Солнечная энергия. Потенциал, оценка ресурса, барьеры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Солнечный потенциал

Годовое поступление солнечной энергии варьируется от 900-1000 кВт·ч/м2 на севере региона Балтийского моря до, к примеру, 1077 кВт·ч/м2 на территории Центральной Европы (Богемия) и до 1600 кВт·ч/м2 в Средиземноморском и Черноморском регионах на горизонтальной поверхности. На юге на наклонной поверхности показатель годового поступления солнечной энергии выше на 20%.

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°C. 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.

В условиях Европы поступающая солнечная энергия в большинстве случаев превосходит энергопотребление здания. К примеру, типичный многоквартирный жилой дом в Чехии получает 1077 кВт·ч/м2, тогда как каждый его этаж потребляет примерно 150 кВт·ч/м2 для отопления и еще 25-50 кВт·ч/м2 для освещения и приготовления пищи, что в целом равняется 875 - 1000 кВт·ч/м2 для пятиэтажного дома (этажи измерены в м2 горизонтальной поверхности). Поступающей в течение года солнечной энергии в целом достаточно, но полезный ресурс ограничен колебаниями солнечной энергии и емкостью аккумулирования. Корректную оценку доли полезного солнечного тепла можно сделать с учетом разных тепловых нагрузок.

Ограничения встроенных систем обычно состоят в том, что солнечное отопление может покрыть лишь 60-80% потребности в горячей воде и 25-50% отопления. Зависит это от местоположения дома и от типа системы. В Северной Европе ограничения составляют соответственно 70% и 30% для горячего водоснабжения и отопления помещений.

Анализ и опыт применения солнечных систем центрального отопления показывают, что они могут покрывать 5% потребления без аккумулирования, 10% с 12-часовым хранением, и около 80% -- с сезонным. Эти данные основаны на системах районного отопления жилого сектора, где средние теплопотери составляют 20%. Солнечные системы отопления без аккумулирования тепла, являются, безусловно, самым дешевым решением.

Солнечное отопление может обеспечивать около 30% потребности промышленных предприятий, которые используют тепло ниже 100 оС, если потребление тепла на них является стабильным. В зависимости от времени года и температуры, солнечная энергия может обеспечить 100% потребности на сушку продукции.

Солнечный нагрев плавательных бассейнов может почти полностью обеспечить тепловую нагрузку закрытых и 100% для открытых бассейнов в летний период.

Таким образом, подсчет потенциала солнечного отопления - это, главным образом, вопрос оценки потребности в низкотемпературном тепле.

Барьеры

В большинстве своем установки солнечного нагрева хорошо разработаны, и если встречаются трудности на пути их освоения, то они вызваны скорее отсутствием определенных материалов или технологий в данном месте, чем отсутствием технологий как таковых. Следовательно, основными барьерами, помимо экономических, являются:

• недостаток информации о существующих технологиях, их оптимальных решениях и интеграции в отопительные системы;
• нехватка квалифицированных кадров для производства и установки.

Иногда препятствием является нехватка солнечной энергии. Что касается активных систем солнечного отопления, практически всегда можно найти такое место для установки коллектора, откуда можно взять энергию солнечного света. В случае пассивной солнечной энергии, которая, как правило, проникает сквозь обычные окна, соседство с домами или деревьями может привести к серьезному сокращению поступающей энергии.

Даже после резкого снижения цены, фотоэлементы в настоящее время стоят 5 долларов США за 1 Втп. Электроэнергия от фотоэлементов стоит сегодня 0,5 - 1 доллар/кВт·ч, то есть дороже, чем от других возобновляемых источников. В будущем, по мере более широкого их применения, стоимость фотоэлементов должна уменьшиться. Несмотря на свою высокую стоимость, фотоэлектрическая энергия может оказаться дешевле других источников в отдаленных регионах, отрезанных от электросетей, или там, где производство электроэнергии другими способами (например, на дизель-генераторах) затруднено либо недопустимо по экологическим причинам (например, в горных местностях).

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Гибкий алмаз вырабатывает электричество 15.09.2026

Алмаз традиционно воспринимается как исключительно твердый и практически неподвижный материал, поэтому возможность получать из него электричество при механической деформации долгое время казалась невероятной. В начале XX века алмаз относили к непьезоэлектрическим материалам, то есть считалось, что при сжатии или изгибе он, в отличие от кварца, не способен создавать электрический заряд. Однако исследователи из Университета Гонконга обнаружили, что при определенных условиях это представление требует пересмотра. Проблема заключалась прежде всего в физической природе самого минерала. Обычный алмаз настолько тверд, что заметно согнуть его практически невозможно. Поэтому специалисты использовали другой подход и изготовили из алмаза чрезвычайно тонкую гибкую мембрану. После механического воздействия на такую конструкцию измерительные приборы зарегистрировали устойчивые электрические сигналы. Эксперименты неоднократно повторяли и проводили в различных условиях, чтобы исключить случайное про ...>>

Найдена химическая причина возрастных изменений запаха кожи 14.09.2026

Запах человеческого тела меняется на протяжении всей жизни, и особенно заметные изменения могут происходить в пожилом возрасте. Речь идет не только о привычном запахе пота или особенностях гигиены: старение сопровождается целым комплексом биохимических процессов в коже, способных влиять на ее естественный запах. Ученые обнаружили одно из веществ, которое связывают с характерным ароматом, часто называемым "запахом старости". Исследователи установили, что важную роль в этом процессе играет 2-ноненаль - органическое соединение из группы ненасыщенных жирных альдегидов. Это вещество обладает характерным запахом, который нередко описывают как сочетание прогорклого масла и затхлого картона. Его количество в коже увеличивается по мере старения организма, поэтому концентрация 2-ноненаля рассматривается специалистами как одна из биохимических причин возрастного изменения запаха. По словам дерматологов, заметные изменения начинают становиться более вероятными после 40 лет. Доктор Сонал Чоуд ...>>

Случайная новость из Архива Центры обработки данных уходят в океан 05.03.2026 Стремительный рост вычислительных мощностей, необходимых для систем искусственного интеллекта, заставляет технологические компании искать новые подходы к размещению центров обработки данных. Традиционные датацентры требуют огромного количества электроэнергии и эффективных систем охлаждения, а их строительство на суше нередко вызывает экологические и инфраструктурные проблемы. На этом фоне инженеры и энергетические компании начинают рассматривать необычные решения, включая размещение вычислительных комплексов непосредственно в море. Одной из таких инициатив занимается американская компания Aikido Technologies, известная своими разработками в области плавучих ветроэнергетических установок. Инженеры компании предложили концепцию морской платформы, на которой объединены оффшорная ветротурбина и модульный центр обработки данных. Такая система предназначена прежде всего для выполнения ресурсоемких вычислений, связанных с искусственным интеллектом. Первый прототип уже создан и обладает мощностью около 100 кВт. По словам разработчиков, сборка установки заняла менее недели, что демонстрирует модульный характер конструкции. До конца года этот прототип планируется развернуть в Северном море у побережья Норвегии, где он пройдет испытания в реальных условиях. Источником электроэнергии для платформы станет модернизированная ветротурбина Vestas V17. Если эксперимент окажется успешным, компания намерена перейти к следующему этапу развития проекта. Уже в 2028 году Aikido Technologies рассчитывает запустить полноценную коммерческую версию морского датацентра у берегов Великобритании. Место для размещения платформы уже выбрано, а специалисты продолжают инженерные расчеты и ведут переговоры с потенциальными партнерами и инвесторами. Коммерческая версия системы будет значительно мощнее опытного образца. Планируется установка ветротурбины мощностью 15-18 МВт, которая сможет обеспечивать электроэнергией датацентр с вычислительной мощностью примерно 10-12 МВт. Внутри платформы предполагается разместить три серверных модуля по 3-4 МВт каждый. Эти модули будут установлены непосредственно в корпусе конструкции, в специальных подводных резервуарах, которые одновременно выполняют функцию обеспечения плавучести. Инженерная схема платформы основана на полупогруженной конструкции. Огромная платформа размером примерно с футбольное поле стабилизирует турбину на поверхности воды, а устойчивость обеспечивают балластные резервуары с пресной водой, расположенные приблизительно на глубине 20 метров. В верхней части этих резервуаров размещаются серверные помещения, где находятся вычислительные модули. Под вычислительными залами предусмотрена специальная защитная камера, а еще ниже располагаются резервуары с пресной водой, которая используется в системе охлаждения. Вода циркулирует по трубопроводам: сначала она подается в центр обработки данных для отвода тепла от серверов, после чего возвращается обратно в резервуар. Благодаря контакту стенок резервуаров с холодной океанской водой жидкость вновь охлаждается. В Aikido Technologies подчеркивают, что тепловое воздействие на окружающую среду будет ограниченным и не распространится более чем на несколько метров. Для некоторых элементов оборудования, где пока трудно применить жидкостное охлаждение, например для Ethernet-коммутаторов, соединяющих графические процессоры, планируется использовать традиционные системы кондиционирования воздуха. Тем не менее благодаря общей архитектуре охлаждения ожидается высокая энергоэффективность комплекса. По словам генерального директора компании Сэма Каннера, показатель PUE может достигать примерно 1,08, что считается очень высоким результатом для индустрии датацентров. Поскольку сила ветра в море непостоянна, платформа также будет оснащена аккумуляторной системой хранения энергии. Предполагается, что это позволит использовать собственную выработку электроэнергии примерно 75% времени работы центра обработки данных, а при установке более емких накопителей этот показатель может вырасти до 90%. При этом платформа останется подключенной к общей энергосети, чтобы избежать простоев в периоды слабого ветра. Разработчики считают, что подобная технология способна решить сразу несколько задач. Для прибрежных регионов она может уменьшить необходимость строительства датацентров и ветроэлектростанций на суше, а для индустрии вычислительной инфраструктуры - снизить потребление воды и электроэнергии, одновременно обеспечив более эффективное охлаждение серверов. Однако не все эксперты разделяют оптимизм разработчиков. Исследователь инфраструктуры искусственного интеллекта из организации Foundation for American Innovation в Вашингтоне Дэниел Кинг отмечает, что попытки обойти сложности строительства наземных датацентров часто приводят к появлению необычных идей, включая размещение вычислительных комплексов в море или даже в космосе. При этом такие проекты могут породить новые технические и эксплуатационные проблемы, которые еще предстоит решить. Дополнительным фактором неопределенности остается состояние самой отрасли оффшорной ветроэнергетики. В последние годы многие проекты сталкиваются с трудностями из-за роста стоимости строительства, повышения процентных ставок и сокращения государственных программ поддержки. Как признает Сэм Каннер, значительная часть подобных инициатив сегодня оказывается "экономически неоправданной без государственных субсидий".

Другие интересные новости:

▪ Умный датчик загрязнения воздуха IKEA VINDSTYRKA

▪ Игровые ноутбуки Lenovo Legion R7000P и R9000P

▪ Цитрусовые волокна как экологичная альтернатива яйцам и маслу

▪ Супертонкая клавиатура с эффектом магнитной подушки

▪ Раскрыт секрет долголетия черепах

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы тембра, громкости. Подборка статей

▪ статья Бритва Оккама. Крылатое выражение

▪ статья Как страна живет по времени, превосходящим гринвичское на дробное число - 5 часов и 45 минут? Подробный ответ

▪ статья Кашель. Медицинская помощь

▪ статья Универсальное охранное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Транзисторный регулятор напряжения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026