Зміст (стр. 4 )

– можливість отримання високих температур;

– можливість прискорення дії у фотохімічних процесах.

В сонячній енергетиці можна виділити два основних практичних напрями використання сонячної енергії:

– перетворення сонячної енергії в електричну енергію, в тому числі:

• фотоелектричний метод перетворення (електромагнітне випромінювання оптичного діапазону Сонця перетворюється в електроенергію постійного струму);

• термодинамічний метод перетворення (сконцентрована сонячна енергія використовується для одержання пари, яка, обертаючи турбогенератор, виробляє електроенергію);

– перетворення сонячної енергії в теплову енергію, в тому числі:

• опалення;

• гаряче водопостачання.

В Україні, як найбільш перспективні на даний час, визначено такі напрями використання сонячної енергії:

– сонячна електроенергетика або пряме перетворення сонячної енергії в електричну енергію постійного струму за допомогою фотоприймачів;

– сонячна теплоенергетика або безпосереднє перетворення сонячної енергії в низькопотенційну теплову енергію без попередньої концентрації потоку сонячної радіації (для гарячого водопостачання об’єктів, комунально-побутового та технологічного теплопостачання, потреб сільського господарства).

2.2 Сонячна електроенергетика

Сонячна електроенергетика базується на перетворенні сонячної енергії в електричну із застосуванням фотоелектричного та термодинамічного методів. Сонячні електроенергетичні установки (СЕУ) поділяються на:

– фотоелектричні і термоелектричні, в яких енергія сонячного випромінювання безпосередньо перетворюється в електричну енергію постійного струму;

– термодинамічні з багаторазовим перетворенням сонячної енергії: спочатку в теплоту, потім механічну і електричну енергію.

2.2.1 Фотоенергетика

Фотоелектричне перетворення сонячної енергії в даний час є одним із пріоритетних напрямів використання сонячної енергії, що обумовлюється наступним:

– можливістю отримання електроенергії практично в любому районі;

– екологічною чистотою перетворення енергії;

– значним терміном роботи;

– невеликими затратами на обслуговування;

– незалежністю ефективності перетворення сонячної енергії від встановленої потужності.

Одним із шляхів удосконалення фотоенергетики є створення концентруючих фотоелементів. Система концентрації сонячної енергії складається безпосередньо з концентраторів і системи слідкування за положенням Сонця, бо концентруючі фотоелементи сприймають тільки пряме сонячне випромінювання. Сьогодні для створення концентруючих сонячних елементів використовують кремній. Так, на основі кремнію в Австралії створені елементи зі степенем концентрації k = 11 і ККД 20%.

За останні роки фотоенергетика отримала значний розвиток завдяки прогресу у вирішенні основних проблем: підвищення ККД сонячних фотоперетворювачів та зменшення вартості їх виробництва.

2.2.2 Сонячні електростанції

Одним із важливих напрямів сучасної сонячної електроенергетики є централізоване виробництво електричної енергії на сонячних електростанціях (СЕС). Всі сонячні електростанції створюються на основі сонячних теплових енергетичних установок, у яких за допомогою оптичних систем концентрується сонячна енергія для нагріву робочого тіла до температури, яка забезпечує ефективну роботу теплових машин.

Термодинамічні сонячні електричні стації, які найбільш поширені в даний час, базуються на трьох основних принципах:

– СЕС баштового типу (БТ) з центральним приймачем-парогенератором, на поверхні якого концентрується сонячне випромінювання від плоских дзеркал-геліостатів;

– СЕС модульного типу (МТ), в яких у фокусі параболоциліндричних концентраторів (ПЦК) розміщуються вакуумовані приймачі – труби з теплоносієм (парогенератори);

– комбіновані СЕС – це сонячно-теплові електростанції (СТЕС), в яких виробляється електрична і теплова енергія; електростанція того чи іншого типу (БТ або МТ) поєднується з теплоелектроцентраллю.

Найбільш прийнятними в роботі є сонячні теплові електростанції з центральним приймачем, які використовують помірну кількість звичайних конструкційних матеріалів та збільшують вихід енергії в 20-60 разів. Вони можуть конкурувати з традиційними енергетичними установками, і передбачається, о найбільш ефективними вони стануть у майбутньому.

2.3 Сонячна теплоенергетика

У сучасному світі сонячна енергія широко використовується для теплопостачання, включаючи гаряче водопостачання і опалення, а також для холодопостачання, кондиціювання повітря, висушування та в інших технологічних процесах.

Системи сонячного теплопостачання класифікуються наступним чином:

– системи «активного» сонячного теплопостачання, що використовують «активні» установки на основі сонячних колекторів з циркуляцією теплоносія, в якості якого можуть застосовуватися рідина (вода, розчини солей) і газ (повітря);

– системи «пасивного» сонячного опалення, в яких різні конструкційні елементи споруд використовуються в ролі теплоприймачів сонячної енергії;

– комбіновані системи сонячного теплопостачання, в яких використані елементи «пасивного» і «активного» сонячного теплопостачання.

Пасивні сонячні системи є більш простими і дешевими у порівнянні з активними, бо не потребують додаткових пристроїв поглинання, перетворення і розподілення сонячної енергії. Пасивне використання енергії Сонця для опалення будівель відбувається за рахунок планувальних, архітектурно-конструктивних рішень, коли вся будівля може розглядатися як колектор сонячної теплоти.

У пасивній системі повинна бути оптимальна орієнтація будівлі приблизно вздовж осі схід–захід, на південній стороні має бути не менше 50–70% всіх вікон, на північній – не більше 10%, житлові кімнати повинні розташовуватися з південної сторони і т. п. Крім того, передбачаються спеціальні пристрої – дахи–теплонакопичувачі, конвекційні системи тощо.

Активне використання сонячної енергії може бути здійснене за допомогою сонячного ставка. Такі ставки є добрими акумуляторами сонячної енергії. Завдяки тому, що густина сольового розчину в нижніх шарах у порівнянні з верхніми значно вища, у таких ставках практично відсутній конвекційний тепломасообмін, в результаті чого у придонній зоні ставка створюється шар води з високою температурою. Така властивість соляних ставків може бути використаною для отримання електричної енергії.

На активному використанні теплової дії сонячних променів базуються сонячні енергетичні печі, обігрівання басейнів, опріснення морської і засоленої води, отримання дистильованої води, сонячні побутові печі, висушування сільськогосподарських продуктів тощо.

2.4 Потенціал сонячної енергії в Україні

В результаті обробки статистичних метеорологічних даних по надходженню сонячної радіації визначено питомі енергетичні показники з надходження сонячної енергії та розподіл енергетичного потенціалу сонячного випромінювання для кожної з областей України.

Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації, що поступає на 1 м2 поверхні, на території України знаходиться в межах: від 1070 кВт´год/кВ. м в північній частині України до 1400 кВт´год/м2 і вище в АР Крим.

Потенціал сонячної енергії в Україні є достатньо високим для широкого впровадження як теплоенергетичного, так і фотоенергетичного обладнання практично в усіх областях. Термін ефективної експлуатації геліоенергетичного обладнання в південних областях України - 7 місяців (з квітня по жовтень), в північних областях 5 місяців (з травня по вересень). Фотоенергетичне обладнання може достатньо ефективно експлуатуватися на протязі всього року.

В кліматометеорологічних умовах України для сонячного теплопостачання ефективним є застосування плоских сонячних колекторів, які використовують як пряму, так і розсіяну сонячну радіацію. Концентруючі сонячні колектори можуть бути достатньо ефективними тільки в південних регіонах України.

Достатньо високий рівень готового до серійного виробництва та широкий діапазон можливого застосування в Україні обладнання сонячної теплової енергетики показує, що для масштабного впровадження і отримання значної економії паливно-енергетичих ресурсів необхідно лише підвищення зацікавленості виробників до випуску великих партій такого обладнання.

Перетворення сонячної енергії в електричну енергію в умовах України слід орієнтувати в першу чергу на використання фотоелектричних пристроїв. Наявність значних запасів сировини, промислової та науково-технічної бази для виготовлення фотоелектричних пристроїв може забезпечити сповна не тільки потреби вітчизняного споживача, але й представляти для експортних поставок більше двох третин виробленої продукції.

Приведені енергетичні показники з надходження сонячної радіації є базовими при впровадженні сонячного енергетичного обладнання і рекомендуються до використання в першу чергу проектувальниками об'єктів сонячної енергетики для вибору типу обладнання (сонячні теплові, фотоелектричні установки) та для встановлення їх оптимальної потужності і терміну ефективної експлуатації обладнання в конкретній місцевості.

Сумарний річний потенціал сонячної енергії на території України представлений у таблиці 2.1

Таблиця 2.1 – Сумарний річний потенціал сонячної енергії на території України

№ п/п	Області	Потенціал сонячної енергії МВт´год/рік
Загальний потенціал (´109)	Технічний потенціал (´107)	Дорцільно-економічний потенціал (´105)
1	Вінницька	30,8	14,8	2,3
2	Волинська	21,8	10,5	1,6
3	Дніпропетровська	37,6	18	2,8
4	Донецька	33	15,8	2,5
5	Житомирська	32,3	15,5	2,4
6	Закарпатська	15,5	7,5	1,2
7	Запорізька	34,8	16,7	2,6
8	Івано-Франківська	16,4	7,9	1,2
9	Київська	31,5	15,5	2,4
10	Кіровоградська	28,8	13,8	2,2
11	Луганська	34	16,3	2,5
12	Львівська	25,4	12,2	1,9
13	Миколаївська	32,5	15,6	2,4
14	Одеська	45,4	21,8	3,4
15	Полтавська	31,9	15,3	2,4
16	Рівненська	21,8	10,5	1,6
17	Сумська	26	12,5	2,0
18	Тернопільська	16,3	7,8	1,2
19	Харківська	35,4	17	2,7
20	Херсонська	38,4	18,4	2,9
21	Хмельницька	24,3	11,6	1,8
22	Черкаська	24,2	11,6	1,8
23	Чернівецька	9,6	4,6	0,7
24	Чернігівська	34,2	16,4	2,6
25	АР Крим	36,5	17,5	2,7
	Всього	718,4	345,1	53,8