Солнечные фотоэлектрические элементы и модули

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Основной целью работы является анализ и применение фотоэлектрических преобразователей в энергоснабжении, их особенностей и недостатков, методов повышения их эффективности, оценки работоспособности и возможности применения в энергорынке.

Основные задачи исследования:

1. 
   Анализ состояния проблем и современных путей их решения.
   
2. 
   Анализ методов повышения эффективности фотоэлектриче-ских преобразователей.
   
3. 
   Расчетный эксперимент.
   

3. Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП)

Отдельный фотоэлектрический преобразователь – это полупровод-никовый прибор, который преобразовывает энергию фотонов в электрическую энергию. Преобразование энергии света в электричество происходит на уровне атомного строения тела. Кремний является наиболее распространенным материалом для изготовления ФЭП. Каждый отдельный ФЭП способен вырабатывать напряжение сравнительно малой величины (около 0,5 В), поэтому отдельные элементы собирают в модули, а модули в панели (рис. 1)[4].

Рисунок 1 – Солнечная панель, модуль и фотоэлектрический преобразователь.

Солнечная батарея вырабатывает электроэнергию при попадании на её поверхность солнечного света, это значит, что в ночное время суток солнечная панель не генерирует электричество. Но, как правило, нам необходима электроэнергия круглые сутки, поэтому в систему солнечных панелей вводиться блок аккумуляторных батарей. По своему назначению он выполняет функцию, накапливание электроэнергии в момент ее излишка, и отдает в момент ее нехватки.

Рисунок 2 – Типовая схема подключения солнечной панели.


4. Показатели развития солнечной энергетики в мире

Мировые мощности солнечных станций состоят из фотоэлектрических (преобразование солнечной энергии непосредственно в электрическую) и тепловых солнечных станций (могут вырабатывать как тепло, так и электроэнергию)[5].

По данным BP, в 2012 году в мире установленная мощность солнечных фотоэлектрических станций составила 100,1 ГВт – это менее 2% суммарного показателя по всей электроэнергетике мира (данная доля увеличилась с 0,2% в 2007 году). Основной прирост мощностей фотоэлектрических станций произошел за последние 5 лет, когда их объем вырос в 10 раз (рис. 3).


Рисунок 3 – Развитие фотоэлектрической отрасли в мире (слева) и страны-лидеры по установленным мощностям фотоэлектрических станций (справа).

Еще более низка роль фотоэлектрических станций в производстве электроэнергии, что, в первую очередь, вызвано их сравнительно низким коэффициентом (около 30%) использования мощностей по сравнению с другими видами электростанций (ТЭС, АЭС, ГЭС и др.). Так, по данным МЭА, в 2011 году в мире на солнечных электростанциях было произведено 61,2 млрд. кВт×ч электроэнергии, или 0,28% суммарного мирового производства электроэнергии. Для сравнения, данный объем более чем в 2 раза меньше показателя выработки электроэнергии на ГЭС в России.

Основные мощности фотоэлектрических станций в мире расположены в небольшом количестве стран-лидеров: в 2012 году первые 7 стран обладали 80% суммарных мощностей.
Наибольшее развитие фотоэлектрическая отрасль получила в Европе, где расположено 68% мировых установленных мощностей. Единоличным лидером в регионе является Германия, на которую приходится около 33% мировых мощностей, за ней следуют Италия, Испания и Франция.
Из неевропейских стран в 2012 году в Китае, США и Японии располагались мощности солнечной энергетики по 7-10 ГВт. В последние годы особенно быстро развитие солнечной энергетики происходит в Китае, где суммарная мощность фотоэлектрических станций выросла в 10 раз за 2 года – с 0,8 ГВт в 2010 году до 8,3 ГВт в 2012 году.
По данным RenewableEnergyPolicyNetworkforthe 21st Century (REN21)[6], в 2012 году мировые установленные мощности по солнеч-ной тепловой энергетике составляли 255 ГВт тепловой мощности (большая часть приходится на Китай). В структуре мощностей основную роль играют станции, нацеленные на обогрев воды и воздуха.
Солнечная энергетика в России находится на стадии становления. Первая фотоэлектрическая станция мощностью 100 кВт была введена в строй в 2010 году в Белгородской области. Поликристаллические солнечные панели для станции закупались на Рязанском заводе металлокерамических приборов. В настоящее время рассматриваются различные проекты в этой сфере, в том числе в Ставропольском и Приморском краях, Челябинской области[5]. фотоэлектрический преобразователь электроснабжение