XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Солнечная энергетика в Калужской области: возможности и перспективы
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Актуальность. Загрязнение окружающей среды и ресурсосбережение являются актуальными проблемами нашего времени. Существует множество факторов загрязнения окружающей среды, одним из которых является потребление большого количества энергоресурсов. Энергосбережение является приоритетным направлением развития нашей страны. Лучшей альтернативой традиционных видов получения электроэнергии являются солнечные батареи, которые экологически чистые и полностью безопасные для природы, а также дают относительно дешевую энергию, получаемую от Солнца.
Цель работы: изучить возможности развития и применения солнечной энергии в условиях Калужской области.
Задачи работы:
Узнать где стоят солнечные батареи и как используется солнечная энергия на территории Калужской области.
Рассмотреть виды солнечных батарей, из чего они состоят и срок окупаемости.
Эффективность внедрения, какие предприятия можно оснастить солнечными батареями.
Фирмы по производству солнечных батарей.
Изучить закон о «Зеленой энергетике».
Составить бизнес-модель по установке солнечных батарей .
Использование солнечной энергетики в Калужской области
Погода в Калуге радует солнечными днями в году — 87, что в 3 раза меньше, чем, например, в Чите, облачными днями — 81, и пасмурными — 196. Тем не менее, использование солнечной энергетики также возможно и этому есть примеры. Большие возможности применения солнечной энергетики перспективны на фермах и сельскохозяйственных угодьях в Калужской области. На сегодняшнее время в Барятинском районе Калужской области в селе Доброе находится животноводческий комплекс агрофирмы "Зеленая линия", который оснащен солнечными батареями. Крыша этого здания полностью оснащена солнечными батареями. Численность крупного рогатого скота достигает более 700 голов. Данный комплекс является экспериментальной площадкой и находится в технической разработке для подсчета экономии электроснабжения.
В качестве еще одно примера можно привести завод L’Oréal в Калужской области. Здание оборудовано солнечной электростанцией мощностью 500 киловатт.
Виды солнечных батарей
Солнечная инсоляция – это величина, определяющая количество облучения поверхности пучком солнечных лучей (даже отраженных или рассеянных облаками). Поверхностью может быть что угодно, в том числе и солнечная батарея, которая преобразует энергию солнца в электрическую энергию. Эффективность природной электростанции определяет параметр солнечной инсоляции. Измеряется инсоляция в кВт*ч/м2, то есть количество энергии солнца, полученное одним квадратным метром поверхности в течении одного часа. Естественно полученные метрики рассчитаны для идеальных условий: полное отсутствие облачности и падение солнечных лучей на поверхность под прямым углом (перпендикулярно). То есть, солнечная инсоляция – это среднее количество часов в сутки, которое солнце в ясную погоду светит на расчетную поверхность под прямым углом.
Зная значение инсоляции мы можем рассчитать приблизительную выработку нашей солнечной электростанции в данном регионе в конкретный месяц или в среднем в год.
Допустим имеем в Калужской области сетевую солнечную электростанцию мощностью 5 кВт и хотим посчитать ее выработку в июне. Солнечные модули установлены на оптимальный угол, то получим:
5 кВт * 5,04 кВт*ч/м2 * 30 дней =756 кВт*ч
В январе эта же электростанция сгенерирует всего 5*1,69*30=253,5 кВт*ч, поэтому целесообразнее солнечные батареи активно использовать в летние периоды.
За год же, подобная солнечная электростанция сможет получить 5*3,36*365= 6,1 МВт чистой электроэнергии. Это приблизительные данные, так как еще выработка энергии зависит от вида солнечных панелей.
Срок жизни сетевой электростанции более 50 лет, а тарифы на промышленное электричество растут каждый год не менее чем на 10%.
Панели для солнечных батарей подразделяют на основании различий рабочего слоя, а также конструкции. Одни отличаются гибкостью, другие – жесткостью. Гибкие становятся все более популярными благодаря легкости установки даже на вертикальных поверхностях зданий.
Различают солнечные панели по разновидности фотоэлектрического слоя:
1. полимерные с КПД, равным 7%
2. теллурий - кадмиевые с КПД до 15% (изготавливают из таких металлов, как галлий, медь, селен, индий)
3.кремниевые (сюда причисляют аморфные (КПД–7%), монокристаллические (КПД – 15%) и поликристаллические (КПД – 13%)
4. с применением арсенида галлия;
5. органические;
6. состоящие из нескольких слоев или комбинации разных типов.
Интерес для широкого потребителя представляют не все типы солнечных панелей, а только лишь второй и третий вариант кристаллического подвида.
Хотя некоторые другие типы панелей и имеют большие КПД, но из-за высокой стоимости они не получили широкого распространения.
Эффективность внедрения
Как говорилось выше, солнечные батареи очень эффективны и энергосберегательны на фермах и животноводческих комплексах. Солнечные батареи применяют для выращивания овощных, бахчевых и ягодных культур, так как они нуждаются в большом количестве тепла и света. Существенно повышают урожайность двухсторонние и частично прозрачные солнечные батареи для фермерских хозяйств. Отличительная черта для животноводческого комплекса – использование в системе накопительных аккумуляторов. В них энергия накапливается днем, пока скот находится на выпасе. Утром и вечером сохраненная генерация обеспечивает электропитание доилок, поилок, вентиляционных систем, а при похолодании – обогрева.
Важным достоинством прихода гелиоэнергетики в сельское хозяйство профильные специалисты называют диверсификацию рисков. Особенно заметным это становится в период летнего падения цен на плодово-ягодную продукцию, что компенсируется максимальной выработкой энергии, которую можно продавать.
По словам директора Ассоциации развития возобновляемой энергетики Алексея Жихарева, основными участниками рынка микрогенерации остаются коммерческие предприятия, которые пытаются оптимизировать затраты на энергопотребление, а также добиться снижения углеродного следа от своей деятельности. А у частных домовладений спрос есть, но и проблем достаточно. Главной проблемой остаётся процедура технологического присоединения, из-за которой затягивается процесс и для предприятий, и для домохозяйств. Нет полной и доступной информации об имеющемся на рынке оборудовании и порядке действий для потребителей, желающих установить солнечную станцию у себя дома или на производственном объекте. В стране не разработаны типовые инженерные решения, которые позволили бы ускорить и удешевить процесс проектирования энергоснабжения объекта по схеме индивидуальной генерации с выполнением условий, предъявляемых гарантирующими поставщиками. Однако для этого потребуется выполнить ряд условий. В частности, на российском рынке очень не хватает кредитных продуктов, направленных на потенциальных потребителей оборудования для микрогенерации, где были бы предусмотрены льготные условия кредитования за счет компенсации процентной ставки.
Какие предприятия можно оснастить солнечными батареями
На территории Калужской области солнечными батареями можно оснастить:
Предприятия с высокой затратностью электричества и энергии (заводы, фабрики) в качестве дополнительного источника энергии.
Медицинские учреждения.
Медицинские учреждения требуют постоянного и бесперебойного подключения к электросети для хорошей и бесперебойной работы всех видов медицинского оборудования случае отключения снабжения энергией и аварии на электросетях. Все больницы должны быть оснащены солнечными батареями для круглосуточной и безопасной работы приборов.
Производственные и строительные и торговые предприятия.
Сельскохозяйственные предприятия.
Оснащение многоэтажек солнечными батареями.
Закон о субсидировании
Поддержка «зеленой» энергетики обеспечивается через договоры на поставку мощности (ДПМ): инвестор, построивший экологически чистую станцию, получает право 15 лет продавать энергию по регулируемому (повышенному) тарифу, что гарантирует ему доходность от 12% годовых. Программа действует до 2024 года.
В процессе рассмотрения в Государственной Думе страны находится проект получения субсидий гражданами РФ на возмещение расходов на покупку основных средств (солнечных батарей) у российских производителей. Средства будут выделяться при покупке солнечных батарей у производителей РФ с подтвержденной локализацией.
Перспективным направлением считается оснащение многоэтажек солнечными батареями. Стоимость мощной солнечной батареи на 5 кВт составляет от 300 до 350 тыс. рублей, таким образом, оборудование 100 тыс. домов обойдется в 30-35 млрд. рублей, подсчитали эксперты Ассоциации развития возобновляемой энергетики (АРВЭ), конечные тарифы на электроэнергию в значительной доле регионов позволяют окупать подобные установки уже сегодня. А в течение 3-5 лет рынок возобновляемых источников энергии (ВИЭ) может достичь объемов 150-200 МВт в год.
6. Срок окупаемости солнечных батарей
В составе сетевых солнечных станций (СЭС) отсутствует система накопления энергии, они не предназначены для создания системы резервного энергоснабжения, а работают исключительно параллельно с сетью. Днем вся генерируемая энергия будет направляться на собственное потребление, а при отсутствии потребности в электроэнергии на объекте, вырабатываемая энергия будет отдаваться в сеть, которая будет выполнять роль своеобразного аккумулятора.
Основным предназначением сетевой солнечной электростанции является экономия на счетах за электроэнергию и в случае с сетевой СЭС можно и нужно считать окупаемость. Действующая в России программа субсидирования тарифов для физических лиц позволяет поддерживать цены на электроэнергию для населения на относительно низком уровне.
Себестоимость электроэнергии от сетевой СЭС минимальна, поэтому сроки окупаемости могут быть довольно привлекательными и будут варьироваться в зависимости от ряда факторов:
1.Общих затрат на солнечную электростанцию
2.Действующих тарифов на электроэнергию
3.Количества вырабатываемой энергии вашей электростанцией.
4. Мощность солнечной батареи (Средняя мощность солнечных панелей площадью 1,6 м2 составляет 320 Вт)
Сроки окупаемости сетевых солнечных станций в зависимости от типа потребителя будут варьироваться от 5 до 8-10 лет. При действующих тарифах для юридических лиц, потребляющих энергию на низком и среднем напряжении, в диапазоне 7-10 руб./кВт*ч окупаемость сетевых солнечных электростанций составляет в среднем от 5 лет.
Цена солнечных панелей:
Сюда входят: цена комплекта и цена одной солнечной панели. Этот показатель варьируется в зависимости от производителя и страны, а также вида панели и её размеров. Хоть Китай и является лидером в производстве солнечных панелей, в России есть свои производители. Цена за одну панель может варьироваться от 2000 до 16000 рублей, а цена комплекта может превышать 100000 рублей. Как и было сказано ранее, это зависит от типа и размера солнечной батареи.
В заключении можно отметить, что использование солнечной энергии в условиях Калужской области перспективно как для предприятий, так и для индивидуального потребления.
Литература и список источников информации:
Альтернативная энергетика в России. http://www.ru.wikipedia.org/wiki
Бабенко. В. «Несколько наставлений человечеству», или об энергии конечной и вечной. «Вокруг света» № 7 (2694) (июль 1998 года).
Башмаков И. А. (2009 г.). Российский ресурс энергоэффективности: масштабы, затраты и выгоды. Энергоэффективность (2009 г.). 2:369–386 DOI 10.1007/s12053–009–9050–1, Springer.
Безруких П.П. Без возобновляемой энергетики нигде не обойтись. 12.12.2006.
5.Беляков Алексей, Орлов Александр, Голубович Алексей. Альтернативная энергетика в России. 27.01. 2009. http://www.computerra.ru/readitorial/397704/
Клюев П.Г. Солнечная энергетика: 2014. http://www.nanometer.ru/2010/08/23/12825909129704_216802.html
Комплекс мер стимулирования производства электрической энергии генерирующими объектами, функционирующими на основе использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). http://www.energosovet.ru/npb1513.html
https://www.betaenergy.ru/insolation/
https://mywatt.ru/poleznaya-informaciya/solnechnye-bateri-dlya-fermerskogo-hozyajstva-vozmozhnost-ili-neobhodimost
https://journal-tinkoff-ru.turbopages.org/journal.tinkoff.ru/s/home-solar-power/
https://xn----8sbebdgd0blkrk1oe.xn--p1ai/biznes-plan/proizvodstvo/biznes-plan-proizvodstva-solnechnyx-panelej.html
https://solarpanel.today/proizvoditeli-solnechnih-paneley/
https://teknoblog.ru/2021/10/21/114225
https://sovet-ingenera.com/eco-energy/sun/vidy-solnechnyx-batarej.html
https://www.solarhome.ru/basics/solar/pv/vygodny-li-investitsii-v-solnechnye-batarei.htm
http://www.profile.ru/economics/item/126578-vremya-perekhodit-na-zelenyj
http://www.oilcapital.ru/