Актуальность применения фотоэлектрических преобразователей в условиях Петропавловска

Аннотация

Устойчивое развитие Республики Казахстан тесно связано с совершенствованием технологий в сфере выработки, передачи и распределения электроэнергии. Указом первого Президента от 17 мая 2003 года была утверждена «Стратегия индустриально-инновационного развития Республики Казахстан», ставящая цель устойчивого развития государства на основе диверсификации и модернизации экономики, создания условий для производства конкурентных видов продукции и роста экспорта.

Энергетика всего мира постепенно переходит на возобновляемые источники энергии. Но на сегодняшний день основными энсргорссурсами остаются нефть, уголь и газ. Модернизация энергетики, в первую очередь, производится на основании выбора оптимального соотношения затрат энергоносителей и потребления электроэнергии. Предпосылками для скорейшего перехода к возобновляемым ресурсам являются текущие экологические проблемы, связанные с изменением климата.

Солнечная энергия относится к возобновляемым ресурсам. Потенциал использования данного источника энергии трудно переоценить. Bcc потребности мировой энергетики могут быть покрыты всего лишь 0,01 % энергии солнца, попадающего на поверхность Земли. Однако, развитию солнечной энергетики препятствуют два фактора: низкий КПД солнечных элементов и относительная дороговизна оборудования. Рассматривая перспективы применения солнечных элементов в том или ином регионе необходимо исследовать потенциальные возможности по получения нужного объема энергии.

Данная статья базируется на исследованиях, проводимых на территории города Петропавловска в течение календарного года.

Введение

На поверхность Земли от Солнца непрерывно поступает достаточно большая энергии, порядка 1 кВт/м². Но, к сожалению, с помощью имеющихся технологий и оборудования удается реализовать только порядка 80 - 100 Вт/м² [1]. По этой причине для выработки электроэнергии используются не отдельные фотоэлементы, а солнечные батареи. И чем большую мощность необходимо получить, тем большую площадь поверхности приходится отводить для размещения оборудования.

Помимо ограничения вырабатываемой энергии площадью преобразователей на объем генерируемых мощностей влияют такие факторы как время суток, облачность, наличие взвесей в воздухе. Так же, при выборе оборудования, важно уделить внимание технологиям производства элементов. Принцип работы фотоэлектрических преобразователей один, но на разных производственных площадях (от разных производителей) получаются элементы с разной удельной мощностью.

Среди параметров солнечных панелей, на которые необходимо обратить внимание при выборе, представлены: площадь, форма, КПД, выходное напряжение и стойкость к изменению атмосферных условий.

Результаты исследования

В проводимом исследовании был выполнен анализ фотоэлектрических преобразователей, имеющихся на мировом рынке и доступных для простого потребителя, то есть среднестатистического жителя города Петропавловск. Помимо выбора оборудования, был произведен анализ солнечной активности на территории города в течении года.

В качестве объекта электроснабжения в исследовании рассматривался дом повышенной комфортности общей площадью 160 м². Предварительно для данного сооружения были рассчитаны показатели потребления электроэнергии за годовой промежуток времени.

Для выбранного сооружения, с учетом коэффициентов отражения поверхностей и одновременности включения была рассчитана мощность потребления осветительной сети. Во всех помещениях используются светодиодные лампы мощностью 15 Вт и световым потоком 1200 лм в количестве 35 штук.

Во внимание принимался не только коэффициент одновременности, но и уровень естественного освещения, зависящий от времени суток и времени года. Результаты расчетов показали, что средняя мощность, потребляемая осветительной сетью в течении года составляет порядка P_cb =150 Вт.

Помимо освещения потребителями электроэнергии в рассматриваемом доме, являются различные приборы, включенные в розеточную сеть. Данные по потребителям приведены в Таблице 1.

Таблица 1 Данные по потребителям розеточной сети

C учетом данных Таблицы 1 средняя потребляемая мощность розеточной сети составила порядка 16 кВт.

Поскольку в году 8760 часов, то годовая потребность в электроэнергии, по результатам расчетов составляет 13 МВт-ч.

Затем был проведен анализ имеющихся на рынке солнечных панелей. Среди претендентов были выбраны наиболее оптимальные по характеристикам и доступные к продаже. В ряду рассматриваемых производителей оказались: АО «Телеком-СТВ», ООО «Хевел», АО «Рязанский завод металлокерамических приборов», АО «НИИ «Квант», ДП «Квазар-7» и «Astana Solar» [2]-[7].

На первом этапе производился выбор оптимального фотоэлектрического преобразователя от каждого производителя. В Таблице 2 приведены основные характеристики выбранных элементов.

Таблица 2 Характеристики солнечных панелей от разных производителей

Наиболее оптимальным, с точки зрения КПД, удельной мощности (Вт/м²) и стоимости, оказался фотоэлектрический преобразователь Hevel-315.

После выбора солнечного элемента стало возможным провести анализ солнечной активности в черте города Петропавловск. По результатам измерения был составлен годовой график солнечной активности (Рисунок 2).

Годовой график вырабатываемой мощности будет иметь такую же форму, как и график солнечной активности.

Исходя из имеющейся солнечной активности, для обеспечения годовых нужд дома в электроэнергии, необходима солнечная батарея из 34 фотоэлектрических преобразователей Hevel-315.

Для размещения такого количества панелей необходима поверхность площадью не менее 57 м². Конструкция имеющейся крыши может расположить на себе такое количество солнечных элементов после небольшой доработки.

Согласно [8], электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, но не потребленную внутренней сетью, можно продавать в сеть по цене 34,61 тенге/кВт-ч. C учетом такой выгоды за год использования солнечной электростанцией, установленной на крыше, появляется положительная разница. Данная сумма влияет на срок окупаемости проекта, который составил порядка 7 лет.

Заключение

На основании проведенного исследования солнечной активности в черте города Петропавловск, потребности в годовой потребляемой электроэнергии, а так же произведенного анализа существующего оборудования, позволяющего преобразовывать солнечное излучение в электрический ток, был сделан вывод о том, что использование современных фотоэлектрических преобразователей в бытовых условиях целесообразно.

Результаты проведенных исследований могут представлять интерес для разработчиков электроснабжения коттеджных поселков в северном регионе Казахстана. Кроме того, популяризация подобных «зеленых» технологий, используемых в бытовом секторе, позволит улучшить качество электроснабжения, понизить долю выработки электроэнергии традиционными методами, что, в свою очередь, благоприятно скажется на экологической обстановке в регионе.

Литература:

1. Солнечная энергия. Цифры и факты. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=71520.
2. Солнечные элементы и модули. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.telstv.ru/?page=ru_solar_modules.
3. Солнечные модули Хевел. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https ://www. hevelsolar. со m/catalog/ Solnechnye -moduli/.
4. Солнечные фотоэлектрические модули. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rmcip.ru/solarcells/category/id/23.
5. Наземная фотоэнергетика. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://npp- kvant ru/продукция/.
6. Солнечные модули. Товары и услуги компании «ДП «Квазар-7». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://kvazar7.com/g7924681-solnechnye-moduli.
7. Производимая продукция. Фотоэлектрические модули. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http ://astanasolar.kz/ru/proizvodimaya-produkciya.
8. Постановление Правительства Республики Казахстан от 12 июня 2014 года № 645 «Об утверждении фиксированных тарифов».