7.2 Солнечная энергия
7.2.1 Располагаемые запасы и перспективы использования солнечной энергии
В летнее время средние потоки солнечной радиации составляют 5 – 6 кВт ч/м2день, что практически равно потокам радиации в южных странах, где солнечные установки уже нашли широкое коммерческое применение. Вместе с тем в зимний период среднее поступление солнечной энергии в 3 – 4 раза ниже летнего. Среднедневные температуры наружного воздуха существенно опускаются ниже нуля лишь в феврале, что позволяет рассматривать возможность использования солнечных установок без применения незамерзающих теплоносителей в течение большей части года (9 – 10 месяцев).
На эффективность работы солнечных установок заметное влияние оказывает угол наклона солнечного коллектора к горизонту (при оптимальной южной ориентации плоскости коллектора). На рисунке 7.2 представлена карта распределения годового прихода солнечной радиации по территории России при оптимальных (обеспечивающих приход максимальной суммарной энергии на единицу наклонной поверхности), для каждой местности, фиксированных углах наклона коллектора.
Рисунок 7.2 – Среднедневные за год суммы солнечной радиации
на территории России
Технологии использования солнечной энергии для нагрева воды и отопления зданий сегодня являются наиболее разработанными и продвинутыми на рынок. Суммарная площадь солнечных коллекторов теплоиспользующих установок, действующих в мире, оценивается в 60 – 70 млн. м2. Только в европейских странах к концу 2002 года действовало более 16 млн. м2 солнечных коллекторов, и в соответствии с прогнозом Европейского Союза к 2010 году их количество в странах ЕС должно возрасти до 100 млн. м2, что эквивалентно объему производства тепловой энергии 10 – 12 млн. т у.т. в год.
Солнечные водонагревательные установки (СВУ) находят все более масштабное применение в частном и общественном секторах Германии, Испании, Дании, Швеции, Финляндии и других стран с похожими на российские климатическими условиями. В США и Канаде более 60 % частных и общественных плавательных бассейнов обогревается с помощью солнечной энергии.
В России установки солнечного нагрева воды пока не получили широкого применения, что связано с пока еще относительно низкими по сравнению с другими странами ценами на энергоносители и с недостаточной подготовленностью рынка.
Вместе с тем, в последние годы, в связи с ростом тарифов на энергию и цен на топливо и стремлением потребителей к повышению надежности теплоснабжения за счет создания собственных источников тепловой энергии, интерес к использованию солнечных водонагревательных установок резко возрос.
Это относится как к южным регионам страны (Краснодарский край, Бурятия, Ростовская область), являющимся лидерами по вводу солнечных установок, так и к средней полосе России и даже к ее северным регионам, где проблемы теплоснабжения автономных потребителей стоят особенно остро. По статистическим данным в населенных пунктах, не подключенных к централизованным сетям теплоснабжения, в России сегодня проживает около 20 млн. россиян. Все они являются первоочередными потенциальными пользователями солнечных установок.
Основные технические проблемы, стоящие на пути широкого практического применения солнечной энергии для тепло- и энергоснабжения связаны, прежде всего, с относительно низкой плотностью потока энергии (в полдень при ясном небе около 1000 Вт/м2, а в среднем за год для территории России 150 – 250 Вт/м2), что обусловливает необходимость использования приемников солнечного излучения значительной площади, и его непостоянством во времени, что требует создания аккумуляторов энергии.
В конечном итоге, несмотря на то, что солнечное излучение само по себе бесплатно, построение систем сбора, преобразования и аккумулирования энергии приводит к необходимости значительных затрат на создание солнечных установок и снижает их конкурентоспособность по отношению к традиционным энергоустановкам, особенно если последние используют дешевое органическое топливо.
Таким образом, основная задача проводимых во многих странах мира, в том числе и в России, исследований и разработок состоит в научном обосновании и создании технологий и оборудования для использования солнечной энергии. Эти разработки могли бы найти ниши для экономически эффективного применения в различных сферах народного хозяйства с учетом специфики регионов и конкретных потребителей.