Применение фотоэлектрических систем

Количество модулей определяется простым делением суммарной мощности потребной мощности на мощность одного модуля.

При использовании ФЭС может быть обеспечен энергией автономный потребитель или произведена электроэнергия в распределительные сети.

Выпадения осадков в виде дождя, снега, пыли и града сокращают количество вырабатываемой энергии, создают опасность поломки активных элементов ФЭС. Это определяет необходимость постоянной очистки панелей.

Полупроводниковые фотоэлектронные источники энергии впервые использовались в таких уникальных системах, где стоимость их не имела значения. (искусственные спутники Земли, космические станции и многие другие объекты космического базирования, электронные часы, калькуляторы)

С начала 90-х годов в США, Японии, Франции, Китае, Германии создаются огромные солнечные батареи для производства энергии в промышленные распределительные сети. Ведущее место в этой области занимает компания “Arco Solar Industries”. Ею построены станции на 1000, 6400, 12600 кВт, продающие энергию распределительным компаниям.

В настоящее время фотоэнергетика находится на крутом подъеме, сильно возросло производство ФИЭ в США, Германии, Японии. В США начато строительства супермощной солнечной электростанции, занимающей площадь 11449 квадратных миль, способной покрыть большую часть потребности Соединенных Штатов в электроэнергии.

Объём производства солнечных систем в 2006 году составил 2,0 МВт, с каждым годом он увеличивался и достиг в 2010 году 6,0 МВт. Доля солнечной энергии в общем объёме пиковой энергии к 2015 году достигнет 15 – 20 %. Несмотря на то, что в настоящее время стоимость электричества, производимого фотоэнергетическими системами в 1.5-2 раза выше (20-40 цент/кВт.ч.), чем традиционного (10-20 цент/кВт.ч.), объем этого рынка уже превысил 3,5 млрд.долл. США и по прогнозам будет десятикратно увеличится в течение каждого последующего десятилетия, причем, начиная с 2040 года, доля возобновляемой энергетики станет преобладающей в общей мировой энергетике. Цена на фотоэлектрическую систему, состоящую из солнечного модуля, зарядного устройства, преобразователя (инвертора), неуклонно падает и в последние 10 лет снижается с темпом 4%/год.

Снижение цены обусловлено ростом масштабов производства солнечных модулей. В Европе к 2020 году 30-40% потребностей в электроэнергии планируется покрывать за счет фотовольтаических устройств. В мире резко увеличивается интерес к фотоэнергетике особенно в развивающихся странах.

В 2008 году было завершено строительство солнечной электростанции, расположенной в испанском муниципалитете Ольмедилья-де-Аларкон. Пиковая мощность электростанции Olmedilla достигает 60 МВт. Этой мощности достаточно, чтобы снабжать электроэнергией 20 тысяч домовладений.

Солнечная электростанция Пуэртояно в Испании считается одной из крупнейших в мире: ее пиковая мощность равна 50 МВт (рисунок 6).

Большое распространение фотовольтаика получила для энергообеспечения автономных объектов, ферм, сельских больниц в комбинации с ветроэнергетическими установками в виде комплексных энергетических систем (рисунок 7).

 

Термодинамическое преобразование солнечной энергии в электрическую

Термодинамическое преобразование солнечной энергии разделяется на два вида: с использованием станций башенного (см. рисунок 2.5) и модульного типа. В обоих этих типах солнечная энергия преобразуется в тепловую энергию пара, и в дальнейшем с использованием парогенератора происходит преобразование в электрическую.

Солнечные электростанции (СЭС) состоит из следующих основных элементов:

- оптическая система (гелиостаты);

- паровые котлы; теплоаккумуляторы;

-электрогенераторы;

-система автоматического управления.

 

 

Рисунок 6 – Солнечная электростанция Puertollano (Пуэртояно), 50 МВт

 

 

 

Рисунок 7 - Комплексные энергетические системы ВРТБ - ветер+Солнце для электроснабжения объектов телекоммуникации.

 

 

Гелиостаты имеют различные формы:

а) параболоцилиндрические концентраторы;

б) параболические концентраторы;

в) линза Френеля;

г) система плоских зеркал.

Башенные СЭС

Расположенная в Барстоу (Америка) башенная СЭС Solar-1 имеет мощность 10 МВт, площадь зеркал -73,2 тыс.м², 1818 гелиостатов, высота парового котла -14 м, диаметр -7,2 м, температура пара 560-1482 ⁰С (рисунок 8).

Рисунок 8 - Башенная СЭС Solar-1

Расположенная во Франции башенная СЭС THEMIS имеет мощность 2,5 МВт, площадь зеркал -108 тыс. м², 201 гелиостатов, высота башни - 80 м,, температура теплопринимающей поверхности 505 ⁰С, КПД 16% (рисунок 9).

Расположенная на острове Сицилия башенная СЭС Eurelios имеет мощность 1 МВт, площадь зеркал -35 тыс. м², 182 гелиостатов, высота башни - 35 м,, температура теплопринимающей поверхности 512 ⁰С, КПД 16% (рисунок 10).

В Крыму действует башенная СЭС: мощность 5 МВт, высота -70 м, 1600 гелиостатов, температура пара -250 ⁰С, давление пара - 4МПа

 

Рисунок 9 - Башенная СЭС THEMIS Рисунок 10 - Башенная СЭС Eurelios

 

Модульные СЭС

В Израиле введена в эксплуатацию модульная СЭС, которая состоит из 560 модулей, каждый модуль имеет длину 5,2 м, апертуру 2,57 м² (рисунок 11)

 

 

Рисунок 11 - Модульная СЭС с параболоцилиндрическими концентраторами

Модульные СЭС параболическими концентраторами построены в США, Франции, Италии, Японии, Австрии, мощность которых находится в пределах от несколько МВТ до 13,8МВт (рисунок 12).

;

Рисунок 12 - Модульная СЭС с параболическими концентраторами