Розробка проекту "Перспективність використання енергії Сонця"

       

 

 

 

 Перспективність використання енергії Сонця

 

 

 

 

 

 

                         

                                                 

 

Автор проекту:

Іваніцький Ігор Миколайович,

учитель фізики

Новоушицького ліцею

Новоушицької селищної ради

Хмельницької області

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сонячна енергетика – використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.   

 Метою роботи є наукове обґрунтування ефективного  використання  сонячної  енергії  в Україні.

Завдання, яке ставилося на початку дослідження,  провести аналіз змісту процесу використання сонячної енергії у діяльності суб’єктів господарювання та дослідити економічну ефективність використання сонячної енергії в Україні

У ході дослідження виявлено переваги й ефективність сонячних батарей, їх недоліки,  доцільність використання альтернативної енергії сонця. 

Наукові положення, висновки , що сформульовані в науковій роботі базуються на основі аналізу,  обчислення та статистичної оцінки даних.

За підсумками дослідження розроблено інструкцію з виготовлення сонячної батареї в домашніх умовах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП                                                                                                                     4

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ                                                                                                                 6

        1.1 Сонячні батареї. Загальна інформація                                                     6

        1.2. Принцип роботи сонячних батарей                                                                               7

        1.3. Технічні характеристики сонячних батарей                                                           8

РОЗДІЛ 2. ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ

СОНЦЯ                                                                                                                     9

        2.1. Переваги й ефективність сонячних батарей                                          9

2.2. Недоліки сонячних батарей                                                                                              10

2.3. Доцільність використання сонячних батарей                                      11

РОЗДІЛ 3. МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ                                                                                             12

        3.1 Продаж електроенергії в мережу за «зеленим» тарифом                    12

       3.2 Часткове заміщення споживання електроенергії з мережі                   15

       3.3 Електропостачання віддалених об'єктів                                                 16

       3.4 Електропостачання торгових точок                                                        16

       3.5 Освітлення та відеоспостереження                                                         16

       3.6 Електротранспорт                                                                                     17

РОЗДІЛ 4. СТАН ВИРОБНИЦТВА СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ                    18

РОЗДІЛ 5. ДОСЛІДЖЕННЯ ОКУПНОСТІ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ              20

РОЗДІЛ 6. ВИГОТОВЛЕННЯ СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ                                       24

ВИСНОВКИ                                                                                                           28

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ                                                             29

ДОДАТКИ

ВСТУП

 

 

Нетрадиційні  та відновлювані джерела енергії останнім часом  стали одним із важливих критеріїв  сталого розвитку світової спільноти. Здійснюється пошук нових і вдосконалення існуючих технологій, виведення їх до економічно ефективного рівня та розширення сфер використання.

Головними причинами такої  уваги  є  очікуване вичерпання запасів органічних видів палива, різке зростання їх ціни, недосконалість та низька ефективність технологій їхнього  використання, шкідливий вплив на довкілля, наслідки якого все більше і більше турбують світову спільноту.   

        Актуальність. Потенціал відновлюваних джерел енергії у світі становить мільярди тонн умовного палива на рік і значно перевищує обсяг усіх споживаних в даний час паливно-енергетичних ресурсів.  Його раціональне використання дозволить вирішити цілий ряд проблем, пов'язаних з екологічно небезпечними процесами переробки вуглецевого палива і його заощадженням, зниженням витрат на транспортування палива в територіально віддалені регіони і підвищенням рівня їх енергетичної надійності. З огляду на, що застосування альтернативних джерел для виробництва електроенергії – додатковий стимул до розвитку промисловості, забезпечення зайнятості та підвищенню рівня життя населення, а в кінцевому підсумку, зміцнення та стимулювання економіки. Європейська Спільнота вимагає від країн, які прагнуть до неї вступити, збільшення частки відновлювальних джерел енергії в національному виробництві енергії до 6%, а до 2030 року – до 20%. В Україні показник використання альтернативних видів енергії знаходиться на рівні 0,7%. Все це спонукає до інтенсифікації використання сонячної енергії, оскільки вона може ефективно трансформуватись в теплову та електричну і використовуватись для потреб опалення та гарячого водопостачання. 

Мета роботи: наукове обґрунтування ефективного  використання  сонячної  енергії  в Україні.

Завдання: провести аналіз змісту процесу використання сонячної енергії у діяльності суб’єктів господарювання; дослідити економічну ефективність використання сонячної енергії в Україні.

Об’єкт дослідження: сонячна  енергетика в Україні

Предмет дослідження: ефективність використання сонячної енергії.

Методи дослідження: наукові положення, висновки , що сформульовані в науковій роботі базуються на основі аналізу,  обчислення та статистичної оцінки даних.

Новизна: розроблено інструкцію з виготовлення сонячної батареї в домашніх умовах.

РОЗДІЛ 1. 

СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

 

1.1 Сонячні батареї. Загальна інформація

 

Сонячні батареї, як джерело електроенергії, сьогодні вже важко назвати чимось незвичним. Уперше їх почали застосовувати для енергозабезпечення космічних станцій більше 40 років тому, сьогоднісонячні батареї міцно ввійшли в побут як джерело екологічно чистої й безкоштовної енергії.

Сонце завжди посилало й посилає на землю мільярди кіловат променевої енергії й це джерело буде існувати ще багато мільйонів років. Здавалось би, навіщо будувати атомні, теплові й гідроелектростанції? Бери й користуйся сонячною енергією. Однак сонячні батареї, про які піде мова, поки застосовуються в Україні досить обмежено.

Сонячні батареї, фотоелектричні модулі, сонячні панелі. Сонячна електростанція - це система, яка складається з набору однієї чи більше сонячних панелей,  контролера заряду-розряду акумуляторів, інвертора, набору акумуляторних батарей та опорної конструкції (або без інвертора та АКБ).  Сонячні панелі розміщуються  під оптимальним для падаючого сонячного проміння кутом на даху чи стіні будинку, споруди або на  опорній конструкції  на виділеній ділянці землі. В сонячних фотоелектричних модулях  енергія сонячного випромінювання перетворюється  в електричну енергію, необхідну для живлення електроприладів-споживачів.  Сонячні електростанції  використовують для резервного, автономного енергопостачання чи в системах для економії електроенергії, а також для побутового (до 10кВт) і промислового виробництва електроенергії за "зеленим" тарифом. Використовуючи блочний принцип будови сонячної електростанції, існує можливість поступового нарощування потужності під потреби замовника.

Сонячна електростанція  дає  можливість постачати електроенергію при аварійних ситуаціях, забезпечує стабільне за характеристиками енергопостачання, скорочує витрати на електроенерію, забезпечує дачу, будинок чи комерційний об'єкт електрикою. Компактні переносні сонячні системи дозволять заряджати акумулятори, працювати з ноутбуком, дивитися телевізор, освітлювати кемпінг або яхту, якщо ви любите подорожувати.

Купити і встановити сонячні батареї - побудувати власну сонячну електростанцію - це інвестиції в майбутнє, які на довгі роки забезпечать комфорт і добробут.

 

1.2. Принцип роботи сонячних батарей

 

За принципом роботи сонячна батарея являє собою фотоелектричний генератор постійного струму, який використовує ефект перетворення променевої енергії в електричну. Точніше, у сонячних батареяхвикористана властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла, потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із зовнішньої орбіти атома даного хімічного елементу, що створює достатню кількість вільних електронів для виникнення електричного струму. Однак для того, щоб напруги й потужності такого джерела було достатньо для застосування в побутових цілях, одного або двох кремнієвих елементів недостатньо. Тому їх збирають у цілі панелі, де з’єднують паралельно або послідовно. При цьому площа таких панелей може становити від декількох квадратних сантиметрів до декількох квадратних метрів. Збільшуючи кількість панелей можна добитися більшої генерованої потужності сонячною батареєю. Однак продуктивність сонячної батареї залежить не тільки від площі, але також від інтенсивності сонячного світла й кута падіння променів. Отже, продуктивність сонячної батареї залежить від місцевості й географічної широти, де розташований будинок, від погоди й пори року, від часу доби.

        Наприклад, оптимальний кут для отримання сонячної максимальної енергії в центральних районах нашої країни становить від 30 до 45 градусів.

Крім того, щоб система із сонячних батарей працювала й подавала енергію в мережу, потрібно встановити ряд додаткових електроприладів, зокрема:

•          інвертор, що перетворить постійний струм у премінний;
•          акумуляторну батарею, роль якої накопичувати енергію й згладжувати перепади напруги через зміну освітленості;
•          контролер заряду акумулятора, який не дозволяє акумулятору перезарядитися або розрядитися завчасно. Усе це в комплексі називається автономною системою енергопостачання на основі сонячних батарей.

 Усе це в комплексі називається «автономною системою енергопостачання». У той же час у системі, яка працює на постачання енергії в загальну мережу, акумулятори й контролери не потрібні. Необхідний тільки мережевий інвертор.

 

1.3. Технічні характеристики сонячних батарей

 

Як і будь-який технічний пристрій, сонячна батарея має свої експлуатаційні й технічні характеристики, які відрізняються для різних моделей, різних виробників, але з досить невеликою різницею.

При площі сонячної батареї приблизно 0,2м2 потужність модуля становить приблизно 10Вт. Напруга при максимальному навантаженні – близько 25В. Струм короткого замикання становить близько 500мкА. Вага такого модуля близько 2кг. Приблизний ККД сонячної батареї – від 14 до 18%. Термін служби такої пластини не менше 25 років.

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 2.

ПЕРЕВАГИ ТА НЕДОЛІКИ ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ СОНЦЯ

 

 

2.1. Переваги й ефективність сонячних батарей.

 

Незважаючи на порівняно низький ККД сонячна, батарея є найбільш ефективним джерелом електрики серед альтернативних і автономних джерел енергії. Однак через досить високу вартість сонячної батареї, а головне залежності від погодних умов, їх у більшості випадків позиціонують не як основне, а як додаткове джерело енергії. Це зумовлено двома причинами, досить високою вартістю самих сонячних батарей, і порівняно невеликим виходом енергії з одиниці площі.

У ясний сонячний день із одного квадратного метра площі сонячної батареї можна зняти максимум 120Вт потужності. Цього недостатньо навіть для роботи комп’ютера.

Тому для отримання більш істотної потужності сонячні панелі поєднують у міні-електростанції. Із сонячної батареї площею 10м2, можна отримувати вже більш 1кВт енергії, що може забезпечити роботу комп’ютера, телевізора, кількох лампочок. У цілому, для будинку, де живе 3-4 людини (необхідна потужність 200-300кВт на місяць), у світлий час доби й теплу пору року буде достатньо сонячних батарей площі 20м2. Як правило, вистачає орієнтованої на південь сторони даху для установки такої сонячної батареї вистачає. Якщо ж площа сторони даху орієнтованого на південь складає 40м2, то це може при 18-20 сонячних днях дати до 500кВт на місяць.

Сонячна батарея взимку буде неефективна. У той же час не можна не помітити й очевидні переваги:

• тривалий термін служби;
• незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації;
• низька імовірність поломки сонячної батареї;
• немає необхідності постійно її обслуговувати
• безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були вкладені чималі кошти).

 

2.2 Недоліки сонячних батарей

 

Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже і багато, але вони, на жаль, досить переконливі й конкретні:

• висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності;
• залежність від погодних умов;
• низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії;
• неможливо використання для приладів, що споживають велику потужність.

Панелі сонячних батарей бувають різного розміру й потужності. В європейських країнах сонячні батареї зустрічаються значно частіше, ніж у нас, оскільки там вища купівельна спроможність населення. Крім того, при встановленні сонячних батарей треба вибрати в будинку підходяще приміщення для установки акумуляторів, обладнати схему синхронізації напруги з тією, яка надходить від місцевої трансформаторної підстанції.

Крім того, на Заході будь-який приватний домовласник може скинути  генеровану його сонячною станцією енергію в регіональну мережу. Таким чином, його система може не комплектуватися акумулятором і контролером, що значно знижує вартість системи. А енергія, яка скидається в загальну мережу, держава викуповує по «зеленому» тарифу, який значно перевищує звичайні тарифи на звичайну електроенергію. Таким чином, система є економічно вигідною для власника будинку.

 

 

 

 

2.3. Доцільність використання сонячних батарей

 

Одним з випадків, коли сонячні батареї себе виправдовують, є ситуація, коли в будинку або на іншому обєкті обмежено споживання енергії через брак потужностей. Місцева підстанція й обленерго не можуть змінити ліміт споживання, а ціна питання може навіть перевищувати вартість сонячних батарей. Виправдане застосування сонячних батарей у випадках, коли будинок настільки віддалений від трансформаторної підстанції (більше 10-15км), що протягання до нього кабелів або проводів виявиться співвідносною по вартості із самостійним джерелом енергії. Має сенс застосування сонячної електростанції й у тому випадку, коли необхідно забезпечити безперебійне живлення якої-небудь системи, наприклад, охоронної сигнализація або комп’ютерної мережі. Звичайно, рентабельність і окупність систем на основі сонячних батарей тим вище, чим більше сонячних днів у році в певній місцевості, наприклад, у південних районах, у Криму, на високогірних плато й курортах, де небо більшу частину дня чисте від хмар.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 3. МОЖЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СОНЯЧНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ

 

 

3.1 Продаж електроенергії в мережу за «зеленим» тарифом.

 

 Використання енергії сонця дозволяє економити дорогу електроенергію, яка постачається в будинки енергетичними компаніями, і навіть заробляти на поставках енергії в електричну мережу, якщо останнє передбачено місцевим законодавством. З цією метою все більше власників приватних будинків монтують на дахах індивідуальні сонячні електростанції. Та прогрес не стоїть на місці, сьогодні ринок пропонує далеко не одне рішення цієї проблеми. У зв'язку з цим, розглянемо основні типи сонячних батарей для індивідуальної енергетичної установки та їх особливості.

       Згідно закону України № 5485-17 Про внесення змін до Закону України "Про електроенергетику" щодо стимулювання виробництва електроенергії з альтернативних джерел енергії Встановлюється "зелений" тариф - це спеціальний тариф, за яким закуповується електрична енергія, вироблена на об'єктах електроенергетики, з альтернативних джерел енергії.

"Зелений" тариф на електричну енергію, вироблену генеруючими установками приватних домогосподарств, встановлюється єдиним. Електрична енергія, вироблена з енергії сонячного випромінювання об'єктами електроенергетики (генеруючими установками) приватних домогосподарств, величина встановленої потужності яких не перевищує 10 кВт, купується енергопостачальниками, які здійснюють постачання електричної енергії за регульованим тарифом на території ведення ліцензійної діяльності, за "зеленим" тарифом, в обсязі, що перевищує місячне споживання електроенергії такими приватними домогосподарствами. Виробництво електроенергії з енергії сонячного випромінювання приватними домогосподарствами здійснюється без відповідної ліцензії.

Величина "зеленого" тарифу для електроенергії, виробленої з використанням альтернативних джерел енергії, для електроенергії, виробленої з енергії сонячного випромінювання, об'єктами електроенергетики, які вмонтовані (встановлені) на дахах і / або фасадах приватних домогосподарств (будинків, будівель і споруд), величина встановленої потужності яких не перевищує 10 кВт встановлюється на рівні:

з 01.04.2013 до 31.12.2014 - 389,34 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2015 до 31.12.2019 - 350,41 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2020 до 31.12.2024 - 311,47 коп/кВт-год (без ПДВ)

з 01.01.2025 до 31.12.2029 - 272,54 коп/кВт-год (без ПДВ)

Для суб'єктів господарювання та приватних домогосподарств, які виробляють електричну енергію з використанням альтернативних джерел енергії, «зелений» тариф встановлюється до 1 січня 2030 року.

Вимога про дотримання розміру місцевої складової не поширюється на генеруючі установки приватних домогосподарств.

 

 

 

Станція подібної конфігурації складається з фотомодулів (1) , контролера заряду (2), акумулятора (3) і споживача (4). Подібні станції є основним джерелом енергії і, як правило, застосовуються для електропостачання систем освітлення або спеціальної побутової техніки працює на постійному струмі для пересувних будинків. Потужність таких систем не перевищує 1кВт. Навантаження необхідно підключати до АКБ через контролер розряду. Компанія Атмосфера пропонує контролери заряду EPSolar з інтегрованим контролером розряду.

Фотомодулі (1) перетворять сонячну енергію в електричну, акумулятор (3) накопичує енергію, контролер заряду (2) захищає АКБ від позаштатних режимів роботи.

 

Рис.2. Автономна сонячна електростанція

Автономна сонячна електростанція – основне або додаткове джерело електроенергії. Основними елементами сонячної системи є: фотопанелі (1), контролер заряду (2), акумуляторні батареї (3) і інвертор (4).

Сонячне випромінювання непостійно в часі, тому вироблення фотопанелей (1) не завжди відповідає споживанню енергії. Для накопичення надлишкової електроенергії та використанні її у випадках коли споживання перевищує вироблення використовують акумуляторні батареї (3).

Підключення фотопанелей (1) безпосередньо до акумуляторних батарей (3) для їх заряду неприпустимо, оскільки це може призвести до їх пошкоджень, які потягнуть за собою вихід з ладу. Саме для захисту акумуляторних батарей від перезарядження і для підтримки оптимальної роботи АКБ (3) використовують контролер заряду (2).

Оскільки більшість споживачів електроенергії використовують змінний струм, а фотопанелі (1) та акумуляторні батареї (3) видають постійний, виникає необхідність у перетворенні струму із змінного в постійний. Цю функцію виконує інвертор (4).

У разі необхідності підключення навантаження постійного струму – її можна безпосередньо підключити до вихідних клем контролера заряду (2).

 

Рис.3.Мережева сонячна електростанція

Мережева сонячна електростанція призначена для часткового електропостачання споживачів або вироблення енергії за зеленим тарифом. Основними елементами сонячної системи є фотопанелі (1) і інвертор (2).

Фотопанелі (1) безпосередньо підключаються до инвертору (2), який перетворює постійний струм з фотопанелей в змінний струм для генерації електроенергії в мережу (4). Підключення інвертора до загальної мережі (4) виконується через розподільний щит споживача (3).

Обов’язковою умовою генерації електроенергії в мережу (4) є наявність напруги в мережі.

 

3.2 Часткове заміщення споживання електроенергії з мережі

 

Якщо Ви прийняли всі необхідні заходи щодо зниження споживання електроенергії з мережі, але рахунки за електрику все ще вражають – кращим рішенням буде встановлення мережевої сонячної електростанції. Така станція проста в установці і практично не потребує обслуговування. Для цього способу використання рекомендується встановлювати станції на об’єктах з основним споживанням енергії днем (офісні будівлі, магазини і т.д.). Подібна установка здатна влітку повністю компенсувати енергоспоживання, а взимку дозволить економити на електроенергії до 80 %!

 

3.3 Електропостачання віддалених об'єктів

 

Електропостачання віддалених об'єктів комбінованими електросистемамиВстановлення автономної станції – ідеальне рішення, якщо підключення споживачів до загальної електромережі утруднено. Такі станції відрізняються від мережевих наявністю акумуляторів і контролерів заряду. Для споживачів, що працюють тільки влітку, немає необхідності в установці дублюючих джерел електроенергії. Для цілий рік працюють споживачів рекомендується використання дублюючих джерел (бензиновий генератор, вітрогенератор і т.д.).

 

3.4 Електропостачання торгових точок

 

Автономні станції на постійному струмі – відмінне рішення для енергопостачання торгових точок. Для установки такої станції Вам не потрібно погоджувати об’єкт з постачальником електроенергії та підписувати договори, просто купуєте обладнання і встановлюєте його. А використання систем постійного струму знизить втрати на перетворенні.

 

3.5 Освітлення та відеоспостереження

 

Існують готові рішення для вуличного освітлення і систем відеоспостереження, так і комплектуючі для цих систем. З використанням таких систем більше немає необхідності в прокладанні довгих кабельних ліній і підключенні об’єктів до мережі.

 

3.6 Електротранспорт

 

Якщо ж у Вас є бажання зібрати самохідний транспортний засіб, що приводиться в рух енергією Сонця, фахівці нашої компанії укомплектують Вашу розробку фотоелектричними панелями та комплектуючими, необхідними для її роботи всі залежності від типу транспорту та принципу його дії.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 4.

СТАН ВИРОБНИЦТВА СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ.

 

 

За даними Європейської фотоелектричної асоціації EPIA сумарна потужність встановлених по всьому світу сонячних електростанцій зросла за останні 12 років з 1,5 до більш ніж 100 ГВт. До кінця 2012 року в одній тільки Європі було встановлено більше 70 ГВт сонячних батарей, з яких на Україну припало 373 МВт. Нижче наведена діаграма з більш детальними даними по роках і регіонам, яка ілюструє бурхливий розвиток галузі, не забарився навіть під час світової фінансової кризи.

 

Рис. 4.Встановлена потужність сонячних електростанцій

В Україні річне надходження сонячного випромінювання перебуває на одному рівні з країнами, які активно використовують сьогодні сонячні колектори (Швеція, Німеччина, США тощо). Уся територія України придатна для розвитку систем теплопостачання з використанням сонячної енергії. Найперспективнішими регіонами країни для розвитку сонячної енергетики є Кримський півострів та степова Україна.

Рис.5. Структура виробництва електроенергії в Україні з відновлювальних джерел

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 5.

ДОСЛІДЖЕННЯ ОКУПНОСТІ СОНЯЧНИХ БАТАРЕЙ

 

 

З наведених вище цифр зрозуміло, що сонячна енергетика — це не тільки  індустрія, а й галузь економіки, яку чекає бурхливий розвиток у найближчі десятиліття. Однією з найважливіших причин цього є той факт, що вартість сонячних електростанцій постійно зменшується, приводячи до постійного здешевлення виробленої ними електроенергії та зниження термінів окупності подібних проектів. На сьогоднішній день у багатьох країнах світу, в тому числі — в Україні, вже настав паритет цін між «сонячними» кіловат-годинами і кіловат-годинами, отриманими з розетки. З іншого боку, незважаючи на те, що в Україні вартість сонячної електроенергії для деяких проектів вже опустилася нижче 50 копійок, у багатьох потенційних власників сонячних електростанцій все ще виникають питання щодо того, як швидко окупляться інвестиції в подібні проекти. Відповідь на це питання дана нижче.

При аналізі окупності серед іншого необхідно враховувати тип і цільове призначення сонячної електростанції, а також вартість альтернативних рішень, з якими вона буде порівнюватися. Розглянемо це питання на прикладі мережевих сонячних електростанцій (що працюють за «зеленим тарифом» або таких, що генерують електроенергію для власних потреб), а також немережевих фотоелектричних систем, призначених для резервного або повністю автономного електроживлення.

          Як відомо, після останніх змін в українському законодавстві «зелений тариф» для сонячних електростанцій впав до наступних значень: для наземних об’єктів — 0,339 євро/ Вт-год, для дахових об’єктів потужністю більше 100 кВт — 0,349 євро/кВт-год і для дахових об’єктів потужністю до 100 кВт — 0,359 євро/кВт-год. З іншого боку, капітальні інвестиції для дахових і наземних сонячних електростанцій знаходяться в залежності від розміру проекту. Розрахунки для фотоелектричних станцій потужністю 50, 250 і 1000 кВт при поточному рівні цін на обладнання та будівельно-монтажні роботи показують, що окупність подібних проектів змінюється від 8,5 років для наземних сонячних електростанцій, побудованих на північ України, до 5 років для сонячних електростанцій, розташованих на дахах будівель в південних областях.

Рис.6. Окупність сонячних електростанцій в Україні

 

На рисунку вище були використані наступні позначення: FIT-Ground (N) - сонячні електростанції наземного типу, що працюють за "зеленим тарифом" та встановлені у північних областях України; FIT-Ground (S) - електростанції наземного типу, що працюють за "зеленим тарифом" і побудовані в південних областях України; FIT-Roof (N) - сонячні електростанції, що працюють за "зеленим тарифом" і встановлені на дахах будівель у північних областях України; FIT-Roof (S) - електростанції, що працюють за "зеленим тарифом" і встановлені на дахах будівель в південних областях України; Roof (N) - дахові ФЕС, побудовані в північних областях України з метою генерації електроенергії для власного споживання; Roof (S) - дахові ФЕС, побудовані в південних областях України для власного споживання електроенергії. По вертикальній осі вказано термін окупності в роках, а по горизонтальній осі - встановлена ​​потужність сонячної електростанції.

          Мережеві сонячні електростанції, що виробляють електроенергію для власних потреб, зазвичай встановлюються на дахах будівель (виробничі цехи, логістичні, торгово-розважальні та офісні центри і т. д.). Відмова від «зеленого тарифу» дозволяє істотно знизити капітальні витрати за рахунок використання більш дешевих імпортних сонячних модулів. При оцінці окупності проектів такого типу необхідно враховувати вартість традиційної електроенергії, яка буде заміщатися за рахунок використання "сонячної". Наприклад, розрахунки для об’єктів, що працюють по трьох-тарифним лічильникам і споживають електроенергію в денний бізнес-час за ціною 1,3 грн. за кВт-год показали, що окупність інвестицій становить від 13 до 8 років залежно від географічного розташування. При цьому в розрахунках окупності не було враховано постійне підвищення тарифів на традиційну електроенергію, яке відбувається останнім часом все частіше і частіше.

         Що стосується немережевих сонячних електростанцій, то їх застосування зазвичай виправдане в тих випадках, коли немає можливості підключитися до мережі, спостерігаються регулярні перебої з електропостачанням або ж виділеної потужності не вистачає для роботи в денний час. При цьому використання резервних або повністю автономних сонячних електростанцій стає актуальним, а іноді — навіть єдиним способом забезпечити гарантоване електроживлення об’єкта. Розрахунок окупності в таких випадках повинен проводиться не в порівнянні з вартістю кВт-год традиційної електроенергії, а з урахуванням капітальних витрат на модернізацію ліній електропередач і збільшення потужності трансформаторних підстанцій або ж у порівнянні з вартістю електроенергії, що виробляється із застосуванням інших типів генераторів (наприклад, дизельних генераторів). Відповідно, термін окупності немережевих сонячних електростанцій сильно залежить від особливостей конкретного проекту і може змінюватися в дуже широких межах.

          З наведених вище даних видно, що в Україні існує досить багато можливостей і передумов для будівництва сонячних електростанцій різного типу з окупністю інвестицій менше 10 років. З урахуванням цього факту та інших відомих переваг сонячних електростанцій можна сміливо стверджувати, що привабливість сонячної енергетики в Україні з кожним днем зростатиме.

Пропонуємо оглядову оцінку проекту сонячної електростанції наземного розташування для середньої смуги України.

Таблиця 1. Опис розрахунків для сонячної електростанції

Площа ділянки	20 га
Регіон розташування	Кіровоград-Дніпропетровськ
Інсоляція	1250 кВт∙год/(м2∙рік)
Кількість сонячних батарей по 255 Вт	40 000
Загальна потужність батарей	10,2 МВт
Електричні втрати	15 %
Відхилення від південного напрямку	Мінімальне
Генерація електроенергії	12 700 МВт∙год/рік
Зелений тариф	400 євро/МВт∙год
Питома вартість проекту	2,1 євро/Вт
Загальна вартість проекту	21,4 млн євро
Щорічний прибуток	5,08 млн євро/рік
Термін повернення інвестицій	до 4,5 року

  При створенні сонячної електростанції на даху ТРЦ, складу, заводу інвестиції будуть меншими, адже відсутня необхідність геологічних досліджень, отримання певних дозволів. Звісно, потужність Rooftop електростанції буде обмежена площею даху. Також варто зазначити, що чим більша електростанція, тим менших інвестицій потребує кожен ват потужності. 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 6.

ВИГОТОВЛЕННЯ СОНЯЧНОЇ БАТАРЕЇ

 

 

      Сонячні панелі з полікристалічних фотоелектричних елементів найбільш поширені у зв'язку з оптимальним співвідношенням ціни і ККД серед всіх різновидів панелей. Їх ККД становить 12-14%. У елементів, які утворюють панель, характерний синій колір і кристалічна структура.

Рис7. Полікристалічна сонячна панель

 

Сонячні панелі з монокристалічних фотоелектричних елементів більш ефективні, але і більш дорогі в перерахунку на ват потужності. Їх ККД, як правило, в діапазоні 14-16%.

Рис.8. Монокристалічна сонячна панель

 

Зазвичай монокристалічні елементи мають форму багатокутників, якими важко заповнити всю площу панелі без залишку. В результаті питома потужність сонячної батареї трохи нижча, ніж питома потужність окремого її елемента.

 Сонячні батареї з аморфного кремнію мають один з найбільш низьких ККД. Зазвичай його значення в межах 6-8%. Однак серед усіх кремнієвих технологій фотоелектричних перетворювачів вони виробляють найдешевшу електроенергію.

 

Рис.9. Сонячна панель на основі аморфного кремнію

 

Сонячні панелі з телуриду кадмію (CdTe) виготовляються на основі плівкової технології. Напівпровідникову плівку наносять тонким шаром у кілька сотень мікрометрів. Ефективність елементів з телуриду кадмію невелика, ККД близько 11%. Проте, в порівнянні з кремнієвими панелями, ват потужності цих батарей обходиться на кілька десятків відсотків дешевше.

Рис.10. Сонячна панель на основі телуриду кадмію

 

Сонячні панелі на основі CIGS. CIGS - це напівпровідник, який складається з міді, індію, галію та селену. Цей тип сонячних батарей теж виконаний за плівковою технологією, але в порівнянні з панелями з телуриду кадмію має більш високу ефективність, його ККД сягає 15%.

Рис.11. Сонячна панель на основі CIGS

 

Потенційні покупці сонячних батарей часто задають собі питання, чи зможе той чи інший тип фотоелектричних перетворювачів забезпечити необхідну потужність всієї системи. Тут треба розуміти, що ефективність сонячних батарей безпосередньо не впливає на кількість виробленої установкою енергії.

Однакову потужність всієї установки можна отримати за допомогою будь-яких типів сонячних батарей, однак більш ефективні фотоелектричні перетворювачі займуть менше місця, для їх розміщення знадобиться менша площа. Наприклад, якщо для отримання одного кіловата електроенергії буде потрібно близько 8 кв.м. поверхні сонячної батареї на основі монокристалічного кремнію, то панелі з аморфного кремнію займуть вже близько 20 кв.м.

Наведений приклад, звичайно ж, не є абсолютним. На виробництво електроенергії фотоелектричними перетворювачами впливає не лише загальна площа сонячних панелей. Електричні параметри будь-якої сонячної батареї визначаються в так званих стандартних умовах тестування, а саме при інтенсивності сонячного випромінювання 1000 Вт/кв.м. і робочій температурі панелі 25°C.

В країнах Центральної та Східної Європи інтенсивність сонячного випромінювання рідко досягає номінального значення, тому навіть в сонячні дні фотоелектричні панелі працюють з недовантаженням. Може здатись, що і температура 25°C теж зустрічається не так вже й часто. Однак мова йде про температуру сонячної панелі, а не про температуру повітря.

В рамках загальної тенденції зниження виробленої потужності зі зростанням робочої температури, кожен тип сонячних батарей веде себе по-різному. Так у кремнієвих елементів номінальна потужність падає з кожним градусом перевищення номінальної температури на 0,43-0,47%. У той же час елементи з телуриду кадмію втрачають всього 0,25%.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

 

Сонячна енергетика – використання сонячної енергії для отримання енергії в будь-якому зручному для її використання вигляді. Сонячна енергетика використовує поновлюване джерело енергії і в перспективі може стати екологічно чистою, тобто такою, що не виробляє шкідливих відходів.   

 Сьогодні для перетворення сонячного випромінювання в електричну енергію існує дві можливості: використовувати сонячну енергію як джерело тепла для вироблення електроенергії традиційними способами (наприклад, за допомогою турбогенераторів) або ж безпосередньо перетворювати сонячну енергію в електричний струм в сонячних елементах.

Переваги сонячної енергетики: загальнодоступність і невичерпність джерела; теоретично, повна безпека для навколишнього середовища (проте в даний час у виробництві фотоелементів і в них самих використовуються шкідливі речовини).

Недоліки сонячної енергетики: через відносно невелику величину сонячної постійної для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції, але фотоелектричні елементи на великих сонячних електростанціях встановлюються на висоті 1,8—2,5 метра, що дозволяє використовувати землі під електростанцією для сільськогосподарських потреб, наприклад, для випасу худоби; потік сонячної енергії на поверхні Землі сильно залежить від широти і клімату;  залежність потужності сонячної електростанції від часу доби і погодних умов;  висока ціна сонячних фотоелементів (але, в  ціни на фотоелементи знижувалися в середньому на 4 % на рік).

Таким чином, невідкладним кроком у напрямку покращення енергетичної ситуації України, зменшення її енергозалежності, а також подальшої інтеграції в Європейську співдружність, повинна стати усебічна підтримка держави розвитку та впровадження альтернативних енергетичних установок у регіонах з найвищими показниками економічної доцільності.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

 

 

Енергетична стратегія України на період до 2030 року. Із змінами і доповненнями, внесеними розпорядженням Міністерства палива та енергетики України від 26 березня 2008 року. – Режим доступу: http://search.ligazakon.ua/l_doc2.nsf/link1/FIN38530.html

 

Скришевський В.А. Що таке сонячна енергетика і чи потрібна вона сьогодні Україні? [Електронний ресурс] / Екоклуб "Зелена Хвиля". – 27.01.08. – Режим доступу: http://ecoclub.kiev.ua/index.php?go=Pages&in=view&id=75

 

Солнечная батарея HH-MONO60W [Електронний ресурс]: сайт компании «Helios-House». – Режим доступу: http://www.helios- house.ru

 

Сонячна енергетика [Електронний ресурс] / Державне Агентство з енергоефек- тивності та енергозбереження України. – 2009. – Режим доступу: http://naer.gov.ua/sonyachna-energetika

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТКИ

ДОДАТОК А

Характеристики батареї різних виробників

Характеристики батареї фірми TDC Solar

Тип панелі	Моно/Полікристал
Макс. потужність, Вт	250/300
Ефективність %	15,4
Розміри, мм	1956*992
Вага, кг	25
Країна виробник	Китай
Ціна, $ за 1 Вт	0,90

 

 

 

 

 

 

 

Характеристики батареї фірми Jetion Solar

Тип панелі	Монокристал
Макс. потужність, Вт	250
Ефективність %	15
Розміри, мм	1655*992
Вага, кг	22,5
Країна виробник	Німеччина (Збірка -Китай)
Ціна, $ за 1 Вт	1,25

Характеристики батареї фірми Sharp

Тип панелі	Моно/Полікристал
Макс. потужність, Вт	128/240/250
Ефективність %	13,3
Розміри, мм	1652*994
Вага, кг	21
Країна виробник	Англія
Ціна, $ за 1 Вт	1,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОДОВЖЕННЯ ДОДАТКУ А

 

Характеристики фірми Schott Solar

Тип панелі	Моно/Полікристал
Макс. потужність, Вт	97/185/225/240
Ефективність %	13,5
Розміри, мм	1685*993
Вага, кг	20
Країна виробник	Німеччина
Ціна, $ за 1 Вт	1,25

Тип панелі	Полікристал
Макс. потужність, Вт	240
Ефективність %	16
Розміри, мм	1662*990
Вага, кг	21
Країна виробник	Чехія
Ціна, $ за 1 Вт	1,25

 

 

 

 

 

 

Характеристики фірми Kyocera

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТОК Б