Европейские перспективы фотовольтики    Сегодня известно много примеров успешного использования альтернативных экологически чистых источников энергии для производства тепла, электричества и т.д. Это и ветроэнергетика, солнечные тепловые коллекторы, солнечные батареи ...И хотя в мире производство солнечных батарей достаточно интенсивно развивается, но пока эти объемы не настолько значительные, чтобы составить достойную конкуренцию традиционным способам генерирования энергии.


   Между тем, сейчас существует ряд тенденций по развитию энергетической отрасли, из среды которых два ли не самые главные - уменьшение негативного воздействия на окружающую среду и децентрализация энергообеспечения.Есть мнение, что пора развитие источников электрической энергии, которые превращают непосредственно энергию солнечного излучения в электрический ток. Зато основной контраргумент противников - относительно высокая цена этой энергии.Да приняв во внимание динамику цен на электроэнергию, которая вырабатывается в результате сжигания топлива электростанциями, плюс некалькулируемый потенциал угрозы окружающей среде и людям от такого производства и сравнив их с динамикой цен на электроэнергию, которая вырабатывается солнечными батареями,то результат получится в пользу солнечных батарей.

   PV-система 5 МВт под Лейпцигом

   Еще в 1997 г. был анонсирован проект «Миллион солнечных крыш» (MSRI) - инициатива по установлению к 2010 г. систем солнечной энергии на одном миллионе американских сооружений.Инициатива включает два типа солнечной технологии, одна из которых - солнечные электрические системы (photovoltaics), вырабатывающие электричество от солнечных лучей. Существуют соответствующие программы по фотовольтике и в Германии.

   В этом году летом установленная мощность PV-систем в Германии достигла 1000 МВт, то есть равна мощности традиционной электростанции, и стократ возрастет в течение последних 10 лет.Это стало возможным благодаря закону о потреблении электроэнергии и, особенно, закона о возобновляемые энергии (Gesetz fur den Vorrang Erneuerbarer Energien, EEG 2004).Целью закона является дальнейшем повышать долю возобновляемых энергий в электроснабжении до 2010 года минимум до 12,5% и к 2020 году - до 20%.

   В конце пятидесятых годов прошлого века фотовольтику (Fotovoltaik, также Photovoltaik), как направление электротехники, превращающего лучевую энергию, преимущественно солнечную, в электрическую, было привлечено к электроснабжению.Для преобразования солнечного излучения в электрический ток используется т.н. внутренний фотоэлектрический эффект, который возможен в некоторых полупроводниках. В соляр-ячейке (прибор для фотовольтики) основной частью является пластинка из светочувствительного полупроводника.Дополнительно для разделения различных заряженных частиц полупроводник оборудуют pn-переходом, как в диоде. На внешних поверхностях пластинки закрепляются электропроводные электроды (вход / выход).

   Под действием света количество заряженных частиц с обеих сторон pn-перехода возрастает, на переходе возникает напряжение, которое в наиболее распространенных ячейках из кристаллического кремния не превышает 0,5 В. Если к электродам присоединить электрическая нагрузка, то в нем возникнет постоянный ток.

   Как светочувствительный полупроводник для соляр-ячеек, кроме кристаллического кремния, могут использоваться и другие материалы, в частности, аморфный кремний, галлий-арсенид, кадмий-теллур, или соединения медь-индий-галлий-сера-селен. Из этих материалов можно изготовить технологичнее и дешевле т.н.тонкослойные соляр-ячейки. Для достижения более приемлемых для применения величин напряжения и тока, соляр-ячейки соединяют в соляр-или фотовольтик-модули (Solarmodul, Photovoltaikmodul). Соляр-ячейка может выдать мощность до 160 Вт / кв. м.В настоящее время коэффициент полезного действия имеющихся на рынке ячеек достигает 0,2, а лабораторных образцов - даже 0,35. В процессе старения деградация КПД составляет около 10% за 25 лет. Цена соляр-ячейки составляет до 200 евро за ячейку с поверхностью 21,6 кв. см.



   Соляр-система над автобаном в приборе для регистрации заторов.

   Технические данные соляр-модулей зависят от количества и схемы соединений соляр-ячеек в модуле и даются для стандартизованных условий тестирования (мощность облучения 1000 Вт / кв.м на поверхности модуля постоянная температура соляр-ячейки 25?С, глобальный спектр облучения АМ = 1,5, что соответствует угловые падения лучей 48,2?). Эти условия соответствуют среднеевропейским данным летом, начиная от северной Италии в центральной части Швеции. Зимой для этих широт АМ колеблется от 4 до 6.

   Основные электрические параметры двух из распространенных типов промышленных соляр-модулей:

   Тип модуля ATF43 с тонкослоевыми соляр-ячейками Conenergy C 175M, с соляр-ячейками из поликристаллического кремния
 Напряжение холостого режима Uoc, В 81,0

 44,4
 Ток короткого замыкания ISC, А 1,07 5,40
Напряжение в оптимальном рабочем
 пункте (номинальное напряжение) UMPP, В 53,0 35,4
 Ток в оптимальном рабочем
 пункте (номинальный ток) IMPP, А 0,81 4,95
 Мощность в оптимальном рабочем
 пункте (номинальная мощность) РMPP, Вт 43 ± 10% 175 ± 5%
Фактор наполнения FF = РMPP / (UOC * ISC) 0,50 0,73
 Коэффициент изменения мощности в зависимости от температуры ячейки ТК,% / ° С -0,18 -0,5

   КПД соляр-модулей ниже, чем соляр-ячеек, потому что в модули между ячейками должны быть промежутки. В лучших образцах он достигает 0,17.



   Строение соляр-ячейки.

   Соляр-модули поодиночке или соединены в группы входят в состав фотовольтик-системы (PV-системы) как генератор. Конструктивно соляр-модули PV-систем размещаются так, чтобы достичь оптимального освещения в течение года.Обычно в условиях индивидуальной застройки модули размещают на южных склонах крыш жилых домов.В промышленном строительстве их можно размещать на крышах, закреплять вертикально с одновременным использованием в качестве облицовочный материал, размещать на конструкциях, поверхность под которыми может быть также использована, например, для складов или автомобильных стоянок, также размещать на,так сказать,НЕ хозяйственных участках.

   Понятно, что энергия облучения зависит как от географической широты, времени года и часа дня, так и от ежедневных погодных условий. Поэтому, скажем, в Германии от уже установленных PV-систем в июле можно получить в пять раз больше электроэнергии, чем в декабре.Такие трудности при использовании фотовольтики и делает целесообразным его применение в качестве составной части процесса производства и использования электроэнергии наряду с применением других, традиционных способов преобразования энергии.

   В зависимости от мощности и назначения, PV-система может быть автономной, гибридной или присоединенной к сети электроснабжения, поэтому, кроме соляр-генератора, ее можно комплектовать другим оборудованием.Последний вид PV-систем, работающих параллельно с сетью электроснабжения, являются одними из самых простых для промышленного использования и становятся все больше популярными. Рассмотрим его состав и действие.

   Световая энергия подводится к поверхности соляр-модулей непосредственно или с помощью системы линз, зеркал или механических устройств, которые направляют или концентрируют излучение на эту поверхность, по возможности, под максимальным углом.В соляр-ячейках модулей (в генераторе) энергия света превращается непосредственно в электрическую в виде постоянного тока и постоянного напряжения. Постоянные ток и напряжение от соляр-модулей (генератора) с помощью кабеля передаются в инвертора, подключенного к сети электроснабжения.

   В нем постоянные ток и напряжение превращаются в сменные ток и напряжение, которые по сети передаются в присоединенных к ней потребителей. К инвертора подключен регулятор для регулирования произведенной PV-системой электроэнергии в зависимости от освещения и нагрузка.Как в цепи постоянного тока между генератором и инвертором, так и в кругу переменного тока между инвертором и электросетью устанавливаются разъединители и выключатели. Каждая система имеет также устройства для управления,защиты от повреждений и отдельный электросчетчик для учета произведенной электроэнергии.



   PV-система 2,4 кВт в Каселе.

   Согласно вышеупомянутому закону, в Германии владельцы сетей электроснабжения обязаны в первую очередь присоединять к электросети PV-системы и к 2024 году платить владельцам PV-систем за произведенную и переданную в сеть электроэнергию по ценам, которые почти вдвое превышают цену электроэнергии,отпускаемую потребителям электросети.Также на основании этого закона введены дополнительные программы, которые обеспечивают выгодное кредитования и дотации при сооружении PV-систем и их комбинаций с отоплением с использованием тепловых насосов, окончательной теплоты при отоплении и вентиляции, соляр-термических систем и т.п.

   Подобные программы в области ненуклеарных энергий внедрены также на уровне Европейского Союза, что сулит хорошие перспективы для развития фотовольтики.

   Кстати, по некоторым оценкам, в Украине сосредоточено 10 процентов мировых мощностей по производству полупроводниковых материалов, процент загрузки которых на настоящее время незначителен. Это такие предприятия как: Донецкий химико-металлургический завод; Запорожский титано-магниевый комбинат; Светловодский завод чистых металлов. Однако, многие тонн кремния ежемесячно экспортируется, что не может не сказаться на уровне цен на эти материалы, и результат этого - практическое отсутствие экономической выгоды от экспорта сырья, что по своей природе являются энерго-и наукоемкой и дорогостоящей.

Ранее Голографические солнечные батареи препарируют свет | Позже И солнца не нужно!