Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика получила значительное развитие в Германии, Италии, США, Китае, Испании. Всего в мире установлено более 100 ГВт мощности солнечных станций, из них около 30 ГВт приходится на Германию, на 2-м месте Италия.

Поток солнечной энергии перпендикулярный атмосфере равен 1367 Вт/м2. В результате поглощения атмосферой до поверхности воды (земли) на экваторе доходит поток плотностью 1020 Вт/м2. Средний поток за сутки примерно в 3 раза меньше.

Получили распространение два вида преобразования солнечной энергии в электроэнергию: установки на базе фотоэлементов и гелиотермические установки с зеркалами-концентраторами.

В панелях фотоэлементов, в основном, на основе кремниевых полупроводников, происходит фотоэлектрический процесс (фотоэффект): кванты солнечного света приводят к переходу электронов на соседнюю орбиту при их направленном движении, создающим ток. К.п.д. процесса преобразования составляет от 7 до 19%. Низкая эффективность преобразования обусловлена тем, что атомы конкретного вещества реагируют избирательно на определенные частоты в видимом свете. Такие электростанции называются фотовольтаическими (PV-станции, Photovoltaic). Срок  службы PV-станций достигает 25 лет.

К середине 2013 г. компания DuPont совместно с университетом Делавэр разработала фотоэле-мент с к.п.д. 42,8% при работе на солнечном свете. В Петербурге такую же задачу решает ООО “Солнечный поток” (ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Алферов Ж. с сотрудниками). Предполагается достичь к.п.д. от 30 до 35% для обычных фотопанелей и от 36 до 45% для панелей с концентраторами солнечной энергии в виде линз Френеля. В Ставрополье строится завод (OOO «Солнечный поток») по производству фотопанелей при финансовом участии “Роснано”.

stanciya_s_parabolichskim_koncentratorom parabolichskii_koncentrator bashennogo_tipaГелиотермальные станции работают по паротурбинному циклу Ренкина, либо по циклу Стирлинга. Солнечные лучи концентрируются зеркалами либо на бак с водой, расположенный на высокой башне, либо на трубы с маслом, расположенные в фокусе криволинейного зеркала (concentrated solar power, CSP) для цикла Ренкина, либо на испаритель двигателя Стирлинга. Масло является промежуточным теплоносителем. Может использоваться расплав соли, который позволяет аккумулировать тепловую энергию и дает возможность работать станции в ночное время. К.п.д. преобразования солнечной энергии в таких циклах достигает 50%. С целью повышения эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую находит применение цикл Калины, суть которого заключается в применении водного раствора аммиака и регенеративного внутрициклового теплообмена.

По разным оценкам, на данный момент в России суммарный объем введенных мощностей солнечной генерации составляет не более 5 МВт, большая часть из которых приходится на домохозяйства. Самым крупным промышленным объектом в российской солнечной энергетике является введенная в 2010 году солнечная электростанция в Белгородской области мощностью 100 кВт. Для сравнения, самая крупная в мире солнечная электростанция Ivanpah (Айванпо) имеет мощность 392 МВт. Она введена в работу 13 февраля 2014 г. и располагается в пустыне Мохабо на границе штатов Невада и Калифорния.

Ivanpah_3 Ivanpah_4 Ivanpah_1 Ivanpah_2

masdar_cityВ настоящий момент в России реализуется два проекта: строительство солнечных парков в Ставропольском крае (мощность — 12 МВт), и в Республике Дагестан (10 МВт). Планы по развитию солнечной энергетики будут связаны с Крымом.

На фото показана вполне традиционная солнечная электростанция мощностью 10 МВт на базе фотоэлементов, выстроенная в г. Маздар-Сити, с которой конкурировал проект Windstalk.