Гелиоэнергетика

Принципы использования и направления разработок гелиоэнергетики

Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии может стать важным направлением в энергосбережении. Одним из таких источников является солнечная энергия, которая испускается в виде электромагнитного излучения.

Ресурсы солнечной энергии неограниченны. По подсчетам, количество энергии, достигшей поверхности Земли в течение всего минуты превышает количество энергии других источников на протяжении года. Использование солнечной энергии позволяет экономить до 75% традиционного топлива в год.

Чтобы эффективно использовать солнечную энергию, разработано большое количество установок. Широкому применению этих установок мешает высокая цена, которая обусловлена практически отсутствием серийного производства. Кроме того, низкая цена на традиционные виды топлива тоже оказывает влияние на применение таких установок.

В последнее время в мире применяется практика строительства зданий с использованием гелиоустановок. В этом случае важным критерием при строительстве является выбор территории, где будет размещаться здание.

Электричество и тепло из солнечного излучения получают следующими способами:

• при помощи фотоэлементов – приборов, преобразующих энергию фотонов в электрическую.
• при помощи тепловых машин: паровых машин, использующих водяной пар, фреоны, пропан-бутан, углекислый газ и т.д., двигателя Стирлинга
• при помощи нагрева поглощающей солнечные лучи поверхности. В дальнейшем полученное тепло распределяется и используется. Например, ими могут коллекторы, в которых нагревается вода. Также теплоноситель может накапливаться в специальных аккумуляторах и использоваться по необходимости.
• при помощи термовоздушных электростанций, в которых солнечная энергия преобразуется в энергию воздушного потока, направляемого на турбогенератор
• при помощи солнечных аэростатных электростанций. Поверхность аэростата имеет селективно-поглощающее покрытие. На счет нагрева поверхности аэростата солнечным излучением происходит генерация пара внутри баллона аэростата. Преимуществом этого способа является наличие достаточного запаса пара в баллоне для работы электростанции в темное время суток и в пасмурную погоду.

В настоящее время активно ведется разработка гелиоэнергетических систем в двух направлениях:

• совершенствование солнечных батарей
• создание энергетических концентраторов.

Работа по созданию энергетических концентраторов включает разработку систем, которые действуют по принципу концентрации энергии. В этом случае солнечная энергия фокусируется на небольшом фотоэлектрическом элементе. Примером такой системы являются фотоэлектрические системы с линзой Френеля.

Генератором солнечной энергии является солнечная батарея. Принцип ее работы состоит в прямом преобразовании электромагнитного излучения солнца в тепло или электричество. При этом происходит генерация постоянного тока. Этот процесс называется фотоэлектрическим эффектом. Существует несколько видов солнечных батарей:

• фотоэлектрические преобразователи – устройства, которые напрямую преобразуют солнечную энергию в электричество
• гелиоэлектростанции. Эти установки используют солнечное излучение для приведения в действие тепловых, паровых, газотурбинных, термоэлектрических и других машин.
• солнечные коллекторы.

Самыми известными компаниями, занимающимися производством солнечных батарей, являются Kyocera, Siemens, BP SolarSharp, Solarex, Shell и другие. Необходимость в надежной, экологически чистой энергии мотивирует на активные поиски и разработку новых технологий.

Достоинства и недостатки гелиоэнергетики

Использование солнечной энергии для получения тепла и электричества имеет несколько очевидных преимуществ:

• солнечное излучение бесплатно, оно доступно каждому. Для того, чтобы организовать электроснабжение, не нужно строить линии электропередач, хранилища топлива и т.д., необходимо лишь установить необходимое оборудование на территории.
• солнечная энергия экологически безопасна. В гелиоэнергетике отсутствуют ядовитые выбросы и вредные побочные эффекты.
• отсутствие шума при использовании гелиосистем, в отличие от ветрогенераторов.
• оборудование долговечно и надежно
• несмотря на большую стоимость оборудования, оно быстро окупается. В результате поставляется бесплатное электричество высокого качества
• оборудование требует минимального ухода

Однако кроме перечисленных достоинств гелиоэнергетика имеет и минусы. К ним относится то, что в ночное время суток солнечные панели вынуждены простаивать. К тому же, оборудование не каждый день может работать на полную мощность ввиду того, что не каждый день выдается солнечным. Погодные условия – туман, снегопад, дождь – снижают эффективность панелей. Поэтому используются аккумуляторы, которые заряжаются в солнечное время, а затем по необходимости используются в темное время суток или в пасмурную погоду. Для того, чтобы компенсировать недостаток энергии в непогоду, солнечные установки сочетают с другими видами генераторов.

Еще одним недостатком гелиоэнергетики является низкий КПД фотоэлектрических элементов. А сочетание низкого КПД и высокой стоимости гелиоэлектростанции увеличивает срок окупаемости оборудования. Однако ведется разработка фотоэлементов, имеющих достаточно высокий КПД, что в будущем позволит снизить цены на оборудование, повысить его эффективность.