Що таке сонячна енергетика
Говорячи про сонячну енергетику, мають на увазі технології перетворення енергії сонячного світла в інші види енергії, такі як теплову та електричну.
Це екологічно чисте джерело енергії, яке знижуэ залежність від викопних видів палива та скорочує шкідливі викиди в атмосферу. Останні роки сонячна енергетика відіграє ключову роль у розвитку енергетичних систем у всьому світі, щорічно збільшуючи частину своєї присутності.
Широко відомий той факт, що сонце випромінює величезну кількість енергії. За приблизними підрахунками авторитетних міжнародних організацій кількість енергії, яка споживається сьогодні людством, коливається на рівні 245 мільйонів барелей нафтового еквівалента на добу, а інтенсивність потоку сонячного випромінювання біля поверхні Землі, при перерахунку на всю поверхню, становить 1,74*Е+17 Вт.
Тобто, Сонце «відправляє» нам енергії приблизно в 10 500 разів більше, ніж ми сьогодні споживаємо. Обсяг сонячної енергії практично не вичерпаний, тому очевидно, що такої кількості енергії нам вистачить на сотні і навіть тисячі років вперед! З урахуванням все більшого розуміння економічних, екологічних та інших проблем, пов’язаних з використанням традиційних енергоресурсів (вугілля, нафта, природний газ), цікавість до сонячної енергетики з кожним днем зростає.
На сьогоднішній день (час коригування статті 2024 рік), коли в світовій економіці всі відзначають істотний спад, а в Україні йде війна, галузь сонячної енергетики, одна з не багатьох, яка звітує про позитивну динаміку зростання. Причому показники ці досить вразливі та змусили здивуватися навіть скептиків сонячної енергетики. За останні 10 років щорічний середній темп зростання (CAGR) нових інсталяцій сонячних панелей в світі склав 50%. А загальний фонд встановлених батарей на кінець 2021 року в Україні, напередодні війни, наблизився до 6,5 ГВт і мав потужну динаміку для подальшого зростання.
Також цікавий прогноз, який надають експерти ринку на наступні 5 років. За даними Міжнародного агентства з відновлюваної енергетики (IRENA), загальний фонд сонячних електростанцій на 2030 рік у світі становитиме 8520 ГВт, тобто збільшиться майже у 8 разів по відношенню до сьогоднішніх потужностей біля 1000 ГВт.
Напрямки сонячної енергетики
Геліотермальна енергетика – де нагрів теплоносія для опалення, ГВП та інших потреб відбувається за допомогою прямого перетворення сонячного випромінювання в теплову енергію.
Отримання електроенергії за допомогою теплових машин – нагрівання робочого тіла в яких, відбувається за рахунок сонячної енергії.
Перетворення сонячної енергії в електроенергію за допомогою сонячних панелей (сонячних батарей).
Сонячні панелі
Під сонячною панеллю розуміють набір, з’єднаних між собою фотомодулів. Фотомодуль (далі модуль) в свою чергу складається з фотоелементів або фотоелектричних перетворювачів (ФЕП).
Окремий фотоелектричний перетворювач – це напівпровідниковий прилад, що перетворює енергію фотонів (енергію світла) в електричну енергію. Перетворення енергії відбувається на рівні атомної будови тіла. Найбільш поширений матеріал для виготовлення ФЕП це кремній. Кожен окремий ФЕП здатний виробляти напругу порівняно малої величини (близько 0,5 В), тому окремі елементи збирають в модулі, а модулі в панелі.
Залежно від завдання енергопостачання використовуються різні схеми комутації сонячних панелей. Наприклад, для зарядки мобільного телефону одна, для роботи автономного освітлення інша, для роботи електромережі будівлі та роботи з «зеленим тарифом» третя і т.д. «Зелений тариф» – це спеціальний тариф, за яким державою закуповується електрична енергія, вироблена на об’єктах електроенергетики, що використовують альтернативні джерела енергії. Детальніше можна прочитати за посиланням: https://alteco.in.ua/ua/ekonomika/zelenyi-taryf-v-ukraini
В результаті перетворення енергії світла сонячна панель на своєму виході генерує постійну електричну напругу для роботи в системах з номінальною напругою, як правило, 12, 24 або 48 вольт.
Хоча внутрішні електронні схеми багатьох споживачів електроенергії (телевізор, комп’ютер, музичний центр та інші) працюють на постійній напрузі (і для роботи мають вбудовані блоки живлення), все ж на сьогоднішній день, в «звичайної» електричної мережі змінна напруга, і всі прилади адаптовані для харчування від мережі зі змінною напругою. 220 вольт для однофазної мережі, або 380 вольт для трьох фазної мережі. Тому одних сонячних панелей, з постійною напругою, для повноцінного забезпечення електроенергією мало. Додатково необхідний інвертор – електронний пристрій, який перетворює постійний струм в перемінний.
Сонячна панель виробляє електроенергію при попаданні на її поверхню світла, тобто, в темний час доби сонячна панель «відпочиває». Але, як правило, нам необхідна електроенергія цілодобово, тому в систему сонячних панелей вводитися блок акумуляторних батарей. За своїм призначенням він виконує ту ж функцію, що і акумулятор в автомобілі або «батарейка» в мобільному телефоні, накопичує електроенергію в момент її надлишку, і віддає в момент її нестачі.
Заряд акумуляторної батареї від сонячної панелі вимагає дотримання певного алгоритму. Для управління процесом зарядки акумуляторів, використовується електронний пристрій – контролер заряду.
Типова схема підключення сонячної панелі виглядає наступним чином.
Для зменшення капітальних вкладень в систему на сонячних панелях, необхідно використовувати електрообладнання з високою енергоефективністю. При виборі побутових електроприладів необхідно звертати особливу увагу на клас енергоефективності. Наприклад, для освітлення можна використовувати світлодіодні лампи, які в 10 разів ефективніше ламп розжарювання, і більш ніж в 2 рази ефективніше енергозберігаючих люмінесцентних ламп.
Максимальну ефективність сонячні панелі мають при «попаданні» сонячних променів перпендикулярно до поверхні модуля. Так як сонце весь час «переміщається» по небу, для ефективного використання панелі можливе застосування пристроїв стеження та повороту панелі до сонця.
При установці сонячних панелей, необхідно знати основні характеристики ФЕП та особливості роботи системи на сонячних панелях. Залежно від матеріалу та технології виготовлення, ФЕП відрізняються коефіцієнтом корисної дії (ККД), стійкістю до підвищення температури, габаритами, і звичайно ж вартістю.
Сьогодні оптимальними для застосування та найпоширенішими є ФЕП з моно- і полі-кристалічного кремнію, хоча є й інші варіанти вирішення (панелі на аморфному кремнії, тонкоплівкові панелі, нанокристалічні панелі та інші).
Стосовно до сонячної панелі, ККД – це параметр, який показує яка частина енергії світлового потоку перетворюється в електричну. Для різних регіонів України, річна сумарна енергія світлового потоку, на одиницю площі різна та коливається від 1000 до 1350 кВт•год/м? для горизонтальної поверхні. Показник ККД у сонячних панелей (на час написання статті) становить близько 14%. Цей параметр буде впливати на сумарну площу панелей, і як наслідок на площу, яка буде «покрита» панелями.
Наприклад, якщо ККД сонячної панелі становить 12% і висвітлюється світловим потоком інтенсивністю 1100 Вт/м2, то вихідна потужність цієї панелі складе 1100 Вт/м2*0,12 = 132 Вт з 1 м2 площі сонячної панелі.
Стійкість ФЕП до підвищеної температури на увазі збереження сонячною панеллю вихідних характеристик (напруги, струму) зі збільшенням температури. Робочі параметри панелі розраховуються при температурі навколишнього середовища 25°С, зі збільшенням цього параметра електричні характеристики та термін служби ФЕП змінюються. І якщо ми говоримо про тривалий терміні експлуатації в умовах з реальною температурою вище, ніж 25°С, то цим параметром нехтувати не можна.
До особливостей роботи системи також відноситься місце та спосіб установки панелей. Ці деталі впливають на кількість обладнання та інтенсивність сонячного світла для конкретного модуля. Крім того, кількість і модель пристроїв в системі сонячного електропостачання, залежить від призначення об’єкта та споживача, якому необхідно забезпечити електропостачання. Наприклад, можуть бути варіанти: житловий будинок, виробничий об’єкт, сільськогосподарський об’єкт, об’єкти, що вимагають енергії більше в денний або нічний час.
З урахуванням всіх перерахованих факторів необхідно мати на увазі, що установка та розрахунок системи сонячних панелей (батарей) повинна проводитися фахівцем.
Основні переваги сонячних панелей
Висока надійність. Конструкція на сонячних панелях не має механічних, рухомих частин, внаслідок чого має високий запас надійності, що підтверджується використанням в місцях, де ремонт практично неможливий – космічних системах, та ін.
Мінімальні експлуатаційні витрати. Після монтажу сонячні панелі, не вимагають великої уваги, регламентних робіт і сервісного обслуговування. Це дозволяє використовувати панелі в важкодоступних місцях, де обслуговування або дорого, або проводити не можна.
Екологічна чистота. При роботі сонячних панелей немає ніяких шкідливих викидів і відходів. Сонячні панелі працюють безшумно.
Термін експлуатації. На сьогоднішній день, термін служби сонячних панелей доведений до 20-25 років.
Простота установки. Монтаж системи досить простий. Зміна вихідної потужності досягається простим додаванням або демонтажем модулів. Іншими словами, є можливість поступового збільшення потужності в міру необхідності та наявності фінансової можливості.
З відомих причин, цікавість до сонячних панелей зростає з кожним роком, звідси і намагання виробників забезпечити ринок. Як відзначають аналітики, сьогодні обсяги виробництва не відповідають потребам, і хоча виробничі потужності збільшуються з кожним роком, вартість сонячної панелі економічно цікава поки не у всіх країнах. Виробники прагнуть оптимізувати вартість витрат на виготовлення сонячних панелей, а зростаючий попит сприяє «зближенню» процесів виробництва та купівлі.
Вартість сонячної панелі постійно зменшується, з динамікою 50 USD/Ватт в 70-ті роки, до 0,05 USD/Ватт (на момент редагування статті у 2024 році). При тому, що ще 10 років назад вартість сонячної електроенергії складала біля 1 USD/Ватт. Очевидно, що сучасна вартість сонячної панелі є вигідним рішенням для інвестицій.
Так як вся система на сонячних панелях складається не тільки з самих панелей, а ще містить пристрої, згадані вище, то і вартість всієї установки вище. На сьогодні монтаж об’єкту «під ключ» в Україні становить приблизно 400-500 USD за 1 кВт встановленної потужності. Це середня ціна для якісних електростанцій для бізнесу.
Приклади промислових сонячних електростанцій
Як вже зазначалося, цифри відображають сьогодні характеристики розвитку сонячної енергетики стабільно ростуть. Сонячна панель давно перестала бути терміном вузького кола технічних фахівців і сьогодні про сонячну енергетику не тільки говорять, а й отримують прибуток від реалізованих проектів.
У вересні 2008 року було завершено будівництво сонячної електростанції розташованої в Іспанському муніципалітеті Ольмеділья-де-Аларкон. Пікова потужність електростанції Olmedilla досягає 60 МВт.
У Німеччині експлуатується сонячна станція Waldpolenz, яка знаходиться в Саксонії, в районі міст Брандіс і Бенневіц. Пікова потужність цієї станції становить 40 МВт, завдяки чому вона входить до числа найбільших сонячних електростанцій світу.
Несподівано для багатьох, хорошими новинами почала радувати і Україна. Згідно з даними ЄБРР, Україна вже найближчим часом може зайняти місце лідера серед екологічно чистих економік Європи, особливо стосовно ринку сонячної енергії, який є одним з найбільш перспективних ринків відновлюваних джерел енергії.
В даний час найбільша сонячна електростанція Європи розташовується саме в Україні, і планується, що ринок сонячної енергії України щороку зростатиме на 90% до 2030 року. До того ж, Енергетична стратегія України розраховує досягти до 15% виробництва енергії з відновлюваних джерел до 2030 року, а український пільговий тариф по відношенню до альтернативної енергії майже в два рази перевершує тариф деяких країн «великої сімки».
Найбільші сонячні електростанції України
Нікопольська сонячна електростанція
Нікопольська СЕС, потужністю 246 МВт, на сьогоднішній день це найбільша сонячна електростанція в Європі. Вона забезпечує електроенергією близько 60 тисяч домогосподарств та є важливим кроком до енергетичної незалежності України. Розташована більш ніж на 400 гектарах і складається з приблизно 750 000 панелей.
Кам’янець-Подільска сонячна електростанція
СЕС у селі Панівці, що неподалік Кам’янець-Подільська на Хмельниченні, має потужність 64 МВт та займає площу близько 110 га. На території встановлено 200 000 сонячних панелей, які забезпечують стабільне виробництво електроенергії для приблизно 16 000 домогосподарств, сприяючи розвитку відновлюваної енергетики в Україні.
Сонячна електростанція Перово (АР Крим, окупована територія)
Станція «Перово» (АР Крим) потужністю 100 МВт реалізована в 2011 році та є однією з найбільших у своєму роді в світі. Сонячна електростанція складається з 440 тисяч кристалічних сонячних фотоелектричних модулів, з’єднаних 1500 км кабелю, і встановлених на понад 200 га площі, що становить близько 259 футбольних полів. Установка буде виробляти 132500 МВт*год чистої електроенергії на рік, що достатньо для задоволення планових пікових потреб в електроенергії Сімферополя, столиці Криму. Станція дозволяє скоротити викиди CO2 на 105 тисяч тонн на рік.
Подальший розвиток сонячної енергетики в Україні є ключовим для досягнення енергетичної незалежності та сталого розвитку. У міру зростання попиту на відновлювані джерела енергії, сонячні електростанції стають важливою частиною енергетичної системи країни. Компанія Alteco активно працює над впровадженням нових проєктів та технологій у цій сфері, докладаючи максимум зусиль для забезпечення України чистою, надійною та доступною енергією. Ми прагнемо зробити вагомий внесок у майбутню енергетичну незалежність нашої країни.
У нас ви можете замовити:
