Солнечные электростанции в системе бесперебойного питания. Часть 1

Проблема энергетической зависимости перед человеческой цивилизацией становится с каждым годом все острее. Углеводородные ресурсы иссякают, а серьёзной альтернативы им пока так и не найдено, не считая атомной энергетики. Но Чернобыль и Фукусима значительно снизили доверие к ядерному топливу. В результате Германия начала постепенно останавливать свои реакторы и выводить их из системы энергоснабжения. Приливные, гео- и солнечные электростанции пока могут решать только локальные задачи. Системы, работающие на водороде, т.е. термоядерные, так, как и со времен И.В. Курчатова, находятся в зачаточном состоянии. «Термояд» все еще остается недосягаемым.

Солнечные электростанции в системе бесперебойного питания. Часть 1

Найдется ли замена нефти газу?

Увеличивая производственные мощности и энергетический потенциал, человечество настолько усугубило экологическую ситуацию, что о ней не говорит разве что только ленивый. Промышленные выбросы в атмосферу, отходы, глобальное потепление, постоянные разговоры о ценах на газ и нефть стали ведущими темами политиков и домохозяек.

Человечеству срочно нужен экологически чистый, мощный (в промышленных масштабах) и неограниченный или возобновляемый источник энергии. Если посмотреть на ближайшую к планете Земля звезду — наше Солнце, то покажется, что решение найдено. Но загвоздка в том, что до него полторы сотни миллионов километров. А, главное, каким образом преобразовать его излучение в полезную форму энергии?

В принципе, подсказка уже давно существует в Божественном мироустроении. Все органические типы топлива являются не чем иным, как концентрированной солнечной энергией, да еще в законсервированном виде. Получается, что люди пользуются подарком светила не одну тысячу лет. Только столетие назад ученые нашли способ конвертации накопленной в угле, нефти и газе энергии в универсальное электричество. Оно становится в дальнейшем теплом, светом или видом движения благодаря преобразованию в паро-, электрогенераторах.

И только несколько десятилетий назад появились первые маломощные солнечные электростанции, где происходит преобразование энергии фотонов в электрику.

Принцип действия фотоэлементов и их применение

Миф о том, как Архимед с помощью солнечных лучей уничтожил в Сиракузах вражеский флот, не давал покоя многим поколениям ученых. Но решение пришло совсем с неожиданной стороны — науки о материаловедении и проводимости тока в полупроводниках при облучении их солнечным светом. Таким элементом оказался кремний, но не обычный, а высокоочищенный. В природном состоянии по свойствам он похож на металл, а очищенный до степени 99, 9996% ведёт себя, как полупроводник. Солнечные электростанции стали реальностью. Пока еще небольшие, не мощные, но работающие.

В результате взаимодействия p-n переходов в материале под действием фотонов начинается упорядоченное движение электрических зарядов — электронов. В момент открытия КПД фотоэлементов составлял не более 3%, но и это не помешало создать первые фотоэлектрические преобразователи. Эксплуатационники уже создали кровельные листы.

Пока самое широкое распространение фотоэлектрические инверторы получили в военной сфере и космических исследованиях. Но все больше заметно солнечных панелей на крышах, пока это, к сожалению, касается богатых людей, да, и то — в развитых странах. Но и Россия постепенно набирает обороты. Солнечные электростанции работают в системах:

  • мониторинга магистральных нефте- и газопроводов;
  • питания ретрансляции в пунктах мобильного сообщения;
  • обслуживания государственных энергетических комплексов.

Эффективность применения фотоэлектрических агрегатов в западных странах выше не только потому, что там более приемлемые климатические условия. Прежде всего, там налажен механизм государственного и частного интересов. Ведь в Германии солнечная радиация всего лишь на 10% в год больше, чем в Московской области. А качественные показатели распространения новой технологии выше на порядок.

На русских необъятных пространствах нашли применение пока только независимые или полуавтономные фотопреобразователи, но качество снабжения энергией очень невысокое. Повышение и падение напряжения, перекос фазных нагрузок часто приводит к выходу из строя электрооборудования и общему дискомфорту. Нет смысла напоминать об отсутствии культуры потребления электроэнергии. Энергосбережение стало насущной проблемой лишь на фоне безудержного и часто необоснованного роста цен на свет, когда снижение уровня потребления достигнуто по причине неплатежеспособности.

Во второй части статьи будет рассказано о том, что представляют собой инверторы и как их можно связать с фотопреобразователями.

Зелёный Мир