Материал: Солнечная энергетика

Что касается остальных стран, то более или менее стабильно ведут себя Бельгия, Болгария, Чехия, Франция. На юге Европейского союза - Греция и Португалия - как наиболее благоприятном с географической точки зрения месте - затишье. Греция не может оправиться от кризиса, а бюрократические преграды еще более сдерживают развитие солнечной энергетики.

В общем, ситуацию в области солнечной энергетики в Европе и мире за последние годы можно считать удовлетворительной. Заметен подъем отрасли и внимание со стороны государств, частных компаний по производству и продаже PV устройств. В некоторых странах солнечная энергетика застряла в кризисном состоянии (Испания, Греция), где-то еще не определилась (неоднозначная ситуация в Германии), а где-то и набирает обороты (яркий пример - Соединенное Королевство).

Мировыми лидерами по развитию солнечной энергетики являются США и Япония. Япония поставила перед собой задачу - достичь к 2020 году 28 ГВт установленных PV и к 2030 году - 53 ГВт установленных PV. По мнению же экспертов более реалистичной цифрой является 7 - 12 ГВт к 2014 году. Обещающими выглядят планы США и Индии. Кроме того, Канада и Австралия, а также ЮАР, Бразилия, Мексика, Египет, Израиль и Марокко - в списке, на который с надеждой смотрит EPIA в своем ежегодном отчете.

Таков взгляд European Photovoltaic Industry Association на развитие солнечной энергетики в мире, появившийся на страницах «The EPIA Global Market Outlook for Photovoltaics (PV) from 2010 to 2014» в марте этого года. [5].

солнечная энергетика гидроэлектростанция

РАЗВИТИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

Беларусь максимально эффективно планирует инвестировать в развитие нетрадиционной энергетики. В частности, энергия не только воды и ветра, но и солнца должна замещать часть углеводородного сырья.

К нормативным документам, определяющим реализацию государственной политики в области солнечной энергии и энергосбережения в Республике Беларусь, относятся:

      Регулирование Министерства Экономики республики Белоруссии от 30 июня 2011 № 100 “О тарифах на электроэнергию, произведенную из возобновляемых источников энергии и отмены Определенных Резолюций Министерства Экономики

      Закон республики Белоруссии «О возобновляемых источниках энергии» от 27 декабря 2010 № 204-З.

      .Национальная Программа развития местных и возобновляемых источников энергии на 2011 - 2015 (одобренный Регулированием Совета министров республики Белоруссии от 10 мая 2011 № 586)

      Государственная Сложная Программа для модернизации основных производственных фондов Белорусской системы власти, энергосбережения и увеличения использования внутреннего топлива и энергетических ресурсов до 2011 (президентский Декрет от 15 ноября 2007 №575).

      Государственная Сложная Программа для модернизации основных производственных фондов Белорусской системы власти, энергосбережения и увеличения использования внутреннего топлива и энергетических ресурсов до 2011 (президентский Декрет от 15 ноября 2007 №575).

      Закон республики Белоруссии «О возобновляемых источниках энергии» от 27 декабря 2010 № 204-З.

      Закон Республики Беларусь «Об энергосбережении» от 15.07.1998 № 190-З.

      Директива Президента Республики Беларусь «Экономия и бережливость - главные факторы экономической безопасности государства» от 14.06.2007 № 3.

      Государственная комплексная программа модернизации основных производственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в республике собственных топливно-энергетических ресурсов на период до 2011 года (Указ Президента Республики Беларусь от 15.11.2007 № 575).

      Республиканская программа энергосбережения на 2010-2015 гг. (утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 02.02.2006 г. № 137).

      Стратегия развития энергетического потенциала Республики Беларусь (утверждена постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 09.08.2010 № 1180)[3]

О перспективах использования в Беларуси гидроэлектростанций и ветроэнергетических установок уже неоднократно писалось, а вот об использовании энергии солнца - нет, потому что, по оценке метеорологов, в стране недостаточное количество ясных дней в году. По мнению экспертов, среднегодовое поступление солнечной энергии на земную поверхность с учетом ночей и облачности составляет всего лишь 243 калории на 1 см2 в сутки, что эквивалентно 2,8 кВт·ч на 1 м2. К слову, чтобы получить 45 млрд. кВт·ч электроэнергии, необходимо 450 км2 гелиостатов стоимостью $202,5 млрд. Тем не менее, на пленарном заседании международного симпозиума глава Национальной Академии наук Михаил Мясникович заявил, что «в Беларуси следует приступить к созданию производственной базы для развития солнечной энергетики незамедлительно». По его словам, в январе 2008 г. Академия Наук разработала проект концепции госпрограммы по созданию и развитию солнечной энергетики в стране. По мнению ученых НАН, развитие этого сектора необходимо начать с приобретения оборудования и создания производства как самих солнечных элементов, так и конечного изделия - фотоэлектрических модулей и систем. «Мы полагаем, что приступить к созданию собственных элементов по этим технологиям необходимо уже сегодня, иначе может быть поздно», - цитирует М. Мясниковича БелТа. В развертывание новой подотрасли промышленности могли бы включиться НПО «Интеграл», завод «Измеритель» и другие предприятия радиоэлектронного профиля.

Солнце - самый сильный источник энергии для нашей планеты, который может использоваться для множества задач. Одна из них - преобразование солнечной энергии в электрическую - в так называемое солнечное электричество. Для преобразования солнечного света в электричество используют солнечные батареи. Впервые солнечные батареи применили при освоении космоса в 1957 г. Они были установлены на спутнике и вырабатывали электрическую энергию для его работы. Основным элементом для производства батарей является кремний. По мнению ряда независимых экспертов и ученых, преобразование солнечной энергии в электрическую имеет массу достоинств. Прежде всего, это 100-процентная надежность - ведь солнце от нас никуда не денется еще несколько миллионов лет. Также это чистый и, соответственно, безопасный для здоровья источник энергии. И, что самое интересное, только благодаря солнцу мы и имеем практически все источники энергии. Исключением можно назвать энергию приливов и отливов, за которую ответственна луна, и радиоактивные элементы, которые используются на атомных станциях. Энергия ветра полностью зависит от солнца и разности температур, им же и создаваемой. Ученые утверждают, что того количества солнечной энергии, которая доходит от солнца до земли только за один день, хватит, чтобы полностью обеспечить весь мир энергией на год. И при этом мы все равно используем ископаемые источники энергии - нефть, уголь, газ. В наше время использование солнечного электричества уже широко распространено. В отдаленных местах, куда дотянуть кабель от электростанций стоит очень дорого, а иногда - и просто невозможно, используют солнечную энергию. Это отдаленные фермерские хозяйства, отдельно стоящие обитаемые острова, морские и космические станции. На данный момент примерно 7 млн домов по всему миру оборудованы солнечными батареями. Также в странах, где электрическая энергия стоит дорого и достаточное количество солнечных дней в году, хозяева частных домов и владельцы офисов устанавливают солнечные батареи на крышах зданий и используют солнечное электричество без ущерба для собственного бюджета. Солнце заменяет 40- 60% всех затрат на другие энергоносители. Иногда солнечного электричества полностью хватает на нужды дома и даже вырабатывается больше необходимого. Так, в Германии правительство покупает солнечное электричество, произведенное днем, у частных лиц, а вечером продает его обратно по более низкой цене, стимулируя тем самым установку солнечных батарей.

Вторым вариантом применения солнечного света является использование его по прямому назначению - для нагрева воды, отопления помещений, сушки различных материалов. Для этих целей используют тепловые коллекторы. Летом в средней полосе Европы производительность тепловых коллекторов с 1 м2 может достигать 50-60 литров воды в день, нагретой до температуры 60°-70°С. В Израиле 80% воды нагревается с помощью солнечной энергии. Основными странами - потребителями солнечной энергии являются Швеция, Дания, Германия, Австрия, Израиль. Суммарная площадь тепловых электростанций составляет уже более 8 млн м2. В данное время преобладает использование тепловых коллекторов в связи с доступностью по цене. Но получение электроэнергии намного заманчивее, чем получение тепла. Наука не стоит на месте, и в ближайшем будущем стоит ждать новых разработок в этом направлении. Они снизят затраты на производство солнечного электричества и обеспечат человечество дешевой и безопасной энергией. Председатель президиума НАН Михаил Мясникович подчеркнул, что, несмотря на более высокую стоимость проектов по альтернативной энергетике в сравнении с традиционными станциями, бестопливная энергетика является выходом в условиях истощения запасов углеводородного сырья. Ученые поддерживают планы правительства Беларуси по развитию ветроэнергетики в стране. Данное направление является перспективным и должно реализовываться на основе четко выстроенной стратегии развития. «В ближайшие годы мы должны не только выработать экономический механизм развития ветроэнергетики, но и как минимум на два порядка увеличить установленные мощности ветроэлектростанций», - сказал президент НАН. Напомним, что на заседании президиума Совета Министров рассматривался проект программы развития ветроэнергетической отрасли на 2008-2014 годы. К слову, создание ветроустановок в Беларуси мощностью 15 МВт позволит ежегодно замещать около 13 тысяч т.у.т. Согласно расчетам экспертов, ветроустановка мощностью в 1 МВт в течение 20 лет позволяет заместить примерно 29 тыс. тонн угля. М. Мясникович также сообщил, что важным направлением энергосбережения станет использование светодиодных источников освещения, которые наиболее эффективны, надежны и экологически безопасны. Отметим, что в 2006 г. учеными Академии Наук создано более 90 передовых технологий с экономическим эффектом 146,3 млрд рублей. Объем продаж новой продукции, произведенной в результате внедрения научных разработок, составил более 400 млрд. рублей. Приведенные цифры красноречиво свидетельствуют, что участие Академии Наук в государственных научно-технических программах обеспечивает высокий динамизм и эффективное развитие практически всех - и традиционных, и новейших - отраслей и производств страны. При этом доля Академии Наук не превышает 40-45% бюджетного финансирования науки. Национальная Академия наук участвует в Государственной программе инновационного развития страны до 2015 года.

Согласно программе, к 2015 году в 2,5-3 раза увеличатся внутренние затраты на исследования и разработки, выпуск новой продукции в промышленности возрастет до 18-20%, удельный вес сертифицированной по международным стандартам промышленной продукции достигнет 70%. Реализация запланированных мер позволит экономике развиваться темпами 8-9% прироста ВВП в год и приблизиться к показателям европейских государств по объемам производства валового внутреннего продукта на душу населения. [6]

Принимая во внимание условия климата Республики Беларусь солнечная энергия может использоваться солнечными водонагревателями и различными солнечными устройствами для интенсификации сушащих воздух процессов и воды, нагревающейся в сельскохозяйственном производстве и для других коммунальных целей.   Экономический потенциал солнечной энергии в Белоруси оценивается в 10 т.у.т.

В Беларуси поступление солнечной энергии на земную поверхность составляет 1200-1300 кВт·ч/м2, это соответствует энергии в 60 литров нефти. Эта ценность в 20 раз превышает потребности страны в природном газе для производства энергии.    В Беларуси по метеорологическим данным ежегодно (средние значения) 150 облачных дней, 185 частично облачных дней, 30 солнечных дней, и средний энергетический поток на поверхности Земли (с учетом ночей и облачности) составляет 2,8 кВт·ч / (м2·день), и с 12%-ой конверсионной эффективностью - 0,3 кВтч / (м2·день).[1]

Мировой опыт позволяет утверждать, что тарифы на продажу энергии в сети являются одной из самых успешных мер по стимулированию развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Тарифы могут отличаться не только для разных источников возобновляемой энергии, но и в зависимости от установленной мощности ВИЭ.

В основе мер поддержки ВИЭ лежат три основных фактора: гарантия подключения к сети, обязательство государства по покупке всей произведенной ВИЭ электроэнергии и надбавка к произведенной электроэнергии. Постановление №100 от 30 июня 2011 г. Министерства экономики Республики Беларусь «О тарифах на электрическую энергию, производимую из возобновляемых источников энергии и признании утратившими силу некоторых постановлений Министерства экономики Республики Беларусь» гласит, что к тарифам на электроэнергию, производимую Беларуси произведенную с помощью солнца, первые десять лет со дня ввода в эксплуатацию установок действует повышающий коэффициент 3, последующие десять лет эксплуатации установок - опять же 0,85.[2]

Солнечные модули напрямую преобразовывают солнечную энергию в электрическую, это преобразование энергии основано на фотовольтаическом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниковых структурах при воздействии на них солнечного излучения. Солнечная батарея состоит из фотоэлементов, соединенных последовательно и параллельно. Солнечное излучение создаёт в ячейках модуля электрическое напряжение. Все фотоэлементы располагаются на каркасе из непроводящих материалов. Такая конфигурация позволяет собирать солнечные батареи требуемых характеристик (тока и напряжения). Кроме того, это позволяет заменять вышедшие из строя фотоэлементы простой заменой.

Величина напряжения модуля складывается из величин напряжения каждой ячейки. Например: солнечный модуль состоит из 60 ячеек, то электрическое напряжение модуля составляет 36Вт (0,6 х 60).

Рисунок 3.1. - Солнечные батареи (Сборки)

Ячейки солнечного модуля производят из кристаллического кремния, который получают из кварцевого песка и обрабатывают по специальной технологии. Для производства используют поли- или мультикристаллы и монокристаллы. Ячейки солнечного модуля, произведённые из поликристаллов кремния, состоят из множества кристалликов, эта структура хорошо видна на поверхности модуля. В отличие от поликристаллических, монокристаллические ячейки состоят из одного единственного кристалла.

Технические показатели обоих типов модулей практически одинаковы, КПД (отношение объёма электрической энергии к солнечной) в обоих случаях составляет 11-16%. Мощность модуля измеряется в ваттах.

Основной рабочей характеристикой солнечной батареи является пиковая мощность, которую выражают в Ваттах (Вт, W). Эта характеристика показывает выходную мощность батареи в оптимальных условиях: солнечном излучении 1 кВт/м2, температуре окружающей среды 25 oC, солнечном спектре шириной 45o(АМ1,5). В обычных условиях достичь таких показателей удается крайне редко, освещенность ниже, а модуль нагревается выше (до 60-70 градусов).

Также существуют тонкослойные солнечные модули, которые изготавливаются из аморфного кремния, а также из других материалов. КПД этих модулей значительно ниже, чем у кристаллических модулей и составляет 6-9%, но благодаря низкой себестоимости эти модули используются в больших системах.

Характеристики фотоэлектрических модулей производимых и завозимых в Республику Беларусь можно увидеть в Приложении 1.

Произведённый солнечными модулями постоянный ток должен быть преобразован в переменный ток, перед тем как этот ток попадает в общую сеть электроснабжения. Это преобразование происходит в инверторе. Инвертор является связующим звеном между солнечными генераторами (солнечными модулями) и сетью переменного тока.

Существуют инверторы с трансформаторами и без них. Современные инверторы практически все без трансформаторов, что позволяет достигнуть высокого КПД.

Современные инверторы автоматически настраиваются в зависимости от силы солнечного излучения (погодных условий), что позволяет увеличить эффективность работы системы и достигнуть высокого КПД. Инверторы должны работать с различными видами солнечных модулей. Это требует от них универсальности, то есть принимать как высокое, так и низкое напряжение. Существуют линейные инверторы и центральные инверторы. Линейные инверторы принадлежат к классу инверторов до 5кВт. Они подходят для малых и средних солнечных систем. Мощностью до 60кВт. Центральные инверторы используются в больших системах, мощностью от 60кВт до мегаватт мощности.

Характеристики производимых и завозимых в Республику Беларусь инверторов можно увидеть в Приложении 2.

Анализ многолетних исследований показывает, что с рядовых ФЭС мощностью 1 кВт почти на 70% территории нашей страны можно было бы получать более 900 кВт•ч, на 25% - 975 кВт•ч и на 5% - 1050 кВт•ч. Это означает, что потенциальная эффективность использования ФЭС у нас только за счет благоприятных условий инсоляции на 10% выше, чем в Польше, Нидерландах, и более чем на 17% - чем в ФРГ, Бельгии, Дании, Ирландии, Великобритании, не говоря уже о странах, находящихся севернее. Словом, расположение республики, ее географическая широта, высота над уровнем моря, а также метеорологические условия не являются сдерживающими факторами для развития солнечной электроэнергетики.

Таким образом, сегодня нет объективных препятствий для развития солнечной энергетики в Беларуси. Проекты в данном направлении обещают скорую окупаемость, являются надежными в плане получения выручки и не требуют сложного обслуживания.