Солнечные энергетические установки

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

Иркутский Государственный  Технический Университет

 

 

Кафедра электротехники и электроснабжения

 

 

 

 

 

Доклад

по дисциплине «Современные проблемы электроэнергетики и электротехники»

 на тему: «Солнечные энергетические установки»

 

 

 

                                  Выполнил: магистрант

гр. ЭУм-12-1               

   Веселкова А.В.

                    Проверил: Усов И.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2012г.

Введение 

 

Одной из наиболее острых проблем человечества в XXI веке является, конечно же, поиск новых  источников энергии. Будь то частный  дом, дача, загородное поместье или  крупное промышленное предприятие  — все это требует электричества, а его стоимость с каждым годом  пугает все больше. Можно, конечно, обойтись дизельными или бензиновыми генераторами, но стоимость топлива вряд ли уступает по темпам роста электричеству, поэтому  приходится искать альтернативные источники  энергии. И такими источниками могут  стать солнечные электростанции. Они представляют собой систему на основе солнечных батарей, которые способны преобразовать солнечный свет в электрическую энергию. Согласитесь, солнце в меньшей или большей степени есть везде, а, значит, и применение подобных систем эффективно в любом уголке планеты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Современные солнечные элементы

 

Процесс развития фотоэлектрической технологии генерирования  электрической энергии наконец  достиг того уровня, когда практическое использование солнечных элементов  становится экономически оправданным  и целесообразным. Современные солнечные  модули — это не только альтернативное средство получения электрической  энергии, но и эффективный способ обеспечения автономности и энергонезависимости жилых и коммерческих объектов.

Современные солнечные элементы — конкурентоспособное фотоэлектрическое оборудование с большим будущим.

Под влиянием мировых тенденций нехватки и  высокой стоимости органических ископаемых, угрожающих объемов загрязнений  окружающей среды, а также последних  событий на атомных электростанциях  в Японии процессы совершенствования  и внедрения альтернативных видов  энергетического оборудования значительно  активизировались.

Солнечная энергия  является альтернативным, экологически чистым видом энергии с ресурсным  потенциалом, близким к бесконечности.

Солнечные элементы — установки, предназначенные для  генерирования электрической энергии  путем преобразования прямых солнечных  лучей с применением полупроводниковых  фотоэлементов.

С помощью  комбинирования солнечных элементов  получают новые разновидности фотоэлектрического оборудования: солнечные панели и  модули, солнечные батареи.

Преимущества

Неисчерпаемые и доступные запасы солнечной  энергии.

Высокая надежность работы системы.

Экологически  чистый источник электрической энергии.

Отсутствие  шума и вибраций во время работы установки.

Модульная конструкция  элементов позволяет выпускать  большой ассортимент установок  различных уровней мощности и  напряжения.

Большой срок службы (более 30 лет).

Отсутствие  подвижных и хрупких узлов.

Основные разновидности  фотоэлектрических элементов

По наличию  или отсутствию подключения к  централизованной сети электроснабжения:

Установки, соединенные  с сетью — недостаток электрической  энергии, вырабатываемой солнечными модулями или панелями, устраняется за счет возможностей централизованной электросети, а избыточное ее количество может  использоваться для реализации коммунальным сетям или другим заинтересованным субъектам.

Резервные установки, соединенные с сетью — в  условиях плохого качества электросетей солнечные элементы выполняют функции  резервного оборудования: обеспечивают подачу электрической энергии при ее отсутствии в сети или сбоях в сетевом напряжении.

Автономные  установки — индивидуальные потребности  объектов в электрической энергии  полностью обеспечиваются работой  фотоэлектрического оборудования.

По технологии изготовления солнечные элементы бывают:

Монокристаллические — наиболее эффективные солнечные  модули, изготовленные из чистого, монокристаллического кремния. КПД установки находится  на уровне 14-17%, а срок ее службы составляет более 30 лет. Монокристаллические солнечные  батареи также отличаются легкостью, небольшими габаритами и возможностью установки на сложных, неровных поверхностях. Фотоэлектрические элементы изделия  защищены прочным, влагонепроницаемым стеклопластиковым корпусом. Максимальная выработка электрической энергии  монокристаллическими солнечными панелями достигается при температуре  воздуха от 15 до 25 °С и отсутствии облачности.

Поликристаллические — фотоэлектрические элементы из поликристаллического кремния ярко синего цвета, процесс изготовления которого более простой и экономичный  по сравнению с производством  монокристаллов кремния. Зернистая  структура поликристаллического кремния  негативно отражается на эффективности  установки, тем не менее, оборудование весьма привлекательно с точки зрения цена-качество, а КПД таких солнечных  модулей составляет от 10 до 12%.

Аморфные  — недорогие, но менее эффективные  батареи с КПД от 5 до 8 %. Аморфные солнечные модули достаточно гибкие, срок службы оборудования от 10 до 20 лет.

Тонкопленочные — наиболее экономичный вид фотоэлектрического оборудования.

Особенности:

-тонкая пленка, в форме которой представлен солнечный элемент может размещаться на земле, крыше, стенах и других участках большой площади (размеры батареи примерно в 2,5 раза превышают габариты других фотоэлектрических элементов);

-выработка электрической энергии происходит даже в пасмурные дни;

-КПД в пределах 10-15%;

-быстрый срок окупаемости (1-2 года).

 

 

 

 

 

 

Солнечные электростанции

Солнечные генераторы в последнее двадцатилетие становятся все более популярным видом альтернативной добычи энергии, их преимущества давно  с лихвой покрыли недостатки. Во-первых, подобные системы не требуют особых условий местности для установки. Солнечные лучи есть везде, соответственно — определенное количество солнечной  энергии можно получить всегда.

Еще одно преимущество солнечных генераторов - это экологически чистый источник энергии, абсолютно безопасный для окружающей среды. Согласитесь, это немаловажный аргумент в свете экологической ситуации последнего десятилетия.

Несмотря  на все опасения, солнечные электростанции для дома обладают сравнительно неплохим КПД, в зависимости от вида системы  и условий эксплуатации — от 9 до 24%. И при этом стоит учесть, что стоимость фотоэлектрических  модулей не очень высокая. Окупаемость  радует с первых месяцев эксплуатации. Использоваться подобные системы могут  как в бытовых, так и в промышленных целях. Мощность и стоимость промышленной системы оценивается, исходя их потребностей объекта.

Солнечные генераторы, являющие собой автономные системы, пользуются необыкновенной популярностью. Такие системы прекрасно «прижились»  в местностях, где использование  централизованных сетей электроснабжения проблематично, недоступно полностью, или слишком дорого. Подобные электростанции способны обеспечивать потребности  небольших систем, например, водяных насосов, систем вентиляции и т.д. Солнечные электростанции автономного типа отличаются малым весом и легкостью монтажа. Системы мощностью около 500Вт могут весить не более 70 кг. Рассчитаны генераторы на выработку постоянного тока.

Вторыми по популярности являются полноценные солнечные  электростанции в системе аккумуляторов. Они используются в местах, где получение энергии от централизованных систем полностью невозможно. Подобные системы способны не только преобразовать солнечный свет в электроэнергию, но и накапливать ее, что позволяет использовать электрические и осветительные проборы в любое время суток и независимо от погоды. Солнечные генераторы способны давать как постоянный, так и переменный ток. В случае необходимости получения переменного тока в систему добавляется инвертор. Наличие инвертора и аккумуляторов значительно расширяет возможности использования подобных генераторов: из систем, обеспечивающих выполнение локальных целей, они превращаются в полноценные солнечные электростанции для дома.

Наиболее  эффективным и практичным вариантом  являются гибриды солнечных генераторов  с другими электростанциями. Так, в системах могут сочетаться солнечные  и дизельные генераторы, или солнечные  и ветровые, или даже все три  система одновременно. Солнечные  электростанции для дома с использованием других видов генераторов могут  обеспечить потребности большого особняка или даже дома из нескольких квартир. Аккумуляторы помогут накапливать энергию, используя наиболее оптимальные ее источники. Такие системы рассчитываются с учетом потребностей в электроэнергии, а также ресурсов местности.

Основные элементы солнечной  электростанций

Солнечные электростанции являются полноценной системой, включающей в себя три основных элемента: солнечные  модули, аккумуляторы и инверторы.

Основой любой  системы являются солнечные модули, которые и выполняют главную  функцию — «ловят солнечные лучи». Именно модули способны преобразовать  солнечную энергию в электрическую. Солнечные модули могут различаться по типу работы, мощности, конструктивным особенностям и строению фотоэлектрических модулей. Они могут быть стандартными, или разработанными по индивидуальным чертежам, с учетом солнечной обстановки региона и потребностями здания.

Но солнце пребывает на небосводе не постоянно, соответственно — и прямой процесс  преобразования возможен отнюдь не круглые  сутки. Для решения этой проблемы в системе присутствуют аккумуляторы, способные накапливать преобразуемую  энергию, «заряжаться» и, при необходимости, отдавать ее. Таким образом, электроснабжение обеспечивается даже в пасмурную  погоду, или темное время суток.

И третья необходимая  деталь системы — инвертор, который  преобразовывает постоянный ток  в переменный, необходимый для питания электроприборов. Благодаря этому элементу, система может использоваться в бытовых целях, для снабжения работы осветительных и электроприборов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Солнечные батареи

Использование солнечных батарей сегодня, когда  на дворе двадцать первый век, не только оправдано, но и прогрессивно — на этот шаг давно пошли современные  люди, которые не просто хотят сэкономить на счетах за электричество, но и думают о безопасности используемых технологий. Солнечные батареи для дома безопасны  как для человека, так и для  окружающей среды — а разве  это не важная причина для того, чтобы предпочесть их остальным  источникам энергии?

Несмотря  на то, что солнечные батареи в  нашей стране начали использоваться не так давно, на сегодняшний день они стремятся занять лидирующее положение, и скоро будут использоваться практически повсеместно.

Солнечные батареи  появились в нашей жизни не так давно, хотя о возможности  использования энергии солнечного света серьезно обсуждалась уже  в XIX веке. Были созданы первые элементы, которые могли использовать огромное на то время количество (несколько  процентов) солнечной энергии, результат  вдохновил изобретателей, и исследования продолжились с небывалой силой.

Современный вид солнечные батареи приобрели около тридцати лет назад, после чего стали завоевывать мировое пространство. В нашей стране они используются не так широко, как например, на Западе, однако, ситуация в корне изменилась, начиная с 90-ых. За небольшой промежуток времени солнечные батареи успели стать популярными и теперь об их установке задумываются тысячи россиян.

Солнечные батареи  представляют собой панели, состоящие  из множества ячеек, содержащих монокристаллический  кремний, материал, который позволяет  преобразовывать солнечный свет в используемый электрический ток. Располагаются они, как правило, на крыше здания. Выбор места расположения вполне оправдан — но не потому, что  сверху солнечного света больше, а  потому, что именно там он будет  беспрепятственно достигать панелей. Также можно размещать панели на земле.

Солнечные батареи  могут отличаться друг от друга многими  параметрами, например:

Номинальной мощностью — чем она выше, тем  больше солнечного света батарея  сможет принять и обработать;

Рабочим напряжением  — от него зависит возможность  подключения тех или иных приборов, которые будут потреблять преобразованный  в электричество солнечный свет;

Материалом, используемым в производстве солнечной  батареи — от ее качества зависит  и срок службы, и вообще, будет  ли она хорошо работать или нет.

Современные солнечные батареи рассчитаны на довольно долгий срок службы — фактически они проработают до тридцати лет  без падения мощности. Конечно, их можно будет использовать и дальше, хотя технологии не стоят на месте, и вполне вероятно, что за это время будут созданы более совершенные модели батарей.

Солнечные батареи  могут быть односторонними, двухсторонними и тонкопленочными.

Односторонние солнечные батареи — недорогой  продукт, применение которого возможно в течение всего года. Неплохое сочетание цены и качества, поэтому  выбор особенно оправдан для тех, кто хотел бы получить недорогой, но надежный инструмент.

Двухсторонние солнечные батареи — полноценные  батареи, которые могут позволить  исключить прочие источники электроэнергии. Автономное существование при использовании двухсторонних солнечных батарей — это реально. Отличный выбор для желающих жить нога в ногу со временем, экономистов и просто умных людей.