Влияние на экономику, экологию и занятость населения

Экономика

С экономической точки зрения, применение солнечной энергии может быть как практически бесплатным, когда пассивные солнечные системы интегрируются в план дома или участка земли, так и весьма дорогостоящим, как в случае применения систем солнечного отопления с сезонным аккумулированием теплоты. Приведем ценовые показатели для солнечных отопительных систем:

Примечание:

· Под солнечным коллектором для горячего водоснабжения дома для одной семьи в Северной Европе понимается типовая система, используемая в Скандинавских странах и в Германии (антифризовый носитель, высокий уровень изоляции, замкнутый контур).

· Под системой для частного дома, расположенного в Южной Европе понимается термосифонная система, используемая в Греции. Цены в Центральной и Юго-Восточной Европе значительно ниже.

· Годовой объем производства электроэнергии приводится для условий Северной Европы (кроме южноевропейской системы для частного дома).

· В большинстве случаях использования систем в Северной Европе, солнечные коллекторы заменяет собой газовые или бензиновые обогреватели, КПД которых в летнее время очень низкий (часто 30-50%).

Экология

Собранное солнечными коллекторами тепло заменяет энергию, произведенную при помощи загрязняющих окружающую среду технологий. В этом состоит главный экологический эффект солнечной энергетики. Обычно солнечные коллекторы устанавливают на крышах зданий, при этом они не оказывают никакого влияния на вид и экологию данной местности. Энергия, затраченная на производство солнечного коллектора, равна энергии, которую коллектор производит в течение 1-4 лет.

Вопрос занятости

Большинство рабочих мест в этой отрасли приходится на производство и установку солнечных коллекторов. На опыте Дании, занятость оценивается в 17 человеко-лет на производство и установку 1000 м2 семейных солнечных коллекторов. Эта тысяча квадратных метров замещает 800 МВт·ч первичной энергии (полезная энергия 400 МВт·ч). При сроке эксплуатации коллектора 30 лет, 700 человек будут постоянно заняты на производстве солнечных коллекторов, способных заменить 1 ТВт·ч энергии.

Доля солнечной энергии в национальной энергетике

В принципе, потребность в тепле может быть полностью удовлетворена при помощи солнечной энергии в сочетании с сезонным аккумулированием. Поэтому для этого ресурса не существует абсолютной границы, есть лишь экономические ограничения. В Дании подсчитали, что без сезонного аккумулирования солнечная энергия может обеспечить 13 % тепловой нагрузки, в том числе коммерческое и промышленное потребление. В более солнечном климате эта доля, естественно, больше.

Фотоэлектрическая энергия

Фотоэлектрические элементы вырабатывают электричество с производительностью, изменяющейся в зависимости от уровня солнечной радиации. Фотоэлементы объединяют в модули, которые составляют основной компонент фотоэлектрических систем. Модули рассчитаны на разное напряжение, вплоть до нескольких сотен вольт. Достигают этого путем соединения фотоэлементов и модулей в серии. Для питания электроприборов переменного тока необходимо использовать инверторы.

Коэффициент полезного действия фотоэлементов рассчитывается как процентное соотношение между энергией, поступившей на фотоэлемент и электроэнергией, поступившей к потребителю. Существует отличие между теоретической, лабораторной и практической эффективностью. Важно знать разницу между ними, а для пользователей фотоэлементов, конечно, имеет значение только практический КПД.

Практический КПД фотоэлементов массового производства:

· монокристаллический кремний: 16 - 17%;

· поликристаллический кремний: 14 - 15%;

· аморфный кремний: 8 - 9%.

Фотоэлектрические системы обычно подразделяют на:

1. Автономные системы, которые состоят только из фотоэлектрических панелей. Кроме того, в них могут входить регуляторы и аккумуляторы.

2. Гибридные системы, представляющие собой комбинацию фотоэлементов и дополнительных средств для производства электричества, таких как ветер, дизельное топливо или природный газ. В таких системах часто используются аккумуляторы и регуляторы меньшего размера.

3. Системы, соединенные с электросетью, фактически представляют собой небольшие электростанции, поставляющие электроэнергию в общую энергосеть.

Советы проектировщику

При проектировании фотоэлектрической установки необходимо принять во внимание целый ряд различных факторов, чтобы найти оптимальные решения. Во-первых, необходимо выяснить, сколько энергии требуется от установки. После этого рассчитывается общее суточное потребление в ампер-часах. Из общего суточного и недельного потребления выводится общий объем аккумулирования энергии. Нужно учесть, в течение скольких пасмурных дней установка должна функционировать. И наконец, нужно оценить, сколько потребуется фотоэлектрических модулей, чтобы производить достаточное количество энергии. Фотоэлектрическую установку можно также комбинировать с другими источниками энергии. Удачно сочетаются, например, небольшой ветрогенератор и фотоэлементы. Полученная энергия может сберегаться в свинцовом или никель-кадмиевом аккумуляторе.

Оценка ресурса

Доступная солнечная энергия изменяется в течение дня из-за относительного движения Солнца и в зависимости от облачности. В полдень при ясной погоде энергетическая освещенность, создаваемая Солнцем, может достигать 1000 Вт/м2, тогда как в условиях плотной облачности она может упасть до 100 Вт/м2 и ниже, даже в полдень. Количество солнечной энергии меняется вместе с углом наклона установки и ориентацией ее поверхности, снижаясь по мере удаления от южного направления.

Фотоэлементы заводского производства в продаже имеют определенную номинальную мощность, выраженную в ваттах пиковой мощности (Втп). Это показатель их максимальной мощности в стандартных условиях испытаний, когда солнечная радиация близка к своему максимальному значению в 1000 Вт/м2, а температура поверхности фотоэлемента 25 оC. На практике же фотоэлементам редко приходится работать в таких условиях. Приблизительно мощность (P) фотоэлектрической системы оценивается по формуле:

P (кВт·ч/день) = Pp (кВт) * I (кВт·ч/м2 в день) * P где:
Pp - номинальная мощность в кВт, эквивалентная КПД, умноженному на площадь в м2
I -- экспозиция солнечного излучения на поверхности, в кВт·ч/м2 в день
PR - коэффициент производительности системы.

Среднесуточное значение солнечной освещенности (I) в Европе в кВт·ч/м2 в день (наклон к югу, угол наклона к горизонту 30 градусов) приводится в таблице.

Типичные коэффициенты производительности:

· 0,8 для систем, соединенных с сетью;

· 0,5 - 0,7 для гибридных систем;

· 0,2 - 0,3 для автономных систем, используемых круглый год.