ПЕРСПЕКИТВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
Содержание
Введение
7
1
ПЕРСПЕКИТВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
10
1.1
Энергетический потенциал Республики Казахстан
10
1.2
Барьеры развития энергосбережения и распространения новых энергоэффективных технологий по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии в Республике Казахстан
12
2
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ВИДЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
15
2.1.1
Фотоэлектрические солнечные электростанции
16
2.1.2
Солнечные электростанции теплоснабжения
16
2.2
Типы солнечных электростанции
17
2.2.1
Солнечные электростанции башенного типа
17
2.2.2
Солнечные электростанции тарельчатого типа
19
2.2.3
Солнечные электростанции на основе фотоэлектрических панелей
20
2.2.4
Солнечная электростанция на основе параболические концентраторы
20
2.2.5
Солнечная электростанция на основе двигателя Стирлинга
21
2.2.6
Комбинированные солнечные электростанции
22
2.2.7
Аэростатные солнечные электростанции
22
3
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ
25
3.1
Автономные СФС и ее типы
26
4
АВТОНОМНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
29
4.1
Солнечные батареи
29
4.2
Главные неизбежные потери энергии фотоэлектрических панелей во время производства электричества
31
4.3
Жизненный цикл монокристаллических кремниевых солнечных панелей и основные потенциальные риски, связанные с ними
32
5
МАЛОМОЩНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ
40
5.1
Подбор солнечной системы электроснабжения
40
5.2
Обзор рынка РК в сфере гелиоэнергетики
41
5.3
Расчет мощности и количества компонентов солнечной
энергосистемы
44
5.4
Монтаж солнечной фотоэлектрической установки
45
6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
51
6.1
Проблемы взаимодействия энергетической сферы и экологии
51
6.2
Пожароопасность фотоэлектрических систем
52
Заключение
58
Список литературы
59
Приложение
60
В настоящей диссертации использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 24376-91. Инверторы Полупроводниковые. Общие технические условия.
ГОСТ 28976-91. Фотоэлектрические приборы из кристаллического кремния. Методика коррекции по температуре и облученности результатов измерения вольт - амперной характеристики.
ГОСТ 28977-91. Фотоэлектрические приборы. Часть 1. Измерение фотоэлектрических вольт-амперных характеристик.
ГОСТ ИСО 50001- 2012. Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению.
ГОСТ 51594-2000. Солнечная энергетика. Термины и определения
ГОСТ 51595-2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия
ГОСТ 51597-2000. Модули фотоэлектрические. Типы и основные параметры.
Определения, обозначения и сокращения
В настоящей диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями:
Солнечная энергетика - область энергетики связанная с преобразованием солнечной энергии в тепловую или электрическую.
Солнечная электростанция - электростанция, предназначенная для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.
Солнечный элемент - преобразователь солнечного излучения в электрическую энергию, выполненный на основе различных физических принципов прямого преобразования.
Двустороний солнечный элемент - солнечный элемент с двухсторонней чувствительностью.
Концентратор солнечного излучения - оптическое устройство для повышения плотности потока солнечного излучения, основанное на явлениях отражения и преломления лучей.
Приемник солнечной энергии - конструктивный элемент, воспринимающий концентрированный поток энергии солнечного излучения.
Гелиостат- плоский или фокусирующий зеркальный элемент оптической концентрирующей системы, имеющее индивидуальное устройство ориентации для направления отраженной прямой энергии солнечного излучения на приемник солнечного излучения.
КПД солнечной электростанции - отношение выработанной электрической энергии к поступившей за тот же интервал времени энергии солнечного излучения к поверхности, составляющей прекцию площади солнечной электростанции на плоскость, нормальной к солнечным лучам.
Фотоэлектрический модуль - устройство, конструктивно объединяющее соединенные между собой фотоэлектрические солнечные элементыи имеющие выходные клеммы для подключения.
КПД солнечного элемента, батареи, модуля - отношение электрической мощности солнечного элемента, модуля, батареи к произведенной плотности потока солнечной энергии на площадь, соответственно элемента, модуля или батареи.
Вольт-амперная характеристика - зависимость между током нагрузки и напряжением на клеммах фотоэлектрического элемента, модуля, солнечной батареи при постоянных значениях температуры солнечных элементов и интенсивности поступающего излучения.
Обозначения и сокращения
ВИЭ - возобновляемые источники энергии
НВИЭ - нетрадиционные источники
СЭС - солнечная электростанция
ФЭС - фотоэлектрическая система
ФЭУ- фотоэлектрическая установка
ФЭМ - фотоэлектрическая модуль
ФЭП - фотоэлектрическая панель
ВАХ - вольт-амперная характеристика
КПД - коэффициент полезного действия
Введение
Большинство людей считает все современные удобства чем то неотъемлемым. Некоторые полагают, что современная зависимость в ископаемом ресурсе -- топливе, таком как природный газ, бензин, пропан, и уголь, которое получают из материалов, добытых из земли -- установила население нашей планеты в острые разногласия с экологией в двадцать первом столетии. Их мысли основываются на том, что человеческое общество просто использует слишком много топлива и что последствия такого потребления так будут катастрофичны .
Некоторые из их проблем включают следующее:
Слишком много денег тратится на приобретение ископаемого топлива. В Соединенных Штатах, $1 миллиард тратится каждый день, чтобы привести в движение транспортную систему государства.
Большая часть потребляемого ископаемого топлива, особенно нефть, импортируется из различных государств мира, которые могут быть нестабильными. Поставка топлива в США может быть легко ограничена, без предупреждения государств поставщиков. Множество стран, которые покрывают своё нефтяное потребление или большую часть за счёт импорта, становятся заложниками импортёров, которые управляют нефтяными ресурсами в мире.
Разведочное бурение в поисках нефти и горная промышленность угля могут нанести ущерб земле ствол колонны, который невозможно восстановить.
Резервы угля и особенно нефти ограничиваются, и даже вскоре закончатся. Тем временем стоимость такого топлива повысится существенно, поскольку становится более трудоёмким поиск и получение таких ресурсов.
Перевозка нефти в массивных танкерах в море усиливает риск разливов нефти, принося убытки морским и прибрежным средам.
Кроме того, чтобы обеспечить тепло и электричество, ископаемое топливо должно быть использовано, и этот процесс дает начало куче проблем. Все это загрязняет окружающую среду в форме углекислого газа и серы, загрязняя атмосферу и вызывая "коричневые облака'' по городам. Эти загрязнители могут значительно увеличивают проблемы со здоровьем, вызывают болезни, такие как раковые заболевания лёгких.
Также способствует развитию явление, называемому "глобальное потепление.'' Этот термин носит теоретический характер и говорит о том, что средние температуры по всему миру увеличатся как "парниковые газы''. Глобальное потепление, поочередно, может расплавить ледники и полярные ледниковые покровы, повышая уровни морей с катастрофическим воздействием на прибрежные города и малочисленные островные государства. Это сможет также вызвать изменения климата, неурожай, и больше непредсказуемых метеорологических явлений опасных для человечества.
Некоторые ученые не полагают, что эффект глобального потепления уже существует и что его последствия будут катастрофическими. Некоторые не считают научную информацию о температуре, ледниковом расплавлении, возрастающих уровнях морей, и непредсказуемой погоде полностью правдоподобной. С учетом этих фактов и нынешним состоянием энергообеспеченности стран вызывает необходимость динамичного развития нетрадиционной возобновляемой энергии - солнечной формы генерации энергии.
Большинство солнечных технологий - не несут негативных аспектов для окружающей среды. Они не загрязняют атмосферу, не создают парниковых газов, они не производят радиоактивные отходы как реакторы ядерной энергии, и они не способствуют глобальному потеплению или кислотному дождю. Большинство систем солнечной энергии бесшумны, во время работы. Если солнечные технологии, которые генерируют электричество в ощутимом масштабе, будут максимально использоваться, большинство стран смогут уменьшить свою зависимость от электричества, произведенного ископаемым топливом. Это изменение в области энергетики могло уменьшить уровень загрязнения окружающей среды в мире [1].
Потенциал солнечной энергии, поступающей на Землю в 5000 раз больше потенциала ветровой энергии, и в 1500 раз больше потенциала гидроэнергии. При этом, принято, что без ущерба для экологии окружающей среды может быть использовано 1,5 % всей падающей на Землю солнечной энергии. Известно, что мощность солнечной радиации на поверхности Земли составляет 1,75∙1017 Вт, что эквивалентно 5,4∙1024 Дж энергии в год. Это в 10 раз превышает общемировые запасы органического топлива, которые оцениваются в 6,9∙1023 Дж, или в 1000 раз превышает прогнозируемое до конца столетия общемировое энергопотребление, равное 15,3∙1020 Дж.
Следовательно, использование даже 0,1 % суммарного энергетического потенциала солнечной радиации позволит целиком удовлетворить энергетические потребности человечества до конца XXI века.В солнечной энергетике сегодняшнего дня выделяют 3 основных направления: солнечные водонагревательные установки (коллектора), солнечные электростанции (СЭС) и фотоэлектрические преобразователи.
Оперативные воздействия фотоэлектрических систем на природную среду, как правило, минимальны и считаются доброкачественными. Фотоэлектрические системы являются одними из самых привлекательных возобновляемых источников энергии с
экологической точки зрения, так как фотоэлектрические системы не имеют движущихся частей и не оставляют сточные воды или остатков для захоронения в своей повседневной работе.
Актуальность этой темы явно выражается в статистических данных о вырабатываемой доле и потребляемой доле энергии, последнее значительно превышает предыдущее. Дефицит энергоснабжения ощущается повсеместно. По данным Информационного энергетического агентства, с 1990 года по 2007 год потребление электроэнергии увеличилось на 40%, за следующие 25 лет прогнозируется увеличение потребления еще на 50%. Современные технологии жизнеобеспечения требуют все больше энергии, в качестве энергоресурса рассматривается любой эффективный энергоисточник, безусловно, солнце в списке возможных энергетических источников занимает одну из первых позиций [2].
Незначительное практическое использование солнечных установок в настоящее время связано с рядом нерешенных проблем:
* отсутствие законодательной базы;
* недостаточность информации;
* отсутствие серийного производства;
* малый объем государственных и частных инвестиций на стимулирование развития;
* неправильный монтаж.
Для более широкого использования солнечных установок необходимо разработать метрологическое обеспечение.
1.ПЕРСПЕКИТВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
1.1 Энергетический потенциал Республики Казахстан
Казахстан имеет крупный запас энергетических ресурсов (нефть, газ, уголь, уран) и является одним из крупных энергетических держав в мире. Общий запас нефти, угля и газа по примерным подсчетам составляет 13 млрд. тонн нефтяного эквивалента (т.н.э.), другими словами 722 т.н.э. на единицу (на душу населения). Эти показатели позволяют республике войти в первую десятку стран мира. Но топливно-энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно по территории республики. 100% эксплуатируемых месторождений угля находятся в Центральном и Северо-Восточном регионе, больше 90% гидроресурсов в Восточном и Юго-Восточном регионе, а нефти и газа-в Западном Казахстане. Этот факт имеет огромное влияние на обеспечении энергией и топливом отдельных районов.
Несмотря на хорошую энергообеспеченность по данным АО Центр маркетингово-аналитических исследований, стабильный дефицит электроэнергии в определенных районах Республики имеет место с 2009 года. Планируемым решением проблемы дефицита энергии в Республике Казахстан (РК) является более сбалансированное распределение энергии по регионам и создание дополнительных мощностей. Планируется совершенствование структуры энергетического сектора РК, за счет введения в эксплуатацию источников энергии на основе ВИЭ. В настоящий момент был запущен ряд пилотных проектов в разных районах РК, которые имели успех, что и обусловило дальнейшее относительно динамичное развитие ВИЭ в виде других проектов.
Министерство охраны окружающей среды РК считает, что Казахстан обладает широкими перспективами для развития сферы энергетики на возобновляемых источниках. Для этого имеются все предпосылки: научный и производственный потенциал, богатые ресурсов возобновляемой энергии. В ряде регионов, имеющих соответствующий потенциал этих энергоресурсов, особенно в районах с децентрализованным энергоснабжением и дальним завозом топлива, использование этих ресурсов является целесообразным с экономической точки зрения.
Использование ВИЭ рассматривается как важнейшее составляющее обеспечения энергетической безопасности страны на долгосрочную перспективу.
При наличии огромных запасов традиционных источников энергии (0,5 % от мировых запасов топлива) потребители отдаленных регионов Казахстана испытывают острый дефицит электроэнергии.
Важность использование ВИЭ в РК обуславливается доставкой энергии в отдаленные районы. При централизованном электроснабжении огромная территория (2,7 млн.км2) и низкая плотность населения (5,5 челкм2) приводит к явно ощутимым потерям электроэнергии при ее передаче удаленным потребителям. На территории Казахстана находятся более 5 тыс. поселков и большое количество крестьянских хозяйств, зимовок скота, не обеспеченных электроэнергией. Использование ВИЭ позволит снизить затраты на обеспечении энергией удаленные населенные пункты и строительство линий электропередач.
Также вопросы использования ВИЭ является важным в Казахстане в связи с решением проблем, относящихся к глобальному климату и местному загрязнению окружающей среды. Внедрение ВИЭ в производство электроэнергии поможет в значительной степени уменьшить объем выброса парниковых газов и вредных веществ от энергетического сектора.
В настоящее время оценка доли ВИЭ в общем производстве энергии нашей страны эквивалентно 0,1 % .
Интенсивно солнечная энергия может использоваться на более 60 % территории Казахстана (южнее 50 ° с.ш.). Значительная часть территории страны имеет весьма благоприятные климатические условия для использования энергии солнца в соответствии с рисунком 1. В южных регионах продолжительность солнечного потока на горизонтальной поверхности, составляет в среднем от 6,4 до 7,5 кВт*ч в день. Соответственно, широкое использование энергии солнца вероятно имеет здесь важное хозяйственное значение.
Основным потребителем электроэнергии в Казахстане является промышленность - 68 %, после домашние хозяйства - 8 %, а также сектор услуг - 7 %, транспорт - 5 % и сельское хозяйство - 12 %. Низкое энергопотребление в сельском хозяйстве объясняется в первую очередь с удалением этих объектов от централизованных электрических сетей.
Для снижения уровня дефицита энергией отдаленных жилых объектов необходимо развивать так называемую малую энергетику, то есть автономное электроснабжение объектов маломощными солнечными электроустановками. Острый дефицит энергии ощущается в крупном мегаполисе РК в Алматы. Основанием для выбора этой местности также является климатические показатели по этому региону, как солнечная радиация (или инсоляция). Истинное значение инсоляции зависит от района, в котором устанавливается солнечная электростанция. Например для г. Алматы средняя за год пиковая инсоляция равна 1175 Вт∙часм[2]. В таблице 1 приведена информация об инсоляции по месяцам, взятые из метеорологических наблюдений для данной местности.
Рисунок 1 - Карта солнечной инсоляции Республики Казахстан.
Таблица 1. Прямая и рассеянная солнечная радиация (инсоляция) и температура наружного воздуха в районе г. Алматы по месяцам
Показатель
Е
Ер
Тв
I
6,34
3,64
-11,5
II
9,24
5,21
-8,9
III
12,01
6,21
0,8
IV
16,54
6,95
10,3
V
20,52
8,1
16
VI
22,66
7,78
20,3
VII
23,62
6,68
22,9
VIII
20,79
6,34
21,7
IX
16,96
5,28
15,6
X
11,2
4,18
8
XI
6,67
3,34
-1,2
XII
5,13
2,7
-8
1.2 Барьеры развития энергосбережения и распространения новых энергоэффективных технологий по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии в Республике Казахстан
Приоритетность использования ВИЭ в Республике Казахстан связана не только надобностью диверсификации приемлемых традиционных источников энергии, но и поставленными государством целей первостепенной важности в сфере защиты окружающей среды. Нагрузку на окружающую среду, создаваемую централизованным производством электроэнергии на основе ископаемых источников, сможет снизить прогресс производства тепла и электричества на базе децентрализованных нетрадиционных источников энергии. Тем не менее, динамичное осваивание ВИЭ в Казахстане приостанавливается рядом препятствии, главными из которых являются:
финансовые барьеры:
недостаточный уровень государственных и иностранных материальных средств: казахстанские компании, заинтересованные в активном прогрессе внедрения НВИЭ, имеют ограничение по своим материальным средствами неудовлетворительный доступ к материальным средствам спонсирования проектов по использованию НВИЭ на основе инвестиции. Принятие участия зарубежных материальных средств в некоторой мере замедляется ввиду нестабильного бизнес климата и неустойчивых экономических условий, а именно в некоторой степени из-за неимения надлежащей нормативно-правовой базы и результативной системы привлечения исполнения требований, поставленных законодательством;
дефицит долгосрочных займов на приемлемых условиях. Банки коммерческой деятельности с нежеланием выдают займы, так как возмещение долгосрочных вложении средств рискован. Кроме этого финансовые организации не имеют практики исследования экономических аспектов вложении средств в нетрадиционную энергетику. Иностранные долгосрочные займы стоят недешево из-за большого риска, ощущаемого зарубежными банками коммерческой деятельности;
расходы на приготовление инвестиционных проектов, подаются до начала спонсирования по ним без гарантии получения материальных ресурсов для реализации проекта.
При этом неимение наглядных проектов для демонстрации увеличивает издержки, касающихся их приготовления; неимение важной материальной поддержки от страны, а также неимения в экономической классификации специальной строки с позволением использования какой-то меры капитала для динамичного прогресса ВИЭ, и ещё рассеивание выделяемого капитала на немалое количество разных объектов; несовершенство доработки аспектов о государственных гарантиях для принуждения капиталовложении в развитие ВИЭ;
немалая стоимость специальной системы оборудования, обусловленная тем, что нет удовлетворительного количества спроса;
неимение государственных программ обеспечения материальными средствами, которые обязательны, при учете технических затруднении, большая степень риска и длительность претворения в жизнь проектов по развитию внедрения НВИЭ. Сложившееся состояние обостряется тем, что производство энергии с участием традиционного органического топлива в высокой степени субсидируется, как на прямую, так и косвенно;
информационные барьеры:
дефицит доступных знаний относительно технологии и потенциале их использования:
отсутствует информация об ранее испытанных технологиях, употребительных с целью переформирование действующих крупных котельных, функционирующих на ископаемом топливе, на использование разных форм НВИЭ;
неудовлетворительность количества показательных центров для демонстрации по внедрению и употреблению возобновляемой энергетики, а также их бессильная техническая и информационная обеспеченность;
не интенсивное использование изготовителями оборудования новоявленных форм взаимоотношения с потребителями, также разных форм лизинга
дефицит информации о прибылях (финансовых, социальных и экологических), рентабельности капиталовложении от использования ВИЭ;
неимение достоверной информации о ресурсах возобновляемой энергии.
Сейчас есть только предположительные оценки потенциально подходящих для использования потенциала нетрадиционной энергии;
институциональные барьеры:
неудовлетворительная законодательная база в сфере стимулирования осваивания НВИЭ;
не результативная система мер по привлечению исполнения экологического нормативов, что не способствует увеличению увлеченности в расширении использования больше экологически чистых видов энергии, к которым можно отнести ВИЭ;
отсутствие Государственного закона и программы, реализующих меры государственной поддержки и стимулирования роста использования ВИЭ; неимение специального государственных структур и крупных хозяйственных субъектов, отвечающих за развитие ВИЭ;
неохотность органов регионального самоуправления иметь отношение во вложении средств;
инвестиционных проектов по осваиванию НВИЭ, так как долговременные профиты трудно обратить на пользу себе в кратковременные перспективе.
2 СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ВИДЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Гелиоэнергетика - прямое использование солнечного потока с целью получения энергии в разном виде. этот вид энергетики употребляет нетрадиционный источник энергии, которая почти экологически чистая, то есть без выбросов вредных веществ. Создание энергии посредством СЭС прекрасно согласовывается с концепцией распланированного производства энергии.
Таким образом, поступающая к нам солнечная энергия как правило неоднократно превышает потребности энергии человечества. Но использование солнечной энергии сопряжено с тем, что лимитирует повсеместное осуществление технологий. К ним можно отнести: небольшую плотность солнечного потока, нестабильность и дискретность поступления солнечной энергии во времени, обусловленность солнечного потока от географической локализации приемника излучения и др.
Базовые направления употребление солнечной энергии - это преобразования солнечной энергии в электричество для электроснабжения различных предметов и объектов, а также для отопления жилых объектов, снабжения горячей водой, водоопреснения, высушивания и других технологических целей
СЭС генерируют энергию солнечной инсоляции в электроэнергию. СЭС бывают двух видов:
1. фотоэлектрические СЭС - напрямую превращают солнечную энергию в электричество с помощью фотоэлектрического агрегата.
2. термодинамические СЭС - преобразуют солнечную энергию в тепло, а далее в электричество; мощность термодинамических СЭС высок по сравнению с мощностью фотоэлектрических СЭС.
Фотоэлектрическое преобразование гелиоэнергии в электричество, базируется на феномене электронной проводимости полупроводников, сейчас представляется одним из приоритетных направлений ее употребления.
2.1.1 Фотоэлектрические солнечные электростанции
Ключевым компонентом фотоэлектрических станций электроснабжения это солнечные батареи. Эти компоненты изготавливаются из тонких пленок полупроводниковых материалов, в основном кремния, которые могут производить постоянный электрический ток из солнечных потоков лучей.
Фотоэлектрические панели являются особенными из-за своей надежности, постоянства, а период эксплуатации практически неограничен. Им свойственно преобразовывать все виды солнечной радиации. Легкость, простота сервиса, модульный тип конструкции позволяет изготавливать установки любой мощности. Минусом фотоэлектрических панелей является их относительно большие затраты при приобретении и низкий уровень КПД.
Фотоэлектрические панели используют для обеспечения энергией автономные объекты с малым потреблением электроэнергии, зарядка радионавигационной и радиоэлектронной техники, привода с малым потреблением энергии, опытных электротранспортов и воздушных средств перемещения. Имеется вероятность, что вскоре им определят использование в электро и теплоснабжении жилых объектов.
2.1.2 Солнечные электростанции теплоснабжения
В структуре гелиоэлектростанций теплоснабжения есть теплообменные элементы с отборным нанесением, которым свойственно поглощать свет. Их способность поглощения достигает до 96% падающего на них потока солнечного света. Данные элементы при простом солнечном свечении имеют свойство нагреваться до 180°С и больше. Эти элементы преобразуют воду в пар в простых котлах пара, позволяющих обеспечить эффективный тепловой замкнутый процесс в турбине пара. Солнечная установка с турбиной пара, КПД которой может достичь до 20%.
Основная идея строения аэростатных солнечных станции базируется на этом эффекте. В этом типе солнечной электростанции аэростатный баллон исполняет роль первоисточника энергии, который заполняется водяным паром. Поверхности этого баллона свойственно пропускать поток солнечного света, а внутренняя поверхность из селективного материала, поглощающий свет, и дает возможность нагреться содержимому баллона до 150-180°С. В баллоне давление соответствует атмосферному, в то время как, температура пара составляет 130-150°С. Пар производится посредством распыления жидкости внутри баллона с нагретым паром.
Пар от баллона передается в турбину пара через гибкий паропровод, с выходом из турбины изменяется в воду в следующем компоненте системы, то есть в конденсаторе. Из него воду посредством насоса отправляют снова в баллон. Из-за куммулятивного пара в течении солнечного времени суток, этот вид электростанции может эксплуатироваться в ночное время суток. В течение дня и ночи выработку турбогенератора можно настраивать по мере потребления.
Основная трудность это способ расположения солнечных аэростатных станций теплоснабжения. Эти электростанции можно расположить над любой точкой земли, даже над водой и в возвышенностях. В любой ситуации существуют отрицательные и положительные стороны. Нужно учесть все факторы: место расположении турбогенератора, длину провода пара, высоту размещения, так как баллоны могут мешать перелету воздушного транспорта.
Насчитывается огромное количество методов генерации солнечной формы энергии, в случае устранения всех препятствия, вероятно, что спрос на этот тип электростанции может быть почти безлимитен. Благодаря новаторским решениям можно будет перейти ряд барьеров, затрудняющих энергоснабжение отдаленных нецентрализованных регионов, снизить долю использования традиционных источников в больших городах, и предотвратить пагубное влияние отходов вредных веществ на окружающую среду.
2.2 Типы солнечных электростанции
Все виды солнечных электростанции подразделяются на следующие типы:
* СЭС башенного типа
* СЭС тарельчатого типа
* СЭС, использующие фотомодули
* СЭС, использующие концентраторы типа параболл
* Комбинированные СЭС
* Аэростатные СЭС
* Мобильные СЭС
СЭС типа башен и с концентратором в виде парабол эксплуатируются с высокой производительностью в совокупности не малых комплексов соединенных с сетью электростанций очень большой мощности, тем временем структура тарельчатого вида изготавливаются из панелей и могут работать и отдельно, и системами итоговой мощностью в несколько МВт. Модернизированные автономные СЭС могут пользоваться широким потреблением в децентрализованном электроснабжении малых и небольших жилых строений, это обусловлено их способностью перемещения и небольшими габаритами.
Электростанции башенного и тарельчатого типа дают возможность достичь более высокого КПД преобразования гелиопотока в электричество при небольших затратах на установку, чем у параболических, из-за этого большая вероятность, что они станут средствами электроснабжения скорого времени..
2.2.1 Солнечные электростанции башенного типа
В СЭС типа башен, преобразующих солнечную радиацию в электроэнергию применяется гирополе гелиостатов-отражателей. Их задача собирать солнечный поток на приемник, установленный в центре и смонтированного на верхушке маяка в соответствии с рисунком 2. Он поглощает солнечную энергию и приводит в рабочее состояние турбогенератор. Положение всех зеркал руководится централизованным ПК, направляющего поворот и наклон модулей в соответствующем виде, с целью постоянного направления гелиопотока на приемник.
Жидкость находящийся в циркуляции, в приборе, принимающим солнечные потоки лучей, жидкость транспортирует тепло к термонакопителю в качестве воздушных капель воды. Пар заставляет прийти турбину генератора в состояние вращения, и начинается генерация электрического тока, иначе напрямую применяется в производственных процессах. Температура на приемнике варьируется от 529 до 1483 °С.
Минус каждого СЭС то, что снижается ее вырабатываемой мощности, если облачное небо, и полное отсутствие производства в не дневное время суток. С целью разрешения данной трудности рекомендуется использование в качестве термоносителя соли с высокой теплоемкостью, вместо воды. Расплавленная соль собирается в месте для хранения, сконструированного в форме огромного термоса, и может использоваться для процесса преобразования воды в пар еще весьма долгий период после того, как перестанет падать солнечный поток. Посредством накоплению тепла башенные СЭС являются уникальными гелиотехнологиями, обеспечивающие управление электроэнергии 65%-ной нагрузке. В таком строении расплавленная соль направляется из охлажденного бака температурой 287 °С и пропускается через приемный прибор, где доходит до 564 °С, а затем передается обратно вгорячий бак. После горячую соль в случае необходимости можно взять для генерации электричества. В нынешних моделях этих установок тепло сберегается в течении 3-13 часов.
Рисунок 2 - СЭС башенного типа.
2.2.2 Солнечные электростанции тарельчатого типа
Механизм производства этого СЭС основан на принципе получения электричества, похожим на СЭС башенного типа, однако есть различия в конструкции самой станции. В соответствии рисунком 3, СЭС сооружена из единичных модулей. Модуль сделан из поддержки, на которую закрепляется фирменное строение приемника и отражателя. Приемник размещается на некотором расстоянии от отражающего прибора, и в нем фокусируются отраженные потоки солнечных лучей. Температура жидкости в приемнике доходит до 1000 °С и напрямую используется для генерации электричества некрупным двигатель-генератором, соединенного с приемником. Отражающее устройство изготовлено из зеркал тарельчатой формы (этим и объясняется происхождение названия), радиально размещенных на ферме. Их диаметры могут доходить до 2 метров, а количество зеркал - нескольких десятков (обуславливается производительностью панели). Эти станции могут состоять и из единицы модуля (децентрализованные), и из серии десятков (находятся с центральной сетью в параллельном соединении).
Высокий показатель эффективности оптики и небольшие первичные расходы делают системы зеркал-двигателей одними из самых результативных из всех гелиотехнологий. На таких установках можно достичь фактического КПД 29% . Эти станции представляют собой наилучшую версию как для автономных потребителей, так и для гибридных (в мегаваттном диапазоне), соединенных с центральными электросетями.
Рисунок 3 - Солнечная электростанция тарельчатого типа.
2.2.3 Солнечные электростанции на основе фотоэлектрических панелей
Данный тип станции в нынешнее время имеет относительно широкое применение, поскольку обычно СЭС в соответствии с рисунком 4 состоит из огромного количества индивидуальных панелей (солнечные батареи) разной мощности и выходных параметров. Эти СЭС распространенно используются для энергообеспечения небольших и огромных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Солнечные панели можно размещать фактически в любом месте, на крышах и фасадах и намеренно отведенными участками. Установленные мощности варьируются в почти безграничном интервале, от обеспечения частных насосов до обеспечения электричеством небольшой посёлок.
Рисунок 4 - Солнечная электростанция на фотоэлектрических модулях.
2.2.4 Солнечная электростанция на основе параболические концентраторы
Механизм работы данного типа СЭС базируется в доведении температуры носителя тепла до необходимого состояния параметров, приемлемых к применения в турбогенераторе.
Строение СЭС в соответствии с рисунком 5: на фирменной структуре устанавливается длинное зеркало в форме параболы, а в средоточие (центре) параболы размещается трубка, через которую проходит носитель тепла (обычно это масло). В период прохождения всего пути, теплоноситель нагревается и в теплообменных устройствах передает тепло в воду, последовательно эта жидкость переходит в состояние пара и попадает на турбогенератор.
Параболические СЭС на этот день самая высокоразвитая из гелиотехнологий энергообеспечения и высока вероятность применения именно этих установок масштабных проектах.
Рисунок 5 - СЭС на параболических концентраторах.
2.2.5 Солнечная электростанция на основе двигателя Стирлинга
Этот вид СЭС является теми же что и (Рис 00) предыдущий тип, но у которого в фокусе в соответствии с рисунком 6 вместо трубки располагается двигатель Стирлинга. Есть наличие структуры двигателя Стирлинга, напрямую преобразующих изменение поршня в электричество, исключением применения кривошипно-шатунного механизма. Это обеспечивает большую результативность генерирования энергии. Результативность этих СЭС доходит 31,25%. Роль эксплуатируемого элемента играет водород или гелий.
Рисунок 6 - СЭС на основе двигателя Стирлинга.
2.2.6 Комбинированные солнечные электростанции
Электростанции упомянутого типа в соответствии с рисунком 7 могут содержать в себе ряд типов СЭС. К примеру, часть станции будет из конструкции тарельчатого или параболического типа и фотоэлектрических модулей в параллельном соединении. Другой пример это если на СЭС размещают вспомогательные структуры обмена тепла с целью приобретения горячей воды, она также может быть в эксплуатации ради снабжения горячей водой, теплом или технических потребностей.
Нередко на СЭС разных типов размещают вспомогательные теплообменные устройства ради получения горячей воды, использующуюся в угоду технических нужд, снабжения горячей водой и теплом. На этом основана суть комбинированных электростанции. В то же время может параллельно соединена с концентратором и фотоэлектрическими панелями, это следовательно также относится к типу комбинированных электростанции.
Рисунок 7 - Комбинированная солнечная электростанция.
2.2.7 Аэростатные солнечные электростанции
Одним из главных замедляющих препятствий развитие гелиоэнергетики это трудности, связанные с определением места с целью установки СЭС.
Солнечная радиация попадающая на поверхность Земли при чистом и открытом небе образует число около 1 кВтм[2]. Для производства электрической энергии в очень крупных размерах нужны мощности порядка миллиона киловатт. Это говорит о том, что индустриальной СЭС с КПД около 10% и при учете прерывистости мощности солнечной радиации в период круглых суток требуется территория площадью в десятки квадратных километров.
Территория для установки приемников солнечной радиации должна быть ровной, приспособленной чтоб обслуживать и ремонтировать устройства, независимой от хозяйственной деятельности человека. Обнаружить подходящее место, соответствующее этим условиям крайне трудно.
Наилучшим решением этой трудности является установка СЭС на поверхности морей и океанов, площадью превышающей площадь суши в пять раз. Но, традиционная СЭС непригодны для надводного монтажа. Сложившиеся обстоятельства в корне поменялась после создания аэростатных СЭС, схема которой показана на рисунке 8.
Механизм работы аэростатной СЭС с турбиной пара базируется на вбирании внешней частью баллона аэростата потока солнечных лучей и доведения температуры за счет этого водяного пара, который содержится в баллоне. Нынешние отборные поглощающие элементы в состоянии повышать свою температуру от прямых рассеянных лучей Солнца до 200 °С и более.
Покрытие баллона выполняется двухслойной. Первое покрытие прозрачное и пропускает солнечное излучение. Второе покрытие отборное, являющееся слоем для поглощения и повышает свою температуру солнечной радиацией до 150-180 °С.
Находящийся между покрытиями воздух и есть теплоизолятор, который снижает отдачу тепла в окружающую среду.
Температура пара в баллоне доходит до 130-150°С. Давление в нем соответствует атмосферному давлению.
После баллона пар переходит в турбину пара, проходя через провод пара, а далее направляется в турбину и конденсируется. Вода насосом опять отправляется в баллон из конденсатора, проводится инжекция и превращается в пар, когда вступает в связь с перегретым паром воды.
Базовым преимуществом парового аэростатного аппарата это обеспеченность бесперебойного питания турбины пара ночью, за счет запаса пара воды, содержащегося в аэростате.
Поскольку пар воды подается в турбину, и снижение температуры происходит из-за теплоотдачи в атмосферу ночью. Днем так как есть солнечная радиация происходит производство пара для функционирования турбины пара и резервирование пара воды в второй полости аэростата.
Режим производительности турбогенератора полностью без негативного воздействия можно менять в любое время в зависимости от потребления.
При атмосферном давлении плотность наружного воздуха составляет 1,3 кгм3, а плотность пара воды внутри баллона составляет 0,6 кгм3. Следовательно, подъемная сила 1 м3 баллона равна 0,7 кгм3.
Аэростатные СЭС самые энергоэффективные установки, им свойственно концентрировать до 97% солнечной энергии, в то время , как конструкции используют не большие площади поверхности, поскольку размещенное е на поверхности суши установки используют небольшую площадь, а габаритный баллон аэростата, имеющий фотоэлектрический слой, размещен в воздухе и может принимать солнечный поток лучей фактически в целом днем и ночью, несвязанно с климатическими условиями, имея функцию повышения и снижения на нужную высоту.
Рисунок 8 - Аэростатная электростанция.
3 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ
Солнечная фотоэлектрическая система (СФС) - это СЭС, работающая на методе непосредственного преобразования солнечного потока лучей в электричество. В их состав входит комплект фотоэлектрических модулей, располагаемых на опорной конструкции или кровле электроснабжаемого объекта, аккумуляторной батареи, стабилизатора заряда-разряда аккумулятора, и инвертора, при необходимости напряжение переменного тока. В соответствии с рисунком 9, существует 3 базовых конфигурации СФС, снабжающие электричеством, приведенных ниже.
1. Автономная СФС (децентрализованная СФС) совершенно необусловленный сетями централизованного электроснабжения. Кроме определенных специфических применении, где энергия от фотоэлектрических модулей непосредственно используется потребителями (к примеру, водоподъемные установки, фотоэлектрическая вентиляция и т.п.), все остальные виды децентрализованных систем обязательно содержат в себе аккумуляторные батареи. Энергетический запас в аккумуляторах потребляется в период неудовлетворительного прихода потока солнечных лучей или когда нагрузка превосходит производство солнечных батарей.
2. СФС, подключенная с центральным электроснабжением подобен децентрализованной системе. Она также имеет аккумуляторы, одновременно соединенных с центральными сетями электроснабжения. Вследствие этого, возможно направление переизбыточной энергии, производимой фотоэлектрическими модулями в нагрузку или центральную сеть. Но чтобы излишки энергии отправлять в сеть обязательно наличие преобразователей тока, способных функционировать паралелльно с сетью, чаще называемых "гибридными". В случае превышения потребления, производимой энергии фотоэлектрическими модулями, то необходимая энергия компенсируется сетью. Определенные разновидности этих преобразователей с зарядными приборами имеют преимущество для зарядки аккумуляторных батарей от источника постоянного тока (к примеру, контроллера фотоэлектрических модулей), этим он снижает употребление электричества от центральных сетей для зарядки аккумулятора.
Существует модификация, имеющая батареи и соединенной с ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Введение
7
1
ПЕРСПЕКИТВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
10
1.1
Энергетический потенциал Республики Казахстан
10
1.2
Барьеры развития энергосбережения и распространения новых энергоэффективных технологий по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии в Республике Казахстан
12
2
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ВИДЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
15
2.1.1
Фотоэлектрические солнечные электростанции
16
2.1.2
Солнечные электростанции теплоснабжения
16
2.2
Типы солнечных электростанции
17
2.2.1
Солнечные электростанции башенного типа
17
2.2.2
Солнечные электростанции тарельчатого типа
19
2.2.3
Солнечные электростанции на основе фотоэлектрических панелей
20
2.2.4
Солнечная электростанция на основе параболические концентраторы
20
2.2.5
Солнечная электростанция на основе двигателя Стирлинга
21
2.2.6
Комбинированные солнечные электростанции
22
2.2.7
Аэростатные солнечные электростанции
22
3
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ
25
3.1
Автономные СФС и ее типы
26
4
АВТОНОМНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
29
4.1
Солнечные батареи
29
4.2
Главные неизбежные потери энергии фотоэлектрических панелей во время производства электричества
31
4.3
Жизненный цикл монокристаллических кремниевых солнечных панелей и основные потенциальные риски, связанные с ними
32
5
МАЛОМОЩНАЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ
40
5.1
Подбор солнечной системы электроснабжения
40
5.2
Обзор рынка РК в сфере гелиоэнергетики
41
5.3
Расчет мощности и количества компонентов солнечной
энергосистемы
44
5.4
Монтаж солнечной фотоэлектрической установки
45
6
БЕЗОПАСНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
51
6.1
Проблемы взаимодействия энергетической сферы и экологии
51
6.2
Пожароопасность фотоэлектрических систем
52
Заключение
58
Список литературы
59
Приложение
60
В настоящей диссертации использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 24376-91. Инверторы Полупроводниковые. Общие технические условия.
ГОСТ 28976-91. Фотоэлектрические приборы из кристаллического кремния. Методика коррекции по температуре и облученности результатов измерения вольт - амперной характеристики.
ГОСТ 28977-91. Фотоэлектрические приборы. Часть 1. Измерение фотоэлектрических вольт-амперных характеристик.
ГОСТ ИСО 50001- 2012. Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению.
ГОСТ 51594-2000. Солнечная энергетика. Термины и определения
ГОСТ 51595-2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия
ГОСТ 51597-2000. Модули фотоэлектрические. Типы и основные параметры.
Определения, обозначения и сокращения
В настоящей диссертации применяют следующие термины с соответствующими определениями:
Солнечная энергетика - область энергетики связанная с преобразованием солнечной энергии в тепловую или электрическую.
Солнечная электростанция - электростанция, предназначенная для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию.
Солнечный элемент - преобразователь солнечного излучения в электрическую энергию, выполненный на основе различных физических принципов прямого преобразования.
Двустороний солнечный элемент - солнечный элемент с двухсторонней чувствительностью.
Концентратор солнечного излучения - оптическое устройство для повышения плотности потока солнечного излучения, основанное на явлениях отражения и преломления лучей.
Приемник солнечной энергии - конструктивный элемент, воспринимающий концентрированный поток энергии солнечного излучения.
Гелиостат- плоский или фокусирующий зеркальный элемент оптической концентрирующей системы, имеющее индивидуальное устройство ориентации для направления отраженной прямой энергии солнечного излучения на приемник солнечного излучения.
КПД солнечной электростанции - отношение выработанной электрической энергии к поступившей за тот же интервал времени энергии солнечного излучения к поверхности, составляющей прекцию площади солнечной электростанции на плоскость, нормальной к солнечным лучам.
Фотоэлектрический модуль - устройство, конструктивно объединяющее соединенные между собой фотоэлектрические солнечные элементыи имеющие выходные клеммы для подключения.
КПД солнечного элемента, батареи, модуля - отношение электрической мощности солнечного элемента, модуля, батареи к произведенной плотности потока солнечной энергии на площадь, соответственно элемента, модуля или батареи.
Вольт-амперная характеристика - зависимость между током нагрузки и напряжением на клеммах фотоэлектрического элемента, модуля, солнечной батареи при постоянных значениях температуры солнечных элементов и интенсивности поступающего излучения.
Обозначения и сокращения
ВИЭ - возобновляемые источники энергии
НВИЭ - нетрадиционные источники
СЭС - солнечная электростанция
ФЭС - фотоэлектрическая система
ФЭУ- фотоэлектрическая установка
ФЭМ - фотоэлектрическая модуль
ФЭП - фотоэлектрическая панель
ВАХ - вольт-амперная характеристика
КПД - коэффициент полезного действия
Введение
Большинство людей считает все современные удобства чем то неотъемлемым. Некоторые полагают, что современная зависимость в ископаемом ресурсе -- топливе, таком как природный газ, бензин, пропан, и уголь, которое получают из материалов, добытых из земли -- установила население нашей планеты в острые разногласия с экологией в двадцать первом столетии. Их мысли основываются на том, что человеческое общество просто использует слишком много топлива и что последствия такого потребления так будут катастрофичны .
Некоторые из их проблем включают следующее:
Слишком много денег тратится на приобретение ископаемого топлива. В Соединенных Штатах, $1 миллиард тратится каждый день, чтобы привести в движение транспортную систему государства.
Большая часть потребляемого ископаемого топлива, особенно нефть, импортируется из различных государств мира, которые могут быть нестабильными. Поставка топлива в США может быть легко ограничена, без предупреждения государств поставщиков. Множество стран, которые покрывают своё нефтяное потребление или большую часть за счёт импорта, становятся заложниками импортёров, которые управляют нефтяными ресурсами в мире.
Разведочное бурение в поисках нефти и горная промышленность угля могут нанести ущерб земле ствол колонны, который невозможно восстановить.
Резервы угля и особенно нефти ограничиваются, и даже вскоре закончатся. Тем временем стоимость такого топлива повысится существенно, поскольку становится более трудоёмким поиск и получение таких ресурсов.
Перевозка нефти в массивных танкерах в море усиливает риск разливов нефти, принося убытки морским и прибрежным средам.
Кроме того, чтобы обеспечить тепло и электричество, ископаемое топливо должно быть использовано, и этот процесс дает начало куче проблем. Все это загрязняет окружающую среду в форме углекислого газа и серы, загрязняя атмосферу и вызывая "коричневые облака'' по городам. Эти загрязнители могут значительно увеличивают проблемы со здоровьем, вызывают болезни, такие как раковые заболевания лёгких.
Также способствует развитию явление, называемому "глобальное потепление.'' Этот термин носит теоретический характер и говорит о том, что средние температуры по всему миру увеличатся как "парниковые газы''. Глобальное потепление, поочередно, может расплавить ледники и полярные ледниковые покровы, повышая уровни морей с катастрофическим воздействием на прибрежные города и малочисленные островные государства. Это сможет также вызвать изменения климата, неурожай, и больше непредсказуемых метеорологических явлений опасных для человечества.
Некоторые ученые не полагают, что эффект глобального потепления уже существует и что его последствия будут катастрофическими. Некоторые не считают научную информацию о температуре, ледниковом расплавлении, возрастающих уровнях морей, и непредсказуемой погоде полностью правдоподобной. С учетом этих фактов и нынешним состоянием энергообеспеченности стран вызывает необходимость динамичного развития нетрадиционной возобновляемой энергии - солнечной формы генерации энергии.
Большинство солнечных технологий - не несут негативных аспектов для окружающей среды. Они не загрязняют атмосферу, не создают парниковых газов, они не производят радиоактивные отходы как реакторы ядерной энергии, и они не способствуют глобальному потеплению или кислотному дождю. Большинство систем солнечной энергии бесшумны, во время работы. Если солнечные технологии, которые генерируют электричество в ощутимом масштабе, будут максимально использоваться, большинство стран смогут уменьшить свою зависимость от электричества, произведенного ископаемым топливом. Это изменение в области энергетики могло уменьшить уровень загрязнения окружающей среды в мире [1].
Потенциал солнечной энергии, поступающей на Землю в 5000 раз больше потенциала ветровой энергии, и в 1500 раз больше потенциала гидроэнергии. При этом, принято, что без ущерба для экологии окружающей среды может быть использовано 1,5 % всей падающей на Землю солнечной энергии. Известно, что мощность солнечной радиации на поверхности Земли составляет 1,75∙1017 Вт, что эквивалентно 5,4∙1024 Дж энергии в год. Это в 10 раз превышает общемировые запасы органического топлива, которые оцениваются в 6,9∙1023 Дж, или в 1000 раз превышает прогнозируемое до конца столетия общемировое энергопотребление, равное 15,3∙1020 Дж.
Следовательно, использование даже 0,1 % суммарного энергетического потенциала солнечной радиации позволит целиком удовлетворить энергетические потребности человечества до конца XXI века.В солнечной энергетике сегодняшнего дня выделяют 3 основных направления: солнечные водонагревательные установки (коллектора), солнечные электростанции (СЭС) и фотоэлектрические преобразователи.
Оперативные воздействия фотоэлектрических систем на природную среду, как правило, минимальны и считаются доброкачественными. Фотоэлектрические системы являются одними из самых привлекательных возобновляемых источников энергии с
экологической точки зрения, так как фотоэлектрические системы не имеют движущихся частей и не оставляют сточные воды или остатков для захоронения в своей повседневной работе.
Актуальность этой темы явно выражается в статистических данных о вырабатываемой доле и потребляемой доле энергии, последнее значительно превышает предыдущее. Дефицит энергоснабжения ощущается повсеместно. По данным Информационного энергетического агентства, с 1990 года по 2007 год потребление электроэнергии увеличилось на 40%, за следующие 25 лет прогнозируется увеличение потребления еще на 50%. Современные технологии жизнеобеспечения требуют все больше энергии, в качестве энергоресурса рассматривается любой эффективный энергоисточник, безусловно, солнце в списке возможных энергетических источников занимает одну из первых позиций [2].
Незначительное практическое использование солнечных установок в настоящее время связано с рядом нерешенных проблем:
* отсутствие законодательной базы;
* недостаточность информации;
* отсутствие серийного производства;
* малый объем государственных и частных инвестиций на стимулирование развития;
* неправильный монтаж.
Для более широкого использования солнечных установок необходимо разработать метрологическое обеспечение.
1.ПЕРСПЕКИТВЫ РАЗВИТИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН
1.1 Энергетический потенциал Республики Казахстан
Казахстан имеет крупный запас энергетических ресурсов (нефть, газ, уголь, уран) и является одним из крупных энергетических держав в мире. Общий запас нефти, угля и газа по примерным подсчетам составляет 13 млрд. тонн нефтяного эквивалента (т.н.э.), другими словами 722 т.н.э. на единицу (на душу населения). Эти показатели позволяют республике войти в первую десятку стран мира. Но топливно-энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно по территории республики. 100% эксплуатируемых месторождений угля находятся в Центральном и Северо-Восточном регионе, больше 90% гидроресурсов в Восточном и Юго-Восточном регионе, а нефти и газа-в Западном Казахстане. Этот факт имеет огромное влияние на обеспечении энергией и топливом отдельных районов.
Несмотря на хорошую энергообеспеченность по данным АО Центр маркетингово-аналитических исследований, стабильный дефицит электроэнергии в определенных районах Республики имеет место с 2009 года. Планируемым решением проблемы дефицита энергии в Республике Казахстан (РК) является более сбалансированное распределение энергии по регионам и создание дополнительных мощностей. Планируется совершенствование структуры энергетического сектора РК, за счет введения в эксплуатацию источников энергии на основе ВИЭ. В настоящий момент был запущен ряд пилотных проектов в разных районах РК, которые имели успех, что и обусловило дальнейшее относительно динамичное развитие ВИЭ в виде других проектов.
Министерство охраны окружающей среды РК считает, что Казахстан обладает широкими перспективами для развития сферы энергетики на возобновляемых источниках. Для этого имеются все предпосылки: научный и производственный потенциал, богатые ресурсов возобновляемой энергии. В ряде регионов, имеющих соответствующий потенциал этих энергоресурсов, особенно в районах с децентрализованным энергоснабжением и дальним завозом топлива, использование этих ресурсов является целесообразным с экономической точки зрения.
Использование ВИЭ рассматривается как важнейшее составляющее обеспечения энергетической безопасности страны на долгосрочную перспективу.
При наличии огромных запасов традиционных источников энергии (0,5 % от мировых запасов топлива) потребители отдаленных регионов Казахстана испытывают острый дефицит электроэнергии.
Важность использование ВИЭ в РК обуславливается доставкой энергии в отдаленные районы. При централизованном электроснабжении огромная территория (2,7 млн.км2) и низкая плотность населения (5,5 челкм2) приводит к явно ощутимым потерям электроэнергии при ее передаче удаленным потребителям. На территории Казахстана находятся более 5 тыс. поселков и большое количество крестьянских хозяйств, зимовок скота, не обеспеченных электроэнергией. Использование ВИЭ позволит снизить затраты на обеспечении энергией удаленные населенные пункты и строительство линий электропередач.
Также вопросы использования ВИЭ является важным в Казахстане в связи с решением проблем, относящихся к глобальному климату и местному загрязнению окружающей среды. Внедрение ВИЭ в производство электроэнергии поможет в значительной степени уменьшить объем выброса парниковых газов и вредных веществ от энергетического сектора.
В настоящее время оценка доли ВИЭ в общем производстве энергии нашей страны эквивалентно 0,1 % .
Интенсивно солнечная энергия может использоваться на более 60 % территории Казахстана (южнее 50 ° с.ш.). Значительная часть территории страны имеет весьма благоприятные климатические условия для использования энергии солнца в соответствии с рисунком 1. В южных регионах продолжительность солнечного потока на горизонтальной поверхности, составляет в среднем от 6,4 до 7,5 кВт*ч в день. Соответственно, широкое использование энергии солнца вероятно имеет здесь важное хозяйственное значение.
Основным потребителем электроэнергии в Казахстане является промышленность - 68 %, после домашние хозяйства - 8 %, а также сектор услуг - 7 %, транспорт - 5 % и сельское хозяйство - 12 %. Низкое энергопотребление в сельском хозяйстве объясняется в первую очередь с удалением этих объектов от централизованных электрических сетей.
Для снижения уровня дефицита энергией отдаленных жилых объектов необходимо развивать так называемую малую энергетику, то есть автономное электроснабжение объектов маломощными солнечными электроустановками. Острый дефицит энергии ощущается в крупном мегаполисе РК в Алматы. Основанием для выбора этой местности также является климатические показатели по этому региону, как солнечная радиация (или инсоляция). Истинное значение инсоляции зависит от района, в котором устанавливается солнечная электростанция. Например для г. Алматы средняя за год пиковая инсоляция равна 1175 Вт∙часм[2]. В таблице 1 приведена информация об инсоляции по месяцам, взятые из метеорологических наблюдений для данной местности.
Рисунок 1 - Карта солнечной инсоляции Республики Казахстан.
Таблица 1. Прямая и рассеянная солнечная радиация (инсоляция) и температура наружного воздуха в районе г. Алматы по месяцам
Показатель
Е
Ер
Тв
I
6,34
3,64
-11,5
II
9,24
5,21
-8,9
III
12,01
6,21
0,8
IV
16,54
6,95
10,3
V
20,52
8,1
16
VI
22,66
7,78
20,3
VII
23,62
6,68
22,9
VIII
20,79
6,34
21,7
IX
16,96
5,28
15,6
X
11,2
4,18
8
XI
6,67
3,34
-1,2
XII
5,13
2,7
-8
1.2 Барьеры развития энергосбережения и распространения новых энергоэффективных технологий по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии в Республике Казахстан
Приоритетность использования ВИЭ в Республике Казахстан связана не только надобностью диверсификации приемлемых традиционных источников энергии, но и поставленными государством целей первостепенной важности в сфере защиты окружающей среды. Нагрузку на окружающую среду, создаваемую централизованным производством электроэнергии на основе ископаемых источников, сможет снизить прогресс производства тепла и электричества на базе децентрализованных нетрадиционных источников энергии. Тем не менее, динамичное осваивание ВИЭ в Казахстане приостанавливается рядом препятствии, главными из которых являются:
финансовые барьеры:
недостаточный уровень государственных и иностранных материальных средств: казахстанские компании, заинтересованные в активном прогрессе внедрения НВИЭ, имеют ограничение по своим материальным средствами неудовлетворительный доступ к материальным средствам спонсирования проектов по использованию НВИЭ на основе инвестиции. Принятие участия зарубежных материальных средств в некоторой мере замедляется ввиду нестабильного бизнес климата и неустойчивых экономических условий, а именно в некоторой степени из-за неимения надлежащей нормативно-правовой базы и результативной системы привлечения исполнения требований, поставленных законодательством;
дефицит долгосрочных займов на приемлемых условиях. Банки коммерческой деятельности с нежеланием выдают займы, так как возмещение долгосрочных вложении средств рискован. Кроме этого финансовые организации не имеют практики исследования экономических аспектов вложении средств в нетрадиционную энергетику. Иностранные долгосрочные займы стоят недешево из-за большого риска, ощущаемого зарубежными банками коммерческой деятельности;
расходы на приготовление инвестиционных проектов, подаются до начала спонсирования по ним без гарантии получения материальных ресурсов для реализации проекта.
При этом неимение наглядных проектов для демонстрации увеличивает издержки, касающихся их приготовления; неимение важной материальной поддержки от страны, а также неимения в экономической классификации специальной строки с позволением использования какой-то меры капитала для динамичного прогресса ВИЭ, и ещё рассеивание выделяемого капитала на немалое количество разных объектов; несовершенство доработки аспектов о государственных гарантиях для принуждения капиталовложении в развитие ВИЭ;
немалая стоимость специальной системы оборудования, обусловленная тем, что нет удовлетворительного количества спроса;
неимение государственных программ обеспечения материальными средствами, которые обязательны, при учете технических затруднении, большая степень риска и длительность претворения в жизнь проектов по развитию внедрения НВИЭ. Сложившееся состояние обостряется тем, что производство энергии с участием традиционного органического топлива в высокой степени субсидируется, как на прямую, так и косвенно;
информационные барьеры:
дефицит доступных знаний относительно технологии и потенциале их использования:
отсутствует информация об ранее испытанных технологиях, употребительных с целью переформирование действующих крупных котельных, функционирующих на ископаемом топливе, на использование разных форм НВИЭ;
неудовлетворительность количества показательных центров для демонстрации по внедрению и употреблению возобновляемой энергетики, а также их бессильная техническая и информационная обеспеченность;
не интенсивное использование изготовителями оборудования новоявленных форм взаимоотношения с потребителями, также разных форм лизинга
дефицит информации о прибылях (финансовых, социальных и экологических), рентабельности капиталовложении от использования ВИЭ;
неимение достоверной информации о ресурсах возобновляемой энергии.
Сейчас есть только предположительные оценки потенциально подходящих для использования потенциала нетрадиционной энергии;
институциональные барьеры:
неудовлетворительная законодательная база в сфере стимулирования осваивания НВИЭ;
не результативная система мер по привлечению исполнения экологического нормативов, что не способствует увеличению увлеченности в расширении использования больше экологически чистых видов энергии, к которым можно отнести ВИЭ;
отсутствие Государственного закона и программы, реализующих меры государственной поддержки и стимулирования роста использования ВИЭ; неимение специального государственных структур и крупных хозяйственных субъектов, отвечающих за развитие ВИЭ;
неохотность органов регионального самоуправления иметь отношение во вложении средств;
инвестиционных проектов по осваиванию НВИЭ, так как долговременные профиты трудно обратить на пользу себе в кратковременные перспективе.
2 СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ВИДЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Гелиоэнергетика - прямое использование солнечного потока с целью получения энергии в разном виде. этот вид энергетики употребляет нетрадиционный источник энергии, которая почти экологически чистая, то есть без выбросов вредных веществ. Создание энергии посредством СЭС прекрасно согласовывается с концепцией распланированного производства энергии.
Таким образом, поступающая к нам солнечная энергия как правило неоднократно превышает потребности энергии человечества. Но использование солнечной энергии сопряжено с тем, что лимитирует повсеместное осуществление технологий. К ним можно отнести: небольшую плотность солнечного потока, нестабильность и дискретность поступления солнечной энергии во времени, обусловленность солнечного потока от географической локализации приемника излучения и др.
Базовые направления употребление солнечной энергии - это преобразования солнечной энергии в электричество для электроснабжения различных предметов и объектов, а также для отопления жилых объектов, снабжения горячей водой, водоопреснения, высушивания и других технологических целей
СЭС генерируют энергию солнечной инсоляции в электроэнергию. СЭС бывают двух видов:
1. фотоэлектрические СЭС - напрямую превращают солнечную энергию в электричество с помощью фотоэлектрического агрегата.
2. термодинамические СЭС - преобразуют солнечную энергию в тепло, а далее в электричество; мощность термодинамических СЭС высок по сравнению с мощностью фотоэлектрических СЭС.
Фотоэлектрическое преобразование гелиоэнергии в электричество, базируется на феномене электронной проводимости полупроводников, сейчас представляется одним из приоритетных направлений ее употребления.
2.1.1 Фотоэлектрические солнечные электростанции
Ключевым компонентом фотоэлектрических станций электроснабжения это солнечные батареи. Эти компоненты изготавливаются из тонких пленок полупроводниковых материалов, в основном кремния, которые могут производить постоянный электрический ток из солнечных потоков лучей.
Фотоэлектрические панели являются особенными из-за своей надежности, постоянства, а период эксплуатации практически неограничен. Им свойственно преобразовывать все виды солнечной радиации. Легкость, простота сервиса, модульный тип конструкции позволяет изготавливать установки любой мощности. Минусом фотоэлектрических панелей является их относительно большие затраты при приобретении и низкий уровень КПД.
Фотоэлектрические панели используют для обеспечения энергией автономные объекты с малым потреблением электроэнергии, зарядка радионавигационной и радиоэлектронной техники, привода с малым потреблением энергии, опытных электротранспортов и воздушных средств перемещения. Имеется вероятность, что вскоре им определят использование в электро и теплоснабжении жилых объектов.
2.1.2 Солнечные электростанции теплоснабжения
В структуре гелиоэлектростанций теплоснабжения есть теплообменные элементы с отборным нанесением, которым свойственно поглощать свет. Их способность поглощения достигает до 96% падающего на них потока солнечного света. Данные элементы при простом солнечном свечении имеют свойство нагреваться до 180°С и больше. Эти элементы преобразуют воду в пар в простых котлах пара, позволяющих обеспечить эффективный тепловой замкнутый процесс в турбине пара. Солнечная установка с турбиной пара, КПД которой может достичь до 20%.
Основная идея строения аэростатных солнечных станции базируется на этом эффекте. В этом типе солнечной электростанции аэростатный баллон исполняет роль первоисточника энергии, который заполняется водяным паром. Поверхности этого баллона свойственно пропускать поток солнечного света, а внутренняя поверхность из селективного материала, поглощающий свет, и дает возможность нагреться содержимому баллона до 150-180°С. В баллоне давление соответствует атмосферному, в то время как, температура пара составляет 130-150°С. Пар производится посредством распыления жидкости внутри баллона с нагретым паром.
Пар от баллона передается в турбину пара через гибкий паропровод, с выходом из турбины изменяется в воду в следующем компоненте системы, то есть в конденсаторе. Из него воду посредством насоса отправляют снова в баллон. Из-за куммулятивного пара в течении солнечного времени суток, этот вид электростанции может эксплуатироваться в ночное время суток. В течение дня и ночи выработку турбогенератора можно настраивать по мере потребления.
Основная трудность это способ расположения солнечных аэростатных станций теплоснабжения. Эти электростанции можно расположить над любой точкой земли, даже над водой и в возвышенностях. В любой ситуации существуют отрицательные и положительные стороны. Нужно учесть все факторы: место расположении турбогенератора, длину провода пара, высоту размещения, так как баллоны могут мешать перелету воздушного транспорта.
Насчитывается огромное количество методов генерации солнечной формы энергии, в случае устранения всех препятствия, вероятно, что спрос на этот тип электростанции может быть почти безлимитен. Благодаря новаторским решениям можно будет перейти ряд барьеров, затрудняющих энергоснабжение отдаленных нецентрализованных регионов, снизить долю использования традиционных источников в больших городах, и предотвратить пагубное влияние отходов вредных веществ на окружающую среду.
2.2 Типы солнечных электростанции
Все виды солнечных электростанции подразделяются на следующие типы:
* СЭС башенного типа
* СЭС тарельчатого типа
* СЭС, использующие фотомодули
* СЭС, использующие концентраторы типа параболл
* Комбинированные СЭС
* Аэростатные СЭС
* Мобильные СЭС
СЭС типа башен и с концентратором в виде парабол эксплуатируются с высокой производительностью в совокупности не малых комплексов соединенных с сетью электростанций очень большой мощности, тем временем структура тарельчатого вида изготавливаются из панелей и могут работать и отдельно, и системами итоговой мощностью в несколько МВт. Модернизированные автономные СЭС могут пользоваться широким потреблением в децентрализованном электроснабжении малых и небольших жилых строений, это обусловлено их способностью перемещения и небольшими габаритами.
Электростанции башенного и тарельчатого типа дают возможность достичь более высокого КПД преобразования гелиопотока в электричество при небольших затратах на установку, чем у параболических, из-за этого большая вероятность, что они станут средствами электроснабжения скорого времени..
2.2.1 Солнечные электростанции башенного типа
В СЭС типа башен, преобразующих солнечную радиацию в электроэнергию применяется гирополе гелиостатов-отражателей. Их задача собирать солнечный поток на приемник, установленный в центре и смонтированного на верхушке маяка в соответствии с рисунком 2. Он поглощает солнечную энергию и приводит в рабочее состояние турбогенератор. Положение всех зеркал руководится централизованным ПК, направляющего поворот и наклон модулей в соответствующем виде, с целью постоянного направления гелиопотока на приемник.
Жидкость находящийся в циркуляции, в приборе, принимающим солнечные потоки лучей, жидкость транспортирует тепло к термонакопителю в качестве воздушных капель воды. Пар заставляет прийти турбину генератора в состояние вращения, и начинается генерация электрического тока, иначе напрямую применяется в производственных процессах. Температура на приемнике варьируется от 529 до 1483 °С.
Минус каждого СЭС то, что снижается ее вырабатываемой мощности, если облачное небо, и полное отсутствие производства в не дневное время суток. С целью разрешения данной трудности рекомендуется использование в качестве термоносителя соли с высокой теплоемкостью, вместо воды. Расплавленная соль собирается в месте для хранения, сконструированного в форме огромного термоса, и может использоваться для процесса преобразования воды в пар еще весьма долгий период после того, как перестанет падать солнечный поток. Посредством накоплению тепла башенные СЭС являются уникальными гелиотехнологиями, обеспечивающие управление электроэнергии 65%-ной нагрузке. В таком строении расплавленная соль направляется из охлажденного бака температурой 287 °С и пропускается через приемный прибор, где доходит до 564 °С, а затем передается обратно вгорячий бак. После горячую соль в случае необходимости можно взять для генерации электричества. В нынешних моделях этих установок тепло сберегается в течении 3-13 часов.
Рисунок 2 - СЭС башенного типа.
2.2.2 Солнечные электростанции тарельчатого типа
Механизм производства этого СЭС основан на принципе получения электричества, похожим на СЭС башенного типа, однако есть различия в конструкции самой станции. В соответствии рисунком 3, СЭС сооружена из единичных модулей. Модуль сделан из поддержки, на которую закрепляется фирменное строение приемника и отражателя. Приемник размещается на некотором расстоянии от отражающего прибора, и в нем фокусируются отраженные потоки солнечных лучей. Температура жидкости в приемнике доходит до 1000 °С и напрямую используется для генерации электричества некрупным двигатель-генератором, соединенного с приемником. Отражающее устройство изготовлено из зеркал тарельчатой формы (этим и объясняется происхождение названия), радиально размещенных на ферме. Их диаметры могут доходить до 2 метров, а количество зеркал - нескольких десятков (обуславливается производительностью панели). Эти станции могут состоять и из единицы модуля (децентрализованные), и из серии десятков (находятся с центральной сетью в параллельном соединении).
Высокий показатель эффективности оптики и небольшие первичные расходы делают системы зеркал-двигателей одними из самых результативных из всех гелиотехнологий. На таких установках можно достичь фактического КПД 29% . Эти станции представляют собой наилучшую версию как для автономных потребителей, так и для гибридных (в мегаваттном диапазоне), соединенных с центральными электросетями.
Рисунок 3 - Солнечная электростанция тарельчатого типа.
2.2.3 Солнечные электростанции на основе фотоэлектрических панелей
Данный тип станции в нынешнее время имеет относительно широкое применение, поскольку обычно СЭС в соответствии с рисунком 4 состоит из огромного количества индивидуальных панелей (солнечные батареи) разной мощности и выходных параметров. Эти СЭС распространенно используются для энергообеспечения небольших и огромных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Солнечные панели можно размещать фактически в любом месте, на крышах и фасадах и намеренно отведенными участками. Установленные мощности варьируются в почти безграничном интервале, от обеспечения частных насосов до обеспечения электричеством небольшой посёлок.
Рисунок 4 - Солнечная электростанция на фотоэлектрических модулях.
2.2.4 Солнечная электростанция на основе параболические концентраторы
Механизм работы данного типа СЭС базируется в доведении температуры носителя тепла до необходимого состояния параметров, приемлемых к применения в турбогенераторе.
Строение СЭС в соответствии с рисунком 5: на фирменной структуре устанавливается длинное зеркало в форме параболы, а в средоточие (центре) параболы размещается трубка, через которую проходит носитель тепла (обычно это масло). В период прохождения всего пути, теплоноситель нагревается и в теплообменных устройствах передает тепло в воду, последовательно эта жидкость переходит в состояние пара и попадает на турбогенератор.
Параболические СЭС на этот день самая высокоразвитая из гелиотехнологий энергообеспечения и высока вероятность применения именно этих установок масштабных проектах.
Рисунок 5 - СЭС на параболических концентраторах.
2.2.5 Солнечная электростанция на основе двигателя Стирлинга
Этот вид СЭС является теми же что и (Рис 00) предыдущий тип, но у которого в фокусе в соответствии с рисунком 6 вместо трубки располагается двигатель Стирлинга. Есть наличие структуры двигателя Стирлинга, напрямую преобразующих изменение поршня в электричество, исключением применения кривошипно-шатунного механизма. Это обеспечивает большую результативность генерирования энергии. Результативность этих СЭС доходит 31,25%. Роль эксплуатируемого элемента играет водород или гелий.
Рисунок 6 - СЭС на основе двигателя Стирлинга.
2.2.6 Комбинированные солнечные электростанции
Электростанции упомянутого типа в соответствии с рисунком 7 могут содержать в себе ряд типов СЭС. К примеру, часть станции будет из конструкции тарельчатого или параболического типа и фотоэлектрических модулей в параллельном соединении. Другой пример это если на СЭС размещают вспомогательные структуры обмена тепла с целью приобретения горячей воды, она также может быть в эксплуатации ради снабжения горячей водой, теплом или технических потребностей.
Нередко на СЭС разных типов размещают вспомогательные теплообменные устройства ради получения горячей воды, использующуюся в угоду технических нужд, снабжения горячей водой и теплом. На этом основана суть комбинированных электростанции. В то же время может параллельно соединена с концентратором и фотоэлектрическими панелями, это следовательно также относится к типу комбинированных электростанции.
Рисунок 7 - Комбинированная солнечная электростанция.
2.2.7 Аэростатные солнечные электростанции
Одним из главных замедляющих препятствий развитие гелиоэнергетики это трудности, связанные с определением места с целью установки СЭС.
Солнечная радиация попадающая на поверхность Земли при чистом и открытом небе образует число около 1 кВтм[2]. Для производства электрической энергии в очень крупных размерах нужны мощности порядка миллиона киловатт. Это говорит о том, что индустриальной СЭС с КПД около 10% и при учете прерывистости мощности солнечной радиации в период круглых суток требуется территория площадью в десятки квадратных километров.
Территория для установки приемников солнечной радиации должна быть ровной, приспособленной чтоб обслуживать и ремонтировать устройства, независимой от хозяйственной деятельности человека. Обнаружить подходящее место, соответствующее этим условиям крайне трудно.
Наилучшим решением этой трудности является установка СЭС на поверхности морей и океанов, площадью превышающей площадь суши в пять раз. Но, традиционная СЭС непригодны для надводного монтажа. Сложившиеся обстоятельства в корне поменялась после создания аэростатных СЭС, схема которой показана на рисунке 8.
Механизм работы аэростатной СЭС с турбиной пара базируется на вбирании внешней частью баллона аэростата потока солнечных лучей и доведения температуры за счет этого водяного пара, который содержится в баллоне. Нынешние отборные поглощающие элементы в состоянии повышать свою температуру от прямых рассеянных лучей Солнца до 200 °С и более.
Покрытие баллона выполняется двухслойной. Первое покрытие прозрачное и пропускает солнечное излучение. Второе покрытие отборное, являющееся слоем для поглощения и повышает свою температуру солнечной радиацией до 150-180 °С.
Находящийся между покрытиями воздух и есть теплоизолятор, который снижает отдачу тепла в окружающую среду.
Температура пара в баллоне доходит до 130-150°С. Давление в нем соответствует атмосферному давлению.
После баллона пар переходит в турбину пара, проходя через провод пара, а далее направляется в турбину и конденсируется. Вода насосом опять отправляется в баллон из конденсатора, проводится инжекция и превращается в пар, когда вступает в связь с перегретым паром воды.
Базовым преимуществом парового аэростатного аппарата это обеспеченность бесперебойного питания турбины пара ночью, за счет запаса пара воды, содержащегося в аэростате.
Поскольку пар воды подается в турбину, и снижение температуры происходит из-за теплоотдачи в атмосферу ночью. Днем так как есть солнечная радиация происходит производство пара для функционирования турбины пара и резервирование пара воды в второй полости аэростата.
Режим производительности турбогенератора полностью без негативного воздействия можно менять в любое время в зависимости от потребления.
При атмосферном давлении плотность наружного воздуха составляет 1,3 кгм3, а плотность пара воды внутри баллона составляет 0,6 кгм3. Следовательно, подъемная сила 1 м3 баллона равна 0,7 кгм3.
Аэростатные СЭС самые энергоэффективные установки, им свойственно концентрировать до 97% солнечной энергии, в то время , как конструкции используют не большие площади поверхности, поскольку размещенное е на поверхности суши установки используют небольшую площадь, а габаритный баллон аэростата, имеющий фотоэлектрический слой, размещен в воздухе и может принимать солнечный поток лучей фактически в целом днем и ночью, несвязанно с климатическими условиями, имея функцию повышения и снижения на нужную высоту.
Рисунок 8 - Аэростатная электростанция.
3 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ НА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЯХ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ
Солнечная фотоэлектрическая система (СФС) - это СЭС, работающая на методе непосредственного преобразования солнечного потока лучей в электричество. В их состав входит комплект фотоэлектрических модулей, располагаемых на опорной конструкции или кровле электроснабжаемого объекта, аккумуляторной батареи, стабилизатора заряда-разряда аккумулятора, и инвертора, при необходимости напряжение переменного тока. В соответствии с рисунком 9, существует 3 базовых конфигурации СФС, снабжающие электричеством, приведенных ниже.
1. Автономная СФС (децентрализованная СФС) совершенно необусловленный сетями централизованного электроснабжения. Кроме определенных специфических применении, где энергия от фотоэлектрических модулей непосредственно используется потребителями (к примеру, водоподъемные установки, фотоэлектрическая вентиляция и т.п.), все остальные виды децентрализованных систем обязательно содержат в себе аккумуляторные батареи. Энергетический запас в аккумуляторах потребляется в период неудовлетворительного прихода потока солнечных лучей или когда нагрузка превосходит производство солнечных батарей.
2. СФС, подключенная с центральным электроснабжением подобен децентрализованной системе. Она также имеет аккумуляторы, одновременно соединенных с центральными сетями электроснабжения. Вследствие этого, возможно направление переизбыточной энергии, производимой фотоэлектрическими модулями в нагрузку или центральную сеть. Но чтобы излишки энергии отправлять в сеть обязательно наличие преобразователей тока, способных функционировать паралелльно с сетью, чаще называемых "гибридными". В случае превышения потребления, производимой энергии фотоэлектрическими модулями, то необходимая энергия компенсируется сетью. Определенные разновидности этих преобразователей с зарядными приборами имеют преимущество для зарядки аккумуляторных батарей от источника постоянного тока (к примеру, контроллера фотоэлектрических модулей), этим он снижает употребление электричества от центральных сетей для зарядки аккумулятора.
Существует модификация, имеющая батареи и соединенной с ... продолжение
Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.
Похожие работы
Дисциплины
- Информатика
- Банковское дело
- Оценка бизнеса
- Бухгалтерское дело
- Валеология
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Религия
- Общая история
- Журналистика
- Таможенное дело
- История Казахстана
- Финансы
- Законодательство и Право, Криминалистика
- Маркетинг
- Культурология
- Медицина
- Менеджмент
- Нефть, Газ
- Искуство, музыка
- Педагогика
- Психология
- Страхование
- Налоги
- Политология
- Сертификация, стандартизация
- Социология, Демография
- Статистика
- Туризм
- Физика
- Философия
- Химия
- Делопроизводсто
- Экология, Охрана природы, Природопользование
- Экономика
- Литература
- Биология
- Мясо, молочно, вино-водочные продукты
- Земельный кадастр, Недвижимость
- Математика, Геометрия
- Государственное управление
- Архивное дело
- Полиграфия
- Горное дело
- Языковедение, Филология
- Исторические личности
- Автоматизация, Техника
- Экономическая география
- Международные отношения
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности), Защита труда
