Сонячні батареї: перспективи використання, ефективність

Актуальність даної теми

В даний час в усьому світі, в тому числі і в нашій країні, гостро постає питання про розробку та впровадження нових джерел енергії. Всім відомо, що найбільш значущими з них на сьогоднішній день є нафта, природний газ, вугілля, електрику. Запаси нафти і газу не безмежні, в силу всього цього необхідно шукати альтернативні джерела енергії. Одним з них є використання так званих сонячних батарей. Про сонячній енергетиці знають вже давно, це предмет суперечок і дискусій серед фахівців. Деякі вважають, що це велика перспектива на майбутнє, інші впевнені в протилежному.

Зараз дуже велика кількість великих кампаній вкладає мільйони в розвиток цієї галузі, в тому числі в будівництво сонячних електростанцій. З одного боку, сонячні батареї не вимагають витрат при їх експлуатації, але вартість даного обладнання висока. Частина фахівців стверджує, що прибуток від даного проекту не зможе покрити витрати, повязані з будівництвом. На противагу цьому дані пристрої можуть працювати десятками і сотнями років, тому при тривалій експлуатації прибуток буде в наявності. Слід розглянути більш детально, яка ефективність сонячних батарей, фактори, що її визначають. Але спершу потрібно ознайомитися з принципом їх роботи, основними перевагами.

Принцип роботи сонячних батарей

Всім відомо, що електрику - це основне джерело енергії. Але його можна отримати і більш простим шляхом. Сонце - це природне джерело енергії, який може широко використовуватися в сучасному світі. Для сонячних батарей головним механізмом роботи є поглинання сонячної енергії і перетворення її в електричну, а згодом в теплову. Найбільш широке застосування ці пристрої знайшли в системі опалення приватних будинків.

Такі батареї являють собою фотоелектричні генератори електричної енергії. У сонячних батарей є напівпровідниковий елемент, на який впливають сонячні промені. Внаслідок усього цього утворюється постійний електричний струм, який в подальшому використовується для обігріву.

У ланцюгах сонячних батарей генерується напруга, яке і має цінність. До складу апарату входить акумулятор, який здатний накопичувати енергію. Безсумнівно, для того щоб це було можливо, буде потрібно сонячна погода. Після накопичення енергії, акумулятор може постачати споживача теплом деякий час в похмуру погоду.

Ефективність сонячного обладнання

Варто знати про продуктивність сонячних батарей. Спираючись на наукові дані, можна стверджувати, що енергія становить приблизно 1367 Вт на 1 м . В області екватора деякий її кількість затримується атмосферою, тому енергія, яка доходить до землі дорівнює 1020 Вт.

У Росії ж можна отримати тільки 160 Вт / м з урахуванням того, що коефіцієнт корисної дії сонячних батарей дорівнює 16%.

Наприклад, якщо встановити сонячні батареї на площі в 1 км, то річна кількість отриманої електроенергії складе приблизно 187 ГВт / год (1173 * 0,16).

При цьому велике значення має кут установки їх щодо падаючого світла, в даному випадку оптимальне його значення 40 °. Вартість 1 кВт електроенергії в даний час дорівнює 3 рублям, вартість електроустановки становитиме 561 млн рублів. Коефіцієнт корисної дії даного обладнання непостійний і залежить від декількох факторів. Головний з них - інтенсивність і тривалість інсоляції, яка, в свою чергу, визначається погодними умовами, тривалістю дня і ночі, тобто широтою місцевості. Величезне значення має і тип настановних сонячних батарей.

Ефективність для опалення приватного будинку

Великий інтерес представляє собою використання подібного обладнання для опалення будинку. Електрика - це відмінне джерело тепла. Багато будинків мають саме таку систему опалення. Потрібно враховувати той факт, що опалення приватного будинку за допомогою такого джерела доцільно організовувати тільки для регіонів з максимумом сонячної енергії. Для північних територій, де бувають полярні ночі, буде потрібно інший підхід. В цьому випадку рекомендується поєднувати використання сонячної енергії з іншими типами опалення, наприклад, газовим або опаленням на твердому паливі (пічним).

Вся справа в тому, що ефективність таких батарей в похмуру погоду низька, що може викликати недолік тепла. Тому опалення за допомогою енергії сонця, перетвореної в електричну, не рекомендується застосовувати відокремлено від інших. Оптимально використовувати їх тільки для економії грошей, коли це можливо. Таким чином, можна зробити висновок, що використання сонячних батарей не завжди може в повній мірі забезпечити оптимальні мікрокліматичні умови в приміщенні, обігріти будинок, в силу цього даний вид енергії рекомендується застосовувати спільно з іншими видами опалення.

Економічна ефективність

Важливе положення при використанні цього джерела - економічна вигода. Вона безпосередньо залежить від потужності батареї і площі фотоелектричних елементів, які сприймають промені. Якщо взяти для прикладу таке місто, як Москва, то можна отримати наступні цікаві дані. Якщо потужність пристрою становить 800 Вт, то вона дозволяє обмежено користуватися побутовими приладами, але не зможе забезпечити безперебійну подачу електрики протягом доби для обігріву приміщень.

При потужності пристрою в 10 разів більше, тобто 8 кВт, воно дозволить обігрівати невеликі за площею приміщення будинку в осінній і зимовий час. Навесні ж можливий повноцінний обігрів всіх приміщень.

Пристрій з потужністю 13,5 кВт практично повністю замінює електрику, що може забезпечити постійний обігрів будинку в усі місяці року, за винятком листопада, грудня і січня. В цьому випадку можна основні прилади залишити працювати від сонячних апаратів, а опалення підключити до центральної системи. Так можна пристойно заощадити. Найпотужнішими генераторами є ті, які мають потужність 31,5 кВт. Вони дозволять повністю відмовитися від основних видів енергозабезпечення та використовувати тільки енергію сонця протягом всього року тривалий час. Але коштують такі апарати дорого, що обмежує їх застосування.

Недоліки використання енергії сонця

Незважаючи на те, що електрику, отримане за допомогою тільки енергії сонця, не вимагає при експлуатації системи ніяких капіталовкладень, в даному питанні багато проблем. По-перше, обсяг отриманого електрики багато в чому залежить від наступних факторів: погоди, широти місцевості, потужності батарей.

По-друге, такі джерела тепла є більшою мірою додатковим засобом, наприклад, для обігріву, що обмежує їх застосування. По-третє, установка подібного обладнання коштує великих грошей. Зокрема, це стосується великих електростанцій. Вартість самих акумуляторів на порядок перевищує таку для батарей.

Але найважливіше - це здешевлення способів генерації отриманого від сонця тепла і збереження його як можна більш тривалий час. Увечері споживання електрики зростає, а батареї працюють в основному в денний час. Вченими обчислено, що вартість 1 Вт від батареї дорівнює 0,5 $. За день (8 годин роботи) вона здатна утворити 8 Вт / год, яку потрібно зберегти на вечірній час. Найдешевше сонячна електрика зараз отримують за допомогою полікристалічних батарей. Велике значення має і те, що вартість сонячної енергії не повинна перевищувати ціну альтернативного палива, наприклад, газу. Якщо взяти для прикладу одного зі світових лідерів в даному питанні - Німеччину - ціна на газ в ній дорівнює 450 $, то вартість 1 кВт сонячної енергії не повинна бути вище 0,1 $. В іншому випадку застосування останньої буде економічно недоцільним.

Переваги джерела енергії

Електрика, отримане таким чином, є альтернативою тому, яким ми звикли користуватися сьогодні. Даний вид енергозабезпечення оптимальний для тих територій і обєктів, де немає інших джерел, наприклад, на віддалених станціях стільникового звязку.

Подібне обладнання може бути незамінним в південних регіонах нашої країни, де спостерігається пік сонячної активності. При використанні великих станцій важливо памятати, що вони можуть прослужити десятки і сотні років.

Висновок, висновки, рекомендації

На підставі всього вищесказаного можна зробити висновок про те, що в сучасному світі йдуть пошуки альтернативних джерел енергії. Перспективним напрямком є сонячна енергетика, яка заснована на використанні сонячних батарей. Стандартна сонячна установка складається з наступних основних частин: звичайного перетворювача, перетворювача постійного струму в змінний, механізму відбору потужності, акумулятора і апарату, що регулює рівень зарядки і розрядки.

Ефективність подібного обладнання залежить від декількох факторів. Найважливіший з них - активність сонячної енергії і потужність батареї. Найбільш оптимальними є апарати з потужністю від 13,5 кВт, що може забезпечити практично безперебійну роботу всього устаткування. Для північних регіонів нашої країни використання батарей не є перспективним. Рекомендується застосування їх в якості додаткового джерела електрики з метою економії коштів. Доцільно поєднувати її з центральним опаленням (на природному газі або твердому паливі). При зведенні сонячних станцій потрібно врахувати великі витрати на обладнання. Окупність може скласти десятки років.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!