Солнечная энергия и перспективы ее использования в экономике

Введение

Одним из возобновляемых альтернативных источников энергии на Земле является Солнце. Сегодня альтернативные источники энергии широко используются в аграрном хозяйстве, для  бытовых нужд населения в районах с высоким уровнем затрат при прокладке ЛЭП не только в нашей стране, но и  за рубежом.

Краткая информация о Солнце:

Диаметр: 1,392,000 км; Масса: 1,989,100 1024 кг; Температура на поверхности: ~5,700 °С; Среднее расстояние от Земли до Солнца: 150 млн. км; Состав по массе: 74% водород, 25% гелий, 1% другие элементы; Яркость (общее количество энергии, излучаемой во всех в космическое пространство): 3.85 1026 Вт (~385 млрд. МВт); Плотность мощности излучения на поверхности Солнца равна: 63,300 кВт на 1м². Использование энергии солнечного излучения на земле занимает немаловажную  роль в жизни человека. Переоценить  источник солнечной энергии на Земле невозможно…Солнечная радиация регулирует  все физические процессы на  поверхность нашей планеты. Благодаря его тепловой мощности дуют ветра, нагреваются моря, реки, озера, существует все живое на земле(рис1)

Рисунок 1. Распределение солнечной радиации у поверхности Земли

Рисунок 2 Распределение солнечной радиации на территории РФ

Предельная  мощность солнечной радиации(пиковая), достигает земную поверхность в районе экватора равна следующим значениям): 1000 Вт/м2, или 1 кВт/м2.Приведенные значения верны для поверхностей, расположенных перпендикулярно лучам в соответствии с заданной  широтой(для Москвы усредненный наклон солнечных лучей составляет около 40⁰). Соответственно чем дальше от экватора, тем ниже уровень солнечной  энергии. Замеры среднегодового солнечного излучения, падающее на горизонтальную площадку, составляет: в Центральной Европе, Средней Азии и Канаде приблизительно 1000 кВт×ч/м2;

Таблица. 1

Годовая инсоляция одного квадратного метра горизонтальной площадки в разных городах России в мегаваттах

Таблица 2. 

Месячная и годовая сумма суммарной солнечной радиации, кВт*ч/м2

Таблица 3.

Месячная и годовая суммы солнечной радиации, кВт*ч/м2. при оптимальном наклоне площадки на широте г.Москва

Таким образом общее количество излучаемой энергии солнечного света в день на м2 на уровне г.Москвы: (энергия задень) 1 кВт·ч (инсоляция в часах). Учитывая среднюю инсоляцию в РФ, равную 3,21(см.табл.3) солнечным часам, это значение обычно равно 3,21 кВт·ч/м2. Солнечная мощность, усредненная за весь день: Wattsaverag (энергия задень)/24. Для инсоляции в 3,21 кВт·ч/м2 мощность, усредненная за весь день 3210 Вт/24 133Вт/м2. Обратите внимание, что только небольшая часть этой энергии может быть преобразована в электричество из-за не очень высокой эффективности фотоэлектрических систем. Продолжая расчеты получим: Средний КПД распространенных коммерческих солнечных панелей: на кристаллическом кремнии (CSI) 12–17%); Мощность, генерируемая панелью в один квадратный метр: PVwatts (солнечная мощность) (средний КПД), где КПД преобразуется в десятичное число. Пиковая мощность в безоблачный полдень: PVwatts-peak 1000 Вт КПД. Как правило, пиковая мощность равна 120-170 Вт/м2 для солнечных панелей на кристаллическом кремнии (CSi);Суммарное усредненное количество энергии, производимой панелью в 1м2 за день: PVday PVwatts-peak (Инсоляция в часах). Для инсоляции в 3,21часов это значение будет 0.385 кВт/м2 для панелей на кристаллическом кремнии (CSi) в день. Выработанная энергия панели, усредненная за весь день на широте г.Москвы составит: PVwatts-average PVday/24. Это примерно 16,05 Вт/м2 для панелей на кристаллическом кремнии (CSi). Общая энергия, генерируемая фотоэлектрическим модулем на1м2 в год: PVyear (полная энергия в день) 365, которая будет равна примерно 140,52 кВт·ч для панелей на кристаллическом кремнии (CSi) в год. Ожидаемая стоимость электроэнергии с 1 м2, сэкономленной за год:

Saving PVyear 0.95 (стоимость кВт·ч), где 0.95 КПД преобразователя и потери в проводах. Saving 140,52 0.95х3,45=460,6руб.

При использовании солнечной радиации для преобразования в электрическую при круглогодичном режиме работы PV-систем на широте г.Москвы при проектной площади СП на 10000м2 экономический эффект равен 46,0млн руб.

В условиях России можно рассматривать два способа использования солнечной энергии: это преобразование солнечной энергии в тепловую энергию и преобразование солнечной энергии непосредственно в электрическую при помощи PV-систем. В настоящее время в РФ отсутствует развитая отрасль производства солнечных элементов и установок на их основе. Научное и научно-техническое обеспечение и сопровождение программы должно быть направлено на достижение следующих целей.

Во-первых, на повышение эффективности используемых фотоэлектрических систем и снижение себестоимости производимой ими электроэнергии.

Во-вторых, на поиск новых, более эффективных и дешевых, материалов и методов изготовления СЭ, создание новых конструкций СЭ.

В-третьих, на создание специализированного технологического и контрольно-измерительного оборудования по повышению производительности изготовления СЭ. И наконец, на проведение испытаний, измерений, аттестации и сертификации производимых СЭ.

Заключение

Сегодня промышленные  технологии производства  солнечных панелей (СП) для преобразования  получаемой энергии делают ее дешевым и менее опасным источником, чем ядерная энергия. Правила игры изменились за последние годы технологической революции  настолько, что получение солнечной электроэнергии наконец становится дешевле электричества  атомных станций.  Затраты на производство энергии от фотоэлектрических систем неуклонно снижаются, а затраты на возведение атомных станций, напротив растут.

Ученые из университета Duke (США) рассчитали, что: расходы на солнечную энергию достигли «критической точки» с расходами в атомной промышленности. Так в 2011 году цена ядерной электроэнергии  за 1квт*час составила 16-18 центов( или 10,40руб по курсу), а электроэнергия солнечных фотоэлектрических панелей 14 центов за киловатт(или 7,40руб по курсу).