Можно создать гелиотермические электростанции мощностью до нескольких десятков–сотен МВт. К сожалению, серьезная проблема — непостоянство солнечного излучения в течение суток, его зависимость от времени года. Серьезная проблема — для обеспечения круглосуточного энергоснабжения требуется аккумулирование энергии. В этой связи рациональна совместная работа гелиотермической и гидроаккумулирующей электростанций.

В калифорнийской пустыне была построена высокая башня, заполненная тоннами соли. На ее крыше установлены 1900 солнечных батарей. Днем электростанция "питается" непосредственно от солнца, а в вечернее время, после его захода, соль, разогретая за день с помощью солнечных батарей до температуры 500оС, доводит до кипения воду, а последняя, превращаясь в пар, раскручивает турбины. Это первая в мире солнечная электростанция - прообраз будущих подобных электростанций, способных вырабатывать и хранить электроэнергию Фирма из Лос-Анжелеса построила несколько солнечных установок суммарной мощностью 275 МВт. В их первичном модуле используется нефть, для того чтобы в дополнении к солнечной энергии могли подключаться газовые горелки. Установка мощностью 80 МВт состоит из 852 солнечных батарей длиной по 100 м, Она построена за 9 мес (ТЭС строиться 6–12 лет)причем стоимость 1 кВт/ч энергии - 7-8 центов. Электростанция продемонстрировала, что газ и Солнце как основное источники ближайшего будущего способны эффективно дополнять друг друга. В ночное время и зимой энергию дает газ, а летом и в дневное время - Солнце. Кроме США солнечные термоустановки действуют в Испании (мощность 5 МВт), Иордании (30 МВт). СЛ 9

Возведение таких электростанций в настоящее время - удовольствие дорогое. К сожалению стоимость получаемой электроэнергии несопоставима с ее стоимостью на ТЭС и даже АЭС. Расходы на сооружение в четыре раза больше, нежели расходы на ТЭС, и в три и раза больше, чем строительство гидроэлектростанции и АЭС. Тем не менее эксперты уверены, что с развитием технологии цены на нее значительно снизятся.

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного (модульного) типа.

СЛ10

Идея, лежащая в основе работы СЭС башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах. В 1985 г. в п. Щелкино. Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция электрической мощностью 5 МВт; 1600 гелиостатов (плоских зеркал) площадью 25,5 м2каждый, имеющих коэффициент отражения 0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого цилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га. Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.

В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт. При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны, чем башенные.

В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн. км2на суше и 18 млн. км2 в океане.

СЭС на базе солнечных прудов СЛ 11 значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуют зеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако их можно сооружать только в районах с жарким климатом. В солнечном пруду происходит одновременное улавливание и накапливание солнечной энергии в большом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70 оС. Это обусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия нагревает в основном поверхностный слой и эта теплота довольно быстро теряется.

Обычно глубина пруда составляет 1-3 м. На 1 м 2площади пруда требуется 500-1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.

Наиболее крупный из существующих солнечных прудов находится в Израиле. Его площадь составляет 250 000 м 2 . Он используется для производства электроэнергии. Электрическая мощность энергетической установки равна 5 МВт. Себестоимость 1 кВтч электроэнергии значительно ниже, чем на СЭС других типов.

Солнечные коллекторы (СК) СЛ 12-

Проблема в том, как использовать солнечную энергию в производственных и бытовых целях. В Центральной Азии на каждый квадратный метр поверхности падает 800—1000 Ватт энергии за 1 час, - это то количество энергии, которое необходимо, чтобы 10-ти тонный грузовик с места разогнался до скорости 100 км/ч !!! Собрать и использовать эту энергию для нагрева воды поможет солнечный водонагреватель-коллектор. Особенность коллекторов состоит в том, что лучевоспринимающая поверхность обработана компонентами, которые обеспечивают максимальное тепловосприятие и нагревают воду, проходящую по трубкам внутри.

В качестве тепловоспринимающей панели можно использовать любой металлический или пластмассовый лист. Пластмассовые панели не находят широкого применения из-за быстрого старения под действием солнечных лучей и малой теплопроводности.

Для достижения более высоких температур теплоносителя поверхность панели покрывают слоями на основе «черного никеля», «черного хрома».

Для нагрева 100 литров воды солнечная установка должна иметь 2- 3 м солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в солнечный день обеспечит нагрев воды до температуры 90°С. В зимний период до 50°С.

Всего в мире на солнечных станциях производится около 1 300 МВт электроэнергии. Это мощность одного атомного реактора. Лидер – Япония, на которую приходится более половины солнечной энергетики мира. Далее следуют Германия и США. Только в США эксплуатируются солнечные коллекторы площадь 10 млн. м, что обеспечивает годовую экономию топлива до 1,5 млн. т. Но даже в солнечном Израиле для подогрева плавательного бассейна потребовались солнечные отражатели размером с футбольное поле. В СССР работала экспериментальная солнечная станция в Крыму, но сейчас она пришла в запустение. Строительство станции под Кисловодском заморожено. Опыт использования солнечной энергии для горячего водоснабжения курортов в Краснодарском крае забыт. Качественные фотодиоды Россия продает в Германию и в Испанию, но внутри страны спроса на них нет.

Космические солнечные электростанции

Что если собирать энергию Солнца прямо на орбите еще до земной атмосферы, которая поглощает и рассеивает свет? Конструктивный облик типовой крупномасштабной космической солнечной электростанции в основном определен. Электростанция будет представлять собой грандиозное сооружение массой 20—50 тыс. т. Площадь солнечного коллектора составит около 50 км2.Передача энергии на Землю из космоса возможна с помощью сверхвысокочастотного или лазерного излучений. Антенны - 1 км в космосе и 10 км на Земле. Попытка уменьшить размеры антенн приводит к катастрофическому падению КПД до значений, составляющих доли процента. Ресурс работы электростанции - 30 лет, темп ввода в эксплуатацию 2 шт./год и эксплуатационных расходах около 500 млн. долл./год на каждую электростанцию. Электростанция, выведенная на геостационарную орбиту (высота 36 тыс. км).

На этапе развертывания космической солнечной электростанции потребуется проводить большое число пусков сверхмощных ракет-носителей. Срок создания космической электростанции два года, а частота рейсов ракет-носителей грузоподъемностью 250 т - через двое суток. При этом в верхние слои атмосферы попадает более миллиона тонн продуктов сгорания ракетного топлива. Последствия такого загрязнения атмосферы непредсказуемы, очевидно, они будут носить негативный характер.

Солнечные нагревательные системы могут выполнять ряд функций:

– А) подогрев воздуха, воды для отопления и горячего водоснабжения зданий в районах;

– Б) сушку сельскохозяйственных культур, лесоматериалов для предупреждения их поражения насекомыми и плесневыми грибками;

– В) опреснение воды в солнечных дистилляторах;

– Д) приготовление пищи.

А) Для отопления зданий зимой могут применяться так называемые пассивные системы СЛ 13

Пассивный солнечный нагреватель: солнечные лучи попадают на заднюю стенку и пол здания, представляющие собой массивные конструкции с усиленной теплоизоляцией, окрашенные в черный цвет. Недостаток такой системы прямого нагрева — медленный подъем температуры в зимние дни и чрезмерная жара летом — устраняется с помощью накопительной стенки с солнечной стороны. Летом такую стену может затенять козырек крыши.

Активные солнечные отопительные системы используют внешние нагреватели воздуха и воды. Их можно устанавливать на уже существующие здания.

Солнцемобиль СЛ 14

Пятьдесят лет назад, 31 августа 1955 года, в Чикаго на выставке достижений концерна General Motors впервые был показан прототип транспортного средства на солнечных батареях. Рядом с ней гордо ходил ее создатель, американский инженер Уильям Кобб.

Солнцемобиль - это электромобиль, снабженный солнечными батареями достаточно большой мощности, в которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый двигатель и заряжающий аккумуляторы. Солнцемобили в большинстве своем машины уникальные. В их конструкции используются оригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда и очень высокая цена. Например, двухместный солнцемобиль "Мечта" обошелся японской автомобильной компании "Хонда" в 2 миллиона долларов.

В начале 90-х годов ХХ века были построены первые шоу-кары, использующие солнечную энергию, ездили такие машинки довольно шустро, развивая скорость до сотни километров в час. Конструирование солнцемобилей и испытание их в гонках постепенно оформились в новый технический вид спорта - " брейнспорт ". По сути дела - это состязания интеллектов создателей солнцемобилей. Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов составит 40-50%. Пока же их КПД всего 10-12%. В 1996г в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций.

Уже созданы шины, которые обладают самым низким коэффициентом сопротивления качению - всего 0,007. Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру. Проехать три тысячи километров и не потратить ни грамма бензина, солярки или иного энергоносителя - такое сегодня можно увидеть только на гонках электромобилей, оснащенных солнечными батареями.

На ежегодном автошоу в Детройте силами студентов Мичиганского университета представлен автомобиль. При высоте менее метра, с тремя колесами, он несет на себе более 3000 солнечных батарей. Мощностью в два киловатта и весом 290 кг вместе с водителем, солнцемобиль способен развивать скорость до 105 км/ч. Стоит такое чудо техники немало: 1,8 миллиона долларов. А можно ли сделать солнцемобиль дешевым?

В Венесуэле государственная автопроизводящая компания обнародовала проект автомобиля на солнечных батареях стоимостью всего в шесть тысяч евро, причем в двух вариантах - легковом и микрогрузовичка.

Однако существует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет популярным и доступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных судах, лодках, катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных средствах. Именно на воде задолго до появления электромобиля было испытано первое транспортное средство с электрическим приводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27 гальваническими батареями поднялась по Неве на несколько километров. Принадлежала она работавшему в Петербурге немецкому инженеру Морицу Якоби. Но из-за низкой энергоемкости батарей эксперименты пришлось прекратить.

Превратить в "солнечный" транспорт водное судно гораздо проще, чем машину: на палубе катера или лодки намного больше места для размещения солнечных батарей, чем в кузове автомобиля. Есть и другие плюсы. На открытых водоемах фотоэлектрические преобразователи не затеняются ни деревьями, ни домами. Водному транспорту не приходится преодолевать затяжные подъемы и спуски, стремительно разгоняться и тормозить, а значит, им нужно меньше энергии. "Солнечные" суда почти бесшумны.

Первое электромоторное судно, приводимое в движение солнечной энергией, построил в 1975 году англичанин Алан Фримен. Его электрокатамаран развивал скорость до 5 км/ч . В наши дни скорость электролодок с солнечными панелями возросла более чем вдвое, и их можно купить в магазинах спорттоваров, например, в Германии, Швейцарии и других странах.

В 1985 году японский яхтсмен на "солнечном" катере в одиночку пересек Тихий океан за 75 суток, причем, на катере Кеничи Хори работали холодильник, СВЧ-печь , телевизор и бортовой компьютер. Путешественник взял с собой в одиночное плавание даже малогабаритную стиральную машину.

Солнечная кухня СЛ 15По своей сути солнечная кухня - это бытовая гелиоустановка, предназначенная для приготовления пищи. Солнечная кухня незаменима в сельской местности и местах, где нет центрального газоснабжения. Например, всего за 15 минут на солнечной кухне можно вскипятить трехлитровый металлический чайник воды. Так же, солнечные кухни очень удобны в походных условиях. После использования "зонтик" можно сложить и положить в багажник машины.

Преимущества солнечных батарей

Самый первый плюс — это неиссякаемость и вседоступность источника энергии. Солнце есть практически в любой точке планеты и в ближайшее время, оно не собирается никуда пропадать. Если этот источник энергии пропадёт, то нас уже точно не будет волновать вопрос, откуда взять электроэнергию.

Второе достоинство солнечных батарей — это их экологичность. Каждый потребитель, борющийся за здоровье родной планеты, считает своим долгом приобрести экологичные источники энергии типа ветряка или, в нашем случае — солнечные панели. Но здесь так же как с электромобилями. Сами-то по себе батареи экологичны, но при их производстве, а также при производстве аккумуляторов, электростанций и различных проводников, используются токсичные вещества, которые загрязняют окружающую среду.

Кстати, говоря, о сравнении с ветряками, солнечные панели намного тише. Они вообще не издают никаких звуков в сравнении с шумными ветряками.

Износ батарей происходит очень медленно, ведь здесь нет подвижных частей, если только Вы не используете в своей системе приводы, которые поворачивают солнечные элементы в сторону источника энергии. Тем не менее, даже с такой системой, солнечные панели служат до 25 лет и даже больше. Только после этого срока, если батареи качественные, у них начинает падать КПД и постепенно их нужно заменять на новые. Кто знает какие технологии будут через четверть века? Возможно, следующих батарей Вам хватит до конца жизни.

Устанавливая такой источник энергии для дома, Вы не будете думать о том, что поставщик энергии внезапно по техническим причинам отрежет ваш дом от энергоснабжения. Вы всегда сам себе хозяин. Точнее своей системе подачи электричества. Нет проблем ни с внезапным повышением цен, ни с транспортировкой энергии.

После того, как ваша энергетическая солнечная электростанция окупится, Вы будете получать, по сути бесплатную энергию в дом. Конечно, сначала за определённый период, нужно отбить вложения.

Ещё одно преимущество солнечных электростанций — возможность наращивания. Вопрос упирается только в доступную для Вас площадь. Именно модульность батарей позволяет беспрепятственно в случае необходимости увеличивать мощность системы. Необходимо просто добавить новые солнечные панели и запитать их в систему. Хотя эти преимущества солнечных электростанций перекрываются существенной проблемой, а именно необходимостью оборудования больших площадей. Речь идёт о квадратных километрах солнечных элементов.

Солнечная панель не потребляет никакого топлива, а значит Вы не зависите от цен на топливо, также как не зависите от поставок топлива. Плюсы солнечных батарей также в беспрерывной подаче электроэнергии.

Минусы и недостатки солнечных батарей

Несмотря на все вышеперечисленные плюсы, есть у батарей и масса недостатков, которые необходимо оценить при выборе источника энергии. Важно понимать все минусы до покупки, чтобы потом быть готовым к тому, с чем придётся столкнуться. По ряду причин солнечные панели используются чаще как вспомогательный источник, а не как основной.

Самый первый недостаток — необходимость первоначальных больших инвестиций, которые не требуются при обычном подключении к центральной электросети. Также срок окупаемости вложений, в электросеть с солнечными батареями, весьма размытый, ведь всё зависит от факторов, которые не зависят от потребителя.

Низкий уровень КПД. Один квадратный метр солнечной батареи средней производительности выдаёт всего лишь около 120 Вт мощности. Такой мощности не хватит даже для того, чтобы нормально поработать за лэптопом. Солнечные панели имеют значительно меньший КПД в сравнении с традиционными источниками энергии — около 14-15%. Однако этот недостаток можно считать достаточно условным, ведь новые технологии постоянно увеличивают этот показатель и развитие не стоит на месте, выжимая всё больше и больше энергоэффективности из тех же самых площадей.

В странах СНГ солнечные батареи достаточно дорогое удовольствие, ведь государство не поддерживает покупку таких источников энергии и никак не дотирует стремление своих граждан к “зелёной” энергии. Конечно, за рубежом ситуация значительно лучше. Ведь те же США заинтересованы в переходе страны на экологически чистые источники энергии.

Ещё один недостаток — эффективность работы зависимая от погодных условий и климата. Например, солнечные батареи теряют свою эффективность во время пасмурной погоды или в тумане. Также при низких температурах, в зимнее время, КПД солнечных батарей падает. А если панель недостаточно хорошего качества, то и при высоких температурах. Поэтому всё же необходимо поддерживать солнечные батареи какими-то основными источниками энергии, либо использовать гибридные солнечные батареи. Также немаловажно, что солнечные панели могут по-разному работать в разных широтах планеты. В каждой отдельно взятой местности, за год выходит разное количество солнечной энергии. Поэтому эффективность солнечной системы также зависит и от месторасположения вашего дома впрочем, как и от времени суток, ведь ночью солнца нет, а значит и нет выработки энергии.

Батареи невозможно использовать как источник энергии для техники, которая потребляет большую мощность.

Система электроснабжения от солнца требует большого количества вспомогательной техники. Аккумуляторы для накопления энергии, инверторы, а также специального помещения для установки системы. Например, никель-кадмиевые аккумуляторы значительно теряют свою мощность при понижении температуры ниже нуля по Цельсию.

Для того, чтобы выдать большую мощность от солнечной энергии, необходимы большие площади. Если говорить про солнечную электростанцию промышленного масштаба, то это квадратные километры.