Типы солнечных электростанций

Содержание

СЭС тарельчатого типа

Тарельчатые СЭС состоят из модулей, поэтому такие станции могут применяться не только самостоятельно. Их включают в группы, тем самым повышая мощность до нескольких мегаватт. Система имеет конструкторский характер сборки. Каждый модуль такой электростанции на солнечной энергии состоит из нескольких частей:

Опоры. Она предназначена для крепления фермы, которая служит основанием для остальных элементов.
Приемника. Выполняет функцию концентрации солнечных лучей. Приемником может выступать двигатель Стирлинга или парогенератор.
Отражателя. Используется, чтобы сконцентрировать солнечные лучи в генератор, расположенный прямо перед ним. Именно форма отражателя в виде тарелок дала название таким СЭС. Зеркала расположены на ферме по радиусу. Каждое из них индивидуально настроено.

Диаметр зеркал может достигать 2 м. Автономные СЭС работают только на одном модуле. Другой вариант конструкции, когда параллельно работают сразу несколько десятков модулей. Подобные станции особенно распространены на территории Нидерландов и в штате Калифорния в США.

Преимущества и недостатки

К преимуществам солнечных батарей следует отнести:

Общедоступность и неисчерпаемость источника энергии (солнца);
100% экологическая безопасность;
Возможность длительного использования – срок эксплуатации составляет 25 и более лет;
Электричество от солнечных батарей поступает полностью автономно;
После установки – бесплатная энергия;
Для установки солнечных батарей не требуется никаких согласований.

Одновременно с этим они имеют и ряд недостатков:

высокие первоначальные затраты и недостаточный КПД.
Низкая эффективность в зимнее время, а также при пасмурной и туманной погоде.
Потребность в дополнительном оборудовании (аккумуляторах, инверторах и т. д.) и вспомогательных помещениях для его размещения.
Зависимость от времени года в определенных климатических поясах.

Как рассчитать количество гелиопанелей

Автономная солнечная электростанция для дома начинается со сбора информации.

Необходимы все данные по количеству солнечных дней в вашей местности. В этом помогут специальные метеосправочники и интернет. Подсчитать общее количество за год и с разбивкой по месяцам. Ориентиром для подбора мощности будущей солнечной станции для дачи служат количество месяцев с самыми скромными показателями.

Теперь рассчитываются ваши общие потребности в электричестве и годовые и помесячные. Надо учитывать, что главное не только накопить энергию, но и правильно ее использовать. Если автономная солнечная электростанция будет с небольшими потребностями, соответственно количество панелей надо меньше. А это влияет на конечную стоимость домашней электростанции от солнца.

Необходимо помнить, что эффективность панелей держится на уровне 12–14%. То есть, если солнечная эффективность для вашего региона составляет 20 кВт-час/м², тогда только панель площадью 0.7 м² будет отдавать 1.68 кВт-час. Дальше всё просто. Если потребность в электричестве примерно 80кВт-час/месяц нужно 48 панелей, на которых и будет эффективно работать солнечная станция.

Типы СЭС

Их делят по принципу функционирования на два подвида:

использующие солнечную энергию для подогрева воды и пара, заставляющего вращаться турбины;
функционирующие благодаря применению фотоэлементов (прямое преобразование энергии солнца в электрическую).

Конструктивно электростанции бывают:

башенными;
тарельчатыми;
имеющими параболический концентратор.

Общее у них то, что для аккумулирования тепла используют труба или емкость с водой.

Станции, использующие способность генерировать ЭДС в полупроводниковых переходах, облучаемых солнечным потоком, преобразуют его в энергию электрическую с КПД лежащем в пределах от 10 до 40%. Это высокий показатель подобных станций, даже с учетом суточного неравномерного освещения. Но, и площади для их монтажа тоже большие нужны.

Башенного типа

Он попадает в парогенератор и идет на обогрев. КПД таких устройств недостаточно большой, поскольку температура нагрева жидкости в жаркие дни может достигать 700 градусов, что для этого. Коэффициент превышает величину характерную для подобного типа устройств. Применяют этот альтернативный источник в промышленности.

Тарельчатые модульные установки

Принцип их действия схож с предыдущей конструкцией, но составляет их не сплошной материал, а зеркальные модули, а также приемник с жидкостью и отражатель. Сложность их монтажа в том, что проводить его приходится на высоте.

Работает это так:

Попавшие на один из имеющихся приемников солнечные лучи перенаправляются на отражатель. Последний, их отражает, и концентрированные лучи формирует в энергию. Очень распространены такие электростанции в Нидерландах и Америке, точнее в Калифорнии — самом солнечном регионе США.

Использующие фотобатареи

В их состав входят: разной мощности и размеров фотоэлементы (а также иных показателей). Подобные солнечные электростанции легко собрать самостоятельно. Они эффективны для снабжения энергией небольших промышленных объектов, дач и загородных домов.

Применяющие конденсаторы

Отличаются эти солнечные электростанции наличием инвертора. Используется подобное оборудование в регионах с ограниченным числом ярких и солнечных дней в году. Для увеличения концентрации лучей изменяют угол приемника.

Космические электростанции

Их еще называют аэростатными. Инновационные конструкции стали возможны благодаря уровню развития, который достигла современная наука. В них ходят помимо комплектов модулей, приемники с отражателями, расположены которые за пределами земной орбиты – на станциях орбитальных.

Комбинированные

Образованы они могут быть электростанциями:

ветровыми;
водяными;
и, конечно, солнечными.

Самое сложное в их установке заключается в способности грамотно разработать проект, который позволит максимально эффективно использовать каждый тип, вошедших в состав электростанций.

СЭС на параболических концентраторах

Основное предназначение солнечного параболического концентратора состоит в фокусировании солнечных лучей, попадающих на приемник излучателя. Он расположен на линии или в точке фокуса коллектора солнечной энергии.

Типовой параболический концентратор включает в себя следующие компоненты:

Отражатели (линзы), непосредственно концентрирующие солнечные лучи.
Основание для установки и крепления отражателей.
Солнечный коллектор, воспринимающий тепловую энергию.
Трубопроводы для подводки и отведения теплоносителя.
Система слежения с механизмом привода. Состоит из датчика направления на солнце, электронного преобразователя сигналов и электродвигателя с редуктором для поворотов концентратора в нужное положение. Ориентация может производится в одной плоскости – с востока на запад, или в двух плоскостях, когда добавляется движение с севера на юг. В последнем случае ориентация относительно Солнца происходит в течение всего года.
Различные конструкции могут быть дополнены регулирующим вентилем, термометром, циркуляционным насосом, контуром отопительной системы и другими деталями.

Как работает солнечная электростанция на параболических концентраторах, какая схема при этом используется? Чтобы добиться высокой температуры в концентраторе, необходимо обеспечить отражение солнечных лучей с большой поверхности на меньшую площадь приемника. Через этот приемник проходит жидкий теплоноситель, поглощающий максимальное количество тепла и передающий его потребителю.

Система концентраторов позволяет фокусировать лишь прямые солнечные лучи, поэтому они становятся менее эффективными при пасмурной погоде. Такие установки демонстрируют наивысший КПД в районах с высокой солнечной активностью, расположенных ближе к экватору.

При промышленном использовании параболических установок, зеркальные концентраторы фокусируют солнечное излучение более чем в 100 раз превосходящее первоначальное значение. Это дает возможность разогревать жидкость до 400 градусов, после чего она проходит через теплообменники и производит пар, вращающий турбины парогенераторов. Во избежание тепловых потерь, приемная труба заключается в прозрачную стеклянную оболочку на протяжении всей фокусной линии.

Плюсы и минусы солнечных электростанций

Описанные ниже преимущества и недостатки в равной степени справедливы для стационарных электростанций большой мощности и небольших портативных.

Плюсы

Фотоэлектрические панели улавливают свет, даже когда на небе тучи. Они могут улавливать лучи, недоступные для нашего глаза. Таким образом, электростанция работает беспрерывно;
Есть возможность комбинировать получение энергии из нескольких источников. Обычно применяют ветро─солнечные батареи, сочетающие возможности обоих типов электростанций. Такая связка может функционировать практически беспрерывно без оглядки на внешние факторы;
Мобильные электростанции имеют небольшие габариты и могут использоваться для обеспечения электроэнергией дома;
Средний срок службы оборудования СЭС составляет 30─50 лет. При подключении накопительных аккумуляторов, энергия может быть запасена днём и затем использоваться ночью;
Солнечная энергия бесплатна;
Солнечные электростанции надёжны, долговечны и дешёво обходятся в обслуживании.

Минусы

Нельзя использовать фотоэлементы ночью. По этой причине нужно использовать накопительные аккумуляторы;
Не во всех климатических зонах солнечные электростанции имеют одинаковую эффективность;
СЭС имеют низкий КПД. В большинстве случаев он составляет 20 процентов. То есть, остальные 80 процентов солнечной энергии теряются. Если сравнивать с другими альтернативными электростанциями, то ветряные имеют КПД до 40, а приливные ─ до 70 процентов.

Производители солнечных станций для максимальной эффективности своих систем рекомендуют использовать гибридные системы, преобразующие энергию солнца в тепловую и электрическую.

Как работает солнечная электростанция

Функционирование таких систем основано на принципе фотоэлектрического эффекта. Заключается он в следующем:

поток фотонов падает на поверхности солнечных панелей;
свет определенной длины волны – в основном видимое и отчасти УФ и ИК излучение – поглощается слоем кремния или редкоземельных материалов;
в рабочем слое ячеек возникает так называемая p/n-проводимость, в результате которой фотоны выбивают из атомов полупроводника свободные электроны;
их поток представляет собой постоянный электрический ток, который по токопроводящим дорожкам направляется в инвертор;
оттуда к потребляющим устройствам и АКБ направляется переменный ток напряжением 220V, использующийся с различными целями.

В автономных солнечных электростанциях вся сгенерированная энергия остается в системе. Часть ее идет на потребление, питая разнообразные электроприборы, светильники и прочее электрическое оборудование. Другая часть накапливается в АКБ, чтобы поддерживать потребление на том же уровне в ночное время суток и при пасмурной погоде. Сколько будет стоить такая солнечная электростанция, зависит от потребностей владельцев. Для загородного дома оптимальной будет СЭС на 10-20 кВт. На временно посещаемой даче может оказаться достаточно и 3-5 кВт.

Задача сетевых вариантов СЭС несколько иная. Как работает сетевая солнечная электростанция? Она подключена к централизованным электросетям, а ее схема содержит мульти тарифный счетчик. Это позволяет как получать часть недостающей энергии из сети, так и продавать излишки генерации государству по зафиксированным законодательством «зеленым тарифам». Поскольку последние в Украине достаточно высоки, владельцы таких СЭС стремятся установить максимально возможные мощности, приносящие высокую прибыль. АКБ в подобных системах не предусмотрены.

Гибридный тип солнечных электростанций объединяет в себе возможности первого и второго класса СЭС. Такие установки могут работать автономно либо в режиме получения/отдачи электроэнергии из внешних сетей. Для них удельная цена киловатта мощности максимальна, поскольку конструкция должна включать все основные элементы, необходимые для первых и вторых разновидностей станций.

Комбинированные солнечные электростанции (Комбинированные СЭС)

Комбинированные электростанции могут совмещать в себе несколько типов солнечных электростанций. Так например на одной территории станции будут запараллелены установки тарельчатого или параболического типа и солнечных батарей. Также, другим примером может служить то, когда на солнечной электростанции дополнительно устанавливают теплообменные конструкции для получения горячей воды, которая может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или технических потребностей.

Часто на солнечных электростанциях (СЭС) различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

Перспективы развития солнечной энергетики в России

Единая энергосистема России к концу третьего квартала 2020 года насчитывает 320 мегаватт мощности, получаемой от построенных в этот период гелиостанций. До 2022 года планируется выделить еще 8,5 млрд рублей именно на развитие этой отрасли электроэнергетики. Строительство электростанций продолжается и сегодня:

В Республике Башкортостан: «Отрада», Башкирская СЭС-5.
В Челябинской области: Песчаная и Бородиновская СЭС.
В Бурятии: Гусиноозерская СЭС, «Тарбагатай», Кабанская и Мухоршибирская СЭС.
В Саратовской области – Саратовская СЭС-4.

В 2021 году планируется ввести несколько гелиостанций на Алтае. Это Алтайские СЭС-3 и СЭС-8 мощностью по 10 мегаватт. К этому же времени должны быть достроены еще несколько крупнейших солнечных электростанций:

гелиостанции в Оренбурге – Оренбургские СЭС (3, 4, 5, 6, 7, мощностью 70 МВт;
в Омске – Омская СЭС 1 и 2 очереди мощностью 30 МВт;
в Ставропольском крае – Старомарьевская СЭС (3 и 4 очереди), выдающая 25 МВт;
в Калмыкии – Калмыкская СЭС на 25 МВт.

В 2020 году в Башкортостане также введены станция «Сигма Дракона» (15 МВт) и Бурибаевская СЭС (25 МВт), а в 2021 – еще и Акъярская гелиостанция (20 МВт).

Список солнечных электростанций России содержит десятки названий, причем часть из объектов только строятся. Из этого можно сделать вывод, что гелиостанции постепенно наращивают свои объемы в общей системе энергетического комплекса страны. Только к 2021 г. планируется ввести еще 13 подобных объектов, каждый из которых будет выдавать не менее 15 МВт.

В планах Минэнерго к 2024 г. уже должно быть построено 1,5 ГВт солнечной генерации

Это еще раз доказывает, что развитию подобной отрасли электроэнергетики в России сегодня уделяют большое внимание, особенно в Сибири и Республике Крым

Эффективность солнечной панели/ КПД солнечных батарей

Одна из главных характеристик солнечных панелей. Это величина, которая показывает, какое количество попавшей на поверхность солнечной панели солнечной энергии будет преобразовано в полезную электроэнергию. По сути, это процент солнечного света, который панели преобразуют в электричество от количества солнечного света, который они получают. КПД большинства солнечных панелей на современном рынке колеблется от 15% до 24%. На КПД влияют тип и качество используемого в панелях полупроводника, а также технология изготовления. Максимальным КПД обладают монокристаллические солнечные панели (в среднем, 19–24%), чуть менее эффективными считаются поликристаллические панели с показателем примерно 15–19%, а замыкают тройку самых распространенных панелей – тонкопленочные из аморфного кремния (их КПД зависит от используемого полупроводника, величина колеблется от 8 до 16%). Многие исследования в сфере ВИЭ (возобновляемых источников энергии) нацелены то, чтобы увеличить эффективность панелей, сделать солнечную энергию более конкурентоспособной в сравнении с традиционной энергией.

ТОП-7: АСЭ «Санфорс 780»

Автономная система для снабжения энергией дач и загородных коттеджей использует солнечную энергию. Она позволяет бесперебойно работать приборам, без которых современный человек не представляет комфортного существования.

Комплект оборудования

Модуль FSM-260P – 3 штуки;
Инвертор с контроллером – по1 шт.;
Коннектор MC4 – 1 комплект.

Последние два элемента электростанции оснащены LED дисплеем встроенным, имеющим подсветку, и разрешающем ток и напряжение на входе цепи от модулей солнечных оценивать визуально, а также напряжение с током зарядки аккумуляторов и степень заряженности последнего.

Технические показатели

Номинальное напряжение – 24 В;
Мощность инвертора номинальная — 1600 Вт;
Установленная мощность – 789 Вт;
Емкость аккумуляторной батареи -144 Ач.

Достоинства

АСЭ продаются в работоспособном состоянии, т.е. они готовы к монтажу.
Малое время для пуско-наладочных работ и подключения.

Стоимость

Где купить	Цена в рублях
https://moskva.tiu.ru/p320981592-solnechnaya-elektrostantsiya-ase;all.html	95600
https://evroelektro.tiu.ru/p320981592-solnechnaya-elektrostantsiya-ase.html	95600
https://kamyshlov.alfamart24.ru/shop/ase-sanfors-780	95600
https://www.evroelektronn.ru/goods/79735713-solnechnaya_energosistema_ase_sanfors_780	95600
https://s-ways.ru/?utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=1343227884&network=g&placement=&adposition=1o3&utm_term=%2B%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%2B%D0%B1%D0%B0%D1%82%D0%B0%D1%80%D0%B5%D0%B8%20%D0%BA%D1%83%D0%BF%D0%B8%D1%82%D1%8C%20%D0%B2%20%2B%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%BA%D0%B2%D0%B5	уточнять

Стоимость установки солнечной генерации. И когда это все окупится?

Объективно, имеется тенденция к постоянному уменьшению стоимость солнечных электростанций, это приводит к постоянному удешевлению выработанной ими электроэнергии и снижению сроков окупаемости подобных проектов. На сегодняшний день наблюдается постепенное уравнивание цен на «солнечные» киловатт-часы и киловатт-часы, полученные традиционным способом.

Анализ окупаемости учитывает такие факторы как: тип и целевое назначение солнечной электростанции, ее географическое место расположения, мощность, а также стоимость альтернативных решений, с которыми она будет сравниваться.

Стоимость существенно зависит от поставленных задач. Для дачного дома с летним проживанием и небольшими подключенным мощностями стоимость будет одна, для коттеджа с круглогодичным проживанием, стоимость увеличится пропорционально подключаемой мощности. Для коммерческого объекта стоимость подключенного киловатта часто ниже, т.к. во многих случаях отсутствует необходимость в батарее АКБ.

Срок окупаемости электростанции коммерческого объекта 3 — 5 лет, дачная система, при использовании только по выходным, окупаться будет значительно дольше (не менее 15 лет). Солнечная установка коттеджа с постоянным проживанием окупится за 7-10 лет.

Многое зависит от стоимости кВт*ч, по которому заказчик покупает электроэнергию у государства и региона установки.

Иногда компании-инсталляторы стремятся «продавать мечту», обещая практически мгновенную окупаемость солнечной установки в домохозяйстве. В каком-то проценте случаев – так и получится, но таких случаев по опыту – меньше 20%. Срок окупаемости в большей степени зависит не от цены установки, не от производителя и даже не от цены киловатт часа, а от того как именно вы потребляете электроэнергию. Если потребление небольшое, то окупаться она будет долго. Хорошая новость в том, что при малом потреблении можно существенно уменьшить первоначальные затраты.

Солнечная установка в небольшом домохозяйстве – в первую инструмент комфорта и независимости, во вторую – способ экономии.

В каких величинах измерять энергию солнечных электростанций (СЭС)?

Характеризовать систему, используя понятие мощности, конечно можно, и в случае с бытовой сетью это крайне удобно.
Если к розетке можно подключать нагрузку в 2кВт, то это можно делать сколь угодно долго, электричество в розетке не кончится.
Поэтому про нашу розетку можно смело утверждать: «система на 2 кВт». С солнечными и ветровыми электростанциями ситуация немного иная.
В отличие от розетки, система может выдать ровно столько электроэнергии, сколько было собрано от солнца или ветра (АИЭ). В данном
случае оперировать понятием мощности неудобно, потому что всегда нужно будет делать оговорки. Допустим, солнечная электростанция
имеет фотоэлектрические панели мощностью 400Вт и инвертор мощностью 2кВт. Какой физический смысл имеют эти цифры? Если солнечные
батареи освещены надлежащим образом 1000Вт/м2, то они вырабатывают 400Вт и это при условии, если энергия кем-то потребляется,
аккумулятором или нагрузкой. К инвертору мы можем подключить нагрузку с максимальной мощностью 2кВт (чайник). Сможет ли чайник
работать сколь угодно долго? Нет, не сможет, если мощность источника энергии значительно меньше — 400Вт. Рано или поздно разрядится
аккумулятор и инвертор отключиться.

Ведя речь об АИЭ гораздо удобнее использовать понятие произведенной или потребленной энергии за какой-то большой промежуток
времени, чаще всего за сутки. В энергетике принято измерять энергию в Ватт-часах (Втч) или киловатт-часах (кВтч). Данная величина
получается при произведении мощности электроприбора на время его работы. Допустим, если наш чайник 2кВт каким-то образом работал 1час,
то энергия, кот которую он «сжег», составляет 2кВтч, и электрический счетчик добавит 2кВтч к общим показаниям.

Говоря о выработке, обычно указываю энергию в кВтч*сутки, то есть количество «собранной» энергии в сутки. Вернемся к нашей СЭС с
солнечными батареями 400Вт. Используя калькулятор получаем выработку например для Санкт — Петербурга в летний период 2кВтч*сутки.
Это означает следующее: за день будет собрано такое количество энергии, которого хватит нашему чайнику 2кВт на 1 час работы. Конечно,
крайне неразумно растратить ценную энергию на чайник, который отлично можно нагреть на газовой плите.

Таким образом, при описании системы с АИЭ дневная выработка является гораздо более информативной величиной, чем мощность
инвертора или солнечной батареи (СБ). В нашем примере следует говорить «системы с выработкой 2кВтч в летний период».

Экономные солнечные генераторы: принцип работы

Для труднодоступных районов с перебойным обеспечением электроэнергией солнечные генераторы становятся спасением комфортного проживания. С помощью него можно решить проблемы энергоресурсов и обеспечить автономное энергообеспечение. В основном бытовые генераторы рассчитаны на 220 В. Устройства оснащены дисплеем, который отображает сообщение о работе батарей. Устанавливаются приборы на участках с большим поступлением солнечных лучей: крыша дома, стены здания, открытая местность.

Такой прибор сможет обеспечить работу бытового оборудования: холодильника, стиральной машины, зарядки компьютерных систем, работы отопительных приборов, электроинструментов и циркулярных насосов. Бесперебойная работа гарантирована на 10 – 12 часов.