CC BY
67
УДК 620.92
П.В. Беляев, P. V. Belyaev, e-mail: роПу 11 (Щуа.ги К С. Олесиюк, K.S. Olesiyitk
Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk State Technical University. Omsk, Russia
СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
METHODS ОТ THE UTILIZATION ОТ THE .SOLAR RADIATION
В работе рассмотрены способы утилизации солнечного излучения, в том числе комбинированные. Приведены варианты использования солнечного излучения.
Work examines the methods of the utilization of solar radiation, including combined. The versions of The use of the solar radiation are given.
Ключевые слова: солнечное излучение, солнечные батареи, использование в электроснабжении
Keywords: solar radiation, solar batteries, use in the power supply
"У нас с энерсоэффективностью все довольно тохо и в стране, и на отдельных npednpitximtxx, и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Нам обязательна нужно этому уделять самое существенное внимание... ". щушЛгщилти
ДА. Медведев
Обеспечение электрической энергией многих отраслей мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей населения Земли становится все более актуальной.
Устойчивый постоянный рост потребления энергии человечеством вызывает необходимость в освоении и развитии энергетики на возобновляемых ресурсах, т.к. прирост производства энергии трудно обеспечить без использования новых источников энергии, в виду ограниченности запасов топлива.
202
Интерес к проблеме использования именно солнечной энергии. среди многообразия возобновляемых источников энергии, значительно возрос. Это обусловлено снижением стоимости солнечных элементов, что позволяет их использовать в маломощных общественных и коммунальных установках.
Возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, весьма значительны. По экспертным оценкам, использование всего лишь 0.0125 % от количества энергии солнца могло бы обеспечить все настоящие потребности мировой энергетики, а использование 0.5 % - полностью покрыть потребности в энергии на перспективу, за один час на Землю поступает солнечной энергии больше, чем в течение года потребляет человечество [1, 2].
В настоящее время появляются конкретные разработки и проекты, адаптированные к местным условиям и потребностям.
Способы использование солнечного излучения
Пассивное использование солнечной энергии
Здания, которые пассивно используют солнечное излучение (пассивные солнечные здания)- это те, проект которых разработан с максимальным учетом местных климатических условий, и где применяются соответствующие технологии и материалы ддя обогрева, охлаждения и освещения здания за счет энергии Солнца. Например, традиционные строительные технологии и материалы: теплоизоляция, массивные полы, обращенные к югу окна. Подобные помещения могут быть ориентированы по солнечным сторонам света и построены в некоторых случаях без дополнительных затрат на преобразование солнечной энергии. В иных случаях, дополнительные расходы, возникшие при строительстве, могут быть скомпенсированы снижением затрат на энергию, при последующей эксплуатации помещения, здания Пассивные солнечные здания являются экологически чистыми, они способствуют энергетической независимости потребителя и созданию, энергетически сбалансированных энергохозяйств.
Активное использование солнечной энергии.
Солнечные электростанции. Солнечные электростанции (СЭС) можно подразделить на несколько типов:
СЭС башенного типа:
СЭС тарельчатого типа,
СЭС, использующие фотоэлектрические преобразователи;
СЭС, использующие параболические концентраторы:
Комбинированные СЭС;
СЭС, космического базирования:
Аэростатные солнечные электростанции.
СЭС башенного типа.
Данные электростанции используют принцип получения водяного пара (возможно использование иного рабочего тела) с использованием солнечной радиации. В центре территории станции расположена башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой Этот резервуар покрыт чёрным цветом для поглощения теплового излучения. Также в этой башне находятся насосы, доставляющие пар на турбогенератор, который находится вне башни По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты, зеркала площадью в несколько квадратных метров, закреплённые на опоре. В ясную солнечную погоду температура рабочего тела в резервуаре может достигать 700 градусов. Такие температурные параметры или меньшие используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины [3, 4].
СЭС тарельчатого типа.
Данные СЭС используют приншш получения электроэнергии, подобный принципу как у башенных СЭС. но с рядом отличий в конструкции самой СЭС. Станция состоит из отдельных модулей. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал - нескольких десятков шIук (в зависимости от мощности модуля). Станпии могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков модулей (при работе параллельно с сетью)
СЭС, использующие фотоэлектрические преобразователи.
СЭС этого типа в настоящее время широко распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Подобные СЭС: широко применяются для энергообеспечения как малых. так и крупных объектов (коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. п.). Устанавливаться фотобатареи могуч практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в значительном диапазоне. Крупнейшая фото электростанция на земле 300 МВт находится в Калифорнии, США состоит из 9 ООО ООО солнечных модулей.[5]
СЭС, использующие параболические концентраторы.
Приншш действия данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров. пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на фермах устанавливается параболическое зеркало большой длины. в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель. Пройдя по трубке, теплоноситель нагревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.
Комбинированные СЭС.
Можно на СЭС различных типов дополнительно установить теплообменные аппараты для получения горячей воды, использующуюся, в дальнейшем, как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. Это суть комбинированных СЭС. Возможна параллельная установка на одной территории концентраторов и фотоэлектрических преобразователей. что также считается комбинированной СЭС.
Возможные варианты использования энергии солнца.
Солнечное излучение широко используется в градостроении. В удаленных районам при отсутствии централизованного электроснабжения, солнечные батареи используются для электроснабжения отдельных домов, подсобных хозяйств, инфраструктуры коттеджей элитных построек, торговых центров, для подьема воды и охтаждения [б, 7]. Одна из отличительных особенностей применения солнечных элементов, это использование аккумуляторных батарей для хранения выработанной днем электроэнергии. Кроме того, от солнечного электричества работают телекоммуникационные системы [8], буи, калькуляторы и т.п
Более энергоемкие потребители и приемники электрической и тепловой энергии -электроснабжение предприятий, домов, офисов и других зданий или генерация электричества для сетей централизованного электроснабжения [9]
В транспортной сфере - варианты использования солнечных батарей, в дорожных системах в виде нота ой подсветки дорожных знаков, встроенные в дорогу1 подсветки разделительной линии, освещение подземных и пешеходных переходов и т.п.
Т.к. солнечные фотоэлементы не вырабатывать энергию в ночное время можно сохранять электрическую энергию преобразованного солнечного излучения, накопленную днем, в теплоаккумулирующих баках, солнечных прудах. Использование солнечной энергии совместно с ДВС и котлами.
Обычно солнечную энергию используют для производства горячей воды, но система становится еще более выгодной, если подключить солнечные панели к системе отопления с водяной циркуляцией. Солнечного тепла достаточно чтобы произвести около половины от общего объема ГВС и покрыть 25-35% общей потребности в тепле. В пассивных и малоэтажных домах эта доля может быть еще больше в связи с малой потребностью в отоплении [10]Возможна параллельная работа с дизельным генератором, газовым котлом.
Положительный результат приносит комбинирование различных возобновляемых источников энергии, например, тепло С олнца в сочетании с аккумулированием тепла в виде биомассы.
Преобразование солнечного излучения в электрическую энергию более эффективно при использовании системы преобразования солнечной энергии в электрическую энергию на основе двигателя Стирлинга.
Кроме прямого использования солнечного тепла, в регионах с высоким уровнем солнечной радиации ее можно использовать для получения пара, который вращает турбину и вырабатывает электроэнергию. Производство солнечной тепловой электроэнергии в крупных масштабах достаточно конкурентоспособно Подобная технология достаточно развита, и по официальным сведениям, может соперничать с традиционныьш электрогенерируюнщми технологиями во многих регионах мира. По способу производства тепла солнечные тепловые электростанции подразделяют на солнечные концентраторы (зеркала) и солнечные пруды.
Следует дополнительно рассмотреть применение солнечных фотопреобразователей совместно с ветроэнергетическими установками. В условиях отсутствия достаточно сильного ветра, неблагоприятного для эффективной работы ветроэнергетической установки рельефа местности, закрытой от ветра территории, проблему энергоснабжения помогают решить солнечные батареи. Современные солнечные модули не требуют для выработки электроэнергии прямых солнечных лучей. Они заряжают аккумуляторы и при облачном небе, и в дождь, и в пасмурную погоду. Конечно, их мощность при этом уменьшается, но солнечные батареи работают практически в течение всего светового дня. Совместная работа ветроэнергетической установки и солнечного электрического модуля показывают очень хорошие результаты в условиях средней полосы России, а в южных регионах страны доля энергии, вырабатываемой солнечной батареей даже превышает долю энергии ветроустановки
Библиографический список
1 http Л www. heveholar. com' so lar/
2. Беляев П.В. Электронный учебник по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» для студентов заочников специальности 140610 «Электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций и учреждений» М.: ОФАП, 2011. — № 50201150132.
3. http://wetosphera ru/2012-02-24-01-09^ 1 /80.html
4 http ://wra. energyr-fresh.ro,,'fac ts/?id=2640
5. 4.http://ru.wikipedia.or g/wiki/%D 1 %EE%EB%ED%E5 %F 7%ED%E0%FF %FD%EB% E 5%EA%F 2 %F 0%EE %F 1 %F2 %E0%E D%F 6%E 8%FF
6. Беляев П.В. Теплоснабжение потребителей и приемников электрической энергии: учебное пособие. - Омск: ОмГТУ, 2010. - 84 с.
7. Лысенко O.A., Охотников A.A. Программный модуль «Моделирование насосной установки с центробежным насосом и асинхронным двигателем», // Свидетельство о регистрации электронного ресурса. - 2014 - № 19960 ОФЭРНиО. - М : ВНИТЦ № 50201450176
8. Пат. 101841 Российская Федерация. МПК G01R11. Система учета, контроля н управления энергоресурсами / Васильев В. И... Беляев П. В. ; заявитель и патентообладатель Омский гос. техн. ун-т. -№ 2010138125/28; заявл. 14.09.10; опубл. 27 01 11.
9. Беляев П.В., Семина И.А. Электронный учебник ««Автоматизация управления системами электроснабжения». -М.: ОФАП 2011 № 50201250344.
10.7 .http:/A'altec 7208140.m'uiAex-php?opti.oii=coin_c ODteiit& view=artic le&id=9 68:2011-06-29-06-03-32&catid=161&Itemid=260
