Энергетические комплексы с солнечными батареями

Солнечная энергетика сегодня и перспективы её дальнейшего развития

Мы живём в мире будущего, хотя не во всех регионах это заметно. В любом случае возможность развития новых источников энергии сегодня всерьёз обсуждается в прогрессивных кругах. Одним из самых перспективных направлений выступает солнечная энергетика.

На данный момент около 1% электроэнергии на Земле получается вследствие переработки солнечного излучения. Так почему мы до сих пор не отказались от других «вредных» способов, и откажемся ли вообще? Предлагаем ознакомиться с нашей статьей и попытаться самостоятельно ответить на этот вопрос.

Как солнечная энергия преобразуется в электричество

Начнём с самого важного – каким образом солнечные лучи перерабатываются в электроэнергию.

Сам процесс носит название «Солнечная генерация». Наиболее эффективные пути его обеспечения следующие:

• фотовольтарика;
• гелиотермальная энергетика;
• солнечные аэростатные электростанции.

Рассмотрим каждый из них.

Фотовольтарика

В этом случае электрический ток появляется вследствие фотовольтарического эффекта. Принцип такой: солнечный свет попадает на фотоэлемент, электроны поглощают энергию фотонов (частиц света) и приходят в движение. В итоге мы получаем электрическое напряжение.

Подробнее можете почитать на Википедии: Фотовольтарический эффект

Именно такой процесс происходит в солнечных панелях, основу которых составляют элементы, преобразующие солнечное излучение в электричество.

Сама конструкция фотовольтарических панелей достаточно гибкая и может иметь разные размеры. Поэтому в использовании они очень практичны. К тому же панели имеют высокие эксплуатационные свойства: устойчивы к воздействию осадков и перепадам температур.

А вот как устроен отдельный модуль солнечной панели:

О применении солнечных батарей в качестве зарядных устройств, источников питания частных домах, для облагораживания городов и в медицинских целях можно почитать в отдельной статье.

Современные солнечные панели и электростанции

Из недавних примеров можно отметить солнечные панели компании SistineSolar. Они могут иметь любой оттенок и текстуру в отличие от традиционных тёмно-синих панелей. А это значит, что ими можно «оформить» крышу дома так, как Вам заблагорассудится.

Другое решение предложили разработчики Tesla. Они выпустили в продажу не просто панели, а полноценный кровельный материл, перерабатывающий солнечную энергию. Черепица Solar Roof содержит встроенные солнечные модули и также может иметь самое разнообразное исполнение. При этом сам материал гораздо прочнее обычной кровельной черепицы, у Solar Roof даже гарантия бесконечная.

В качестве примера полноценной СЭС можно привести недавно построенную в Европе станцию с двусторонними панелям. Последние собирают как прямое солнечное излучение, так и отражающее. Это позволяет повысить эффективность солнечной генерации на 30%. Эта станция должна вырабатывать в год около 400 МВт*ч.

Интерес вызывает и крупнейшая плавучая СЭС в Китае. Её мощность составляет 40 МВт. Подобные решения имеют 3 важных преимущества:

• нет необходимости занимать большие наземные территории, что актуально для Китая;
• в водоёмах уменьшается испаряемость воды;
• сами фотоэлементы меньше нагреваются и работают эффективнее.

Кстати, эта плавучая СЭС была построена на месте заброшенного угледобывающего предприятия.

Технология, основанная на фотовольтарическом эффекте, является наиболее перспективной на сегодня, и по оценкам экспертов солнечные панели уже в ближайшие 30-40 лет смогут производить около 20% мировой потребности электроэнергии.

Гелиотермальная энергетика

Тут подход немного другой, т.к. солнечное излучение используется для нагревания сосуда с жидкостью. Благодаря этому она превращается в пар, который вращает турбину, что приводит в выработке электричества.

По такому же принципу работают тепловые электростанции, только жидкость нагревается посредством сжигания угля.

Самый наглядный пример использования данной технологии – это станция Иванпа Солар в пустыне Мохаве. Она является крупнейшей в мире солнечной гелиотермальной электростанцией.

Работает она с 2014 года и не использует никакого топлива для производства электричества – только экологически чистая солнечная энергия.

Котёл с водой располагается в башнях, которые Вы можете видеть в центре конструкции. Вокруг расположено поле из зеркал, направляющих солнечные лучи на вершину башни. При этом компьютер постоянно поворачивает эти зеркала в зависимости от расположения солнца.

Под воздействием концентрированной солнечной энергии вода в башне нагревается и становится паром. Так возникает давление, и пар начинает вращать турбину, вследствие чего выделяется электричество. Мощность этой станции – 392 мегаватт, что вполне можно сопоставить со средней ТЭЦ в Москве.

Интересно, что подобные станции могут работать и ночью. Это возможно благодаря помещению части разогретого пара в хранилище и постепенном его использовании для вращения турбины.

Солнечные аэростатные электростанции

Это оригинальное решение хоть и не получило широкого применения, но всё же имеет место быть.

Сама установка состоит из 4 основных частей:

• Аэростат – располагается в небе, собирая солнечное излучение. Внутрь шара поступает вода, которая быстро нагревается, становясь паром.
• Паропровод – по нему пар под давлением спускается к турбине, заставляя её вращаться.
• Турбина – под воздействием потока пара она вращается, вырабатывая электрическую энергию.
• Конденсатор и насос – пар, прошедший через турбину, конденсируется в воду и поднимается в аэростат с помощью насоса, где снова разогревается до парообразного состояния.

В чём преимущества солнечной энергетики

• Солнце будет давать нам свою энергию ещё несколько миллиардов лет. При этом людям не нужно тратить средства и ресурсы для её добычи.
• Генерация солнечной энергии – полностью экологичный процесс, не имеющий рисков для природы.
• Автономность процесса. Сбор солнечного света и выработка электроэнергии проходит с минимальным участием человека. Единственное, что нужно делать, это следить за чистотой рабочих поверхностей или зеркал.
• Выработавшие свой ресурс солнечные панели могут быть переработаны и снова использованы в производстве.

Проблемы развития солнечной энергетики

Несмотря на реализацию идей по поддержанию работы солнечных электростанций в ночное время, никто не застрахован от капризов природы. Затянутое облаками небо в течение нескольких дней значительно понижает выработку электричества, а ведь населению и предприятиям необходима его бесперебойная подача.

Строительство солнечной электростанции – удовольствие не из дешёвых. Это обусловлено необходимостью применять редкие элементы в их конструкции. Не все страны готовы растрачивать бюджеты на менее мощные электростанции, когда есть рабочие ТЭС и АЭС.

Для размещения таких установок необходимы большие площади, причём в местах, где солнечное излучение имеет достаточный уровень.

Как развита солнечная энергетика в России

К сожалению, в нашей стране пока во всю жгут уголь, газ и нефть, и наверняка Россия будет в числе последних, кто полностью перейдёт на альтернативную энергетику.

На сегодняшний день солнечная генерация составляет всего 0,03% энергобаланса РФ. Для сравнения в той же Германии этот показатель составляет более 20%. Частные предприниматели не заинтересованы во вложении средств в солнечную энергетику из-за долгой окупаемости и не такой уж высокой рентабельности, ведь газ у нас обходится гораздо дешевле.

В экономически развитых Московской и Ленинградской областях солнечная активность на низком уровне. Там строительство солнечных электростанций просто нецелесообразно. А вот южные регионы довольно перспективны.

Так одной из крупнейших в нашей стране является Орская СЭС. Она состоит из 100 тыс. модулей, выдающих суммарную мощность 25 МВт. Выработанное электричество подаётся в Единую энергетическую систему России (ЕЭС).

Самой мощной сегодня является СЭС Перово, расположенная в Республике Крым. Она выдаёт более 105 МВт, что на момент открытия станции было мировым рекордом. СЭС Перово состоит из 440 000 фотоэлектрических модулей и занимает площадь 259 футбольных полей.

Вообще в Крыму солнечная энергетика неплохо развита – там более десятка солнечных электростанций мощностью от 20 МВт. Правда, вся полученная электроэнергия уходит сугубо на нужды полуострова.

К 2020 году в России планируется построить 4 крупных СЭС, мощность которых позволит увеличить долю солнечной энергии до 1% от всего энергобаланса страны.

Таким образом, уже сегодня можно с уверенностью сказать, что солнечная энергетика способна в недалёкой перспективе выступить полноценной альтернативой традиционным способам получения электроэнергии. И даже в России эта отрасль хоть и медленно, но развивается.

О выходе новых статей рассказываем в соцсетях

Источник

Самые большие солнечные электростанции

По состоянию на март 2019, крупнейшие солнечные электростанции (СЭС) расположены в Китае и Индии. Следом за ними идут Мексика и США. Россия в списке стран, эффективно вырабатывающих электричество из солнечной энергии, находится внизу рейтинга с суммарной мощностью около 320 МВт.

ТОП самых больших СЭС в мире

Крупнейшие солнечные фермы расположены в ТОПе по возрастанию, в зависимости от вырабатываемой мощности. Обратим внимание и на крупные солнечные электростанции России.

10 место: Солнечная электростанция Айвонпа, США

Солнечная электрогенерирующая система Ivanpah расположена в пустыне Мохаве в Калифорнии. Мощность комплекса достигает 377 мегаватт. Площадь фермы – 14,2 кв. км.

Принцип работы СЭС заключается в том, что изогнутые зеркала отражают солнечный свет и фокусируют его на башне (ресивере). Тепловая энергия испаряет жидкость. Давление пара вращает турбину электрогенератора. Жидкость охлаждается, конденсируется, и процесс идет беспрерывно. СЭС включает в себя 3 станции (видны на карте ниже). Электроэнергии, вырабатываемой всеми тремя башнями, достаточно для обслуживания более 140 000 домов в Калифорнии, при условии максимального потребления электричества.

Система позволяет предотвратить выбросы углекислого газа более чем на 400 000 тонн в год, по сравнению с использованием топлива в электростанциях. Есть обратная сторона медали в работе этой солнечной электростанции – из-за высоких температур возле башни погибают насекомые и птицы. По данным экологической службы США, за первый год работы СЭС погибло 3 504 птицы – около 10 особей в день.

9 место: Topaz Solar Park, Калифорния, США

Девять миллионов солнечных модулей из теллурида кадмия в настоящее время покрывают часть равнины Карризо в южной Калифорнии. Модули являются частью Topaz Solar Farm – одной из крупнейших фотоэлектрических станций в мире. Площадь объекта составляет 25,6 кв. км, что эквивалентно площади 4 600 футбольных полей. Мощность комплекса достигает 550 мегаватт.

Строительство Топаза началось в 2011 году. Станция была почти полностью завершена к ноябрю 2014 года, когда она была запущен и начала вырабатывать электроэнергию. К февралю 2015 года все строительные работы закончились, и оператор завода BHE Renewable объявил, что проект официально завершен. При работе на полную мощность, 550-мегаваттная электростанция производит достаточно электроэнергии для питания около 180 000 домов. По оценкам владельца, этого достаточно, чтобы вытеснять около 407 000 тонн углекислого газа в год.

С уровня земли, площадь объекта трудно понять. Посетители Топаза описывают ряды солнечных панелей, которые, кажется, бесконечно уходят в горизонт. Чтобы понять масштаб, посмотрим на фото со спутника. Солнечные батареи выглядят серыми и угольными. Окружающие сельскохозяйственные угодья и луга выглядят коричневыми и зелеными. Электростанция расположена в пределах равнины, окруженной хребтом Калиенте на западе и хребтом Темблор на востоке.

Солнечные модули Topaz монтируются вместе, поддерживаемые стальными колоннами; конструкция удерживает модули на высоте 1,5 м над землей. Ряды панелей уложены таким образом, что они образуют большие геометрические фигуры, которые частично определяются наличием подъездных путей, русел ручья и существующей инфраструктурой.

8 место: Solar Star – крупнейшая солнечная электростанция в США

Ферма расположена в Калифорнии, недалеко от города Розамонд. Площадь составляет 13 кв. км. Выходная мощность – 580 МВт. Название переводится как «солнечная звезда». Если совсем адаптировать до привычной фразы – «звезда по имени Солнце».

Solar Star – одна из самых старых в нашем ТОПе. Её строительство началось в 2013 году и было завершено в марте 2015 года. Объект включает в себя 1,72 миллиона солнечных панелей, которые могут поставлять электроэнергию для снабжения примерно 255 000 домов (по подсчетам, актуальным для США). Solar Star ежегодно выделяет 23 ГВт солнечной энергии и обеспечивает 17% энергоснабжения Калифорнии.

Помимо помощи Калифорнии в достижении целей в области возобновляемой энергии, в рамках строительства и обслуживания электростанции было создано около 650 рабочих мест. Электростанция заботится и об экологии. За счет использования солнечной энергии в атмосферу не попадает более 570 000 тонн углерода в год. Такой объем сравним с тем, который вырабатывают 2 миллиона автомобилей за 20 лет.

7 место: Солнечная электростанция Kamuthi, Индия

Завод в Камути, (регион Тамил Наду) является седьмой в рейтинге крупнейших солнечных электростанций в мире. Построена она всего за восемь месяцев, завод был запущен в эксплуатацию в сентябре 2016 года. Мощность объекта – 648 мегаватт электрической энергии. Электростанция располагается на площади 10 кв. км.

Строительство СЭС обошлось в $680 млн. (пересчет по курсу 2018 года). Деятельность станции обеспечивают 2,5 млн солнечных модулей, 6 000 км соединяющего кабеля, более 150 трансформаторов. Для строительства конструкций было использовано 30 000 тонн стали. Срок службы станции – 25 лет. Работая на максимальной мощности, она может вырабатывать 1350 гигаватт электрической энергии. Учитывая затраты, срок службы и количество генерируемой энергии, каждый кВт/ч электроэнергии обходится владельцу в $0.02 США.

Ежедневную очистку солнечных батарей производят роботы, которые заряжаются от этих же солнечных элементов.

6 место: Villanueva solar – самая крупная электростанция в Северной и Южной Америке

Солнечный парк базируется в Коауила, Мексика. Занимает площадь в 24 кв. км. Вырабатываемая мощность – 754 мегаватта.

• Вильянуэва-1 мощностью 427 МВт (введен в 2016 году);
• Вильянуэва-3 мощностью 327 МВт (ввод — начало 2018 года);
• Вильянуэва-2 – сроки запуска не озвучены.

Enel Green Power Mexico – компания, которая осуществляет надзор за станциями, продолжает наращивать мощность небольшими порциями. Поставленная цель – 1700 ГВт в год после того, как установка будет полностью введена в эксплуатацию. Этот объект является частью обязательств Мексики по поставке 35% электроэнергии из чистых источников к 2024 году. Enel получила права на разработку этих двух проектов в рамках первого в истории тендера по возобновляемым источникам энергии, объявленного Мексикой в марте 2016 года. Компания заключила контракты на поставку экологически чистой энергии сроком на 15 лет и сертификатов чистой энергии сроком на 20 лет. Для строительства СЭС был получен грант в размере €9 млн. от немецкого банка Deutsche Bank и итальянского экспортно-кредитного агентства SACE.

По оценкам, вырабатываемой энергии будет достаточно для удовлетворения потребления энергии более 1,3 миллиона домохозяйств. Проекты также должны компенсировать более 780 000 тонн выбросов углекислого газа.

5 место: Longyangxia Dam Solar Park, Китай

Расположен в Китае, на Тибетском плато. Занимает площадь в 27 кв. км. Вырабатываемая мощность – 850 мегаватт. В 2015 в городе Цыси в восточной провинции Чжэцзян было установлено 300 гектаров солнечных батарей над рыбной фермой. Согласно показателям производительности, ферма вырабатывает 220 гигаватт электроэнергии в год, что достаточно для обеспечения 100 000 домашних хозяйств.

Парк Солнечной плотины Longyangxia был построен в 2015 году и интегрирован с гидроэлектростанцией Longyangxia мощностью 1280 МВт. Вместе два источника энергии дополняют друг друга. Солнечная энергия помогает снизить потребление воды плотиной, в то время как гидроэлектростанция уравновешивает переменное производство энергии из солнечных элементов.

4 место: Kurnool Ultra Mega Solar Park, Индия

Располагается в южном индийском штате Андхра-Прадеш на площади в 24 кв. км. Несмотря на относительно небольшую площадь, электростанции вырабатывают 1000 мегаватт энергии. Внушительный объем выработки достигается благодаря плотному расположению солнечных модулей. Общее количество фотоэлементов – 4 580 471 (на конец 2018).

Индия очень быстро осваивает выработку энергии из солнечного тепла и света. На старте Национальной солнечной миссии Индии в 2010 году в расположении страны было всего 17 МВт вырабатываемой солнечной энергии. Цель была амбициозной – 20 ГВт к 2020 году. Цель воспринималась критиками, как недостижимая. Всего несколько лет спустя, в 2013, Индия увеличила свою цель до 100 ГВт солнечной энергии к 2022 году.

Ультра мега солнечный парк – название, которое совсем не говорит о скромности его создателей. И им действительно есть чем гордиться. Помимо выработки электрической энергии, парк обеспечил работой 2 500 человек. Уже к октябрю 2017 года Kurnool выработал более 800 миллионов ватт и не допустил выбросов более 700 000 тонн углекислого газа (в сравнении с использованием других источников для получения электричества). Годовая компенсация выбросов оксида углерода составляет более 1,89 млн. тонн. Для решения проблемы нехватки воды (мытье солнечных батарей, обеспечение генераторов) был создан резервуар для сбора дождевой воды. Себестоимость одного кВт энергии составляет $0.07-0.08.

3 место: Солнечная электростанция Datong, Китай

Это не только 3 по мощности, но и первая в мире солнечная электростанция в форме панды общей площадью 5 кв. км была подключена к сети в июле 2017 года в Датуне, Шаньси, Китай.

Текущая мощность – 1 000 мегаватт. Общая мощность после введения в эксплуатацию всех модулей составит 3 000 МВт. Солнечная электростанция Datong в Китае может стать крупнейшей солнечной электростанцией в мире после ее завершения. Китай продолжает лидировать в мире по инвестициям в возобновляемую энергетику. Согласно правительственной статистике, за 2018 год компания Datong выработала 870 миллионов ватт электроэнергии, что эквивалентно 120 миллионам ватт в месяц. Солнечная электростанция в Датуне заменит 25 миллионов тонн угля в ближайшие 25 лет.

Чтобы создать визуальный эффект, Panda Green Energy использовала темный монокристаллический кремний совместно с тонкопленочными элементами. Это позволило энергетической компании придать солнечным батареям вид, имитирующий окраску и форму гигантской панды.

Это только первая из 100 солнечных пандообразных электростанций, запланированных на ближайшие годы в Китае и Азии. Благодаря такой форме, развитие эффективного использования природных ресурсов набирает популярность и привлекает больше инвесторов. В мае 2018 года Фиджи объявила о создании небольшой солнечной фермы в форме панды.

Проект СЭС-панды на Фиджи

2 место: Bhadla Solar Park – крупнейшая солнечная электростанция в Индии

Расположена в Индии, район Джодхпур, на площади в 40 кв. км. Bhadla Solar Park вырабатывает 1365 МВт энергии. Завод расширяется и планирует производить дополнительно 880 мегаватт к апрелю 2019 года.

На момент публикации статьи компания не заявила о достижении заявленной мощности, поэтому Bhadla Solar Park остается на втором месте нашего рейтинга. Когда электростанция достигнет полной мощности, она получит титул крупнейшего солнечного объекта в мире.

Планируемая выработка энергии позволит Индии приблизиться к своей цели – получение 17% своей энергии от солнечной энергии. Доля на текущий момент – 10%.

1 место: Солнечная ферма в пустыне Тенгер, Китай

По состоянию на I квартал 2019, солнечная электростанция на южной окраине пустыни Тенгер является самой мощной в мире. Ее часто называют «Великой солнечной стеной», по аналогии с другой достопримечательностью Китая – Великой китайской стеной.

Чтобы в полной мере использовать преимущества световых и тепловых ресурсов пустыни, город Чжунвэй начал строительство пустынного фотоэлектрического промышленного парка в 2012 году. Общая площадь пустыни составляет 36 700 кв. км. Площадь солнечной фермы – всего 43 кв. км. По периметру СЭС произведено насаждение травы и деревьев. Они эффективно сдерживают наступающую пустыню и не позволяют пескам вывести из строя солнечные панели.

Согласно проектной документации, максимальная мощность электростанции составит 60 000 МВт. На текущий момент мощность составляет 1 547 МВт. Если произвести пересчет на российские нормативы (примерно 100 КВт на человека в месяц), выходит, что Тенгер может обеспечивать электроэнергией 11 138 400 человек ежемесячно.

Перспективная солнечная электростанция Mohammed Bin Rashid Al Maktoum

Отметим электростанцию, которая активно развивается, и в ближайшие 2-3 года сможет в корне изменить позиции рейтинга.

На текущий момент находится в стадии строительства, запущена первая фаза. Располагается она в Объединенных Арабских Эмиратах на площади в 77 кв. км.

Солнечный парк Мохаммеда бен Рашид Аль Мактум вырабатывает мощность 213 МВт. По сравнению с другими объектами, он не выглядит внушительно, но у его создателей амбициозные планы на будущее. Здесь внедряются улучшения, которые, как ожидается, будут генерировать 1000 МВт к 2020 году и 5000 МВт к 2030 году.

Это будет не только крупнейший солнечный парк в мире, но и самая высокая в мире башня для переработки солнечной энергии. 260-метровая башня будет возведена во время четвертого этапа разработки и будет давать 700 МВт от общей мощности станции.

Крупнейшие солнечные электростанции России

В нашей стране переработка солнечной энергии в электрическую в промышленных масштабах началась в 2015 году. Первой была построена солнечная электростанция Батагай.

Её пиковая мощность достигает 1 МВт. Внесена в книгу рекордов Гиннесса как самый северный объект фотовольтаики (переработка энергии солнца в электрическую). Станция насчитывает 3600 панелей, улавливающих солнечный свет. Позволяет экономить 300 тонн топлива в год (используемого в электрогенераторах).

ТОП-3 крупнейших солнечных электростанций в России

По состоянию на I квартал 2019:

• Сорочинская СЭС (Уран). Находится в Оренбургской области, занимает площадь 0,91 кв. км. Мощность – 60 МВт. Введена в эксплуатацию в конце 2018;
• Новосергиевская солнечная ферма (Нептун). Оренбургская область, площадь расположения фотоэлементов – 0,9 кв. км. Мощность – 45 МВт. Суммарной мощности двух станций достаточно, чтобы обеспечить порядка 10 тысяч частных домов;
• Орская СЭС им. Влазнева. Запуск – декабрь 2015 года. На площади в 1 кв. км. расположено около 160 тысяч фотоэлементов. Мощность – 40 МВт.

Солнечная энергетика является одним из самых перспективных направлений в настоящее время. Она позволяет снижать нагрузку на окружающую среду, минимизировать затраты на производство электрической энергии. Более того, ресурс является возобновляемым – Солнце будет светить еще не один миллион лет.

Источник