DOI 10.57112/22022-42

УДК 621.311.25

АКТУАЛЬНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В АЛТАЙСКОМ КРАЕ

Колодченко Никита Владимирович

Павличенко Илья Александрович

Аннотация:

Статья посвящена актуальной на сегодняшний день проблеме, которая возникла из-за роста энергопотребления во многих уголках России. Данная проблема - нехватка электрических мощностей. Для решения этой проблемы нужно рассмотреть использование альтернативных источников энергии, которые смогут модернизировать имеющуюся систему. Наглядно показан принцип работы солнечных батарей и солнечных коллекторов и их различия. Выявлены достоинства солнечной энергетики относительно традиционной, также особой внимание было уделено недостаткам солнечной энергетики. Рассчитан оптимальный угол наклона солнечных панелей в определенный месяц. Алтайский край обладает достаточно благоприятными условиями для размещения солнечных электростанций, за счёт уровня инсоляции и погодных условий. Сделан вывод, почему солнечная энергетика способна улучшить нашу систему энергоснабжения.

Ключевые слова: солнечная энергетика, инсоляция, солнечные батареи, солнечные коллекторы, Алтайский край.

Энергосистема, построенная с использованием возобновляемых источников энергии, это то будущее, к которому мир стремится на протяжении многих лет. Это безопасный способ получение энергии, экономичный, а самое главное неисчерпаемый.

О применении солнечной энергии в бытовых и производственных нуждах было известно с древних времён. Еще в древней Греции солнечная энергия использовалась для обогрева и освещения жилищ, приготовления пищи, а правильная архитектурная застройка городов позволяла освещать солнечным светом улицы поселений большую часть светового дня.

Известно, что в 214 – 212 годах до н.э. при осаде города Сиракузы римский флот был уничтожен «огненным лучом Архимеда». Система зеркал, предположительно из медных пластин, располагалась по береговой линии и одновременно фокусировала отраженный солнечный свет на одном из вражеских кораблей. Несколько минут было достаточно, чтобы деревянные корабли охватывало пламя, смола, которой пропитывались корабли в разы ускоряла горение и не оставляла шанс погасить огонь [1].

Использовать солнечные лучи человек умел всегда, даже с помощью обычных инструментов, однако в конце прошлого столетия были изобретены устройства, которые поменяли отношение к этому ресурсу буквально с ног на голову – это солнечные панели, правда, им до сих пор не удалось заменить собой традиционные источники. Солнечные панели – основа любой солнечной электростанции.

Солнечная электростанция (СЭС) – это инженерное сооружение, выполняющее преобразование солнечной радиации в электрическую энергию. Назначением СЭС является преобразование солнечной энергии в электрическую для ее отпуска в единую энергетическую систему (ЕЭС). В общем виде устройство СЭС представлен на рисунке 1 [2].

Рисунок 1 – Использование энергии солнца для получения электрической энергии

Наиболее эффективно использование сетевых СЭС не только для собственных нужд, но и для отдачи  (продажи) избытка выработанной электроэнергии, производимой фотоэлектрическими панелями, сельскохозяйственным потребителям.  Так, математическое моделирование (на примере сельского жилого дома в Республике Марий Эл) фотоэлектрической установки для электрификации сельских районов  позволило сделать следующие выводы:

- избыточное производство электроэнергии по сравнению с потреблением возможно в течение месяцев с наибольшей мощностью солнечной радиации;

- использование солнечной системы слежения может увеличить годовую производительность фотоэлектрической установки на 19,8 %;

- наиболее эффективными с точки зрения производимой электроэнергии являются концентраторные фотоэлектрические системы. Годовой объем электроэнергии, передаваемой в электрическую сеть при использовании концентраторов, в три раза превышает аналогичный показатель для системы с фотоэлектрическими панелями, установленными под фиксированным углом наклона [3].

Актуальной является проблема уличного освещения в сельских населённых пунктах. Существует множество учётом различных факторов, препятствующих использованию существующих электрических сетей для обеспечения систем наружного (уличного) освещения электроэнергией в сельской местности. Не всегда возможно строительство такой сети, часто это сопряжено с большими капитальными затратами, а в некоторых случаях может быть и нецелесообразно. Одним из путей решения проблемы уличного освещения, является исполь­зование электроэнергии, получаемой от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) [4].

Ещё одно важное направление развития солнечной энергетики – это микрогенерация. Согласно закона «О внесении изменений в Федеральный закон «Об электроэнергетике» в том числе развития микрогенерации» с 2020 года любой гражданин России может стать владельцем собственной электростанции. Речь идет не просто об экономии – ведь оборудовать свой дом ветрогенератором или солнечными батареями и раньше никто не запрещал. Но, теперь любой частник сможет продавать излишки электроэнергии городским сетям [5].

Также, солнечную энергию можно преобразовать не только в электрическую, но и тепловую. Установки, преобразующие солнечную энергию в тепловую энергию, называются солнечными коллекторами. Типовая схема такой установки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Использование энергии солнца для получения тепловой энергии

В настоящее время на рынке представлено множество различных моделей солнечных коллекторов. Их можно разделить на несколько категорий. Например, существует несколько типов коллекторов в зависимости от температуры, которую они способны обеспечить:

- низкотемпературные коллекторы производят низкопотенциальное тепло ниже 50 °C. Они используются для нагрева воды в бассейнах и в других случаях, когда требуется не слишком горячая вода.

- коллекторы средней температуры выделяют тепло с высоким и средним потенциалом (выше 50 °C, обычно 60-80 °C). Обычно это застекленные плоские коллекторы, в которых передача тепла производится с помощью жидкости, или коллекторы-концентраторы, в которых концентрируется тепло. Представителем последнего является вакуумный трубчатый коллектор, который часто используется для нагрева воды в жилом секторе.

- высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и в основном используются энергогенерирующими компаниями для производства электроэнергии для электрических сетей.

В общем случае, к достоинствам солнечной энергетики можно отнести: экологически чистый способ получение энергии, неисчерпаемость данного источника, доступность производства и низкая себестоимость. Но, есть и определенные недостатки: низкое КПД, зависимость от географического расположения и зависимость вырабатываемой электроэнергии от погодных условий.  

Ввиду бурного развития рекреационной деятельности, большого количества туристических баз и населенных пунктов, в которых отсутствует централизованное энергоснабжение, целесообразно рассмотреть внедрение систем солнечной энергетики в Алтайском крае. При этом следует учесть тот факт, что Алтайский край имеет довольно высокий уровень инсоляции, который составляет около 4,14 кВт·ч/·сутки (рисунок 3).

Применение солнечной энергетики, вероятно, приведёт к снижению расходов на завоз топлива для удаленных электростанций и повысит надёжность доставки электроэнергии.

Рисунок 3 – Инсоляция российских регионов

Конечно, Алтайский край в зимний период времени порой имеет довольно суровые погодные условия. Однако солнечные электростанции способны работать от -40 ºС до +65 ºС. Из-за довольно продолжительного зимнего периода решается проблема перегрева солнечных панелей, тем самым увеличивая их срок службы (таблица 1) [6].

Таблица 1 – Показатели солнечной инсоляции и угла наклона солнечных панелей в течении года [3]

Заключение:

Внедрение солнечных электростанций является актуальным и целесообразным решением. Использование гелиоэнергетических ресурсов для генерации электроэнергии на солнечных электростанции на территории Алтайского края позволит решить проблематику в энергохозяйстве страны.

Список используемой литературы

1. Жабин, Н. И. Солнечная энергия - энергия будущего / Н. И. Жабин, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 203-206. – EDN WFEQOJ.

2. Овчаров, М. О. Классификация солнечных электростанций по установленной мощности солнечных модулей / М. О. Овчаров, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 245-253. – EDN ULMUMV.

3. Пьянзина, Н. Н. Математическое моделирование фотоэлектрической установки для электрификации сельских районов / Н. Н. Пьянзина, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры "«Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 272-278. – EDN RYYCFX.

4. Овчаров, М. О. Применение возобновляемых источников энергии для уличного освещения в сельской местности / М. О. Овчаров, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 241-244. – EDN XNUFCN.

5. Жук, В. Л. Перспективы развития микрогенерации мира и России / В. Л. Жук, В. И. Сташко // Интеллектуальная энергетика : Сборник научных статей кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» АлтГТУ им. И. И. Ползунова / Сост. С. О. Хомутов, В. И. Сташко. – Барнаул : ООО «МЦ ЭОР», 2021. – С. 237-240. – EDN ASHJDJ.

6. Разработка собственной микрогенерации промышленного предприятия на основе солнечной электростанции, 2018. – URL: https://www.altstu.ru/media/f/Gladkih-I.D_1.pdf.

7. Альтернативная энергетика. Значение солнечной инсоляции в г. Барнаул (Алтайский край) // ООО «БЕТАЭНЕРДЖИ». – URL: https://www.betaenergy.ru/insolation/barnaul/.

Информация об авторах

Павличенко И. А. – аспирант кафедры ЭПП, Колодченко Н. В. – студент группы Э-91, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

-