Сонце - невичерпне джерело енергії, потенціал якого людству ще належить гідно оцінити. Сонячна енергія є однією з тих альтернатив, ігнорування яких у недалекому майбутньому зумовить настання катастрофічних наслідків для людства. Сонячна енергетика - прогресивний метод отримання різного виду енергії, використовуючи сонячне випромінювання.

 

Світлове випромінювання можна уловлювати та використовувати безпосередньо тоді, коли воно досягає Землі, - це пряме використання сонячної енергії. Метод прямого перетворення сонячного випромінювання в електрику є, по-перше, найбільш зручним для споживача, оскільки отримується найбільш вживаний вид енергії, і, по-друге, такий метод вважається екологічно чистим на відміну від інших, які використовують органічне паливо, ядерну сировину чи гідроресурси.

Сонце - найпотужніше джерело екологічно чистої енергії. На кожний 1 м2 поверхні земної атмосфери падає 1300 Вт сонячної енергії. Інтенсивність сонячного випромінювання, яке досягає Землі, залежить від кількох факторів, передусім від географічної широти місцевості. Найбільша вона на екваторі (до 2300 кВт/м2 на рік), а на широті України становить близько 1000 кВт/м2 на рік. Оцінювання геліоенергетичних ресурсів проводиться за багаторічними спостереженнями характеристик сонячної радіації. Важливими показниками є тривалість сонячного сяйва та хмарність, оскільки переривчастість у надходженні сонячної радіації (за рахунок якої втрачається значна частина енергії) негативно впливає на роботу геліоустановок. Оцінка потенціалу сонячної енергії охоплює дані про середній розподіл прямої, розсіяної та сумарної радіації; ці показники відображають загальні закономірності надходження сонячної енергії.

Нинішні способи отримання електрики і тепла із сонячного випромінювання:

 

- Отримання електроенергії за допомогою фотоелементів.

 

- Геліотермальна енергетика - нагрівання поверхні, що поглинає сонячні промені, подальший перерозподіл і використання тепла. Сонячне випромінювання фокусується на посудині з водою, а потім нагріта вода використовується для опалювання або у парових електрогенераторах.

 

- Термоповітряні електростанції - це перетворення сонячної енергії у енергію повітряного потоку, що спрямовується на турбогенератор.

 

- Сонячні аеростатні електростанції - це генерація водяної пари усередині балона аеростата за рахунок нагрівання сонячним випромінюванням поверхні аеростата, покритої селективно-поглинальним покриттям. Головна перевага полягає у тому, що запасу пари у балоні достатньо для роботи електростанції у темні години доби й у хмарну погоду.

 

Сонячна енергія широко використовується як для нагрівання води, так і для виробництва електроенергії. Сонячні колектори виготовляють з доступних матеріалів: сталі, міді, алюмінію тощо, тобто без застосування дефіцитного і дорогого кремнію. Це дає змогу значно скоротити вартість і устаткування, і отриманої на ньому енергії. Наприклад, у 2001 р. вартість електроенергії, отриманої в сонячних колекторах, становила 0,09-0,12 дол. США за кВт/год.

Департамент енергетики США прогнозує, що вартість електроенергії, виробленої сонячними концентраторами, знизиться до 0,04-0,05 дол. США за кВт/год у 2015 - 2020 рр. За офіційними даними, добре спроектований дім із сонячною опалювальною системою дозволяє економити до 75 % витрат на паливо майже у будь-яких кліматичних умовах. Та сама ситуація із гарячим водопостачанням (традиційно у домашньому господарстві на нагрівання води витрачається від третини до половини всієї споживаної енергії).

 

 

Для одержання електроенергії використовують декілька методів. Найперспективнішим вважається метод безпосереднього перетворення випромінювання на електричну енергію за допомогою сонячних батарей.

Сонячна батарея - це електрична установка, що генерує постійний струм та складається з орієнтованих за сонцем сонячних модулів, які мають спільну несучу конструкцію. 

Отже, сонячна система енергопостачання складається з таких елементів:

- сонячної батареї (фотоелектричного сонячного модуля);

- контролера заряду;

- акумуляторів;

- інвертора.

 

Розглянемо детальніше, як працює сонячна система енергопостачання. Сонячний модуль - це сукупність поєднаних між собою сонячних елементів, тобто напівпровідникових пристроїв, які перетворюють світлову енергію сонця в електричну. До складу фотоелектричного сонячного модуля входять оброблені моно-кремнієві пластини, вкриті спеціальною сполукою, що витримує будь-які несприятливі погодні умови (град, високі та низькі температури, перепади температур тощо). Розміщуються модулі на дахах будинків, офісів, гаражів або будь-яких інших поверхнях. Можливе використання модулів замість покрівлі будинку або разом з нею.

Контролер заряду - пристрій, призначений для управління режимами заряджання та розряджання акумуляторних батарей. Контролер заряду відіграє важливу роль в експлуатації системи; регулює заряд акумуляторів (що сприяє збільшенню терміну експлуатації об'єкта).

Акумулятор слугує для зберігання заздалегідь накопиченої енергії; акумуляторні батареї розраховані на досить велику кількість циклів заряджання-розряджання. Сьогодні гарантійний термін роботи акумуляторних батарей, що використовуються у сонячній енергетиці, становить від 5 до 10-12 років. Спеціальні акумулятори закритого типу (гелеві), які не потребують обслуговування, мають термін експлуатації до 15 років, що значно спрощує процес обслуговування установки. Нарешті, інвертор - пристрій, що перетворює постійний струм напругою 12 В у змінний струм напругою 220 В. Саме інвертор дає змогу живити електроенергією різні види електронної апаратури, комп'ютери, факсимільні апарати, аудіоапаратуру та інші види електрообладнання, а також прилади освітлення.

 

Тепер розглянемо принцип дії сонячного колектора. Сонячний колектор - це засіб для збирання сонячної енергії, яка використовується для підігрівання води для побутових потреб. На даху будинку або на його південній стіні встановлюють панель, що складається з трубок, якими у спеціальний бак-акумулятор подають воду. Сонце нагріває трубки, які нагрівають воду, вода (температура якої може доходити до 60-90 °С) накопичується у баку і потім використовується для обігріву або забезпечення гарячою водою. Будинки, обладнані такими системами (зазвичай вони доукомплектовуються кремнієвими сонячними елементами), називаються "сонячними". З одного боку, він коштує дещо дорожче, ніж звичайний, але з іншого - він дає змогу різко скоротити комунальні платежі - на 50-70 %.

Примірна система сонячного гарячого водопостачання складається з таких елементів:

 

- Сонячний колектор (1)

- Бак накопичувач (5)

- Насосна станція (4)

- Контролер (9)

- Розширювальний бак (6)

- Термозмішувальний кран (7)

- Відповітрювач (3)

 

Такі системи набувають щораз, то більшої популярності в Україні, оскільки ціна на газ поступово та невпинно зростає. Такі системи мають відносно невеликий строк окупності, що складає 1,5-3,5 роки, та дозволяють забезпечити споживача гарячою водою круглий рік.

Системи можуть працювати у парі із іншими джерелами енергії (газовий котел, твердопаливний котел, камін із водяною сорочкою, тощо)

Найбільш вигідним вони є для комплексів, що використовують велику кількість гарячої води, а саме:

ресторани, готелі, санаторії, відпочинкові комплекси, бази відпочинку, тощо.

Такі системи дозволяють єкономити також тим споживачам, що володіють басейнами. Для нагріву басейну витрачається немала кількість енергії, то ж єдиним виходом є сонячний нагрів.