Относно стратегията за усвояване на слънчева енергия у нас

Проф. д.т.н. Стефан Илиев /1928 - 2021/, РОСТИ ЕООД

Въведение

Усвояването на слънчевата енергия поредством трансформирането й в електрическа или когенерационно (топлинно-електрическа) поставя много проблеми: научно-изследователски, технологически, технически, архитектурни, икономически и др. Търси се оптимално решение, като се взема под внимание и оцени изменението и развитието във времето на многофакторната зависимост на тази сложна задача.

Участието на слънчевата енергия в енергийния баланс на България сега и в перспектива е извън всякакво съмнение, независимо, че засега цената и е по-висока от тази на традиционните производители. Това се дължи на енергийната криза в световен мащаб и дикусионната сигурност на атомните централи.

Предвид това, трудностите в усвояване на слънчевата енергия изглеждат преодолими и усилията успешни във времето.

В настоящето изложение се прави анализ на стратегията у нас за оптимизирано решение на енергийния принос на слънчевата енергия в общия енергиен баланс у нас. Предвид това, ще се обърне внимание на някои фактори оказващи съществено влияние на оценката за стратегическо развитие и усвояване на слънчевата енергия.


Структура на слънчева енергийна система и съвременна технология за производство на слънчева енергия

Слънчевата енергийна система включва: фотоволтаичен (ФВ) генератор, редуктор (преобразовател на постоянния в променлив ток), защитна система. ФВ-генератор се състои от ФВ-клетки, свързани серийно и паралелно със ФВ-панели, които осигуряват съответна планирана електрическа мощност. ФВ-клетки са направени от полупроводникови материали. Характерното е, че между светлинно облъчената и обратната страна на клетката се образува напрежение или ток при затваряне на веригата.

Понастоящем, в зависимост от материала (силиции, кадмии и др.) и структурата на клетките (монокристални, поликристални, тънкослойни и др.) е постигнато усвояемост в производствени условия до около 20% от соларната енергия. При използване на когенерация т.е. получаване и на топла вода чрез охлаждане на ФВ-панели усвояемостта се увеличава. Това се дължи на повишената ефективност на охладените ФВ-клетки и на директното затопляне от слънцето на охладителната система.

ФВ-панели изискват да бъдат монтирани с оптимален ъгъл спрямо слънцето. Създадени са конструкции за автоматично следене на слънцето за повишаване усвояването на слънчевата енергия.

Досегашните постижения не удовлетворяват изискванията за използване на слънчевата енергия като мощен фактор балансиращ кризисната ситуация скласическите енергоносители: нефт, газ, ядрено гориво и др. Ето защо сме свидетели на силен научен и финансов тласък в научни и технологични изследвания бързо променящи възможностите за усвояване на слънчевата енергия.


Нови изследвания и авангардни технологии за усвояване на слънчева енергия

Лабораторни постижения и приложения дават убедително оптимизъм, че още в близките години ще настъпят революционни промени. Без да се представят подробности, могат да се споменат някои от тях.


Антирефлексни покрития

Постига се ефективност до около 96% абсорбиране на светлината. Този подход се основава на способността на дадено антирефлексно покритие да усвоява светлина с определена дължина на вълната и да отразява част от останалите честоти.

При новото антирефлекторно покритие, състоящо се от седем слоя, всеки слой не само абсорбира пропусната светлина, но и такава от отразената от по-долните слоеве на покритията. (Л.1).

Много съществено значение в случая има факта, че отпада значението за изграждане на система за следене на слънцето в конструкцията на панелите. Независимо от ъгъла на огряване на панелите от слънцето при стационарно монтиране ефективността на същите остава много висока. Този факт има практическо, конструктивно и финансово значение особено за малки ФВ-системи, като покривните.


Цилиндрични ФВ-модули

Тези модули са съставени от външен и вътрешен (генериращ) цилиндър, между които има специален пълнеж. Светлината попада почти винаги под прав ъгъл, като освен директната усвояват дифузната и отразена светлина (Л.2). Поради това, панелите не изискват специални наклони и следящи слънцето системи. Освен това се осигурява на въздуха естествен поток между цилиндричните модули за охлаждане. По-ниската и близка до оптималната експлоатационна температура гарантира по-добро усвояване на слънчевата енергия.


3D-система

Системата включва наноструктури от цинков окис върху оптични влакна покрити с фоточувствителни субстанции. Вгражда се във фасадите на сгради или превозни средства. Оптичните влакна пренасят светлината до място в сградата, където вградени наноматериали ще генерират електричество.

Тази технология изключва необходимост от сегашните тежки конструкции за ФВ- панели. Достигната е за сега ефективност от 3,3%. Планира се 7-8% след модификация на повърхностната структура (Л.1).


Присъединяване на ФВ-система към електроенергийната мрежа

Основно значение в случая има електрическата мощност на ФВ-панели, които ще се включат за съвместна работа с електроенергийната система. (ЕЕС).

Обикновено сградните (покривни и фасадни) ФВ-панели са с обща електрическа мощност близка до тази, която се консумира от съответните домакинства или промишлени потребители.

ФВ- паркове се строят за генериране на електрическа енергия върху големи земни площи. Тези слънчеви генератори са обикновено отдалечени от потребителите. Тяхната значителна мощност изисква реконструкция на старата или нова електрическа мрежа и електропроводи за връзка с ЕЕС.

Очевидно, докато при сградното усвояване на слънчева енергия не са необходими или само значително малко промени в съществуващата електрическа мрежа, то за соларните паркове са необходими нови капиталовложения включително за земните площи и променените експлоатационни условия на работа в ЕЕС (регулиране на напрежение, честота, защити и др.).


Земеделски площи

Земята у нас е оценена според продуктивните възможности на почвата, климатични условия, релефни и технологични качества, пригодност за производство на различна растителна продукция и наложените ограничения за използване на земята. Оценката се дава в 1 – 10 категории. Най-добра е първа и най-слаба - десета.

В миналото притежаваната земя е определяла статуса на фамилиите – богати, заможни, бедни. Тя е осигурявала храната на човека и животните. За плодородието на земята в България съществува поговорката – бастун да забодеш, ще цъфне и върже.

Днес земята е обезценена, много често неизползвана по предназначение, изоставени площи и ливади поради липса на животни.

В бъдеще цената на земята ще се възстанови адекватно на производителен капитал, производство на екохрани и екоживотновъдство, екопроизводство, пасища, ливади и др.


Допълнителни съображения

1. Научните и технологични изследвания за усвояване на слънчева енергия се мотивират и създават в реални условия много бързо. Това се обуславя не само от целенасоченото финансово стимулиране, но и от остротата на енергийната криза.

Много съществено значение има факта, че в процеса за усвояване на слънчева енергия отсъстват въртеливи и подвижни механични елементи. Необходимостта от такива елементи в другите съвременни електроцентрали (ТЕЦ, ВЕЦ, АЕЦ, Вятърни ЕЦ ) усложняват, както производството, така и подържането и експлоатацията на генериращите системи.

2. Докато при гореспоменатите централи е достигнато ниво близо до граничните възможности, то бъдещето ФВ-системи е отворено.


Заключение

Направеният анализ мотивира достатъчно основания да се направят следните изводи:

1. Да се забави изграждането на соларни паркове. Същите отнемат земни площи (дори 10-та категория земя у нас е ценна) и изискват нови капиталовложения за промени в инфраструктурата на ЕЕС.

2. Да се стимулират покривните когенерационни системи за усвояване на слънчева енергия.

3. Целесъобразно е да се забави темпото за въвеждане на ФВ-системи до усвояване на нови поколения с по-голяма ефективност.


Литература

1. Сп. Инженеринг ревю, бр. 2, 2010, юни.

2. Нова технология за повече електричество, www.arei.bg, Инженеринг ревю, електроенергетика. Специално издание.