Солнечные электростанции – принципы работы

Солнечные электростанции: принципы работы и виды комплексных систем

Чтобы под воздействием солнечного света получить электрический ток в объемах, значимых для хозяйственного сектора и домовладений, проработаны две технологии

Чтобы под воздействием солнечного света получить электрический ток в объемах, значимых для хозяйственного сектора и домовладений, проработаны две технологии:

• фотовольтаик — солнечные панели сразу превращают соляризацию в электричество;
• термоэлектрические установки — используется жидкостный посредник-теплоноситель.

Комбинированные солнечные электростанции вполне можно отнести к третьему виду. Для корректной работы и высокого коэффициента полезного действия фотовольтаических модулей их следует стабильно охлаждать. Это стало точкой соприкосновения обеих технологий. Гибридные системы собирают электричество как с панелей, так и с охлаждающего контура, что ощутимо повышает эффективность, а значит и рентабельность установки.

Генерация электричества солнечным панелями

Фотовольтаический эффект

• Поглощение кванта электроном приводит к его переходу на более высокий энергетический уровень, то есть на внешнюю орбиту атома. Здесь связь с ядром ослабевает, электрон покидает атомарные пределы и под действием потенциала Гальвани (внутреннее электрическое поле) устремляется к аноду. Таким образом образуется одна составляющая электрического тока.
• После выхода электрона на его месте остается вакантное место, которое называется «дырка». Его занимают электроны от соседнего атома, находящегося в зоне меньшего положительного потенциала. То есть фактически «дырки» перемещаются к катоду. Это — вторая составляющая фотовольтаического тока.

Источником потенциала Гальвани служит граница соприкосновения чувствительных к солнечному свету полупроводников. Солнечные панели, в свою очередь, представляют собой массивы таких ячеек, соединенных электрическими связями.

Виды фотовольтаик элементов

Наиболее распространены монокристаллические (основой является единый кремниевый кристалл с однородной структурой) и поликристаллические (соединения разнородных небольших кристаллов кремния) панели. Они несколько отличаются по КПД и цене, но в принципе на равных правах используются в солнечных электростанциях.

Другая модификация — пленочные полимерные солнечные батареи. На прозрачную основу послойно наносятся материалы с разными функциями — электрон-доноры и электрон-акцепторы. В итоге получается гибкая, тонкая и легкая структура, но КПД по площади у нее намного ниже. Кроме научных лабораторий, технология применяется для создания энергоэффективных окон в домах и автомобилях.

Весной 2018 года исследовательская группа Уорикского университета (Ковентри, Великобритания) заявила об обнаружении третьего типа фотовольтаического эффекта под названием «flexo-photovoltaics». Отличие заключается в том, что толчком для генерации солнечного электротока выступает деформационный градиент. То есть если кристаллы Si, TiO2 или SrTiO3 деформировать острым предметом, они превращаются в фотовольтаические ячейки. Это открытие может значительно удешевить строительство солнечных электростанций.

Основные узлы солнечной электростанции на основе панелей

Для того, чтобы выработанное панелями электричество смогли потреблять бытовые приборы, понадобятся:

• собственно панель;
• инвертор — превращает постоянный ток в переменный заданной частоты;
• накопитель, то есть аккумулятор;
• контроллер заряда/разряда, продлевающий срок жизни недешевых аккумуляторных батарей;
• специальные преобразователи и счетчики, если система сопрягается с электросетью общего пользования.

Монтаж оборудования на объекте рекомендуем поручить опытным профессионалами. Если нужны подобные услуги — обращайтесь в компанию «Карбон КНС».

Термоэлектрические гелиоустановки

Главное отличие — электричество производится опосредовано. Основным элементом конструкции выступают гелиостаты — огромные зеркала, сопряженные с механизмом позиционирования относительно солнца.

Гелиостаты могут принимать разную форму — круглые параболические, параболоцилиндрические концентраторы. Они собирают солнечный свет в концентрированный пучок и направляют его на теплоприемник, заполненный жидкостным теплоносителем. Чаще всего для этих целей используются минеральные масла с высокой температурой кипения, которые получили название терминол.

Нагретый теплоноситель устремляется в парогенератор. Образовавшийся водяной пар подается на лопасти турбогенератора, который и вырабатывает электричество. После конденсации вода повторно отправляется в паровую установку.

Остальные элементы системы такие же, как и у классической теплоэлектростанции. Более того, если солнечная электростанция используется как единственный источник электричества, предусматривается резервный котел на сжигаемом топливе — для пасмурных дней или высокой нагрузки ночью.
Термоэлектрические гелиоэлектростанции разделяются в основном по типу гелиостата:

• башенные;
• тарельчатые;
• параболоцилиндрические.

Особняком стоят солнечно-вакуумные электростанции. Нагрев воздуха в локальной зоне создает мощный воздушный поток, который вращает воздушную турбину.

Применимость той или иной солнечной электростанции зависит от климатических, ландшафтных условий и назначения. Специалисты «Карбон КНС» предлагают комплексные решения, включающие все этапы от разработки концепции до запуска готового объекта в эксплуатацию.

все больше солнца, панелей, денег – DW – 26.06.2022

Солнечная электростанция Enerparc в земле Мекленбург-Передняя Померания снабжает железную дорогу ФРГФото: Jens Büttner/dpa/picture alliance

Экономика и бизнесГермания

Андрей Гурков

26.06.202226 июня 2022 г.

В ФРГ слишком мало солнца для производства “зеленого” электричества? Бум фотовольтаики и изменение климата помогут побыстрее заменить газ из России в немецкой электроэнергетике.

https://p.dw.com/p/4DD7B

Реклама

Германия не относится к числу самых солнечных стран Европы. Это факт, и из него можно было бы сделать вывод, что немецкая солнечная энергетика вряд ли спообна успешно развиваться – и уж тем более вряд ли в состоянии помочь ФРГ при решении ключевой в настоящее время задачи преодоления зависимости от российского газа. Но такой вывод, если посмотреть на статистику, представляется ошибочным.

Летом солнечные электростанции обгоняют газовые ТЭС

Энергетическая статистика показывает, что установленные в стране солнечные панели вырабатывают все больше электричества, так что солнца им явно хватает (тем более, что они работают и при облачной погоде). А метеорологическая статистика свидетельствует, что число солнечных часов в Германии в последние годы увеличивается, поскольку меняется климат. К тому же усиливается политическая поддержка отрасли. Так, в крупнейшем по населению регионе ФРГ вскоре станет обязательной установка солнечных панелей на крышах новых промышленных зданий и жилых домов.

Вот самые свежие данные: В первом квартале 2022 года солнечная энергетика Германии выработала примерно 8,8 млрд киловатт-часов электроэнергии, сообщило 21 июня Федеральное статистическое ведомство ФРГ (Destatis). Это 6,3% от всего произведенного в стране электричества. Казалось бы, не так много. Отметим, однако, что речь идет об особо неблагоприятных для отрасли зимних и ранневесенних месяцах, когда, в свою очередь, обычно особо важную роль играет другой возобновляемый источник энергии (ВИЭ) – ветер.

Крупнейшую в ФРГ солнечную электростанцию фирма EnBW соорудила под Берлином вблизи ветропаркаФото: EnBW/Paul Langrock

Именно благодаря сочетанию различных ВИЭ доля “зеленого” электричества по итогам первого квартала этого года вновь превысила в немецкой электроэнергетике 50%, сообщило еще в конце марта Федеральное объединение предприятий энерго- и водоснабжения (BDEW).

Если же посмотреть на итоги всего 2021 года, то, по подсчетам Института солнечных энергетических систем Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer ISE), на фотовольтаику пришлись 9,9% произведенного электричества. По сравнению с другими ВИЭ доля солнечной энергетики оказалась в прошлом году в Германии существенно выше, чем у гидроэнергетики (4,0%), и несколько выше, чем у электростанций, работающих на биомассе (8,8%). Для сравнения: доля ветровых электростанций на суше и в море составила 23,1%.

Роль фотовольтаики в электроэнергетике ФРГ быстро растет

Доля газовых электростанций, поставляющих электроэнергию в общенациональные сети (Fraunhofer ISE не учитывает в своей статистике газовые ТЭС промышленных предприятий, обслуживающие только их собственное производство), составила в прошлом году 10,4%. Так что газ и солнце по своей роли в немецкой электроэнергетике уже почти сравнялись. Более того, в отчете института подчеркивается, что в прошлом году с апреля по октябрь ежемесячная выработка электроэнергии солнечными электростанциями превышала показатели газовых электростанций.

Но вернемся к свежим данным Destatis по итогам первого квартала 2022 года. Тут обращают на себя внимание не столько абсолютные цифры, сколько динамика. Если в этом году доля солнечной энергетики достигла 6,3%, то год назад она была на уровне 4,7%, а в аналогичный период 2018 года составляла всего 3,5%.

Старейшая в ФРГ солнечная электростанция заработала в 1982 году при университете ОльденбургаФото: Daniel Schmidt/Universität Oldenburg

Схожую динамику демонстрирует и выработка электроэнергии. Полученные в первые три месяца этого года 8,8 млрд кВт-ч на 34,7% превышают показатели аналогичного прошлогоднего периода. А по сравнению с первым кварталом 2018 рост составил 64,3%.

При столь быстром развитии солнечная энергетика вполне сможет уже в этом году реально помочь немецкой электроэнергетике максимально снизить использование (российского) газа, что предусматривают экстренные планы правительства ФРГ. Тем более, что в результате глобального изменения климата Германия становится все более солнечной.

В Германии все больше солнечных дней в году

На этот тренд еще в 2019 году обратила внимание энергетическая компания E.on, которая, проанализировав данные Немецкой метеорологической службы (DWD), пришла к выводу, что в последние пять лет в Германии регистрировалось на 100 с лишним солнечных часов больше, чем в предшествующий пятилетний период.

Солнечные панели во Фрайбурге в Браусгау – самом солнечном регионе Германии на крайнем юго-западе страныФото: Harold Cunningham/Getty Images

В свою очередь, сама DWD 30 мая 2022 года сообщила, что нынешняя весна в ФРГ была одной из трех самых солнечных со времени начала соответствующих наблюдений в 1951 году. С марта по май солнце сияло над Германией в среднем 675 часов. Абсолютный рекорд в 709 часов был установлен всего два года назад, в 2020-м, а в 2011-м было 705.

По сравнению с 1961-1990 годами, отмечает далее DWD, солнце светило нынешней весной на 45% дольше, а по сравнению с периодом 1991-2020 годов солнечных часов было на 29% больше. Так что тренд более чем очевидный.

Мощность солнечной энергетики ФРГ равна доброй дюжине АЭС

Он не может не радовать те немецкие предприятия, фермерские и домашние хозяйства, которые установили на открытых участках и на крышах хозяйственных построек, многоквартирных и индивидуальных домов свыше 2,2 млн солнечных батарей суммарной мощностью 58 400 мегаватт.

Крыша хлева – оптимальное меато для размещения солнечных батарей, считают многие немецкие фермерыФото: picture-alliance/Horst Ossinger

Эти цифры по состоянию на март 2022 года приводит в своем новейшем сообщении Destatis и указывает, что установленная мощность выросла по сравнению с аналогичным месяцем прошлого года на 9,7%, а по сравнению с январем 2018-го, когда данную статистику начали впервые вести, на 38,3%.

Что важно знать для понимания ситуации: 58 400 мегаватт – это 58,4 гигаватт, а 1-3 гигаватт – это стандартная мощность большинства атомных электростанций в мире.

В Северном Рейне-Вестфалии установка панелей станет обязательной

Можно твердо исходить из того, что в ближайшие годы в Германии заметно вырастут и число панелей, и их мощность. На это будут направлены политические усилия и федерального правительства, и региональных властей. Так, 23 июня в крупнейшей по населению федеральной земле Северный Рейн-Вестфалия победившие на недавних выборах и формирующие теперь совместное правительство консервативная партия ХДС и партия “зеленых” представили коалиционный договор – программу действий на ближайшие пять лет.

Пенсионеры в баварском Динкельсбюле производят на своем балконе солнечную энергию для собственных нуждФото: Thomas Seltmann

Одним из ее ключевых пунктов является форсированное развитие в этом промышленно развитом регионе, в который входит и Рурская область, возобновляемой энергетики. Программа предусматривает, в частности, принятие регионального закона об обязательной установке с 2024 года солнечных батарей на крышах всех новых промышленных и коммерческих построек, с 2025-го – на крышах новых жилых зданий, а с 2026-го – на любых зданиях после проведения ремонта крыши.

Впрочем, солнечные панели уже сейчас стали непременным элементом многих новостроек повсюду в Германии, что отражает растущий запрос на экологичную энергию со стороны широких слоев немецкого общества. А в последние недели, свидетельствует экономическая газета Handelsblatt, наблюдается “прямо-таки взрывной спрос на “зеленые” энергетические решения”. В качестве причин издание называет войну в Украине, дебаты о возможном прекращении российских поставок сырья и запредельные цены на нефть и газ.

Дополнительный доход для домовладельцев и рост оборота отрасли

Destatis указало на еще один немаловажный мотив для владельцев индивидуальных домов. В 2020 году солнечные батареи обеспечили 1,4 млн немецких домашних хозяйств дополнительный доход от продажи энергокомпаниям произведенного электричества, составивший в среднем 174 евро в месяц. Правда, раньше было больше, но по мере роста конкурентоспособности отрасли государство неуклонно снижает субсидии производителям “зеленого” электричества.

Производство солнечных панелей на заводе Meyer Burger в ФрайбергеФото: Meyer Burger

В свою очередь, растут доходы немецких предприятий, производящих оборудование для солнечной энергетики и оказывающих ей сервисные услуги, причем как в самой Германии, так и за рубежом. В 2016 году, по данным Destatis, выручка отрасли составила 2,6 млрд евро, спустя пять лет она выросла на 39% до 3,7 млрд евро. При таком росте не удивительно, что солнечная энергетика, как и многие другие отрасли экономики ФРГ, испытывает острый дефицит кадров.

Смотрите также:

Режим тревоги в ФРГ: “Газпром” заставит немцев мерзнуть?

To view this video please enable JavaScript, and consider upgrading to a web browser that supports HTML5 video

Реклама

Пропустить раздел Еще по теме

Еще по теме

Пропустить раздел Топ-тема

1 стр. из 3

Пропустить раздел Другие публикации DW

На главную страницу

Фотографии солнечной электростанции

| Скачать бесплатные картинки на Unsplash

Солнечная электростанция картинки | Скачать Free Images на Unsplash

• ФотоФотографии 10k
• Стопка фотографийКоллекции 10k
• Группа людейПользователи 0

солнечная панель

энергия

солнечный свет 9001 1

электричество

электрические устройства

возобновляемые источники энергии

Логотип Unsplash

Unsplash+

В сотрудничестве с Александром Милсом

Unsplash+

Разблокировать

экологически чистые 3d rendergreen energy

Zbynek Burival

EnergyHd blue wallpapersrenewable

–––– –––– –––– – –––– –––– –– – –– ––– – – – –– ––– –– –––– – –.

Markus Spiske

fill the framedeutschlandbubenreuth

Markus Spiske

dobenreuthpinzbergelectric

American Public Power Association

solarearth dayindiana

9 0022 Gustavo Quepón

испанияЦветы фотоокружающая среда

Логотип Unsplash

Unsplash+

В сотрудничестве с Александром Милсом

Unsplash+

Разблокировка

digital imagerendersolar energy

Val Toch

электростанция megalim israelL световые фоны

Michael Förtsch

возобновляемая энергиясолнечная панельэлектростанция

Michael Förtsch

trainbavariamarkt schwaben

Karsten Würth

Германияветряная турбинаветроэнергетика

Mick Truyts

Nuclearantwerpenbelgium

Логотип Unsplash

Unsplash+

В сотрудничестве с Александром Милсом

Unsplash+

Разблокировать

солнечные панелиHd 3d обоиновая энергия

Vivint Solar 90 011

Hd серые обоиvivintHouse изображения

Vivint Solar

Солнце фото и изображениясолнечные батареиvivint solar

David Levêque

francele guizayplanfoy

Damian Barczak

ветряная электростанцияосведомленность об окружающей средеэкология

Vivint Solar

крышасолнечный домсолнечная энергия

Логотип Unsplash

Unsplash+

В сотрудничестве с Getty Images 011

Paul Green

растениеПрирода фотоПодсолнухи фото

экологически чистый3d визуализациязеленая энергия

день солнечной землииндиана

digital imagerenderсолнечная энергия

германияветряная турбинаэнергия ветра

солнечные панелиHd 3d обоиновая энергия

Солнце изображения и картинкисолнечные батареиvivint solar

francele guizayplanfoy

крышасолнечный домсолнечная энергия

–––– –––– –––– ––––– ––––– –– – –– –––– – – –– ––– –– –––– – –.

энергияHd синие обоивозобновляемые источники энергии

заполните кадрDeutschlandbubenreuth

dobenreuthpinzbergelectric

испанияЦветы фотоокружающая среда

электростанция мегалимИзраильСветлые фоны

возобновляемая энергиясолнечная панельэлектростанция

trainbavariamarkt schwaben

Nuclearantwerpenbelgium

Hd серые обоиvivintHouse images

Похожие коллекции

work

3 91 фотография · Куратор Pan kids

CESA

541 фото · Куратор Zakkary Smith

208 фото0011

заводПрирода фотографииПодсолнухи фото и картинки солнечные батареиvivint solar

крышасолнечный домсолнечная энергия

энергияHd синие обоивозобновляемые источники энергии

dobenreuthpinzbergэлектрический

испанияЦветок imagesenvironment

возобновляемая энергиясолнечная панельэлектростанция

ГерманияВетряная турбинаВетроэнергия

Hd серые обоиvivintHouse images

ветряная электростанцияОсведомленность об окружающей средеэкология

заводПрирода фотоПодсолнухи images & images

–––– –––– –––– – –––– – –––– –– – –– –––– – – –– ––– –– –––– – –.

fill the framedeutschlandbubenreuth

солнечный день землииндиана

digital imagerenderсолнечная энергия

солнечные панелиHd 3d обоиновая энергия

Связанные коллекции

work

391 фото · Куратор Pan kids

CESA

541 фото · Куратор Zakkary Smith

powerpint

208 фото · Куратор noor the tomato 9001 1

francele guizayplanfoy

шлемзеленая технологияоборудование

Просмотр премиальных изображений на iStock | Скидка 20% на iStock

Логотип Unsplash

Сделайте что-нибудь потрясающее

Фотограф делает ослепительные аэрофотоснимки солнечных электростанций

Фотограф Том Хеген сделал потрясающую серию аэрофотоснимков, показывающих, как выглядят разросшиеся солнечные электростанции с высоты птичьего полета. Проект называется The Solar Power Series .

Хеген — немецкий фотограф, посвятивший свою карьеру аэрофотосъемке, позволяющей лучше понять следы, которые люди оставляют на поверхности Земли.

Хеген «предоставляет обзор мест, где мы добываем, перерабатываем и потребляем ресурсы», — говорится на его веб-сайте. «В конечном счете, он дает представление о сложных отношениях между человеком и окружающей его средой. Часто выбирая для документирования абстрактные перспективы, он читает пейзажи, исходя из их значения в глобальном воздействии человека на планету Земля».

Съемка солнечных растений с неба

В 2021 году Хеген путешествовал по Соединенным Штатам, Франции и Испании, чтобы сфотографировать обширную инфраструктуру солнечной энергетики, которая будет поставлять чистую энергию грядущим поколениям. Фотографии сделаны с вертолета.

«За один час количество солнечной энергии, падающей на Землю, больше, чем весь мир потребляет за год», — пишет Хеген в своем заявлении художника к сериалу. «Имея это в виду, возобновляемые источники энергии могут стать ключом к борьбе с изменением климата.

«Как выглядит переход к более устойчивым источникам энергии? В этой серии рассматриваются солнечные электростанции в США, Франции и Испании. Эти искусственные ландшафты представляют собой наши усилия по созданию более устойчивого будущего самыми изощренными способами».

Места, показанные в проекте Хегена, включают солнечную электростанцию ​​Ivanpah в пустыне Мохаве в Калифорнии, проект солнечной энергии Crescent Dunes в Неваде, солнечную ферму Les Mées во Франции, солнечную электростанцию ​​PS10 недалеко от Севильи в Испания, а также термосолнечный завод Gemasolar, который также находится недалеко от Севильи, Испания.

Два типа солнечных электростанций

Аккуратно расположенные круглые объекты, которые можно увидеть на изображениях Хегена, представляют собой солнечные тепловые электростанции, которые фокусируют солнечный свет от тысяч движущихся зеркал, называемых гелиостатами, на центральную коллекторную башню. В то время как более ранние конструкции этих установок использовали тепло от сфокусированного света для нагрева воды и производства пара, более новые установки используют расплавленные соли для хранения энергии, кипячения воды и привода турбин для выработки электроэнергии — способность солей накапливать тепло позволяет энергии генерироваться даже после захода солнца.

Некруглые солнечные электростанции — это фотоэлектрические электростанции (или солнечные фермы), в которых используется та же технология, что и на крышах жилых домов. Фотоэлектрические модули используются для преобразования света непосредственно в электричество.

Взгляд на непреднамеренную художественную красоту

«Аэрофотосъемка для меня подобна визуализации данных для ученых», — говорит Хеген в интервью 2022 года журналу Fortune . «Приподнятая перспектива обладает такой замечательной способностью показывать масштаб и контекст пейзажа. Мне также нравится абстракция и эстетизация, которые приходят с изменением перспективы.

«У меня нет времени исследовать пейзаж и видеть все его детали [в воздухе]. Когда я возвращаюсь со съемок и смотрю на изображения на большом мониторе, у меня происходит вторая встреча с пейзажем, и я могу изучить все детали пейзажа».

Фотограф рассказывает Fortune , что он часто видит непреднамеренную художественную красоту в том, как люди взаимодействуют с планетой в масштабных масштабах.