Солнечная фотовольтаика. Соединенные с сетями и спутниковые ФВ системы
Каталог первых двух разделов
Раздел 3. Солнечная фотовольтаика
1. Введение
2. Понятие «фотовольтаика»
3. Кремниевые солнечные ячейки: основные принципы
4. Конструкции солнечных ячеек. Монокристаллические ячейки кремния
5. Поликристаллический кремний
6. Арсенид галлия
7. Тонкие модули солнечных батарей
7.1. Аморфный кремний
7.2. Полупроводниковые ячейки с CuInSe2, CIGS и CdTe
8. Мультипереходные солнечные батареи
9. Концентрационные ФВ системы
10. Кремниевые сферы
11. Фотоэлектрохимические ячейки
12. «Третье поколение» ФВ ячеек
13. Электрические характеристики кремниевых ФВ ячеек и модулей
14. Конструкции солнечных ячеек. Системы ФВ для отдаленного питания (изолированные)
15. Соединенные с сетями ФВ системы
15.1. Бытовые ФВ системы
15.2. Системы ФВ для нежилых зданий
Солнечные батареи могут быть вмонтированы в крыши и стены офисных, промышленных и торговых построек, заменяя собой часть стеновых покрытий и кровельных материалов, и сокращая потребление электроэнергии из общей сети. В случае с престижными офисными зданиями стоимость облицовочных материалов может быть выше, чем покрытие солнечными батареями.
Торговые и промышленные здания эксплуатируются боль-шую часть светового дня, что хорошо сочетается с потребностью в дополнительной электроэнергии и с возможностью ее получить из солнечного света. Электроэнергия солнечных батарей может снизить потребность компаний покупать электроэнергию из сети по «розничным» ценам. Избыточную энергию продают электроэнергетическим компаниям по более низким «оптовым» ценам, так что экономически выгодно использовать как можно больше собственной электро-энергии, а не продавать ее. Но в Великобритании есть энергооператоры, которые покупают и продают электроэнергию по практически одинаковым ценам, и потребитель платит за фактическое потребление энергии. Но если для Великобритании это скорее исключение из правил, то для Японии, Германии и Нидерланды - обычная практика.
Первое британское здание (в Университете Северной Умбрии, Ньюкасл) с покрытием из солнечных батарей, с пиковой выработкой 40 кВт, установленными в 1995 году на фасаде компьютерного центра во время его реставрации.
Есть сейчас много примеров зданий с солнечными батареями в Германии, Японии, Нидерландах, Италии, Великобритании и США. Вот еще пара примеров:
Крыша бензиновой автозаправки в Лондоне, покрытая солнечными батареями, обеспечивающими электроосвещение и работу топливных насосов. ВР установила несколько сотен таких устройств на заправках мира.
Солнечный офис в Оксфорде, возле Сандерленда в Великобритании, с солнечными батареями с пиковой поглощаемой мощностью 73 кВт, соединенные в модуль на фасаде, ориентированном на юг. В здании объединены энергоэффективные и просто (вероятно, водо-) нагревательные поверхности - для минимизации потребностей в нагреве и освещении.
15.3. Крупные, интегрированные с сетями солнечные поля
Крупные, централизованные солнечные многомегаватные системы были построены для местного и регионального сетевого снабжения в Германии, Швейцарии, Италии и США.
340 кВт энергетическая установка по получению солнечной энергии в Коберн-Гондорфе, Германия, одна из нескольких, соединенных в общую сеть с оборудованием компании RWE.
Сопоставимы с интегрированными в зданиях батареями большие стоящие отдельно (на земле) модули солнечных батарей. Установка таких батарей и связанного с ними оборудования экономически оправданы. Их размещают в местах с высоким уровнем освещения, поэтому их энергия не используется на месте, а распространяется по сети. При передаче по сети часть энергии теряется, поэтому электроэнергетические компании готовы покупать ее только по оптовым ценам. Некоторые страны, например, Германия, платят по розничным ценам.
Большие солнечные электростанции для размещения также требуют больших площадей. Эту землю необходимо купить или арендовать, хотя обычно это земли из разряда недорогих, например бок о бок с автострадами или железными дорогами:
Фотоэлектрические модули, установленные на мало востребованной земле рядом с автострадой в Швейцарии.
Эта земля при необходимости может использоваться для других целей, параллельно с размещением солнечных батарей. В Коберн-Гондорфе в Германии она используется в качестве заповедника флоры и фауны. На некоторых больших солнечных станциях, таких как например 4-х мВт установка в Соннен в Германии, батареи установлены на высоте не менее метра над землей, что минимизирует вред для растений на земле и даже позволяет пасти под ними овец. Это, в принципе, позволит расположить тут же другое оборудование для получения возобновляемой энергии, бок о бок с панелями. Например, ветрогенераторы, если роза ветров создает для этого необходимые условия.
15.4. Спутниковая Система Солнечной Энергетики
Вероятно, самый амбициозный, и как сказали бы некоторые, самый капризный тип солнечных батарей, соединенных с фотоэлектрической системой - Спутниковая Система Солнечной Энергетики (СССЭ). Система была предложена более чем 40 лет тому назад (см. Glаser, 1972 и 1992). Основная идея состояла в создании фотоэлектрических систем огромного размера, которые вращались бы по геостационарной орбите. Каждый модуль более 50 км2 площадью способен производить столько же энергии, сколько можно получить из нескольких газовых скважин.
Концепция работы Спутниковая Система Солнечной Энергетики.
Перевод надписей: Очень большой орбитальный фотовольтаический массив. Антенна для передачи луча микроволн на Землю. Принимающая антенна.
Полученную энергию планировалось превращать в микроволновое излучение и направлять пучком от 1 км диаметром на принимающие антенны наземного базирования площадью около 10 км2. Полученная энергия была бы превращена в переменный ток, который передавался бы в национальную электросеть.
Преимущества СССЭ теоретически существенны. На орбите фотомодули получили бы полные 1365 Вт•м-2 солнечной энергии, вместо 1000 Вт•м-2, максимально доступные при наземном базировании. Кроме того, такая высокая энергоэффективность была бы доступна фактически постоянно (за исключением периодов солнечных затмений). В невесомости и безвоздушной космической окружающей среде также можно сконструировать чрезвычайно большие по площади и с высоким светопоглощением модули солнечных батарей, без необходимости беспокоиться о ветре и облаках. Проблему там составляют только метеориты.
С другой стороны, технические требования при строительстве СССЭ и связанные с ним капитальные затраты, были бы огромны. Одно давнее американское исследование оценило, что прототип будет стоить 79 миллиардов долларов по ценам 1979 года, а строительство длилось бы 30 лет.
В 2001 году Американское космическое агентство НАСА рассматривало концепцию СССЭ и решило не начинать строительство, а вкладывать деньги в исследования, пока не будут достигнуты бóльшие успехи в разработке фотоэлектрических и космических технологий, чем это уже было сделано начиная с 1970-х. Было сказано, что необходимо привлечь новые средства в фонд R&D. Консолидация средств позволила бы разработать новые технологии и еще больше сократить стоимость проекта. Тогда проект был бы более жизнеспособным.
Японское космическое агентство NASDA также недавно выразило интерес к спутниковым системам солнечной энергетики. В июле 2005 года планировался запуск экспериментального 500 кВт СССЭ. Между 2010 и 2015-м гг. должны были быть запущены прототипы 1 МВт и 25 МВт СССЭ, а около 2020 года планируется запуск 1 ГВт «коммерческая» СССЭ, что должно стать апогеем программы. NASDA также изучает возможность использования лазерных лучей вместо микроволн, чтобы передавать энергию к земле.
Однако, необходимо консолидировать огромные средства, чтобы построить СССЭ, что ограничивает их использование несколькими богатыми нациями. Создание таких систем также подразумевает централизацию источника энергии, хотя многие считают привлекательной именно идею децентрализации солнечной энергетики. Также высказывается озабоченность о возможном влиянии на здоровье микроволн (или лазеров), особенно при их использовании в аварийном режиме, при отказе систем безопасности, если луч окажется направленным не на получающую антенну. Нарушение систем телерадиокоммуникаций с системой могло бы привести к этой проблеме.
В следующий раз обсудим стоимость фотовольтаической энергии и ее безопасность для окружающей среды.
Также рекомендую: Перспективы развития возобновляемой энергетики
.