Создание комбинированных солнечных PVT электростанций Нестеренков А.Г. АО «КазНИИ Энергетики имени академика Ш.Ч.Чокина» В 2012 году в фотовольтаику было инвестировано $137,7 млрд, или 57 % от всех вложений в альтернативную энергетику. 1 к Втчас её установленной мощности в среднем стал стоить долл. Обширные инвестиции в оборудование по производству фотоэлементов, сделанные до 2012 года привели к росту в следующем году производства солнечных батарей на 10%. По материалам Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии.Объединенного исследовательского центра Европейской комиссии

Предпосылки для развития концентраторных солнечных электростанций в Казахстане Солнечная инсоляция в южных областях Казахстана превышает в среднем 4,5 к Втчас/м 2 в день. Энергетический потенциал ветра также высок. По этим показателям Казахстан относится к государствам с благоприятными условиями для развития солнечной энергетики. РК обладает огромными и доступными для ведения сельского хозяйства территориями, но с практически полным отсутствием на них тепловых и электрических сетей. Обеспечить жителей этих территорий электричеством и теплом можно за счет инсталяции относительно недорогих солнечных фотомодулей и коллекторов, а также ветрогенераторов и обязательно с запасным источником энергообеспечения - дизель-генератором или малым котлом на твердом топливе с когенерацией. Производство фотоэлементов является чрезвычайно вредным для окружающей среды и затратным для промышленности. Одним из направлений снижения удельных затрат на получение энергии из солнца является уменьшение числа относительно дорогих фотоэлементов и фокусировка на их поверхности солнечного излучения, а также утилизация выделяемого ими тепла. Это направление является новым для всех занимающихся солнечной энергетикой фирм, поэтому Казахстан находится на одной линии старта со всеми и в состоянии завоевать свою долю молодого рынка технологий и оборудования. Инсталляция солнечных электростанций с концентрацией света улучшает экологию и отвечает решениям Киотского протокола по снижению выбросов в атмосферу окислов углерода. В Казахстане построены заводы по получению из отечественного кремниевого сырья по технологической цепочке - металлургический кремний - солнечный кремний – кремниевые пластины - фотоэлементы - фотомодули. Развитие производства комбинированных солнечных электростанций обеспечит гарантированный сбыт до 10 % продукции завода по изготовлению фотоэлементов.

Способы преобразования солнечной энергии В АО «КазНИИ Энергетики имени академика Ш.Ч.Чокина» разрабатывает новый дизайн солнечной электростанции с концентрацией излучения на поверхностях перемещаемых за солнцем фотоэлементов и коллектора с селективным покрытием. Дополнительные капиталовложения на приобретение и монтаж концентраторов, трекеров, контроллера слежения за солнцем, деталей циркуляционного контура теплоносителей окупаются в течение трех лет за счет увеличения на % годичной выработки энергии в сравнении с неподвижными установками без концентрации. Кроме того, потребитель даже в зимний сезон года получает на выходе бойлера горячую воду для хозяйстенных нужд и отопления.

Солнечная электростанция содержит три преобразователя солнечной энергии – кремниевые фотоэлементы, работающие от концентрированного излучения 70 х 25 мм и без концентрации 125 х 125 мм, коллекторы с селективным покрытием и термогенераторы. Термогенератор TEC , 12 Вт Стоимость 20 долл. Average Power (Watts): 1.8 W Average Current (Amps): 3.6 Amps Exact dimension: 80 mm х 150 mm Стоимость 1 долл. Инновационные патенты РК : от « Солнечная энергетическая установка », от г. « Солнечная PVT электростанция », от Способ сжигания твердого топлива и печь для осуществления способа. Использование кремниевых фотоэлементов относительно большой площади сняло непреодолимую проблему для отечественного машиностроения - обеспечение прецизионного слежения концентраторов за солнцем по двум координатам Стоимость 32 долл. Стоимость 380 долл.

Схема получения тепла и электричества от солнечной электростанции

Выходные технические характеристики солнечной электростанции При слежении за солнцем платформа занимает в плане площадь не более 13,5 м 2. Пиковая мощность фотоэлементов без концентрации 160 Вт Термогенераторы типа ТЕГ установлены вдоль поверхности коллекторов и выдают до 0,2 к Вт электроэнергии. В итоге пиковая электрическая мощность станции достигает 1 к Вт. Селективное покрытие коллектора наноситься с применением вакуумной технологии и имеет отношение коэффициента поглощения излучения солнца к собственному тепловому 11. Фотоэлементы нового поколения (институт Фраунгофера КПД 0,2) с апертурой концентратора 4,4 м 2 выдают пиковую электрическую мощность 0,84 к Вт и тепловую 2,3 к Вт. Коллектор с апертурой концентратора 6,7 м 2 при КПД 0,75 вырабатывает пиковую тепловую мощность 5,2 к Вт. Разработан способ изготовления зеркал концентраторов, достигнута эффективность отражения света на 2 мм стекле 87%

Оценка себестоимости изготовления концентраторной солнечной электростанции Материалы и комплектующие 240, изготовление, монтаж и тестирование 150. Итого себестоимость 390 тыс. тенге. С учетом НДС и прибыли изготовителей ориентировочная цена концентраторной солнечной электростанции на внутреннем рынке 500 тыс. тенге. При годовой инсоляции солнца 1560 к Втчас/м 2 (г. Капчагай) количество вырабатываемой электроэнергии за год составляет 1660 к Втчас, а тепловой к Втчас. При цене за электроэнергию 15 тг/к Втчас величина стоимости электрической энергии, выработанной за год составляет тенге. При цене тепловой энергии 3,9 тенге/ к Втчас стоимость тепловой энергии за год составит тенге. В сумме величина стоимости выработанных электроэнергии и тепла за год составляет 72 тыс. тенге. Солнечная электростанция окупается через 500/72 6,9 лет.

Конкурентоспособность комбинированных солнечных электростанций с малой концентрацией излучения определяется следующим: Производство стекла для концентраторов толщиной 2 мм значительно менее вредно для окружающей среды, чем производство фотоэлементов той же площади, а стоимость стекла с зеркальным покрытием в несколько раз ниже стоимости фотоэлементов; преобразование солнечной энергии в электричество однослойными фотоэлементами, работающими при десятикратной концентрации достигает теоретического предела по КПД - 21%, и остальную ее часть в виде выделяемого на фотоэлементах тепла целесообразно утилизировать с применением жидкого теплоносителя; благодаря охлаждению фотоэлементов теплоносителем увеличивается выход электроэнергии на единицу площади, занимаемую ими применение концентрации солнечного излучения значительно снижает не только число самих фотоэлементов, но и энергозатраты при проведении монтажа и количество расходных материалов (герметики, пленка для ламинации, медные проводники, припой и т.д.), а также время на тестирование фотомодулей ; включение ветрогенератора в комплекс солнечной электростанции переводит дорогостоящее оборудование (контроллеры, аккумуляторы, силовые шины отбора мощности, инверторы) в круглосуточный режим работы, что снижает капитальные затраты на ввод и эксплуатацию интегрированного комплекса при выработке той же энергии в сравнении с раздельной инсталяцией солнечной и ветровой установок.

выводы Достигнут максимальный коэффициент использования оптической апертуры на единицу площади подвижной платформы концентраторов с фотоэлементами и коллекторами. Увеличивается количество преобразованной солнечной энергии, полученной в течение года в виде тепла и электричества на 30%. Концентраторы изготавливаются из недорогих стеклянных пластин с нанесенным зеркальным слоем и устанавливаются вдоль площади апертуры рам из металлического профиля. Применение низконапорного циркуляционного контура и фотоэлементов относительно большой площади с охлаждением тыльной стороны в проточном канале дает конкурентные преимущества: упрощается технология сборки, повышается надежность герметизации фотоэлементов, стекла и электрических соединений, снижается себестоимость производства; отсутствие перепада давления с внешней средой снижает вероятность образования течей жидкости через микротрещины, образующиеся при длительной эксплуатации фотомодулей; снижается мощность циркуляционного насоса для перекачки теплоносителя; Относительно небольшая рабочая поверхность коллектора упрощает технологию нанесения на нее селективных покрытий, что снижает себестоимость производства коллекторов. Не менее 93% площади поверхности коллектора воспринимает мощное двадцатикратное солнечное излучение, что повышает температуру теплоносителя на выходе выше 100 градусов Цельсия и соответственно температуру воды в бойлере потребителя. Между селективными пластинами и стенками плоского канала коллектора формируется высокий градиент температуры, в котором установленные вдоль коллектора термогенераторы типа TEC дополнительно выдают электрическую мощность до 0,2 к Вт. Солнечная электростанция гарантированно окупается за семь лет при используемой на сегодняшний день комплектации компонентов. Стоимость последних имеет устойчивую тенденцию к снижению на 4 % в год.

Спасибо за внимание !