Энергия солнца для будущего мира. Часть 2 Солнечные модули в российской энергосистеме

Август 03, 2012 / Ольга Шейдина, Редактор

Наличие значительных запасов углеводородного сырья для развития применения ВИЭ не является препятствием. Огромные ресурсы энергоносителей дают возможность Росси не совершать стратегических ошибок во время выбора оптимальных направлений развития и технологий ВИЭ и с учетом имеющегося опыта западных стран Японии и Китая, создать собственные инновационные технологии и проекты применения ВИЭ.

Энергия солнца для будущего мира. Часть 2 Солнечные модули в российской энергосистеме

Крупномасштабное развитие использования ВИЭ в нашей стране должно основываться на оригинальных инновационных отечественных технологиях.

1. Российские современные технологии фотоэлектрической солнечной энергетики

1.1. Солнечный кремний

Около 95% СЭС всего мира производятся из кремния. В земной коре содержание кремния примерно 29,5% массы – это второе место после кислорода, концентрация урана – 0,0003%. Не смотря на то, что в земной коре кремния в 98300 раз больше, чем урана, монокристаллический кремний совсем немного уступает урану по стоимости, что имеет отношение к устаревшей грязной хлорной технологии производства. В ГНУ ВИЭСХ созданы уникальные бесхлорные технологии выработки кремния с низкими затратами энергии, на которые уже получено 8 патентов США и РФ.

Следующий подход заключается в сокращении расхода кремния в настоящее время на один МВт мощности с 6-8 т в 100-1000 раз с помощью применения новых типов концентраторов и кремниевых матричных солнечных модулей, созданных в России.

1.2 Солнечные концентраторы

В ГНУ ВИЭСХ созданы солнечные концентраторы с концентрацией 100-1000 со слежением за Солнцем и без такого слежения – неследящие стационарные концентраторы с концентрацией 3-5, на них получены патенты. Оба вида концентраторов создают равномерное освещение фотоэлектрических солнечных модулей, что исключительно важно при использовании СЭС с концентраторами. Концентраторы без слежения за Солнцем обеспечивают концентрацию не только прямую, но и большую часть рассеянной (диффузной) радиации в рамках апертурного угла, что повышает установленную мощность СЭС и генерацию электроэнергии.

1.3 Солнечные элементы

ГНУ ВИЭСХ МСЭ, созданные из кремния, характеризуются КПД 20% при концентрации в 50-1000-крат излучения солнца. Двухсторонние планетарные МСЭ и СЭ, запатентованные в России, прозрачны для неактивной инфракрасной части спектра, что уменьшает нагрев фотоприемника и расходы на его охлаждение. Преимущество МСЭ - получение большого напряжения 15-20 В на один погонный сантиметр поверхности.

В солнечной электростанции «Эвклид» в Испании с концентратором наибольшей мощностью 480 кВт, чтобы получить напряжение 750 В, которое необходимо для присоединения к бестрансформаторному инвертору, применялись соединенные последовательно планарные солнечные модули из кремния общей длиной84 м. МСЭ напряжением 750 В обладают длиной в 191 раз меньше –0,44 м, МСЭ при этом обладает рабочим током в несколько сотен раз меньше, чем планарные СЭ равной мощности и, как результат, низкие коммутационные потери. Приемник на базе МСЭ длиной84 м будет обладать напряжением 150 кВ и в данном случае СЭС можно подключить к высоковольтной линии электропередач постоянного тока без дополнительных трансформаторов, различных выпрямителей и иных преобразующих устройств.

МСЭ из кремния стоят в несколько сотен раз меньше, чем солнечные элементы на базе каскадных гетероструктур на единицу площади, МСЭ-технология не требует использования многостадийной диффузии, серебра, сеткографии, фотолитографии, текстурирования, эпитаксии и других сложных операций, применяемых на зарубежных заводах.

1.4 Солнечные фотоэлектрические модули

Все технологии производства солнечных модулей, конструкции и материалы, существующие в мире, обеспечивают период службы модулей 25 лет в умеренном климате и 20 лет в тропиках с потерей до 20% мощности к концу периода службы. Причиной является температурная и ультрафиолетовая деградация оптических герметизирующих полимерных материалов – этиленвинилацетата и иных пластиков. Применяемая технология ламинирования солнечных модулей подразумевает вакуумирование, нагрев до 150°С и прессование с расходами электроэнергии 80000 кВт на производство 1 МВт солнечных модулей. В технологии, созданной в ГНУ ВИЭСХ, технология ламинирования и этиленвинилацетат заменены на заливку силиконовой композиции с дальнейшим отверждением компоненты в жидком состоянии в полисилоксановые гели. Время использования солнечных модулей при этом становится в два раза дольше - до 40-50 лет, повышается электрическая мощность модулей благодаря повышенной прозрачности геля и снижению температуры СЭ, сокращаются затраты энергии на изготовление модулей на 70000 кВт. Кроме того, увеличение срока службы в два раза повышает генерирование электроэнергии на 1 МВт максимальной мощности на 20 млн. кВт/ч.

1.5 Цена солнечного электричества

Наименьшая стоимость солнечных модулей на основе кремния на оптовом американском рынке равняется 1250 евро/кВт, на рынке европейских стран – 1700 долл./кВт. Изготовление СЭС под ключ для сетевых организаций стоит 3400 долл./кВт, для собственников домов – 6500 долл./кВт. В конце лета 2010 года минэнергетики США опубликовало программу снижения стоимости изготовления сетевых СЭС к 2012 году до 1000 долл./кВт. Изготовление солнечных модулей стоит около 50% стоимости СЭС, еще в 50% стоимости входит приобретение сетевого инвертора, кабелей, металлоконструкций и монтажно-строительные работы.

В Италии на региональном уровне, а также в некоторых других странах и отдельных регионах России достигнут паритет цен между тарифами на электрическую энергию от сети и ценой электросети от СЭС. Например, в Курской области, Калмыкии, в некоторых регионах Чукотки, Якутии для юридических лиц стоимость электроэнергии равна 7-9 руб./кВт, что равносильно цене электроэнергии от СЭС. Везде, где применяются электростанции на дизельном топливе, тарифы на электроэнергию больше, чем цена электроэнергии от СЭС.

В ближайшем будущем КПД МСЭ из кремния при работе с концентратором увеличится до 25-30%. Но уже сегодня применение новых кремниевых технологий, концентраторов и МСЭ дает возможность создавать солнечные электростанции, способные конкурировать с электростанциями, работа которых зависит от угля.

1.6. Круглосуточное производство электроэнергии из энергии солнца

Проблема постоянного круглогодичного и круглосуточного производства электрической энергии солнечными электростанциями является ключевой в развитии бестопливной глобальной энергетики и обеспечения ее конкурентоспособности с энергетикой на основе топлива. В ГНУ ВИЭСХ созданы и запатентованы глобальные и региональные энергетические системы, дающие возможность вырабатывать и транспортировать электроэнергию населению и потребляющим организациям независимо от времени года и суток.

1.6.1. Российская солнечная энергетическая система

Осуществлено компьютерное моделирование солнечной энергосистемы России из двух СЭС, расположенных в Калининграде или г. Пинске (Республика Беларусь) и на Чукотке, и соединенных с энергетической российской системой. Фотоактивная площадь СЭС с КПД 20% образует квадрат, сторона которого равна25 км. Максимальная мощность каждой из СЭС 125 млн. кВт. Исходными данными для расчета взяты многолетние средние значения инсоляции в местах нахождения СЭС. Солнечная энергосистема дает возможность в течение 5 месяцев с 1 апреля по 1 сентября круглогодично поставлять электрическую энергию в отечественную энергосистему в объеме 500 ТВт. Этот объем энергии удовлетворит потребности России в ней за данный период времени. Еще за два месяца март и сентябрь электроснабжение возможно в течение 22 часов в сутки. Все топливные электростанции при этом в течение 5 месяцев можно будет перевести в разряд резервных, а газ, уголь и нефть, которые будут сэкономлены, поставлять на экспорт.

Если включить в эту единую энергетическую систему СЭС в Туркменистане в пустыне Каракум, то объемы производства электроэнергии за год будут достаточны для снабжения электроэнергией всех стран СНГ в течение 6 месяцев.

Это интересно ...

Последние новости и статьи:

  • Гибкие солнечные батареи Гибкие солнечные батареи Уходя в дальнее путешествие, мы берем с собой различные электронные устройства: радиостанции, телефоны, видеокамеры, фотоаппараты, КПК, GPS-навигаторы и многие другие.
  • Источники солнечной энергии Источники солнечной энергии Первые гипотезы. Геология подтверждает, что Солнце освещало и обогревало Землю сотни миллионов лет назад примерно также как сегодня. Значит, температура
  • Солнечные тепловые электростанции Солнечные тепловые электростанции Существует множество методов преобразования солнечной энергии в электроэнергию. Применение солнечных фотоэлектрических батарей – один из них. Способ хорош мобильностью и
  • Преобразование солнечной энергии Преобразование солнечной энергии Земля ежедневно получает от Солнца энергии по количеству в тысячу раз больше, чем ее генерируют все электростанции мира. Задача заключается


Оставить комментарий