Обзор потенциала солнечной энергии в России

Территория России через призму PV панелей

Одним из основных критериев для установки солнечных панелей является наличие необходимой территории. Как видно, Россия удовлетворяет этому требования сполна. Однако не стоит забывать, что важнейший фактор, помимо площади установки генераторов — наличие солнечного излучения, на протяжении достаточного количества времени за определенный промежуток времени. По данному показателю, к сожалению, около 2/3 территории России не подпадает, что наносит ряд ограничений для установки и развития солнечной энергетики данной страны. Однако, южная граница страны пролегает в районе 48 градуса северной широты, а южные районы находятся в районе 40−45 градусов широты (широты Испании). Данные регионы обусловлены огромным количеством солнечной энергии, большим количеством солнечных дней, вследствие чего эти регионы идеально подходят для установки солнечных панелей. Именно здесь можно сполна раскрыть потенциал, заложенный в солнечную энергетику с минимальными финансовыми затратами. Это отличный показатель, с точки зрения солнечной энергетики.

Рисунок 6 Количество солнечных часов в субъектах РФ [2].

Как видно из рисунка 6, существует устойчивая зона, проходящая на удалении до 2000 км от южной границы России, где производство электроэнергии при помощи солнца будет выгодно и эффективно, что позволит сократить долю «грязной» энергетики и увеличить инновационную составляющую данного региона, поскольку на обслуживание данного ресурса энергии будут направлены значительные усилия инженерно-технического персонала [2, с. 76].

Но, помимо солнечных часов, существует понятие световой мощности или, попросту говоря, количества энергии, падающей на 1 метр квадратный территории. На рисунке 7 можно увидеть области с огромным потенциалом.

Рисунок 7 Количество солнечной радиации в субъектах РФ [2].

Как видно из данного рисунка, половина страны обладает заложенным потенциалом в количестве 3,5 квт*ч/м2 в день, что уже неплохо, а южные же области обладают потенциалом более 6 квт*ч/м2 в день.

Данная величина сопоставима с большей площадью Испании, являющейся эталонной страной в вопросах оптимального расположения для получения электричества из энергии солнца.

Солнечная радиация зависит, главным образом, от широты места, т. е., на экваторе она принимает наибольшую величину, убывающую к полюсам. Россия расположена между 41 и 82 градусами северной широты, и уровни солнечной радиации на ее территории существенно варьируются.

По российским оценкам, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт-час/м2 в год, тогда как в южных районах она превышает 1400 кВт-час/м2 в год. Уровни солнечной радиации демонстрируют также большие сезонные колебания. Например, на широте 55 градусов солнечная радиация составляет в январе 1,69 кВт-час/м2 в день, а в Июле 11,41 кВт-час/м2 в день.

Совокупный потенциал солнечной энергии в России оценивается в2 300 000 млн. т.у.т. Потенциал солнечной энергии наиболее велик на юго-западе (Северный Кавказ, район Черного и Каспийского морей) и в Южной Сибири и на Дальнем Востоке.

Значительными ресурсами обладают Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Волгоградская область, Астраханская область и другие регионы на юго-западе, а так же Алтай, Приморье, Читинская область, Бурятия и другие регионы на юго-востоке [2, с. 82].

В некоторых районах Западной и Восточной Сибири и Дальнего.

Востока годовая солнечная радиация составляет 1300 кВт-час/м2, превосходя значения для южных регионов России. Например, в Иркутске (52 градуса северной широты) поступление солнечной энергии достигает 1340 кВт-час/м2, а в Республике Якутия-Саха (62 градуса северной широты) -1290 кВт-час/м2.

Таблица 6 Приход суммарной солнечной радиации на горизонтальную площадку, МДж/м2 [2].

Таблица 7 Приход суммарной солнечной радиации на перпендикулярную лучам площадку, МДж/м2 [2].

В таблицах 6 и 7 представлены данные по приходу солнечной радиации в течение года для пяти мест, расположенных в различных климатических зонах. Астрахань и Сочи расположены на юге Европейской части России, Кызыл на юге Сибири, Мангут на юге Забайкалья, и Владивостокна Дальнем Востоке.

Существующие типы солнечных PV панелей.

Процесс преобразования энергии происходит в фотоэлектрических преобразователях (ФЭП).

В настоящее время, в зависимости от материала, конструкции и способа производства принято различать три поколения ФЭП:

ФЭП первого поколения на основе пластин кристаллического кремния;

ФЭП второго поколения на основе тонких пленок;

ФЭП третьего поколения на основе органических и неорганических материалов.

ФЭП первого поколения на основе кристаллических пластин на сегодняшний день получили наибольшее распространение. В последние годы производителям удалось существенным образом сократить себестоимость производства таких ФЭП, что обеспечило укрепление их позиций на мировом рынке.

Виды ФЭП первого поколения:

монокристаллический кремний (mc-Si);

поликристаллический кремний (m-Si);

на основе GaAs;

ribbon-технологии (EFG, S-web);

тонкослойный поликремний (Apex).

Производители Suntech Power, JA Solar, Yingli Green Solar, Solarfun Power, Trina Solar (ВсеКитай).

Технология выпуска тонкопленочных ФЭП второго поколения подразумевает нанесение слоев вакуумным методом. Вакуумная технология по сравнению с технологией производства кристаллических ФЭП является менее энергозатратной, а также характеризуется меньшим объемом капитальных вложений. Она позволяет выпускать гибкие дешевые ФЭП большой площади, однако коэффициент полезного действия таких элементов ниже по сравнению с ФЭП первого поколения.

Виды ФЭП второго поколения:

аморфный кремний (a-Si);

микрои нанокремний (мc-Si/nc-Si);

кремний на стекле (CSG);

теллурид кадмия (CdTe);

(ди)селенид меди-(индия-)галлия (CI (G)S).

Производители FirstSolar (США), Q-Cells (Германия), Solyndra (США), Miasole (США).

При создании ФЭП третьего поколения используются дешевые и перерабатываемые полимеры и электролиты. Важным отличием является возможность нанесения слоев печатными методами, например, по технологии «рулон-к-рулону» (R2R).

В настоящее время основная часть проектов в области ФЭП третьего поколения находятся на стадии исследований.

Виды ФЭП третьего поколения:

фотосенсибилизированные красителем (DSC);

органические (OPV);

неорганические (CTZSS).

Производители Konarka, Solarmer, IBM, Plextronics (Все США) Энергию необходимо хранить, используя химические аккумуляторы, тем не менее, установка страдает отсутствием возможности регулировки, контроля мощности. Также свет, пригодный для электрогенерации, несет в себе инфракрасное и ультрафиолетовое излучение, разрушающее панели. Панели необходимо защищать от множества факторов, при этом теряется некоторая часть эффективности. Наибольшим недостатком и ограничением к развитию является необходимость достаточно мощного света. В дальнейшем необходимо решать данную проблему. Ведутся исследования для пригодности частичного использования панелей в сумерки и темное время, за счет сбора отраженного света и использования альтернативных материалов. Однако данная область находится на грани науки и смелых фантазий.

Одним из методов значительного повышения к.п.д. солнечных панелей, является применение технологии мультислоев. Благодаря нескольким слоям удалось достичь максимального к.п.д. в 40%.

Таким образом, одним из основных критериев для установки солнечных панелей является наличие необходимой территории совокупный потенциал солнечной энергии в России оценивается в 2 300 000 млн. т.у.т. Потенциал солнечной энергии наиболее велик на юго-западе (Северный Кавказ, район Черного и Каспийского морей) и в Южной Сибири и на Дальнем Востоке.