Солнечные электростанции в России

Использование солнечных электростанций в России: рейтинг, развитие и перспективы

Солнечная энергетика

Солнце – источник тепла и света, оно не только необходимо для жизни на нашей планете, но и является одним из самых крупных поставщиков электроэнергии. Несмотря на то, что Земля получает только часть энергии, генерируемой Солнцем, ее количество огромно, его достаточно для полного обеспечения планеты энергией. Неудивительно, что ученые начали разрабатывать варианты получения электроэнергии способом генерации фотонов на световосприимчивых панелях. Разработка солнечных электростанций в России идет очень быстро, в будущем прогнозируется получение 30-40% энергообеспечения за счет этой отрасли.

История развития солнечной энергетики в России

Начало развития использования фотогальванических элементов приходится на 1839 год. Антуан-Сезар Беккерель разработал первый в мире фотоэлектрический прибор, который под влиянием лучей вырабатывал энергию. КПД устройства была низкой, всего 1%, но, благодаря трудам этого ученого, стало возможным использование альтернативного источника.

В 70-х годах 19 века этим вопросом занимались Уиллоуби Смит и Адамс и Дэй, но им удалось лишь преобразовать внешний вид устройства. Повысить производительность казалось невозможным. Как световоспринимающий материал использовали селен, допированный золотом, но его эффективность не оправдалась на практике. Только в 1954 году ученые Гордон Пирсон, Дэррил Чапин и Кэл Фуллер начали использовать кремний, и совершили еще один прорыв в области фотоэнергетики. Изначально восприимчивость поверхности к излучению была увеличена на 4%, а в дальнейшем на 15%. Установки использовались для энергообеспечения телефонных сетей, на фермах и в сельской местности.

Первое значимое использование солнечных электростанций в России было зафиксировано в 1957 году. В СССР запустили первый в мире спутник, который был оснащен фотогальваническим элементом. Это был прорыв не только в энергетической индустрии, но и в развитии космологии. Сейчас эти системы используются по всему миру, как главный источник питания космических кораблей, что значительно увеличило их срок службы.

Как работает солнечная энергия?

Электроэнергию получают, благодаря фотоэлектрическим системам, которые располагаются в местах повышенной освещенности.

Фотогальваника напрямую преобразует солнечную энергию в электричество. Батареи работают по принципу фотоэлектрического эффекта. Когда определенные материалы подвергаются воздействию света, они поглощают фотоны и выделяют свободные электроны. Фотоэлектрический эффект — это метод получения электроэнергии постоянного тока, основанный на принципе преобразования импульса.

На основе принципа действия этого устройства изготавливаются фотогальванические элементы. Они преобразуют свет (фотоны) в электричество постоянного тока. Но одна пластинка не производит достаточного количества электричества, чтобы обеспечить нормальное КПД использование устройства. Чтобы добиться результата в использовании, большое количество пластинок, воспринимающих солнечный свет, размещается на опорной раме. Они соединены между собой контактами, образовывая фотогальванический модуль или панель для солнечной батареи. Обычно на стандартных установках генерируется от ста до нескольких тысяч ватт.

Пластинки воспринимающие солнечный свет
Фотоэлектрические элементы

Фотопанели или модули предназначены для подачи электроэнергии при определенном напряжении (12 В), но ток, который они производят, напрямую зависит от падающего света. На данный момент ясно, что фотоэлектрические модули производят электричество постоянного тока. Но в большинстве случаев нам требуется переменный ток, и, следовательно, в конструкцию модуля добавили инвертор для преобразования.

Фотоэлектрическая система солнечной энергии

В соответствии с требованием к мощности, несколько фотоэлектрических модулей соединяются вместе, чтобы сформировать фотоэлектрическую матрицу и добиться большей эффективности. Существуют разнообразные типы установок, в зависимости от их реализации.

Прямые фотоэлектрические системы обеспечивают энергообразование только тогда, когда светит солнце. Там нет накопленной энергии, и, следовательно, батареи отсутствуют. Благодаря инвертору, можно не только получать электрический ток, но и сохранять его в аккумуляторе, что значительно повышает эффективность устройства, позволяя использовать его и при отсутствии прямых солнечных лучей.

Фотоэлектрические системы обеспечивают энергообразование
Фотоэлектрическая система солнечной энергии

Существует два типа систем, которые генерируют солнечную энергию:

  • Автономная;
  • Сетевая.

Автономные системы обычно используются в местах, где питание от сети отсутствует или ненадежно. Они не подключены к какой-либо электрической сети, состоят из фотовосприимчивых панелей, аккумуляторов и инверторных цепей. Системы, связанные с сетью, могут получать энергию и передавать ее на устройства в любое время суток.

Сконцентрированная солнечная энергия

Для повышения коэффициента полезного действия батарей были разработаны концентрирующие элементы. Благодаря использованию линз или зеркал, лучи генерируются в одном месте и направляются на пластинку, воспринимающую фотоны. Благодаря этому, в области концентрирования выделяется большое количество тепла. Оно используется для нагрева жидкости, которая испаряется и приводит в движение турбину, если имеет теплопроводящую поверхность.

Существуют различные типы технологий, которые основаны на концентрированной солнечной энергии для повышения производительности:

  • параболический желоб,
  • тарелка Стирлинга,
  • башня солнечной энергии.

Все они помогают получить максимальное количество энергии и повысить КПД солнечных батарей.

Как устроен фотогальванический элемент

Фотовосприимчивый элемент представляет собой твердотельное электрическое устройство p-n-перехода, которое преобразует энергию света непосредственно в электричество (прямой ток) с помощью фотоэлектрического эффекта. Процесс преобразования сначала требует материала, который поглощает солнечную энергию (фотон), а затем поднимает электрон до более высокого энергетического состояния и запускает поток во внешнюю цепь с верхней на нижнюю пластинку.

Как устроен фотогальванический элемент
Фотогальванический элемент

Кремний – элемент, имеющий полупроводниковые свойства. В периодической таблице Менделеева он находится в IV группе, что определяет количество его орбиталей, второй по распространенности элемент в природе. Его атомный вес 28,06, а порядковый номер 14. Температура плавления кристаллического кремния 1415°С, для его обработки используется высокочастотная индукционная печь. Проводимость материала зависит от наличия примесей. Положительные свойства обеспечиваются, благодаря смешиванию с бором, а отрицательные с селеном, медью. Как и три прочих элемента группы IV, кремний имеет решетку алмазного типа, что позволяет использовать его для n-p-транспортировки электронов.

P-n-переход формируется путем соединения полупроводникового материала n-типа (в котором сконцентрированы отрицательно заряженные пятивалентные атомы кремня) и n-типа (трехвалентные элементы). Из-за этого соединения избыточные электроны пластинки n-типа пытаются диффундировать на свободные орбитали нижнего слоя p-типа. Движение электронов в сторону p-типа обнажает ядра положительных ионов со стороны n-типа, в то время как движение в сторону n-типа обнажает ядра отрицательных ионов со стороны p-типа, что приводит к образованию электронного поля на стыке. Благодаря движению электрона между двумя слоями и вырабатывается ток.

Развитие солнечной энергетики в России сегодня

Степень развития солнечной энергетики в России значительно ниже, чем в США или Европе. Это объясняется высокой стоимостью такого производства и низкой освещенности территории. Тем не менее, перспективы к усовершенствованию этой технологии есть. Она используется в южных районах страны:

  • Краснодаре;
  • Ставрополе;
  • Астрахани;
  • Волгограде;
  • АР Крым;
  • Ростове.

На сегодняшний день результативность использования солнечной энергии покрывает только 1% от всего обеспечения. Этот показатель ниже, чем в Европе или США, ведь энергетика развивается в сторону ТЭЦ, их производительность выше. Строительство солнечной энергостанции требует финансовых вложений, которые окупаются годами, что тормозит прогресс этих технологий.

Солнечные электростанции в России
Солнечные электростанции

Список десяти самых мощных электростанций России

Станция Мощность
Владиславовка 110,0
Перово 105,6
Охотниково 82,7
СЭС «Нива» 75,0
Николаевка 69,7
Самарская СЭС 50,0
Орская СЭС им. А. А. Влазнева 40,0
Митяево 36,1
Соль-Илецкая СЭС 25,0
Бурибаевская СЭС 20,0

К 2020 году прогнозируют скачок развития солнечной энергетики. Она будет покрывать 4% всего энергопотребления страны.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *