Солнечная электростанция — принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

Содержание

Преимущества солнечных электростанций

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

Человечеству для нормальной жизнедеятельности нужна электроэнергия. Каждый день потребность ее выработки набирает темп.

Гидро-, тепло- и атомные электростанции требуют огромного количества дорогостоящих ресурсов. При этом установки работают, неблагоприятно воздействуя на экосистему планеты.

Естественным неисчерпаемым источником энергии, который сегодня привлекает внимание ученых всего мира, является солнце.

Его использование позволяет решить многие проблемы, в том числе экологические. Солнечные электростанции представляют собой инженерные конструкции, преобразующие радиацию солнца в электроэнергию.

Принцип работы и разновидность солнечных электростанций

Функциональность солнечных электростанций зависит от их конструкции. Есть несколько видов СЭС. По функциональности они разделяются на две группы:

  • устройства, превращающие солнечные потоки сначала в тепловую энергию, а затем в электрическую;
  • станции, напрямую преобразующие радиацию светила в электрический ток.

СЭС бывают разного строения.

Башенная установка

Конструкция представляет собой сложную систему. Ее название говорит само за себя. Схема предполагает наличие специальной башни, вверху которой расположен водяной котел черного цвета.

Башня содержит группу насосов, качающих жидкость в резервуар. Рядом с высотным сооружением по кругу находятся наземные гелиостаты – опорные сферические зеркала. Они отслеживают перемещение солнца и направляют отраженный световой поток на емкость.

Полученный в котле пар подается в турбины, которые вырабатывают электричество. Затем охлажденная жидкость возвращается в котел.

Такой тип электростанции задействует стандартные турбокомпрессоры с высоким показателем КПД и мощности, что очень выгодно в промышленных масштабах.

Тарельчатый тип

Этот вид СЭС функционально напоминает предыдущую конструкцию, но имеет другую схему строения. Система состоит из высотных солнечных модулей с приемником и круглым зеркальным отражателем, напоминающим тарелку. Мощность модуля определяет количество используемых зеркал. Тарельчатая установка может работать от сети или автономно.

Солнечные электростанции с батарейными установками

Конструкции состоят из солнечных батарей, обеспечивают энергией разные объекты инфраструктуры.

Они могут устанавливаться в разных частях здания или на специально отведенных территориях, так как легко поддаются монтажу.

Основу системы составляют отдельные модули разной мощности, которые состоят из полупроводниковых материалов. Фотоэлектрические элементы способны преобразовывать в ток любые солнечные лучи – прямые или рассеянные.

С применением параболоцилиндрического концентратора

Это вид СЭС идентичен станциям башенного типа. Они нагревают теплоноситель так, как это нужно турбогенератору. Большую роль играет длинное зеркало параболоцилиндрической формы со специальной трубкой, которая перемещает масло или незамерзающую жидкость. Нагреваясь до нужной температуры, теплоноситель превращает воду в пар, который используется турбиной.

Как работает

С двигателем Стирлинга

СЭС с двигателем Стирлинга

Такие СЭС достигают высокой концентрации теплового излучения. Система улавливания светила осуществляется по двум координатам. Солнечный свет фокусируется в одном месте небольшой площади.

Зеркальная конструкция оборудована тепловой машиной – двигателем Стирлинга с применением солнечных модулей. Она работает по принципу периодического нагрева-охлаждения рабочего тела, извлекая энергию путем изменения его объема.

Рабочим телом может быть газ или жидкость.

Есть несколько вариантов двигателей Стирлинга, работающих по разным циклам. Функциональность машины зависит от особенностей ее конструкции. Цикличность задается диаметром поршня-вытеснителя, который влияет на радиус кругового движения регенератора.

Космического типа

СЭС аэростатного типа являются нововведением. Они работают при помощи специальных комплектов модулей, расположенных на орбитальных станциях вне нашей планеты. Устройства улавливают большое количество солнечной энергии, поэтому мощны и эффективны.

Комбинированные конструкции

Такой вид СЭС – это совокупность разных источников энергии с установкой солнечных батарей. Они могут включать несколько разновидностей солнечных электростанций или дополнительную установку теплообменных конструкций для образования раскаленной жидкости, которая впоследствии может применяться в разных целях.

С вакуумным механизмом

Солнечно-вакуумные электростанции функционируют на искусственно созданной энергии путем различия температур воздуха возле нагретой солнцем земли и на возвышенности. Конструкцию системы составляет башня с электрогенератором и закрытая стеклом прилегающая территория.

Предназначение СЭС

Альтернативное электроснабжение, получаемое с помощью солнечных электростанций, дает автономное питание постройкам, которые находятся вдали от линии электропередачи. Оно обеспечивает работоспособность приборов, требующих стандартного напряжения и частоты переменного тока 50 Гц. Влиянию солнечной радиации подвержено любое электрооборудование, включая:

  • освещение;
  • противопожарную защиту;
  • мобильные устройства;
  • радиостанции;
  • компьютерную технику.

Комплектация солнечных электростанций

Альтернативный источник энергии все больше интересует владельцев загородных участков, домов. Их привлекают положительные свойства системы, ее окупаемость. Комплект домашней СЭС состоит из нескольких основных элементов.

Солнечная панель с фотоэлектрическими элементами. Она состоит из полупроводниковых ячеек, генерирующих энергию.

Солнечная электростанция и ее комплектация

Элемент питания инвертора – аккумуляторная батарея позволяет накапливать и сохранять электроэнергию. Она бывает моно- или поликристаллическая, используемая в индивидуальном строительстве.

Контроллер заряда аккумуляторной батареи управляет процессом зарядки-разрядки элемента питания. Благодаря ему, солнечная панель эффективнее работает в пасмурную погоду.

Инвертор двух видов: сетевой и переменного тока. Оборудование распределяет нагрузку в сети, преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный с частотой 50 Гц.

Чтобы выбрать определенную модель, нужно определиться с напряжением постоянного тока системы.

Плюсы солнечных установок

Есть ряд положительных аспектов, доказывающих целесообразность солнечных электростанций.

Неисчерпаемость: использование естественной энергии солнца экономически выгодно. Ее намного больше, чем запасов нефти, газа, угля. Приобретение оборудования СЭС тоже оправданно. Оно может работать долго – больше 30 лет.

Достоинства солнечной энергетики

Постоянное присутствие источника света. Радиация зависит от многих факторов: географического положения, погодных условий, времени года. Даже небольшой световой поток позволяет производить электричество. Станции могут работать везде, находясь в любой части объекта.

Свобода выбора – немаловажный аспект. Установка солнечных электростанций освобождает от центральной энергетической системы, поставщиков ресурсов, сервисных компаний, служб, где нужно регулярно платить. Земля под застройку вдали от инфрастуктуры города, где можно внедрить инженерный проект, стоит намного дешевле. Есть возможность выбирать – есть свобода.

Прибыль от солнечных батарей основана на энергетической стратегии. Полученную продукцию можно реализовывать в общую сеть, налаживая бизнес.

Экологически чистый продукт – самое ценное качество по сравнению с другими видами ресурсов, которые во время переработки обогащают атмосферу планеты ядовитыми веществами, газами, канцерогенами, углекислотами.

Высокая концентрация ядохимикатов влияет на здоровье человека, изменяет климат, провоцируя глобальное потепление.

Возможность комбинировать разные виды систем, получая энергию из разных источников вопреки внешним факторам.Эффективность – практика показывает, что станция окупает себя за несколько лет.

Если цены на ископаемые ресурсы продолжают расти, то энергия небесного светила остается рентабельной.

Минусы использования

Из недостатков системы можно отметить несколько пунктов:

Главный недостаток солнечных электростанций

  • Зависимость от внешних обстоятельств. На стабильность работы влияют ночное время суток, пасмурная, дождливая погода.
  • Обеспечение защиты фотоэлементов в случае непогоды.
  • Необходимость использования аккумуляторных солнечных батарей, способных накапливать энергоресурсы.
  • Периодическое обслуживание оборудования системы.
  • Высокая стоимость комплекта на начальном этапе установки.
  • Наличие большого пространства, чтобы разместить элементы устройства.
  • Недостаточная мощность по сравнению с нефтью, газом, углем, атомной энергией.

Поэтому производители советуют предпочесть гибридную систему с поэтапным преобразованием солнечных потоков.

Безопасность при эксплуатации станций

Владельцы стационарных или мобильных СЭС должны соблюдать определенные меры безопасности:

  • Использовать систему по назначению.
  • Два раза в год проводить профилактические работы по обслуживанию оборудования.
  • Рекомендуется проверять жесткость креплений, отсутствие коррозии, целостность батарей, электрические параметры.

Зимой увеличивать мощность комплекса за счет добавления дополнительных модулей.

по теме: Солнечная батарея

Источник: http://TeplyHouse.ru/istochniki-energii/preimushhestva-solnechnyh-elektrostantsij.html

Солнечная электростанция для частного дома 80

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

Если вы являетесь счастливым обладателем своего загородного дома или планируете его строительство, скорее всего, вам не раз приходилось задумываться над вопросами электроснабжения своего жилища.

Слишком часто бывает так, что мощность ближайшей подстанции не позволяет обеспечить всех желающих электроэнергией и связано это с тем, что степень изношенности многих подстанций сегодня высока, а аппетиты городов и посёлков постоянно увеличиваются в связи со строительством новых зданий и частных домов.

Лампочка горящая в полнакала, перепады и скачки напряжения, которые несут угрозу для всех бытовых приборов в доме, а то и вовсе отключение света. 

Столкнувшись в очередной раз со всеми недостатками централизованных сетей электроснабжения частного дома, мы поняли, что генерация своей собственной электроэнергии станет для нас наиболее разумным решением.

Вариантов было несколько: дизель-генератор, ветровая или солнечная электростанции. От установки дизель-генератора отказались по понятным причинам – шумно, да и невозможно использовать дизель-генератор как основной источник электроэнергии.

  Это решение больше для аварийных ситуаций.

Ветровая электростанция. Одним из главных критериев для ее установки  являются требования к ветру. Среднегодовая скорость ветра должна быть около 4.0-4.5 м/с.

, этого показателя должно быть достаточно для того, чтобы домашняя ветряная электростанция была выгодна в использовании. Среднегодовая скорость ветра в Псковской области достигает 2,0 м/с да и то в зимний период.

 В другие времена года эти значения были еще ниже. 

Для справки:
Среднегодовая или среднемесячная скорость ветра – это усредненный показатель, рассчитанный на основе 10-летних наблюдений. Скорость ветра измеряется на высоте 10 метров от поверхности земли. Эти показатели сильно отличаются в различных регионах страны и напрямую влияют на эффективность использования ветрогенераторов и электростанций на основе энергии ветра.

Солнечная электростанция. В основе расчета солнечной электростанции нужно учитывать два параметра. Это необходимая мощность потребления и количество солнечных дней в году. Исходя из этого необходимо сначала определить сколько понадобится электроэнергии, и сколько дней в году будет работать система. 

Инсоляция определяет количество солнечных дней в году. От этого будет зависеть мощность и количество электроэнергии, генерируемой солнечными батареями. Уровень инсоляции для Псковской области оставляет 3-3,5 кВт*ч/м2/сутки, что уже неплохо. Теперь посмотрим график распределения инсоляции в году.

Пиковые значения солнечных дней в году приходятся на май, июнь и июль. В зимний период солнца значительно меньше (данные взяты  для Псковской области, значения уровня инсоляции могут варьироваться от региона к региону). 

Вот такие исходные данные мы получили. И, при весьма скромном бюджете, решили всё-таки реализовать данный проект. Что у нас получилось, с какими трудностями пришлось столкнуться — читайте далее. 

Есть три основных типа солнечных электростанций: сетевые, автономные и гибридные.

Сетевая солнечная электростанция работает без аккумуляторов и используется для уменьшения оплаты за сетевую электроэнергию.  Принцип работы прост:  выработанную от солнца электроэнергию она направляет во внутреннюю сеть, из промышленной сети берется только недостающая мощность. 

Автономная солнечная электростанция строится для электроснабжения там, где нет промышленной сети. Выработанную солнечную энергию она направляет на питание потребителей, а избытки запасает в аккумуляторных батареях. В темное время суток все электроснабжение осуществляется от аккумуляторов. 

Гибридная солнечная электростанция – это комбинированный тип сетевой и автономной солнечных электростанций. Днем солнечная энергия направляется во внутреннюю сеть, уменьшая потребление.

Ночью система переходит на питание от промышленной сети или аккумуляторов.

При отключении промышленной сети система работает как автономная солнечная электростанция  – энергоснабжение объекта не прерывается и осуществляется от солнечной и запасенной в аккумуляторах энергии. 

В нашем проекте была использована гибридная солнечная станция. Это позволило решить проблему малого количества солнечных дней в зимний период. Но главное – весь год мы теперь не зависели от некачественной сети. И при отсутствии в ней электричества, электроснабжение дома не прерывалось.

Принцип работы гибридной солнечной электростанции

Система состоит из трёх элементов: солнечные панели, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего — гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию «подмешивать» энергию, выработанную солнечными панелями.

Принцип работы таков: дом потребляет энергию от солнечных панелей, но при ее нехватке использует мощности внешней сети. Когда внешняя сеть отсутствует, гибридный инвертор переходит на автономную работу, при которой используется энергия солнечных панелей и энергия аккумуляторов.

Остановимся подробнее на каждом элементе солнечной электростанции.

Список оборудования получился следующим:

  • Солнечная батарея 200Вт  — 4 шт;
  • Гибридный солнечный инвертор SILA 3000M Plus  — 1 шт;
  • Аккумулятор SunStonePower ML12-200 – 2 шт.

Дополнительное оборудование:

  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( черный );
  • 7 x Кабель солнечный 6 мм2 ( красный );
  • 2 x Коннектор MC4 30A;
  • 1 x Балансир заряда двух АКБ 12 Вольт;
  • 1 x Коннектор МС4 Y-3;
  • 3 x Диод шоттки МС4 10А;
  • 1 x Перемычка для аккумуляторов 260/25 под болт М8;
  • 2 x Перемычка для аккумуляторов 1500/25 под болт М8;
  • 1 x Предохранитель ANL 200А;
  • 1 x Держатель предохранителя ANL;
  • 1 x УЗИП постоянного тока 2Р;
  • 1 x Предохранитель FDS-32;
  • 1 x Держатель предохранителя FDS-32.

Собирали систему самостоятельно.

Чаще всего, солнечные панели устанавливают на крышах домов, гаражей или хозяйственных построек. Эффективность производства электроэнергии при неправильной установке может сильно снижаться, поэтому необходимо учитывать следующие правила:

  1. На солнечные батареи не должна падать тень от близлежащих зданий, деревьев или опор ЛЭП.
  2. Летом панели должны быть повернуты на юг, зимой – на юго-восток.
  3. Панели необходимо устанавливать на подвижные основания, за счет которых можно будет регулировать угол наклона.

Все четыре солнечные батареи  мы разместили на крыше надворной постройки. Место установки было выбрано неслучайно, так как солнечные панели нужно направить на  юг, чтобы они получали больше солнца в течение всего дня.

Перед установкой нужно тщательно продумать расположение компонентов солнечной электростанции. Протянуть провода от панелей до места расположения инвертора. Провода выбрали сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А. Такой запас по сечению позволяет минимизировать потери на проводе.

Солнечные панели были собраны в две группы по две панели в каждой.

Группы панелей между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения — называются MC4. 

Коннектор MC4 30A

Подключение гибридного инвертора  производится с нижней стороны на клеммные колодки и винтовые зажимы:

На передней панели находятся четыре кнопки управления режимами индикации и управления инвертором.

Индикация — дисплей у инвертора LCD и дает полную информацию о состоянии и параметрах во время работы системы. На дисплее отображается схема работы, напряжение и частота входа и выхода по высокому напряжению, потребляемая мощность нагрузки, генерируемая мощность солнечных панелей, напряжение аккумуляторной батареи и потребляемый от нее ток.

Также, на передней панели выведены три светодиода для информирования о состоянии основных режимов работы инвертора.

Помимо органов управления, инвертор обеспечивает легкую и доступную настройку и визуализацию рабочих процессов через ПО, скачать которое можно на сайте производителя. Подключается инвертор к компьютеру через шнур (идет в комплекте поставки) к порту RS232. Если у вас нет данного порта, то нужно дополнительно приобрести переходник USB-RS232.

Установленное ПО автоматически находит подключенный инвертор. Выглядит оно следующим образом:

А вот здесь можно произвести точную настройку инвертора под Ваши задачи:

Этот комплект может выдать до 3 кВт мощности в автономном режиме. Если приобрести такой же инвертор, то можно нарастить мощность до 6 кВт на фазу.

Типовой состав потребителей:

  • освещение 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • телевизоры 200 Вт до 5 часов в сутки;
  • ноутбук и телефон 100 Вт до 5 часов в сутки;
  • компьютер 300 Вт до 5 часов в сутки;
  • холодильник 100 Вт до 24 часов в сутки;
  • циркуляционный насос 100 Вт до 12 часов в сутки;
  • стиральная машина 1000 Вт 1 час в сутки.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
ТипСолнечная электростанция SILA-V
Максимальная мощность3 кВт
Выходное напряжение220 Вольт
Общая емкость АКБ2 x 200Ач
Тип АКБAGM, необслуживаемый
Срок службы АКБ10 лет
Общая мощность солнечных батарей4 x 200 Вт
Тип солнечных батарейполикристаллический

И вот, все смонтировали. Переходим в режим настройки. Готовых вариантов работы данного инвертора предостаточно и любой сможет найти для себя самый подходящий режим работы. Для этого есть вполне подробная инструкция. Мы остановились на приоритете от солнечных панелей и АКБ.

Также, при отсутствии внешней сети, система переходит на работу от инвертора. Таким образом, при увеличении емкости  АКБ и мощности солнечных панелей, у нас в автоматическом режиме получается экономить больше энергии.

И чем больше заряжены АКБ, тем дольше система может работать автономно. 

Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года показал, что оно того стоило. Многократные отключения от внешней сети прошли для нас незаметно. А когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, мы обязательно в нем поучаствуем. Но это совсем другая история.

Экономика проекта

Источник: https://nag.ru/articles/article/105248/solnechnaya-elektrostantsiya-dlya-chastnogo-doma.html

Преимущества и недостатки солнечных батарей

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

На сегодняшний день преимущества и недостатки солнечных батарей, позволяют говорить об этих источниках энергии, как о самых перспективных на ближайшее будущее.

Чем же так хороша солнечная энергия и что позволяет говорить о плюсах батарей не только для дома, но и для крупных предприятий и заводов.

Данная статья призвана не только осветить все преимущества, но и раскрыть недостатки, которые либо умалчиваются производителями, либо не раскрываются при продаже.

Преимущества солнечных батарей

  • Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос откуда взять электроэнергию.
  • Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.
  • Кстати, говоря о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.
  • Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.
  • Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.
  • После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.
  • Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему.  Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.
  • Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

  • Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.
  • Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.
  • В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.
  • Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома. Впрочем как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.
  • Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.
  • Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.
  • Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры. Конечно, при бытовом использовании панелей, Вам такие площади не понадобятся, но всё же учитывайте этот момент, если захотите расширятся.

Вот такие плюсы и минусы солнечных батарей. Надеемся наша статья помогла Вам определиться что нужно именно Вам.

Источник: https://www.solnpanels.com/preimushhestva-i-nedostatki-solnechnyh-batarej/

Плюсы и минусы солнечных электростанций

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

18 января 2019

Солнце — доступный и мощный источник альтернативной энергии. Технологии позволяют применять солнечную энергию как для электроснабжения удаленных населенных пунктов, так и для питания спутников на орбите Земли. Тем не менее, из-за некоторых особенностей солнечные электростанции (СЭС) пока поставляют лишь небольшую долю энергии.

Солнце как источник энергии

Солнце можно сравнить с термоядерным реактором, который прослужит еще 5 миллиардов лет. По мощности излучения 1 метр квадратный площади Солнца сравним с миллионом электроламп. Этой мощи с избытком хватит для обеспечения потребностей людей. Остается только собрать эту энергию и преобразовать ее в удобную для использования форму.

В ясный день на квадратный метр поверхности Земли приходится 1 кВт солнечной энергии. Современная солнечная панель такой же площади может собрать и преобразовать 170 Вт, то есть ее КПД равен 17%. Для того, чтобы заменить энергию всех электростанции Земли гелиоэнергией, нужно всего 66000 квадратных километров гелиопанелей. Такой гелиопарк занял бы всего 1% площади Сахары.

Способы получения тепла и электричества из Солнца:

  • Пассивный способ использования гелиоэнергии очень прост: жидкость помещается в контейнер темного цвета, который нагревается под лучами солнца. Полученное тепло используется, к примеру, для обогрева помещений. В более прогрессивном виде этот способ используется в строительстве, когда сама конструкция здания служит аккумулятором тепла Солнца.
  • Активный способ предполагает использование коллекторов (воздушные, плоские и вакуумные) или батарей. Первые преобразуют энергию Солнца в тепло, вторые — в электричество. Большинство гелиоэлектростанций включают в себя модули из коллекторов или батарей.

Достоинства солнечных электростанций

  • СЭС — это возобновляемый источник энергии. Еще более 5 млрд. лет жители Земли могут не беспокоиться об истощении солнечного ресурса. По человеческим меркам, это неисчерпаемый энергоресурс, и развитие гелиотехнологий — это существенный вклад в жизнь будущих поколений.
  • Гелиосистемы могут работать в любой точке земли — как на экваторе, так и в Антарктиде. Температура воздуха роли не играет, необходим лишь доступ к солнечному свету.
  • СЭС оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Конечно, и изготовление, и транспортировка , и установка гелиосистем сопровождаются выбросами в атмосферу, но по сравнению с традиционными энергосистемами, эти малозначимые эффекты.
  • В гелиосистемах нет особых движущих узлов, кроме, например, сервопривода, который регулирует расположение панелей в пространстве. Поэтому гелиостанции работают бесшумно. Это позволяет устанавливать СЭС даже на крышах и стенах жилых домов.
  • Солнечные электростанции сохраняют свою эффективность 25 лет. После этого срока некоторые показатели снижаются, но станция продолжает работать. Обновлять систему можно частями, заменяя отдельные модули на новые.
  • Гелиосистемы применяются в разных сферах: они поставляют электричество в труднодоступные регионы, где нет централизованных электросетей; используются для опреснения воды; питают спутники на орбите и так далее.
  • Потенциал СЭС растет с развитием науки. Открытия в квантовой физике и нанотехнологиях позволят увеличить мощность гелиостанций. А инженерный разработки смогут превратить жилое здание в маленькую СЭС.

Недостатки солнечных электростанций

  • Эффективность СЭС зависит от времени суток и погодных условий. По ночам солнце не светит, а в условиях облачности свет слишком рассеянный. Хотя, например, вакуумные СЭС очень чувствительны к инфракрасному излучению, поэтому накапливают гелиоэнергию даже в пасмурную погоду (пусть и с более низкой эффективностью). В основном же, эта проблема солнечных электростанций решается за счет оборудования их аккумуляторами для запасания энергии и последующего ее использования в неблагоприятных для СЭС условиях.
  • Техническое обслуживание гелиостанций. Вне зависимости от типа, гелиопанели регулярно нуждаются в очистке от пыли. Кроме того, некоторые типы панелей могут перегреваться, поэтому они нуждаются в системах охлаждения или вентиляции.
  • Атмосфера над СЭС может нагреваться настолько, что пролетающие над ней птицы просто испаряются. По некоторым источником, над крупными гелиоустановками погибает одна птица каждые две минуты.
  • Хотя гелиоэнергетика считается, в целом, «зеленой» отраслью, изготовление гелиоустановок происходит с выбросом парниковых газов.
  • Современные гелиопанели обладают мощностью энергоносителя около 16-18 Ватт на квадратный метр. Этот показатель можно одновременно считать достоинством и недостатком солнечной электростанции. В этом солнечная энергетика превосходит другие альтернативные источники энергии, но уступает традиционным — углю, газу, нефти и атомной энергии.
  • Гелиоустановки все еще отличаются высокой стоимостью, и это главный спорный момент в их использовании. Это вызвано, например, применением в них редких и дорогих элементов: теллура и индия. Да и аккумуляторные батареи, которые стабилизируют поступление энергии от гелиоустановок, обходятся в немалые суммы. Вопрос стоимости чаще всего решается на государственном уровне, когда власти предлагают субсидии предприятиям и частным лицам для перехода на солнечное электроснабжение.

Если бы не стоимость, СЭС быстро бы стали мировым лидером в альтернативной энергетике.

Источник: https://altenergiya.ru/sun/plyusy-i-minusy-solnechnyx-elektrostancij.html

Принцип работы солнечной батареи для дома: устройство, схема, эффективность

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

Солнечные батареи считаются очень эффективным и экологически чистым источником электроэнергии.

В последние десятилетия данная технология набирает популярность по всему миру, мотивируя многих людей переходить на дешевую возобновляемую энергию.

Задача этого устройства заключается в преобразовании энергии световых лучей в электрический ток, который может использоваться для питания разнообразных бытовых и промышленных устройств.

Правительства многих стран выделяют колоссальные суммы бюджетных средств, спонсируя проекты, которые направлены на разработку солнечных электростанций. Некоторые города полностью используют электроэнергию, полученную от солнца.

В России эти устройства часто используются для обеспечения электроэнергией загородных и частных домов в качестве отличной альтернативы услугам централизованного энергоснабжения. Стоит отметить, что принцип работы солнечных батарей для дома достаточно сложный.

Далее рассмотрим подробнее, как работают солнечные батареи для дома подробно.

Немного истории

Первые попытки использования энергии солнца для получения электричества были предприняты еще в середине двадцатого века.

Тогда ведущие страны мира предпринимали попытки строительства эффективных термальных электростанций.

Концепция термальной электростанции подразумевает использование концентрированных солнечных лучей для нагревания воды до состояния пара, который, в свою очередь, вращал турбины электрического генератора.

Поскольку, в такой электростанции использовалось понятие трансформации энергии, их эффективность была минимальной. Современные устройства напрямую преобразуют солнечные лучи в ток благодаря понятию фотоэлектрический эффект.

Современный принцип работы солнечной батареи был открыт еще в 1839 году физиком по имени Александр Беккерель. В 1873 году был изобретен первый полупроводник, который сделал возможным реализовать принцип работы солнечной батареи на практике.

Принцип работы

Как было сказано раньше, принцип работы заключается в эффекте полупроводников. Кремний является одним из самых эффективных полупроводников, из известных человечеству на данный момент.

При нагревании фотоэлемента (верхней кремниевой пластины блока преобразователя) электроны из атомов кремния высвобождаются, после чего их захватывают атомы нижней пластины.

Согласно законам физики, электроны стремятся вернуться в свое первоначальное положение.

Соответственно, с нижней пластины электроны двигаются по проводникам (соединительным проводам), отдавая свою энергию на зарядку аккумуляторов и возвращаясь в верхнюю пластину.

Эффективность фотоэлементов, созданных при помощи монокристаллического метода нанесения кремния, является существенно выше, поскольку в такой ситуации кристаллы кремния имеют меньше граней, что позволяет электронам двигаться прямолинейно.

Устройство

Конструкция солнечной батареи очень проста.

Основу конструкции устройства составляют:

  • корпус панели;
  • блоки преобразования;
  • аккумуляторы;
  • дополнительные устройства.

Корпус выполняет исключительно функцию скрепления конструкции, не имея больше никакой практической пользы.

Основными элементами являются блоки преобразователей. Это и есть фотоэлемент, состоящий из материала-полупроводника, которым является кремний. Можно сказать, что состоят солнечные батареи, устройство и принцип работы которых всегда одинаковый, из каркаса и двух тонких слоев кремния, который может быть нанесен на поверхность, как монокристаллическим, так и поликристаллическим методом.

От метода нанесения кремния зависит стоимость батареи, а также ее эффективность. Если кремний наносится монокристаллическим способом, то эффективность батареи будет максимально высокой, как и стоимость.

Если говорить о том, как работает солнечная батарея, то не нужно забывать об аккумуляторах. Как правило, используется два аккумулятора. Один является основным, второй — резервным. Основной накапливает электроэнергию, сразу же направляя ее в электрическую сеть. Второй накапливает избыточную электроэнергию, после чего направляет ее в сеть, когда напряжение падает.

Среди дополнительных устройств можно выделить контроллеры, которые отвечают за распределение электроэнергии в сети и между аккумуляторами. Как правило, они работают по принципу простого реостата.

Очень важными элементами солнечной назвать диоды. Данный элемент устанавливается на каждую четвертую часть блока преобразователей, защищая конструкцию от перегрева из-за избыточного напряжения. Если диоды не установлены, то есть большая вероятность, что после первого дождя система выйдет из строя.

Как подключается

Как было сказано раньше, устройство солнечной батареи достаточно сложное. Правильная схема солнечной батареи поможет добиться максимальной эффективности. Подключать блоки преобразователей необходимо при помощи параллельно-последовательного способа, что позволит получить оптимальную мощность и максимально эффективное напряжение в электрической сети.

Разновидности солнечных батарей

Существует несколько разновидностей фотоэлементов для солнечных батарей, которые отличаются между собой строением кристаллов кремния.

Выделяют три вида фотоэлементов:

  • поликристаллические;
  • монокристаллические;
  • аморфные.

Первый вид панелей является более дешевым, но менее эффективным, поскольку, если кремний нанесен поликристаллическим способом, то электроны не могут двигаться прямолинейно.

Монокристаллические фотоэлементы отличаются максимальным КПД, который достигает 25 %. Стоимость таких батарей выше, но для получения 1 киловатта нужна существенно меньшая площадь фотоэлементов, чем при использовании поликристаллических панелей.

Из аморфного кремния изготавливают гибкие фотоэлементы, но их КПД самый низкий и составляет 4-6 %.

Преимущества и недостатки

Основные преимущества солнечных батарей:

  • солнечная энергия абсолютно бесплатная;
  • позволяют получать экологически чистую электроэнергию;
  • быстро окупаются;
  • простая установка и принцип работы.

Недостатки:

  • большая стоимость;
  • для удовлетворения потребностей небольшой семьи в электроэнергии нужна достаточно большая площадь фотоэлементов;
  • эффективность существенно падает в облачную погоду.

Как добиться максимальной эффективности

При покупке солнечных батарей для дома очень важно подобрать конструкцию, которая сможет обеспечить жилище электроэнергией достаточной мощности. Считается, что эффективность солнечных батарей в пасмурную погоду составляет приблизительно 40 Вт на 1 квадратный метр за час.

В действительности, в облачную погоду мощность света на уровне земли составляет приблизительно 200 Вт на квадратный метр, но 40 % солнечного света – это инфракрасное излучение, к которому солнечные батареи не восприимчивы. Также стоит учитывать, что КПД батареи редко превышает 25 %.

Иногда энергия от интенсивного солнечного света может достигать 500 Вт на квадратный метр, но при расчетах стоит учитывать минимальные показатели, что позволит сделать систему автономного электроснабжения бесперебойной.

Каждый день солнце светит в среднем по 9 часов, если брать среднегодовой показатель. За один день квадратный метр поверхности преобразователя способен выработать 1 киловатт электроэнергии. Если за сутки жильцами дома израсходуется приблизительно 20 киловатт электроэнергии, то минимальная площадь солнечных панелей должна составлять приблизительно 40 квадратных метров.

Однако, такой показатель потребления электроэнергии на практике встречается редко. Как правило, жильцы израсходуют до 10 кВТ в сутки.

Если говорить о том, работают ли солнечные батареи зимой, то стоит помнить, что в данную пору года сильно снижается длительность светового дня, но, если обеспечить систему мощными аккумуляторами, то получаемой за день энергии должно быть достаточно с учетом наличия резервного аккумулятора.

При подборе солнечной батареи очень важно обращать внимание на емкость аккумуляторов. Если нужны солнечные батареи работающие ночью, то емкость резервного аккумулятора играет ключевую роль. Также устройство должно отличаться стойкостью к частой перезарядке.

Несмотря на тот факт, что стоимость установки солнечных батарей может превысить 1 миллион рублей, затраты окупятся уже в течении нескольких лет, поскольку энергия солнца абсолютно бесплатна.

Как устроена солнечная батарея, расскажет наше видео.

Источник: https://solar-energ.ru/kak-rabotayut-solnechnye-batarei-printsip-ustrojstvo-materialy.html

Преимущества и недостатки солнечной энергии

Солнечная электростанция - принцип работы и комплектация, разновидности, преимущества и недостатки

Солнечная энергетика — активно развивающееся направление в энергоснабжении частных и общественных зданий. Каковы плюсы и минусы такого природного источника энергии, как солнечное излучение?

Преимущества солнечной энергии

1.

Возобновляемость

Говоря о солнечной энергии, в первую очередь, необходимо упомянуть, что это — возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемых видов топлива — угля, нефти, газа, которые не восстанавливаются. По данным NASA еще порядка 6.5 млрд. лет жителям Земли не о чем беспокоиться — приблизительно столько Солнце будет согревать нашу планету своими лучами до тех пор, пока не взорвется. 

2. ОбильностьПотенциал солнечной энергии огромен — поверхность Земли облучается 120 тыс. тераваттами солнечного света, а это в 20 тыс. раз превышает общемировую потребность в ней. 3.

ПостоянствоКроме того, солярная энергия неисчерпаема и постоянна — ее нельзя перерасходовать в процессе удовлетворения нужд человечества в энергоносителях, так что ее хватит в избытке и на долю будущих поколений.4. ДоступностьПомимо прочих достоинств солнечной энергии, она доступна в каждой точке мира — не только в экваториальной зоне Земли, но и в северных широтах.

Скажем, Германия на данный момент занимает первое место в мире по использованию энергии солнца и обладает максимальным ее потенциалом. 5.

Экологическая чистотаВ свете последних тенденций в борьбе за экологическую чистоту Земли, солнечная энергетика — это наиболее перспективная отрасль, которая частично заменяет энергию, получаемую от невозобновляемых топливных ресурсов и, тем самым, выступает принципиальным шагом на пути защиты климата от глобального потепления.

Производство, транспортировка, монтаж и использование солнечных электростанций практически не сопровождается вредными выбросами в атмосферу. Даже если они и присутствуют в незначительной мере, то по сравнению с традиционными источниками энергии — это почти что нулевое воздействие на окружающую среду. 6. Бесшумность

За счет того, что в системах на солнечном ресурсе нет никаких движущихся узлов, как, например, в генераторах, выработка электроэнергии происходит бесшумно. 

7. Экономичность, низкие эксплуатационные расходы

Перейдя на солнечные батареи в качестве автономного источника энергии, собственники частых домов получают ощутимую экономию. Немаловажно и то, что обслуживание систем энергоснабжения на солнечных батареях характеризуется низкими затратами — необходимо лишь несколько раз в год подвергать чистке солнечные элементы, а гарантия производителя на них, как правило, составляет 20-25 лет.

8. Обширная область примененияСолнечная энергия обладает широким спектром приложений — это и выработка электроэнергии в регионах, где отсутствует подключение к централизованной системе электроснабжения, и опреснение воды в Африке, и даже снабжение энергией спутников на околоземной орбите. Не напрасно солярную энергию последнее время называют «народной» — это название отражает простоту ее интегрирования в систему электроснабжения дома, как в случае с фотоэлектрическими, так и с тепловыми элементами. 9. Инновационные технологии

С каждым годом технологии в сфере производства солнечных батарей становятся все более совершенными — тонкопленочные модули вводятся непосредственно в строительные материалы еще на этапе возведения сооружений.

Японский концерн Sharp — лидер в производстве солнечных панелей, недавно внедрил инновационную систему прозрачных накопительных элементов для оконного остекления.

Современные достижения в области нанотехнологий и квантовой физики позволяют говорить о возможном увеличении мощности солнечных панелей в 3 раза.

Недостатки солнечных источников энергии

1.

Высокая стоимостьБытует мнение, что солнечная энергия относится к разряду дорогостоящего ресурса — это, пожалуй, самый спорный вопрос из всех положительных и отрицательных аспектов ее использования. За счет того, что обустройство дома солнечными накопительными элементами обходится в немалую сумму на начальном этапе, многие государства (но пока не Россия) поощряют использование данного экологически чистого источника энергии путем выдачи кредитов и оформления договоров о лизинге. 2.

Непостоянство

За счет того, что солнечный свет отсутствует в ночное время, а также в пасмурные и дождливые дни, солнечная энергия не может служить основным источником электроэнергии. Но, по сравнению с ветрогенераторами, это, все-таки, более стабильный вариант. 

3. Высокая стоимость аккумулирования энергии

Аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать энергию и сглаживать, в какой-то мере, нестабильность поступления солнечной энергии, отличает высокая цена, доступная не каждому домовладельцу. Упрощает ситуацию тот факт, что пик потребления электроэнергии приходится как раз на светлое время суток.

4. Незначительное загрязнение окружающей среды

Несмотря на то, что по сравнению с производством и переработкой других видов энергоресурсов солнечная энергия наиболее дружественна к природной среде, некоторые технологические процессы изготовления солнечных панелей сопровождаются выбросом парниковых газов, трифторида азота и гексафторида серы. 

5. Применение дорогостоящих и редких компонентов

Выпуск тонкопленочных солнечных панелей требует введения теллурида кадмия (CdTe) или селенида меди индия галлия (CIGS), которые являются редкими и дорогостоящими — это влечет за собой удорожание системы альтернативного энергоснабжения в целом.

6. Малая плотность мощности

Одним из важных параметров источника электроэнергии выступает средняя плотность мощности, измеряемая в Вт/м2 и характеризующая количество энергии, которое можно получить с единицы площади энергоносителя.

Данный показатель для солнечного излучения составляет 170 Вт/м2 — это больше, чем у прочих возобновляемых природных ресурсов, но ниже, чем у нефти, газа, угля и в атомной энергетике.

По этой причине, для выработки 1 кВт электроэнергии из солнечного тепла требуется значительная площадь солнечных панелей.

Источник: https://solarelectro.ru/articles/preimuschestva-i-nedostatki-solnechnoj-energii

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть