ИЗОБРЕТЕНА ИДЕАЛЬНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
С. В. Коровкин
Научно-технический центр «Солярис» г. Долгопрудный Московской обл. Teл. 495-409-94-68; e-mail: aerosolar@mail.ru
THE IDEAL SOLAR POWER STATION IS INVENTED
S.V. Korovkin
Scientific and technical center «Solaris» Dolgoprudnyy, Moscow region Phone 495-409-94-68; e-mail: aerosolar@mail.ru
Использование солнечного излучения для выработки электроэнергии в промышленных масштабах ограничивается четырьмя факторами:
1. зависимостью мощности солнечных электростанций от времени суток;
2. зависимостью мощности солнечных электростанций от погодных условий;
3. необходимостью выделения для солнечных электростанций больших земельных участков;
4. стоимостью фотоэлектрических элементов.
Совершенствование технологии изготовления
фотоэлементов постоянно повышает их эффективность и снижает стоимость. Настоящим прорывом стало появление на рынке солнечных технологий в 2007 году пленочных фотоэлементов. Лидером в этом направлении является компания Nanosolar, расположенная в Силиконовой Долине (США, Калифорния).
Новизна технологии производства солнечных элементов заключается в использовании пленок медь-индий-диселенид галлия (CIGS-пленки). Этот полупроводник характеризуется на 20% большим фотоэлектрическим эффектом, чем кремниевые солнечные элементы. Тонкая пленка CIGS толщиной всего 1 микрометр производит столько же электричества, сколько 200-300-микронная полупроводниковая кремниевая подложка.
Благодаря этому солнечные элементы могут быть нанесены на гибкую основу (рис. 1).
Технология PowerSheet, в противовес прежним кремниевым технологиям, снижает стоимость производимой энергии с трех долларов до тридцати центов за ватт. Это позволяет говорить о том, что использование солнечного излучения для производства электрической энергии становится дешевле, чем сжигание каменного угля на тепловых электростанциях.
Таким образом, прогресс в области технологии производства фотоэлектрических элементов позволяет создать экономичные преобразователи солнечного излучения в электрическую энергию.
Рис. 1. Солнечные элементы на гибкой основе Fig. 1. Solar elements on a flexible basis
Однако для создания солнечных электростанций большой мощности этого недостаточно. Необходимо добиться независимости работы солнечной электростанции от времени суток и погодных условий и решить проблему размещения приемников солнечного излучения.
Применение электрических аккумуляторов из-за их стоимости и малой эффективности возможно только для мощностей порядка 1-10 кВт, то есть в «домашних» условиях, и невозможно для крупномасштабной энергетики с мощностями порядка 1 000000 кВт и более.
Использование же солнечных электростанций в системе совместно с электростанциями на органическом топливе или атомными электростанциями совершенно неприемлемо как с экономической, так и с технической точки зрения, так как технико-экономические показатели такой гибридной системы гораздо хуже, чем энергосистемы с традиционными электростанциями.
74 International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 7 (63) 2008
© Scientific Technical Centre «TATA», 2008
С.В. Коровкин. Изобретена идеальная солнечная электростанция
Сдерживающим фактором развития крупномасштабной солнечной энергетики является также проблема выбора места для размещения солнечных электростанций.
Мощность солнечного излучения на поверхности Земли при безоблачном небе составляет около 1 кВт/м2. Для получения электроэнергии в промышленных масштабах необходимы мощности порядка миллиона киловатт. Это значит, что для промышленной солнечной электростанции с коэффициентом полезного действия порядка 10% и с учетом неравномерности мощности солнечного излучения в течение суток необходима площадь в десятки квадратных километров.
Площадка для размещения приемников солнечного излучения должна быть ровной, пригодной для обслуживания и ремонта оборудования, свободной от хозяйственной деятельности человека.
Найти подходящую площадку, удовлетворяющую этим требованиям, чрезвычайно сложно даже в пустынях Австралии и Северной Африки, не говоря уже о густонаселенных странах Европы и Азии.
Все эти факторы не позволяли начать сооружение солнечных электростанций большой мощности.
Положение изменилось после запатентованного в 2008 году изобретения аэростатной солнечной гравитационной электростанции (рис. 2).
Аэростатные солнечные электростанции для своего размещения практически не требуют земельных площадей.
Проблема зависимости работы солнечной электростанции от погодных условий решается путем размещения фотоэлектрических гибких элементов на баллоне привязного аэростата, поднятого выше облачного слоя (3-6 км). На поверхность Земли электроэнергия передается по гибкому кабелю.
Очень красиво и эффективно решается и проблема генерирования электроэнергии в ночное время. В светлое время суток часть электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими элементами, затрачивается на подъем с помощью электромоторов груза по канату, соединяющему баллон с земной поверхностью. В темное время суток груз опускается и электромоторы, работая в режиме генератора, вырабатывают электроэнергию.
Коэффициент полезного действия такой аккумулирующей системы достигает 95% при относительно небольшой стоимости оборудования. В качестве груза предполагается использовать резервуар, заполненный водой или песком.
W
0
Рис. 2. Аэростатная солнечная гравитационная электростанция Fig. 2. Balloon solar gravitational power station
Углепластиковые канаты позволяют удерживать заполненный водородом или другим легким газом баллон диаметром до 300 м на высотах до 7 км при скорости ветра до 50 м/сек.
Разработан проект аэростатной солнечной электростанции с диаметром баллона 200 м, способной при 8-часовом световом дне вырабатывать постоянно в течение суток электрическую мощность 1000 кВт. При 12-часовом световом дне этот показатель составляет 1500 кВт.
Размещать аэростатные солнечные электростанции по соображениям безопасности лучше всего на сельскохозяйственных землях. При плотности одна аэростатная солнечная электростанция на квадратный километр это практически не скажется на росте сельскохозяйственных растений. В то же время появляется возможность обеспечения сельскохозяйственной техники дешевой электроэнергией.
Большинство стран мира, в том числе и Россия, способны при использовании незначительной части своих сельскохозяйственных земель для размещения аэростатных солнечных электростанций полностью обеспечить свои энергетические потребности.
е т
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 7 (63) 2008 © Научно-технический центр «TATA», 2008
75
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.