во «ФАН», 1978. 184 с.

11 Рубрика «Технології»// Обладнання Розробки Технології. 2008. № 3. З 7.

12 Енохович А. С. Довідник по фізиці і техніці/ А. С. Енохович. М. Просвіта, 1989. 223 с.

13 Бабаєв А. Р. Пустеля як вона є/ А. Р. Бабаєв М. Молода гвардія, 1980. 207 с.

14 Янтовский Е.В. Потоки енергії і ексергії. М. Наука, 1988. 144 с.

Короткий опис статті: сонячна енергія

Джерело: solar.org.ua :: Технології використання сонячної енергії у різних кліматичних зонах (широтах) Світу

Також ви можете прочитати