5. Недостатній ККД сонячних елементів.
6. Поверхню фотопанелей потрібно очищати від пилу і інших забруднень. При площі в декілька квадратних кілометрів це може привести до великих витрат.
7. Ефективність фотоелектричних елементів помітно падає при їх нагріві, тому виникає необхідність в установці систем охолоджування, зазвичай водяних.
1.3. Огляд конструкцій прийому і перетворення сонячної енергії
[Дивись ілюстрації]
1. Сонячна батарея. Фотогальванічний елемент
Якщо у напівпровідниковий матеріал вносити незначні кількості відповідних домішок, то можна змінювати його електричні властивості та отримувати напівпровідникові матеріали з електропровідністю двох основних типів: p – типу зі зв’язаними носіями позитивного заряду та вільними носіями позитивного заряду та n – типу зв’язаними позитивно зарядженими та вільними негативно зарядженими носіями. Якщо в одному кристалі напівпровідника створити шар двох вказаних типів та освітити поверхню кристала сонячними променями, то носії будуть дифиндувати через p-n– перехід назустріч один одному, спричиняючи у зовнішньому ланцюгу електричний струм. Принцип використовується у сонячних батареях, що можуть встановлюватися на різних спорудах, транспорті та побутових предметах.
2. Сонячний колектор
Сонячний колектор - пристрій для збору теплової енергії Сонця, переносимою видимим світлом і ближнім інфрачервоним випромінюванням . На відміну від сонячних батарей, що виробляють безпосередньо електрикові, сонячний колектор виробляє нагрів матеріалу-теплоносія.
Плоскі
Плоский колектор складається з елементу, який поглинає сонячне випромінювання, прозорого покриття і термоізолюючогошару. Поглинаючий елемент називається абсорбером; він зв'язаний з теплопровідною системою. Прозорий елемент (скло) зазвичай виконується із загартованого скла з пониженим вмістом металів.
За відсутності розбору тепла (застої) плоскі колектори здатні нагрівати воду.
Чим більше падаючої енергії передається теплоносію, який протікає в колекторі, тим вище його ефективність. Підвищити її можна, застосовуючи спеціальні оптичні покриття, не випромінюючі тепло в інфрачервоному спектрі.
Вакуумні
Можливе підвищення температур теплоносія аж до 250-300 °C у режимі обмеження відбору тепла. Добитися цього можна за рахунок зменшення теплових втрат в результаті використання багатошарового скляного покриття, герметизації або створення в колекторах вакууму .
Фактично сонячна теплова труба має пристрій схоже з побутовими термосами. Лише зовнішня частина труби прозора, а на внутрішній трубці нанесено високоселективне покриття що уловлює сонячну енергію. між зовнішньою і внутрішньою скляною трубкою знаходиться вакуум. Саме вакуумний прошарок дає можливість зберегти близько 95% уловлюваної теплової енергії.
Використання даної схеми дозволяє досягти більшого ККД (в порівнянні з плоскими колекторами).
Сучасні побутові сонячні колектори здатні нагрівати воду аж до температури кипіння навіть при негативній довколишній температурі.
Сонячні башти
Вперше ідея створення сонячної електростанції промислового типа була висунута радянським инженером Н. В. Лініцким в 1930-х рр. Тоді ж ним була запропонована схема сонячної станції з центральним приймачем на башті. У ній система уловлювання сонячних променів складалася з поля геліостатів - плоских відбивачів, керованих по двох координатах. Кожен геліостат відображує промені сонця на поверхню центрального приймача, який для усунення впливу взаємного затінювання піднятий над полем геліостатів. По своїх розмірах і параметрах приймач аналогічний паровому казану звичайного типа.
Економічні оцінки показали доцільність використання на таких станціях крупних турбогенераторів потужністю 100 МВт. Для них типовими параметрами є температура 500 °C і тиск 15 МПа. З врахуванням втрат для забезпечення таких параметрів була потрібна концентрація порядка 1000. Така концентрація досягалася за допомогою управління геліостатами по двох координатах. Станції повинні були мати теплові аккумулятори для забезпечення роботи теплової машини за відсутності сонячного випромінювання.
Параболоциліндрічні та параболічні концентратори
Параболоциліндрічні концентратори мають форму параболи, протягнуту уподовж прямий.
Параболоциліндрічний дзеркальний концентратор фокусує сонячне випромінювання в лінію і може забезпечити його стократну концентрацію. У фокусі параболи розміщується трубка з теплоносієм (олія), або фотоелектричний елемент. Масло нагрівається в трубці до температури 300-390 °C. Параболоциліндрічні дзеркала виготовляють завдовжки до 50 метрів. Дзеркала орієнтують по осі північ-південь, і мають в своєму розпорядженні ряди через декілька метрів. Теплоносій поступає в тепловий акумулятор для подальшого вироблення електроенергії паротурбинним генератором
Параболічні концентратори мають форму супутникової тарілки. Параболічний відбивач управляється по двох координатах при стеженні за сонцем. Енергія сонця фокусується на невеликій площі. Дзеркала відображують близько 92 % падаючого на них сонячного випромінювання. У фокусі відбивача на кронштейні закріплений двигун Стірлінга, або фотоелектричні елементи.
1.4. Досвід світових країн-лідерів
США - один з піонерів у розвитку сонячної енергетики. На початку 1980-х років Конгрес підтримав компанії, які випускали панелі для сонячної енергетики. Тоді ж там сформувалося кілька фірм, які отримували підтримку від держави. Натомість вони мали розвивати галузь за допомогою найбільш передових технологій.
Зараз в країні діє найбільше у світі об'єднання приватних компаній - Індустріальна асоціація сонячної енергії. Вона 2010 року отримала від уряду 11 мільярдів доларів дотацій на розвиток та переоснащення сонячних електростанцій.
Її успіхи у продажу енергії скромніші - приблизно 3 мільярди доларів. Тим не менш, за 2009 рік об'єм ринку сонячної електроенергії у країні зріс з 357 до 485 мегават.
Найбільше державних грошей компанії вкладають у фотовольтаїку - систему, яка одразу переробляє сонячну енергію у струм без допомоги води. Найщедрішим є сонячний штат Каліфорнія - щорічно він виділяє галузі по 3 мільярди доларів.
Іншим шляхом рухалася Німеччина. Берлін вирішив не передавати компаніям розвиток нетрадиційної енергетики, а створив кілька державних консорціумів. В результаті, зараз Німеччина входить у список країн, які мають високу частку нетрадиційної енергетики у загальному обсязі виробництва електроенергії.
За даними місцевого міністерства охорони навколишнього середовища, на 2011 рік уряд запланував податкові пільги компаніям, які входять у державні консорціуми. Для них до 2015 року будуть знижуватися податки на 5% щороку.
При цьому Німеччина стала піонером у побудові гібридних електростанцій: аби подавати струм постійно, вони вночі використовують енергію біогазу. Нині Берлін за допомогою таких електростанцій виробляє більше 4 тераватт енергії.
Також щороку зростає частка фотовольтаїки - зараз вона становить 2,4% від усієї виробленої енергії. Канцлер Ангела Меркель заявила, що її країна хоче понизити кількість енергії, яку виробляють ТЕС, і на це уряд виділить 1,7 мільярда євро.
2. Основна частина
2.1. Український потенціал сонячної енергетики
2.2. Ринок сонячної енергетики в Україні
2.2.1.Існуючі компанії по виробництву геліоустановок(сонячних енергосистем)
Підприємство, що виробляє сонячні батареї і використовує для них свої ж сонячні елементи, існує тільки одне - «Квазар» в Києві.
Особливим напрямком діяльності ДП «Квазар-ІС» є сонячна енергетика. І це підприємство пропонує споживачеві фотоелектричні модулі різної потужності. Підприємство "Квазар" було побудовано в 1961 році як завод напівпровідникових приладів для потреб військово-промислового комплексу. У 1994 році завод був перетворений у відкрите акціонерне товариство "Квазар", 100% акцій якого належить приватним акціонерам. У середині 90-х на підприємстві була здійснена диверсифікація виробництва, в результаті якої був налагоджений випуск фотоелектричних перетворювачів і модулів для сонячної енергетики. ВАТ "Квазар" має представництва в Швейцарії, Німеччині, Канаді, Португалії та Камеруні. У компанії також відзначають, що щорічно на потужностях підприємства виробляється продукція фотовольтаніки: пластини, фотоелектричні перетворювачі і модулі загальною потужністю близько 100 мВт, з яких понад 90% йдуть на експорт. Найбільшим покупцем є Китай, який захоплює світове лідерство у сонячній енергетиці. Однак потенціал підприємства дозволяє при існуючому сприятливому інвестиційному кліматі довести цей показник у найближчі два роки до 150 МВт.
Також в Україні є безліч компаній, які пропонують українському споживачеві різні види сонячних енергосистем зарубіжного виробництва для різноманітних областей застосування або які займаються збіркою готових частин сонячних установок іноземного виробництва.
2.2.2.Енергетичні проекти в Україні
Одним із перших міжнародних проектів була програма розробки космічного супутника для Єгипту. Сонячні панелі для цього супутника були спроектовані та виготовлені саме на українських підприємствах. Наступним реалізованим проектом був проект НАТО «Наука заради миру. Кремнієві технології». Його метою було впровадження у виробництво новітніх технологій сонячної енергетики. Результатом є виробництво сонячних панелей, що і сьогодні діє на заводі «Квазар».
Якщо розглядати перспективу, то тут можливі спільні проекти будівництва сонячних електростанцій, в яких будуть приймати участь вітчизняні компанії ActivSolar, SolarUA, Квазар та закордонні компанії, які мають практичний досвід реалізації таких проектів. Українські компанії можуть виступати як постачальниками комплектуючих, так і носіями досвіду роботи в непростих умовах сьогодення нашої держави. Також у України залишається великий потенціал щодо участі в фундаментальних дослідженнях. Наразі відомо про декілька міжнародних проектів по розробці нових високоефективних конструкцій фотоперетворювачів та вдосконаленню технологічних процесів. Замовниками таких досліджень виступають як вітчизняні, так і закордонні компанії. Крім того, ведуться спільні роботи по вдосконаленню окремих елементів сонячних батарей.