Перспективи розвитку геліоенергетики

На станції працює всього 20 робітників. Обслуговуючи й  охороняючи СЕС, вони пересуваються  на квадроциклах: 160 гектарів пішки  обходити швидко набридне.

Сонячний парк “Охотникове” оснащений таким чином, щоб перетворювати електроенергію з надзвичайно малими витратами напруги. Для цього на території СЕС функціонують 148 інверторних станцій, кожна з яких обслуговує близько 2,5 тисяч сонячних модулів. Один такий модуль коштує близько $300. Кожна станція містить два інвертори (для отримання змінного струму), що працюють в автоматичному режимі. Максимальний вихід електроенергії можна отримати при температурі повітря +25 градусів і, звичайно, у сонячний день. Загалом, за період роботи сонячний парк «Охотникове» уже виробив більше 12 мільйонів кіловат-годин «чистої» електроенергії .

Cонячна електростанція  “Охотникове” – не останнє  нововведення у “зеленому тарифі”  України. Згідно з програмою  енергозбереження АРК на 2010–2014 рр., «Activ Solar» може збільшити потужність станцій у Криму до 300 МВт. Також на цей період заплановано довести потужність геліоелектростанції у с. Родникове до 20 МВт, побудувати станції потужністю 100 МВт у селах Трудовому та Перовому.

Проект заводу «Квазар» - фотоелектрична станція(ФЕС) на острові Зміїний, у Чорному морі. До 2006 щорічно на енергозабезпечення маяка, розташованого на острові, держава виділяла майже мільйон гривень. Проте було запропоновано вирішення проблему за 570 тисяч. Було встановлено 60 фотоелектричних модулів. Прогнозований мінімальний термін експлуатації сонячних батарей —економія у 50 млн. грн. Важливо, що робота фотоелектричної станції не вимагає додаткового персоналу з експлуатації та обслуговування. Таким чином було розв’язане питання доставки пального на острів Зміїний.

Рис. 6. Фотоелектрична станція на острові Зміїний

На Рівненщині, у місті  Острог встановилено перший в Україні ліхтар, який працює на сонячних батареях. Фахівці заводу «Квазар» також пропонують населенню україни, власникам будинків, оцінити переваги альтернативної енергетики. Вони встановлюють системи сонячного енергозабезпечення офісних приміщень, приватних котеджів та заміських будинків. Така автономна фотоелектрична станція обійдеться вам у 15-25 тисяч доларів. Проте, як запевняє директор департаменту сонячної енергетики ПАТ «Квазар» Олександр Прокопенко, станція окупить себе за 7—10 років і протягом 25 років безперебійно забезпечуватиме будинок електроенергією.

Рис. 7. Сонячна батарея на даху будинку.

 

3.2. Оцінка та порівняння  використання сонячної енергії по регіонах України.

Щорічно на територію України надходить 720 млрд МВт·год сонячної енергії, що дорівнює 88400 млн ту. п. Це значно перевищує  сучасне споживання енергії нашою  країною. Потенціал сонячної енергії в Україні є достатньо високим для широкого впровадження як теплоенергетичного, так і фотоенергетичного обладнання практично у всіх регіонах України.

Потенціал сонячної енергії в Україні  наведено в табл. 1 .

Таблиця 1.

Загальний потенціал		Технічний потенціал		Доцільно економічний  потенціал
кВт·год/рік	т у. п./рік	кВт·год/рік	т у. п./рік	кВт·год/рік	т у. п./рік
720·1012	88,4·109	3,46·1012	0,72·109	5,4·109	0,9·106

 

Перспективним джерелом тепла, в першу чергу для гарячого водопостачання, в Україні є енергія сонця. У деяких районах інсоляція (відношення кількості сонячної радіації до одиниці площі поверхні) досягає значних величин: від 3,85 ГДж/м2 на півночі країни до 4,99 ГДж/м2 в Крим

Рис. 8. Розподіл сонячної енергії по регіонах України (для кожного регіону наведені значення за весь рік і за півріччя: квітень - вересень)

Досвід раціонального використання енергії Сонця доводить, що обсяги сонячної радіації на території України складають приблизно 3,48 МВт * год на рік, що еквівалентно 0,72 млрд. т. умовного палива.

Значна частина території України характеризується середньою інтенсивністю сонячної радіації. За реальних умов хмарності річний прихід сумарної сонячної радіації знаходиться на рівні 1050 –·1450 кВт·год/м при загальному збільшенні з півночі на південь. При цьому внесок розсіяної радіації становить 40-50 %.

Можна виділити найбільші показові райони, кВт·год/м2:

Таблиця 3.

Волинський	980	Закарпаття	1160
Хмельницький	1030	Донецький	1180
Чернігівський	1080	Херсонський	1280
Сумський	1110	Одеський	1290
Київський	1110	Крим	1450

 

Перш ніж починати будівництво геліоенергетичні установки, слід оцінити її економічну ефективність, тобто розрахувати обсяги необхідних витрат, розрахувати кількість зекономлених енергоресурсів (палива та електрики) та термін окупності інвестицій. Для цього можна скористатися узагальненими оцінками економії споживаного палива та електроенергії в різних регіонах країни при використанні сонячних колекторів, віднесеними до 1 м2 площі сонячного колектора.

Рис. 9. Оцінка економії споживаного палива та електроенергії в різних регіонах країни при використанні сонячних колекторів (блакитний - кг у.т./м2 * рік, фіолетовий - КВт * час/м2 * рік).

На малюнку 2 зліва  нанесені значення економії споживаного  умовного палива, праворуч - відображають економію електроенергії при використанні системи сонячного гарячого водопостачання замість нагріву води електрикою. Наведені показники відповідають орієнтованої на південь під кутом 30 ° до горизонту поверхні сонячного колектора площею 1 м2 з одним склом. Знаючи вартість одиниці палива або електроенергії, можна обчислити ефективність застосування і термін окупності сонячної установки того або іншого типу. 
В Україні є кілька виробників геліоенергетичного обладнання. Плоскі сонячні колектори випускають «Спецгеліомонтаж» і «Югстальмонтаж» з Криму, ємнісні сонячні водонагрівачі об'ємом 100л - «Укргеліопром» і «Нові технології» з Одеси. АТ «Пластмаш» пропонує універсальні теплоелектричними сонячні установки типу тесу-3С, які забезпечують нагрівання 200л води на добу і роботу люмінісцентних світильників від батареї акумуляторів, яка постійно підзаряджається. Сучасні електричні сонячні установки випускає київське підприємство «Солар КВ». Ряд підприємств в різних містах України (Київ, Донецьк, Харків, Львів, Ужгород, Одеса) планують незабаром запустити виробництво сонячних колекторів для гарячого водопостачання продуктивністю від 50 до 1000л на добу.

За перспективними оцінками економічно обґрунтований потенціал  сонячного випромінювання в Україні  становить: для виробництва електричної енергії – близько 2 млрд кВт·год/рік, для теплопостачання – близько 26 млрд кВт·год/рік.

3.3. Розрахунок вартості підігріву води звичайним бойлером та сонячним колектором.

E = Q = m*с*(t2-t1)

Візьмемо 1 м³= 1000кг;

m = 1000, кг

Питома теплоємність: с = 4200 кДж/(кг*К)

Бажана температура: t2 = 60     

Початкова температура: t1=10

E = 1000*4200*50 = 210 000 000 Дж

1 кВт·год = 3 600 000 Дж

Н = 58.3кВт.год

Для нагріву 1 м³ води від 10 до 60 градусів необходно 58.3 кВт.год электроэнергії.

При ККД бойлера близбко 100%.

Так, розрахуємо вартість

Початкові показання лічильника 500 кВт * год

Кінцеві свідчення 558 кВт * год

різниця для оплати, споживання 58 кВт * год

Граничне значення 150 кВт * год

Оплата до 150 кВт*год,грн. (тариф 0.2502 грн/кВт*год) = 16,25 грн за 58 кВт*год.

Це при умові, що споживання не перевищило 150 кВт*год(В1) та 800 кВт*год(В2): зі збільшенням споживання збільшується вартісь за 1кВт*год - 0.3648 грн/кВт*год та 0.9576 грн/кВт*год відповідно.

ККД сонячного колектора в першому наближенні може бути розрахований за такою формулою:

де η - розрахункове значення ККД, η0 - номінальний (оптичний) ККД  установки при нормальних умовах, k - коефіцієнт, що залежить від типу і теплоізоляції колектора (тепловтрати), ΔT - різниця температур теплоносія та навколишнього повітря (гр. С), E - інсоляція (Вт / кв.м.).

Дані для деяких типів  колекторів наведені нижче у таблиці.

Таблиця 2.

 

Тип колектора	Номінальний ККД η0	Коефіцієнт k
Плоский сонячний колектор	72-75	3-5
Вакуумний сонячний колектор з тепловими трубками	60-67	0,7-1,1
Пластиковий сонячний колектор	50-60	до 80

Показником ефективності колектора сонячної енергії є  його ККД, що обчислюється за виразом, який може бути використаним для оцінки значення ККД за визначений проміжок часу (година, доба, місяць, рік):

де Q_k – теплопродуктивність колектора, МДж; E_k – кількість сонячної енергії, що надходить на 1 м² поверхні сонячного колектора, МДж/м ; F – площа поверхні абсорбера колектора.

Теплопродуктивність сонячного  колектора (МДж) визначається за виразом де

Де m – секундна витрата теплоносія, кг/с; c_p – питома масова теплоємність теплоносія, кДж/(кг·°С); t₁, t₂– відповідно температура на вході і виході з абсорбера, °С; T– час, за який визначається ККД, с.

Для розрахунку кількості  сонячної енергії, що надходить на похилу променепоглинальну поверхню, необхідно  знати кути падіння сонячних променів на похилу і горизонтальну поверхні в даній точці Землі. Для одержання  максимальної кількості сонячної енергії  за розрахунковий період сонячний колектор варто встановити в похилому положенні з оптимальним кутом нахилу до обрію. При цьому кут падіння сонячного випромінювання на похилу поверхню з південною орієнтацією обчислюється за виразом

де j – широта місцевості; b – кут нахилу сонячного колектора до обрію; w –

часовий кут Сонця; d – відмінювання Сонця.

Кут w= 0 у сонячний полудень (коли Сонце знаходиться в зеніті), а в 1 год

– відповідно 15 °. Відмінювання Сонця d – це кут між лінією, що з'єднує центри

Землі і Сонця, та її проекцією на площину екватора. Відмінювання Сонця d

протягом року безупинно  змінюється від мінус 23°27' у день зимового

сонцестояння (22 грудня) до плюс 23°27' день літнього сонцестояння (22 червня) і

дорівнює нулю в дні  весняного й осіннього рівнодення (21 березня і 23 вересня).

Відмінювання Сонця  в будь-який день визначається за виразом

Де n – порядковий номер дня, відлічуваний від 1 січня. n

Середньомісячне денне  надходження сонячної енергії на похилу поверхню сонячного колектора  можна розрахувати за виразом

де R – коефіцієнт перерахування сумарного потоку сонячної енергії з

горизонтальної поверхні на похилу поверхню; R – середньомісячна денна

сумарна кількість енергії, що надходить на горизонтальну поверхню,

МДж/(м·день).

 

3.4.Висновки.

У нашій країні історично склалися умови, сприятливі для розвитку промислового виробництва сонячної електроенергетики та її технічних засобів. Ми маємо достатню кількість сумарної сонячної радіації, неабиякий практичний досвід та могутній науковий потенціал. Україна може розвивати проекти в галузі сонячної енергетики за рахунок власного виробництва сонячних панелей. А багаті поклади кремнію дали можливість нашій державі стати одним з найбільших у Європі виробників сировини для потреб геліоенергетики. Досягнення не змушують на себе чекати. Станом на грудень 2011 року потужність сонячних електростанцій України сягнула вже близько 188 Мвт, а розвиток цієї галузі віднесено до пріоритетних національних проектів.

Завдяки використанню енергії  сонця ми отримали шанс на майбутнє. Відкритим залишається питання, чи вистачить розуму скористатись ним.

Витрати для споживання електроенергії, виробленої вняслідок  роботи геліоустановок становлять лише фактична ціна матеріалів на продукцію:

• Плоский сонячний колектор ціна 1м2: від 150 євро до 700 євро за 1м2.
• Вакуумний сонячний колектор ціна 1м2: від 250 євро до 1200 євро за 1м2.

Також витрати становитиме ремонт геліосистем.