Использование солнечных элементов для энергоснабжения населенных пунктов в средней полосе России

2 ВВЕДЕНИЕ Преобразование солнечной энергии сегодня — это гораздо больше, чем просто экологичная технология получения электричества. Она становится все более выгодным товаром на рынке новых технологий. Главным аргументом за развитие солнечного электричества является не только экологические качества, но и то, что в развивающихся странах 70% населения не имеют электричества. Реализация помощи в развитии сельским зонам развивающихся стран требует большой поддержки от правительства, местной администрации, благотворительных организаций, религиозных организаций и неправительственных учреждений. Усилия правительства, подкрепленные помощью международных организаций, иногда сталкиваются с проблемой правильного распределения поступивших средств.

Очень важно отношение цены к энергии. В силу своих невысоких доходов сельские хозяйства должны найти для себя такой вид энергии, которая могла бы удовлетворить их потребности и стоила бы не очень дорого. Такие важные, но опасные виды энергии, как газ и нефть дают свет очень посредственного качества и при долговременном использовании являются очень дорогостоящими для хозяйства. Холодильники для хранения вакцин, работающие на бензине или на газу — большая редкость. Электрогенераторы, адаптированные для таких зон, обходятся очень дорого и не застрахованы от неисправностей и непредвиденных ситуаций. Солнце и ветер — это неисчерпаемые ресурсы, которые производят электроэнергию хорошего качества, позволяющую: использовать холодильники для хранения продуктов, водные насосы для орошения, телевизоры, осветительные приборы и устройства передачи информации и т. д.

Большие возможности систем фотопреобразователей позволяют использовать их в тысячах городов и создавать электростанции и электросети.

По прогнозам экспертов использование электричества человечеством к 2010 году возрастет с 90 до 600 МВт. Потенциал систем солнечных элементов, даже если рассматривать использование для установки модулей только крыш зданий (без учета фасадов и свободных пространств) выше этих спрогнозированных значений. Потенциал, необходимый для обеспечения солнечной энергией жилища, насоса для орошения, системы телекоммуникаций, оценивается тысячами мегаватт.

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. И в России наибольший теоретический потенциал, более 2000 млрд. тонн условного топлива (т.у.т.), имеет солнечная энергия.

Для России широкое использование фотоэнергетики имеет большое значение. Сейчас более 10 млн граждан России живут без централизованного электрообеспечения. Даже если для 1 млн граждан будет использована фотоэнергетика (на каждого гражданина ~ 2 КВт•ч/сутки), необходимо установить более 500 МВт пиковой мощности фотоэнергосистем.

Огромным российским потенциальным потребителем фотоэнергетики является сельскохозяйственный сектор, который самостоятельно способен потреблять сотни мегаватт пиковой энергии солнечных батарей в год. Если к этому добавить уже естественно нарождающийся рынок автономных фотоэнергосистем для навигационного обеспечения, систем телекоммуникаций, систем для курортно-оздоровительного и туристического бизнеса, коттеджей, уличных солнечных фонарей и т. д, то суммарно потребности в России в солнечных батареях могут составить более 1 ГВт/год.

Для представления фотопреобразователей на массовом рынке, необходимо предложить наиболее умную систему преобразования солнечной энергии в электрическую и главное систему стандартизованных приборов, приспособленных под нужды каждого.

Этот проект не является типично техническим, он скорее является использованием теории и практики в наиболее доступной форме. Проведенные расчеты имеют указательные названия, чтобы сблизить читателя с солнечными элементами и ветряными двигателями, а также могут быть преобразованы в соответствии с его (читателя) желаниями. Пояснения снабжены фотографиями для большей наглядности.

3. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ МЕСТНОСТИ

3.1. Метеорологические условия местности

В Лаборатории возобновляемых источников энергии и энергосбережения ИВТ РАН завершена разработка Атласа распределения ресурсов солнечной энергии по территории России, создана климатическая база данных, ориентированная на исследования в области солнечной энергетики. Наземных станций, на которых проводятся систематические измерения потоков солнечного излучения на территории России, насчитывается всего около ста, что явно недостаточно для районирования всей территории страны. Поэтому в исследованиях были использованы также спутниковые данные NASA, полученные за 10 лет наблюдений за радиационным балансом земной поверхности, в том числе и над территорией России. В результате сотрудниками лаборатории составлены карты поступления солнечной радиации на неподвижные поверхности, ориентированные различным образом в пространстве для всех регионов за определенные периоды года. Для эффективного преобразования энергии Солнца важно выбрать оптимальный угол наклона солнечного коллектора, при котором суммарное поступление энергии солнечного излучения на приемную поверхность за рассматриваемый период работы максимально. Оптимизация угла позволяет в 1,3−1,5 раза увеличить сбор энергии по сравнению с ее поступлением на горизонтальную поверхность.