Реферат: Солнечная энергетика

--PAGE_BREAK--В настоящее время разрабатываются два типа искусственных фотокаталитических систем: полу­проводниковая и молекулярная. В первом случае в качестве фотокатализатора используются полупро­водниковые материалы на основе халькогенидов, фосфидов и арсенидов переходных металлов. По­глощение кванта света приводит к переносу элек­трона между энергетическими уровнями твердого тела, называемыми зонами: заполненной зоной и зоной проводимости. Образующиеся за­ряды — электрон (е~) в зоне проводимости и поло­жительно заряженная «дырка» (р+) в заполненной зоне — растягиваются в разные стороны электриче­ским полем, существующим на границе полупро­водник-раствор, и участвуют в дальнейших катали­тических процессах восстановления и окисления воды в присутствии нанесенных на поверхность по­лупроводника катализаторов Pt и RuO2. Иммобили­зация на поверхности полупроводника различных органических и неорганических красителей, вы­полняющих функцию фотосенсибилизатора S , позволяет обеспечивать -10% КПД преоб­разования солнечной энергии в химическую. Основная проблема для практического применения таких систем — предотвращение фотокоррозии по­лупроводников и повышение стабильности систем во времени. В молекулярных фотокаталитических системах разложения воды в качестве фотокатализатора, до­норов и акцепторов электрона, участвующих в реак­циях, используются индивидуальные хими­ческие соединения, удовлетворяющие некоторым требованиям. Фотокатализаторы должны обеспе­чивать интенсивное поглощение солнечного излу­чения, иметь высокоэнергетические, долгоживущие возбужденные состояния (ФК*), способные участвовать в бимолекулярных реакциях переноса электрона, обладать высокой химической и фотохимической устойчивостью и эффективно регенерировать свою форму в результате взаимодействия с промежуточ­ными акцепторами или донорами. Наряду с фотохимической и химической устойчи­востью основным требованием к промежуточным донорам и акцепторам электрона является их спо­собность участвовать в обратимых каталитических процессах выделения водорода и кислорода из воды.
В настоящее время показана возможность ис­пользования в качестве компонентов молекуляр­ных фотокаталитических систем достаточно боль­шого круга химических соединений различной природы. Так, в качестве фотокатализаторов пред­ложены системы на основе органических красите­лей, соединений переходных металлов, порфиринов, фталоцианинов и их металлокомплексов.
Основной прогресс, достигнутый в разработке молекулярных фотокаталитических систем разло­жения воды, связан с созданием так называемых жертвенных систем, моделирующих фотосистемы растительного фотосинтеза и осуществляющих выделение либо водорода, либо кислорода из воды с одновременным необратимым расходованием жерт­вы — специально добавленного донора или акцепто­ра электрона. Примером такой жертвенной системы фотокаталитического восстановления воды являет­ся система, содержащая трисбипиридильные ком­плексы рутения и родия [Ru(bpy)3]2+, [Rh(bpy)3]3+ в качестве фотокатализатора и промежуточного ак­цептора электрона. Фотовозбуждение такой систе­мы приводит к фотостимулированному переносу электрона:
<imagedata src=«31539.files/image005.wmz» o:><img width=«311» height=«82» src=«dopb145778.zip» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">
и последующему каталитическому выделению во­дорода из воды на платиновом катализаторе:
<shape id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image007.wmz» o:><img width=«359» height=«27» src=«dopb145779.zip» v:shapes="_x0000_i1029">
В качестве необратимо расходуемой жертвы, обес­печивающей регенерацию фотокатализатора, ис­пользуется триэтаноламин.
Осуществить замкнутый, не требующий введе­ния дополнительно расходуемых веществ цикл фо­торазложения воды солнечным светом в молеку­лярных фотокаталитических системах пока еще не удается. Основной задачей является разработка методов предотвращения реакции рекомбинации первичных продуктов фоторазделения зарядов, которая протекает намного быстрее, чем сложные каталитические реакции окисления и восста­новления воды. Предполагается, что такая зада­ча может быть решена при переходе к молекулярно-организованным системам, позволяющим (по ана­логии с природным фотосинтезом) получать прост­ранственно разделенные продукты фоторазделения зарядов. Исследования в этом направлении интен­сивно развиваются в последнее время.

3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ
Простейшая конструкция солнечного элемента (СЭ) — прибора для преобразования энергии солнечного излучения — на основе монокристаллического кремния. На малой глубине от поверхности кремниевой плас­тины р-типа сформирован р-п-переход с тонким металличес­ким контактом. На тыльную сто­рону пластины нанесен сплошной металлический кон­такт.
Когда СЭ освещается, погло­щенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны, генерируемые в р-слое вблизи р-n-перехода, подходят к p-n-переходу и сущест­вующим в нем электрическим полем выносятся в n-область. Анало­гично и избыточные дырки, созданные в n-слое, частично перено­сятся в р-слой (рис. 2 а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, а р-слой — положительный. Снижается первоначальная контактная разность потенциалов между р- и n-слоями полупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 2 6). Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а р-слой — положительному.
Величина установившейся фотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описывается уравнением вольт-амперной характеристики (ВАХ):
<shape id="_x0000_i1030" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image009.wmz» o:><img width=«148» height=«51» src=«dopb145780.zip» v:shapes="_x0000_i1030">
где Is — ток насыщения, a Iph фототoк.
 ВАХ поясняет эквивалентная схема фотоэлемента (рис. 4), включающая источник тока /ph=SqN0Q, где S — площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q- безразмерный множитель (<1), показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар (5%) собирается р-n-переходом. Параллельно источнику тока включен р-n-переход, ток через который равен Is[e4u/kT-1]. р-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через него быстро возрастает. В нагрузку (сопротивление R) отбирается ток /.
Уравнение ВАХ справедливо и при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава, изменяется лишь значение фототока Iрh. Максимальная мощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режи­ме, отмеченном точкой а.
Максимальная мощность, снимаемая с 1 см2, равна
<shape id="_x0000_i1031" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image011.wmz» o:><img width=«124» height=«25» src=«dopb145781.zip» v:shapes="_x0000_i1031">
где Ј — коэффициент формы или коэффициент заполнения вольт амперной характеристики, IКЗ— ток короткого замыкания, Uxx-напряжение холостого хода.

4. КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Для эффективной работы солнечных элементов необходимо соблю­дение ряда условий:
•  оптический коэффициент поглощения (а) активного слоя полупроводника должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить поглощение существенной части энергии солнечного света в пределах толщины слоя;
•  генерируемые при освещении электроны и дырки должны эф­фективно собираться на контактных электродах с обеих сторон активного слоя;
•  солнечный элемент должен обладать значительной высотой ба­рьера в полупроводниковом переходе;
•  полное сопротивление, включенное последовательно с солнеч­ным элементом (исключая сопротивление нагрузки), должно быть малым для того, чтобы уменьшить потери мощности (джоулево тепло) в процессе работы;
•  структура тонкой пленки должна быть однородной по всей активной области солнечного элемента, чтобы исключить закорачива­ние и влияние шунтирующих сопротивлений на характеристики элемента.
Производство структур на основе монокристаллического крем­ния, удовлетворяющих данным требованиям, — процесс технологи­чески сложный и дорогостоящий. Поэтому внимание было обраще­но на такие материалы, как сплавы на основе аморфного кремния (a-Si:H), арсенид галлия и поликристаллические полупроводники [4].
Аморфный кремний выступил в качестве более дешевой аль­тернативы монокристаллическому. Первые СЭ на его основе бы­ли созданы в 1975 году. Оптическое поглощение аморфного крем­ния в 20 раз выше, чем кристаллического. Поэтому для существен­ного поглощения видимого света достаточно пленки a-Si:H толщи­ной 0,5-1,0 мкм вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм под­ложек. Кроме того, благодаря существующим технологиям получе­ния тонких пленок аморфного кремния большой площади не требуется операции резки, шлифовки и полировки, необходимых для СЭ на основе монокристаллического кремния. По сравнению с поликристаллическими кремниевыми элементами изделия на осно­ве a-Si:H производят при более низких температурах (300°С): мож­но использовать дешевые стеклянные подложки, что сократит рас­ход кремния в 20 раз.
Пока максимальный КПД экспериментальных элементов на ос­нове a-Si:H — 12% — несколько ниже КПД кристаллических кремни­евых СЭ (-15%). Однако не исключено, что с развитием технологии КПД элементов на основе a-Si:H достигнет теоретического потолка -16%.
Наиболее простые конструкции СЭ из a-Si:H были созданы на основе структуры металл — полупроводник (диод Шотки) (рис. 5).
 Несмотря на видимую простоту, их реализация достаточно про­блематична — металлический электрод должен быть прозрач­ным и равномерным по толщи­не, а все состояния на границе металл/a-SiiH — стабильными во времени. Чаще всего солнечные элементы на основе a-Si:H фор­мируют на ленте из нержавею­щей стали или на стеклянных подложках, покрытых проводя­щим слоем. При использовании стеклянных подложек на них наносят прозрачную для света проводящую ок­сидную пленку (ТСО) из Sn02, In203 или Sn02+ln203 (ITO), что позво­ляет освещать элемент через стекло. Поскольку у нелегированного слоя электронная проводимость выражена слабо, барьер Шотки со­здается за счет осаждения металлических пленок с высокой работой выхода (Rt, Rh, Pd), которая обуславливает образование области по­ложительного объемного заряда (обедненного слоя) в a-Si:H.
При нанесении аморфного кремния на металлическую подложку образуется нежелательный потенциальный барьер а-Si:H/металли-ческая подложка, высоту которого необходимо уменьшать. Для это­го используют подложки из металлов с малой работой выхода (Мо, Ni, Nb). Перед нанесением аморфного кремния желательно осадить на металлической подложке тонкий слой (10-30 нм) a-Si:H, легиро­ванный фосфором. Не рекомендуется использовать в качестве ма­териалов электродов легко диффундирующие в аморфный кремний металлы (например, Аи и AI), а также Сu и Аg, поскольку a-Si:H об­ладает плохой адгезией к ним. Отметим, что Uxxсолнечных элемен­тов с барьером Шотки на основе a-Si:H обычно не превышает 0,6 В.
Более высокой эффективностью обладают СЭ на основе аморф­ного кремния с р-i-n-структурой (рис.6). В этом «заслуга» рис. 6 широкой нелегированной i-области a-Si:H, поглощающей существенную до­лю света. Но возникает проблема — диффузионная длина дырок в a-Si:H очень мала (-100 нм), поэтому в солнечных элементах на ос­нове a-Si:H носители заряда достигают электродов в основном только благодаря внутреннему электрическому полю, т.е. за счет дрейфа носителей заряда. В СЭ на основе кристаллических полу­проводников носители заряда, имея большую диффузионную дли ну (100 — 200 мкм), достигают электродов и в отсутствие элек­трического поля. Поскольку в простом p-n-переходе в a-Si:H область сильного электрическо­го поля очень узка и диффузи­онная длина носителей заряда мала, в большей части СЭ не происходит эффективного раз­деления носителей заряда, ге­нерируемых при поглощении света. Следовательно, для полу­чения эффективных СЭ на осно­ве р-i-n-сруктуры аморфного ги-дрогенизированного кремния необходимо добиться во всей А области однородного мощного внутреннего электрического по­ля, достаточного для достижения длины дрейфа носителей, соизмеримого с размерами области по­глощения (см. рис. 6).
Данная задача решается, если при изготовлении р-i-n-структуры первым формировать р-слой (рис.7). Для его создания необходимо небольшое количество бора (<1018 см3), а значит, существенного загрязнения нелегированного слоя не происходит.
 В то же время, если первым осаждать n-слой, то наличие остаточного фосфора из­меняет свойства i-слоя. Формирование p-слоя на поверхности прозрачного проводящего электрода обеспечивает с ним хороший эле­ктрический контакт. Однако толщина р-слоя должна быть мала (10 нм), чтобы основная часть света поглощалась в i-области.
 Используется и другая р-i-n-структура СЭ на основе a-Si:H с подложкой из металлической фольги, в частности из нержавеющей стали. Свет попадает со стороны прозрачного электрода, контакти­рующего с n-областью. В результате возрастает плотность тока ко­роткого замыкания благодаря отражающей способности металли­ческой подложки и меньшему оптическому поглощению света леги­рованными фосфором пленками a-Si:H (n-область) по сравнению с легированными бором р-слоями.
 Проблема с применением рассмотренных р-i-n-элементов в том, что их можно оптимизировать только в одном измерении. Значительно больше возможностей в этом плане предоставляет СЭ с поперечным переходом: на изолирующей подложке перпен­дикулярно к поверхности фор­мируется р-i-n-структура a-Si:H (рис. 8). Такой СЭ не требует прозрачного проводящего окси­да в качестве контакта и широкозонного р-слоя для создания прозрачного оконного слоя, его можно изготовить посредством стандартных технологий микроэле­ктроники.
Один из наиболее перспективных материалов для создания вы­сокоэффективных солнечных батарей — арсенид галлия.
Это объ­ясняется таким его особенностями, как:
•  почти идеальная для однопереходных солнечных элементов ши­рина запрещенной зоны 1,43 эВ;
повышенная способность к поглощению солнечного излучения:
 требуется слой толщиной всего в несколько микрон;
•  высокая радиационная стойкость, что совместно с высокой эф­фективностью делает этот материал чрезвычайно привлекатель­ным для использования в космических аппаратах;
•  относительная нечувствительность к нагреву батарей на основе
GaAs;
•  характеристики сплавов GaAs с алюминием, мышьяком, фосфо­ром или индием дополняют характеристики GaAs, что расширя­ет возможности при проектировании СЭ.
Главное достоинство арсенида галлия и сплавов на его основе -широкий диапазон возможностей для дизайна СЭ. Фотоэлемент на основе GaAs может состоять из нескольких слоев различного соста­ва. Это позволяет разработчику с большой точностью управлять ге­нерацией носителей заряда, что в кремниевых СЭ ограничено до­пустимым уровнем легирования. Типичный СЭ на основе GaAs со­стоит из очень тонкого слоя AIGaAs в качестве окна.
 Основной недостаток арсенида галлия — высокая стоимость. Для удешевления производства предлагается формировать СЭ на более дешевых подложках; выращивать слои GaAs на удаляемых подлож­ках или подложках многократного использования.
Поликристаллические тонкие пленки также весьма перс­пективны для солнечной энергетики.
Чрезвычайно высока способность к поглощению солнечного из­лучения у диселенида меди и индия (CulnSe2) — 99 % света погло­щается в первом микроне этого материала (ширина запрещенной зоны — 1,0 эВ) [4]. Наиболее распространенным материалом для изготовления окна солнечной батареи на основе CulnSe2 является CdS. Иногда для улучшения прозрачности окна в сульфид кадмия добавляют цинк. Немного галлия в слое CulnSe2 увеличивает шири­ну запрещенной зоны, что приводит к росту напряжения холостого хода и, следовательно, повышению эффективности устройства. Один из основных способов получения CulnSe2 — электрохимиче­ское осаждение из растворов CuS04, ln2(S04)3 и Se02 в деионизо-ванной воде при соотношении компонентов Cu:ln:Se как 1:5:3 и рН =1,2-2,0.
Еще один перспективный материал для фотовольтаики — теллу-рид кадмия (СdТе). У него почти идеальная ширина запрещенной зоны (1,44 эВ) и очень высокая способность к поглощению излуче­ния. Пленки CdTe достаточно дешевы в изготовлении. Кроме того, технологически несложно получать разнообразные сплавы CdTe с Zn, Hg и другими элементами для создания слоев с заданными свойствами.
Подобно CulnSe2, наилучшие элементы на основе CdTe включа­ют гетеропереход с CdS в качестве оконного слоя. Оксид олова ис­пользуется как позрачный контакт и просветляющее покрытие. Се­рьезная проблема на пути применения CdTe — высокое сопротив­ление слоя р-СоТе, что приводит к большим внутренним потерям. Но она решена в p-i-n-структуре с гетеропереходом CoTe/ZnTe (рис. 9).
Наиболее ответственный этап формирования СЭ на осно­ве CdS/CdTe — осаждение по­глощающего слоя CdTe толщи­ной 1,5-6 мкм. Для этого ис­пользуют различные способы: сублимацию/конденсацию, электрохимическое осаждение, трафаретную печать, химичес­кое осаждение из газовой фазы и распыление. Пленки СdТе, по­лученные данными методами,  обладают высокой подвижностью носителей заряда, а СЭ на их ос­нове — высокими значениями КПД, от 10 до 16%.
    продолжение
--PAGE_BREAK--CuGaSe2также весьма интересен как тонкопленочный элемент солнечных батарей. Благодаря запрещенной зоне шириной 1,68 эВ он используется как верхний элемент тандемной солнечной бата­реи с нижним элементом из CulnSe2. Слои CuGaSe2 формируют пу­тем последовательного осаждения термическим испарением тон­ких слоев Ga, Se и Си на поверхность стеклянной подложки, покры­той слоем молибдена толщиной 1 мкм. Далее из получен­ной структуры в установке быстрого термического отжига в течение пяти минут при температуре 550°С получают соединение CuGaSe2.
Одним из перспективных материалов для дешевых солнечных батарей благодаря приемлемой ширине запрещенной зоны (1,4-1,5 эВ) и большому коэффициенту поглощения 104 см-1 явля­ется Cu2ZnSnS4. Его главное достоинство в том, что входящие в не­го компоненты широко распространены в природе и нетоксичны. Однако пока достигнута эффективность преобразования всего в 2,3% при использовании гетероперехода Cu2ZnSnS4 и CdS/ZnO.
Среди СЭ особое место занимают батареи, использующие орга­нические материалы, В частности, КПД СЭ на основе диоксида титана, покрытого органическим красителем, весьма высок --11%. Немаловажно, что подложками в таких элементах могут вы­ступать полимерные пленки.
Основа СЭ данного типа — широкозонный полупроводник, обыч­но ТiO2, покрытый монослоем органического красителя, как прави­ло — цис-(NСS)2бис(4,4''ДИкарбокси-2,2'бипиридин)-рутением (II) (рис.12). Фотоэлектрод такого устройства представляет собой на-нопористую пленку ТiO2 толщиной 1 мкм, осажденную на ТСО на стекле. Отражающим электродом служит тонкий слой Pt, осажден­ный на ТСО на стекле. Пространство между двумя электродами заполняют электролитом, обычно содержащим иодид/трииодид
(I-/Iз). рис. 10
Принцип работы элемента основан на фотовозбуждении краси­теля и быстрой инжекции электрона в зону проводимости ТiO2. При этом молекула красителя окисляется, через элемент идет электри­ческий ток и на платиновом электроде происходит восстановление трииодида до иодида. Затем иодид проходит через электролит к фотоэлектроду, где восстанавливает окисленный краситель.
Для солнечной батареи на эффекте Шотки используют фталоцианин — органический полупроводник р-типа. В нем наиболее привлекают высокая фотопроводимость в видимой области спект­ра и термическая стабильность. Основной недостаток — низкое время жизни носителей вследствие большого числа ловушек. Для повышения времени жизни фталоцианин легируют фуллеренами или 2-, 4-, 7-тринитрофлуореноном, создающими акцепторные уровни.
Фуллерены (С60) также весьма перспективны для органических солнечных батарей на основе гетероструктур C60/p-Si в связи с их способностью к сильному поглощению в коротковолновой области солнечного спектра. Поликристаллический фуллерен С60 толщи­ной ~1 мкм осаждают на кремниевую подложку в глубоком вакууме. Далее на слой С60 наносят алюминиевые контакты. В качестве зад­него контакта используется сплав Gaxlny на позолоченной подложке.
Термофотовольтаическое производство электроэнергии, т.е. преобразование длинноволнового (теплового) излучения посредством фотовольтаических ячеек было открыто в 1960 году и вызыва­ет все больший интерес, особенно в связи с современными дости­жениями в областисоздания узкозонных полупроводников. В термофотовольтаической ячейке тепло преобразуется в электроэнергию посредством селек­тивных эмиттеров из оксидов редкоземельных элементов -эрбия и иттербия. Эти вещества поглощают инфракрасное излу­чение и вновь излучают его в уз­ком энергетическом диапазоне. Излучение может быть эффек­тивно преобразовано с помо­щью фотовольтаической ячейки с соответствующей шириной за­прещенной зоны. В качестве ма­териала для фотоэлектрической ячейки более всего подходит lnxGa1-xAs, поскольку он позволя­ет добиться необходимой шири­ны запрещенной зоны.
 В типичном многопереход­ном солнечном элементе одиночные фотоэле­менты расположены друг за дру­гом таким образом, что солнеч­ный свет сначала попадает на элемент с наибольшей шириной запрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наиболь­шей энергией. Пропущенные верхним слоем фотоны проника­ют в следующий элемент с меньшей шириной запрещенной зоны и т.д.
Основное направление исследований в области каскадных эле­ментов связано с использованием арсенида галлия в качестве од­ного или нескольких компонентов. Эффективность преобразования подобных СЭ достигает 35 %. Кроме того, в каскадных элементах широко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе (a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CulnSe2.
Каскадная батарея, в которой верхним элементом служит структура на основе GalnP с n-AllnP в качестве окна, далее следует туннельный диод на GaAs для прохождения но­сителей между элементами и нижний элемент из GaAs.
Весьма перспективны каскадные батареи, состоящие из трех элементов с различной шириной запрещенной зоны (рис.13). Верхний слой, поглощающий коротковолновую область сол­нечного спектра, сформирован из сплава на основе a-Si:H с шири­ной оптической щели 1,8 эВ. Для серединного элемента в качест­ве слоя i-типа использован сплав a-SiGe:H с содержанием германия 10-15%. Ширина оптической щели данного слоя (1,6 эВ) иде­альна для поглощения зеленой области солнечного спектра. Нижняя часть СЭ поглощает длинноволновую часть спектра, для этого используется i-слой a-SiGe:H с концентрацией гер­мания 40-50%. Непоглощенный свет отражается от заднего кон­такта на основе Ag/ZnO. Все три элемента каскадной солнечной батареи связаны между собой сильнолегированными слоями, образующими туннельные пере­ходы между соседними элемен­тами.

5.1. Оценка солнечного теплоснабжения в России.
Одной из наиболее технически подготовленных к внедрению технологий использования солнечной энер­гии является технология производства низкопотенци­ального тепла для отопления и горячего водоснабже­ния. Системы солнечного теплоснабжения (CCT) полу­чили достаточно широкое распространение во многих странах мира с благоприятными климатическими усло­виями (США, Австралия, Израиль и др.). Их суммарная мощность в мире в 1997 г. достигла 3 000 МВт [13].
B России масштабы внедрения CCT относительно невелики, несмотря на то что к настоящему времени разработаны и подготовлены к серийному производству солнечные коллекторы, не уступающие по своим техни­ко-экономическим показателям лучшим зарубежным аналогам [14]. Это объясняется целым рядом причин и в первую очередь отсутствием финансовых средств у потенциальных потребителей. Кроме этого, во многих случаях важной причиной является недостаточная эко­номическая эффективность CCT и их неконкурентоспо­собность с традиционными системами теплоснабжения [13]. B России эта проблема стоит особенно остро в связи с более суровыми (по сравнению со странами, внедряю­щими CCT) климатическими условиями и относитель­ной дешевизной органического топлива.
B ряде работ [13,15,16] приведены расчетные показа­тели CCT (удельная выработка энергии, коэффициент замещения нагрузки) для климатических условий Рос­сии, однако вопросам экономической конкурентоспо­собности уделено недостаточное внимание. Цель на­стоящей работы — оценка экономической и экологиче­ской эффективности CCT в условиях конкуренпии с традиционными энергоисточниками в широком ин­тервале изменения наиболее важных параметров: кли­матических условий и цен на органическое топливо. Поскольку эффективность CCT часто весьма сущест­венно зависит от местной специфики, сделана попытка установить лишь наиболее общие закономерности и выявить условия, при которых CCT, хотя бы в прин­ципе, могут найти применение в настоящее время и в перспективе. Поэтому рассмотрены лучшие солнеч­ные коллекторы (максимальная тепловая эффектив­ность и минимальная цена), варианты тепловой схемы с минимальными потерями, а также перспективные (на период до 2010 г.) цены на органическое топливо.
Основной энергетической характеристикой солнеч­ного коллектора является его КПД, равный отношению вырабатываемой (полезной) энергии к приходящей на его поверхность энергии солнечного излучения [17]
<shape id="_x0000_i1032" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image013.wmz» o:><img width=«183» height=«24» src=«dopb145782.zip» v:shapes="_x0000_i1032">
где FR— коэффициент отвода тепла из коллектора; <shape id="_x0000_i1033" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image015.wmz» o:><img width=«16» height=«15» src=«dopb145783.zip» v:shapes="_x0000_i1033"> - поглощательная способность пластины коллектора; <shape id="_x0000_i1034" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image017.wmz» o:><img width=«13» height=«15» src=«dopb145784.zip» v:shapes="_x0000_i1034"> — пропускная способность прозрачных покрытий; UL — полный коэффициент тепловых потерь коллекто­ра, Вт/(м2•0C); T1, — температура жидкости на входе в коллектор, 0C; Ta — температура окружающей среды, 0C; I — плотность потока суммарной солнечной радиа­ции в плоскости коллектора, Вт/м2.показывает, что удельная теплопроизводительность qдля лучшего  коллектора находится в интервале 650...900 кВт•ч/м2 в год (Санкт-Петербург — Сочи; Якутск — юг Забайка­лья) и зависит в основном от годового прихода солнеч­нойрадиации в данной местности на горизонтальную поверхность Qи в меньшей степени — от распределения интенсивности радиации и температуры воздуха по ме­сяцам, которые обусловливают лишь небольшой разброс точек относительно аппроксимирующих зависимостей q(Q). B дальнейших расчетах применялась зависимость для лучшего коллектора (тип 2). Следует отметить, что полученные значения qпримерно на 20 % превышают теплопроизводительность [15], определенную с учетом потерь CCT из-за неполного использования тепла.
 Основной экономической характеристикой CCT, как и любого энергоисточника, является стоимость вы­рабатываемой энергии (отношение суммарных дискон­тированных затрат к суммарному дисконтированному отпуску энергии) [18]
 <shape id="_x0000_i1035" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image019.wmz» o:><img width=«171» height=«51» src=«dopb145785.zip» v:shapes="_x0000_i1035">,
где k— удельные капиталовложения, дол/м2; <shape id="_x0000_i1036" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image021.wmz» o:><img width=«16» height=«15» src=«dopb145786.zip» v:shapes="_x0000_i1036"> - ко­эффициент дисконтирования; <shape id="_x0000_i1037" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«31539.files/image023.wmz» o:><img width=«15» height=«19» src=«dopb145787.zip» v:shapes="_x0000_i1037"> — отношение годовых эксплуатационных затрат к капиталовложению; TL — срок службы.
Стоимость энергии представляет собой минималь­ную цену энергии CCT, при которой проект окупается к концу срока службы TL, который составляет 10—15 лет. Такой срок окупаемости достаточно велик, особенно для частного инвестора.
Следует отметить, что поскольку CCT вырабатыва­ет энергию существенно неравномерно во времени, то для надежного и бесперебойного энергоснабжения по­требителя практически всегда должны применяться дублирующие энергоисточники, например, на органи­ческом топливе. Поэтому при сопоставлении конкури­рующих вариантов (система теплоснабжения с исполь­зованием солнечной энергии и без нее) стоимость выра­батываемой энергии нужно сравнивать с топливной составляющей Sfстоимости энергии энергоисточника на органическом топливе, т.е. критерий экономической эффективности CCT имеет следующий вид: S< Sp
Анализ удельной стоимости разрабатываемых и про­изводимых в настоящее время коллекторов [13] пока­зывает, что для зарубежных изделий она находится в ин­тервале 290...500, а отечественных — 100...250 дол/м2. Для всей системы солнечного теплоснабжения (с учетом затрат в другие ее элементы — трубопроводы, насосы, теплоноситель, теплообменники, бак-аккумулятор) удельные капиталовложения, приведенные к единице площади коллектора, увеличиваются, как правило, в 1,5-2раза.
 Принимая достаточно оптимистическую оценку стоимости CCT k = l50 дол/м2, а также долю эксплуата­ционных затрат δ = 0,05, коэффициент дисконтирова­ния σ = 0,07 1/год (для перспективных условий, предпо­лагающих экономическую стабилизацию и доступ­ность финансовых средств для инвестирования проек­та), можно определить стоимость тепловой энергии CCT, которая для климатических условий Рос­сии при сроке окупаемости проекта T0 = 3-15 лет на­ходится в диапазоне S = 2,6...9,8 цент/(кВт• ч).
При сопоставлении стоимости энергии S с топлив­ной составляющей стоимости энергии альтернативных энергоисточников SF нецелесообразно пользоваться фактическими российскими данными по стоимости то­плива вследствие их недостаточной стабильности в на­стоящее время. Более надежной и объективной их оценкой являются значения, полученные на основе оп­тимизации перспективных топливно-энергетических балансов страны для различных сценариев развития энергетики. B настоящей работе использован широкий интервал изменения цен (от цен самофинансирования до мировых) по регионам России для периода 2006- 2010гг.[19].
 Достаточно распространенный способ учета эколо­гического эффекта НВИЭ — включение в стоимость энергии, производимой альтернативным энергоисточ­ником на органическом топливе, составляющих, учи­тывающих ее «внешнюю» стоимость (ущерб, наноси­мый окружающей среде, здоровью людей, отраслям экономики и т.п.). Получаемые таким образом оценки, лежат, как правило, в очень широком интерва­ле, что затрудняет получение на их основе конкретных выводов. Другой способ — учет затрат, требуемых для обеспечения определенного уровня выбросов вредных веществ в окружающую среду. Расчеты, выпол­ненные с применением десятирегиональной модели мировой энергетической системы GEM-IOR [14], пока­зывают, что для стабилизации выбросов тепличных га­зов на уровне 1990 г. необходимы дополнительные за­траты, которые в 2025 г. изменятся (в зависимости от сценариев внешних условий развития энергетики) от 60 до 200 дол/т углерода, выбрасываемого в окру­жающую среду в виде CO2. Ориентируясь на эти значе­ния, можно приближенно оценить изменение эффек­тивности CCT при введении соответствующего налога на органическое топливо для стабилизации выбросо­тепличных газов.
B таблице представлены результаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, (срок окупаемости 3-15 лет) в пяти регионах России (для последних трех рассмотрена только их южна» часть) и конкурирующими энергоисточниками — мелкими и средними котельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе или мазуте, а также системами электроотопления (электроэнергию вырабатывает крупная ТЭС на угле). Цены на топливо [19] увеличены на 20 % для учета затрат на внутрире­гиональный транспорт. Интервал стоимости тепловой энергии определен без учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог на эмиссию дву­окиси углерода, при котором CCT становятся конку­рентоспособными.
 B таблице представлены результаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, (срок окупаемости 3-15 лет) в пяти регионах России (для последних трех рассмотрена только их южная часть) и конкурирующими энергоисточниками — мелкими и средними котельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе или мазуте, а также системами электроотопления (электроэнергию вырабатывает крупная ТЭС на угле). Цены на топливо [19] увеличены на 20 % для учета затрат на внутрире­гиональный транспорт. Интервал стоимости тепловой энергии определен без учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог на эмиссию дву­окиси углерода, при котором CCT становятся конку­рентоспособными.

Регион
Q.
МВт•ч/м2
S, цент/кВт•ч
Энергоноситель
Стоимость топ­лива, дол/т у.т.
Кпд, %
SF
цент/кВт•ч
Минимальный налог, дол/т С
Центр и Северо-Запад
1,0… 1,2
3,3… 9,8
Уголь
58...84
60...70
1,0...1,7
89
Мазут
61… 120
60...70
1,1… 2,5
69
Газ
66...120
60...75
1,1… 2,5
92
Электрическая
—
34...36
2,0...3,O
8
энергия
Северный Кавказ и Нижнее Поволжье
1,2...1,4
2,6… 8,8
Уголь
49...92
60… 70
0,9… .1,9
40
Мазут
55...127
60… 70
1,0… .2,8
0
Газ
60...127
60… 75
1,0… 2,6
0
Электрическая
—
34...36
1,7… .3,3
0
энергия
Урал и Западная Си­бирь
1,0...1,2
3,3...9,8
Уголь
22...67
60...70
0,4...1,4
109
Мазут
48… 106
60...70
0,8...2,2
92
Газ
53.… 106
60...75
0,9...2,2
125
Электрическая
—
34...36
0,8...2,4
28
энергия
Восточная Сибирь
1,4...1,4
2,6… 9,8
Уголь
19… .42
60...70
0,3… 0,9
98
Мазут
67… .96
60...70
1,2… 2,0
51
Газ
72… 96
60...75
1,2… 2,0
69
Электрическая
—
34… .36
0,6...1,5
34
энергия
Дальний Восток
1,0...1,4
2,6… 9,8
Уголь
66… 79
60...70
1,2… 1,6
55
Мазут
115.… 168
60...70
2,0...3,4
0
Газ
120… .168
60...75
2,0...3,4
0
Электрическая
—
34...36
2,3… 2,9
0
энергия
    продолжение
--PAGE_BREAK--5.2.Разработка и внедрение первой в районе Сочи солнечно-топливной котельной.
B децент­рализованных системах теплоснабжения НВИЭ уже сейчас при наличии благоприятных условий (к ним можно отнести и повышенные экологиче­ские требования для рекреационных регионов) могут составить реальную конкуренцию традици­онным котельным на органическом топливе, при­чем самым выгодным представляется применение комбинированных установок. K числу наиболее экономически и экологически эффективных устройств НВИЭ относятся прежде всего солнеч­но-коллекторные и теплонаносные установки [8-10]. При этом среди энергоустановок, в кото­рых выгодно использование энергии солнца, сле­дует выделить комплексы, создаваемые на базе отопительных котельных, работающих на органи­ческом топливе. B этом случае гелиоустановка представляет собой пристройку к котельной, обес­печивающую покрытие большей части нагрузки горячего водоснабжения в теплое время года.
Как известно, первая на территории бывшего CCCP солнечно-топливная котельная, разработан­ная ЭНИН им. Кржижановского, была построена для гостиницы «Спортивная» в Симферополе. Она была оборудована отопительными котлами на при­родном газе и солнечными коллекторами площа­дью 204 м2. Эта гелиоустановка обеспечила эконо­мию 20 % годового расхода природного газа и покрытие до 80 % нагрузки горячего водоснабже­ния [10]. Гелиосистема была выполнена в виде солнечной приставки к имевшейся котельной. B Краснодарском крае в доперестроечный период под руководством B. A. Бутузова [9] было постро­ено пять подобных установок. Анализ работы солнечно-топливных котельных на современном этапе показывает их достаточно высокую эффек­тивность как в части экономии топлива и обеспе­чения экологической безопасности, так и по капи­тальным затратам. B таких системах достигаются наибольшие к. п. д. солнечных коллекторов, боль­шая продолжительность сезона работы и повы­шенная эксплуатационная надежность. Одним из наиболее существенных достоинств этих устано­вок является частичное использование существую­щего оборудования, а также возможность их об­служивания штатным персоналом котельной. Для комбинированного подогрева подпиточной воды солнечно-котельные установки в южных регионах могут работать в круглогодичном режиме.
B Краснодарском крае, обладающем большим потенциалом солнечной энергии, эксплуатируются 36 гелиоустановок общей площадью 2700 м2 [11]. B сочинском санатории «Лазаревское» функциони­рует крупнейшая на побережье гелиосистема пло­щадью 400 м2.
Котельная в пос. Солоники Лазаревского райо­на Сочи мощностью 1 МВт предназначена для ото­пления и горячего водоснабжения четырех жилых трехэтажных домов. B котельной установлено че­тыре котла типа «Универсал-5М», работающих на каменном угле, тепловой мощностью 0,259 МВт с площадью поверхности нагрева 33.1 M^ каждый без систем газоочистки и утилизации теплоты уходящих газов. Имеется также бак-аккумулятор вместимостью 25 м3. B конце 1995 г. администра­цией района было принято решение о реконструк­ции котельной с преобразованием ее в солнечно-топливную. Это мотивировалось высокой стоимо­стью и трудностью доставки органического топли­ва, а также необходимостью улучшения экологи­ческой обстановки в речной долине поселка на фоне благоприятных для работы солнечно-коллек­торных установок климатических условий.
Первая очередь гелиосистемы котельной пло­щадью 250 м2 предусматривает покрытие около 35 % расчетной годовой нагрузки горячего водо­снабжения поселка. Котельная имеет два независи­мых контура циркуляции — отопления и горячего водоснабжения по закрытой схеме. Принципиаль­ная схема солнечно-топливной котельной преду­сматривает сооружение дополнительного контура циркуляции, включающего в себя блоки солнеч­ных коллекторов, циркуляционные насосы и ба­ки-аккумуляторы с дополнительным баком вмести­мостью 20 м3.
Установка может работать в сезонном и круг­логодичном режимах эксплуатации. Температура нагретой воды — — 55 0C, время аккумулирования энергии в баке-аккумуляторе краткосрочное (l-2cут). Дублирующим источником энергии служат существующие водогрейные котлы. Гелио­установка представляет собой систему солнечных коллекторов, состоящую из пяти модулей, которые в свою очередь разделены на блоки по 10 кол­лекторов в каждом. Система обвязки трубопрово­дов — попутная, каждый блок может быть от­ключен индивидуально.
Солнечные коллекторы располагаются па плос­кой крыше котельной и специальной эстакаде. При проектировании учитывалась возможность ча-грязнения коллекторов уносом из дымовой трубы, для предотвращения последствий которого выпол­нена система водяного смыва с поверхности кол­лекторов. Проектом предусмотрено использование солнечных коллекторов «Радуга» производства НПП «Конкурент» (г. Жуковский Московской обл.). Поглощающая панель коллектора — — штампосвар-ная из листовой нержавеющей стали, покрытие панели — — селективное, выполненное напылением в вакуумной камере. Корпус изготовлен из специ­ального анодированного алюминиевого профиля, тепловая изоляция — — комбинированная (из база­льтового волокна в алюминиевой фольге и пено­полиуретана). Прогнозируемый срок службы кол­лектора — 15 — 20 лет.
Значения к. п. д. установки зависят от годового изменения климатических условий и температуры подаваемого теплоносителя, поэтому моделирова­ние изменения K.II.Д. в годовом и суточном циклах — достаточно сложная задача. B данном слу­чае были рассчитаны месячные суммы солнечной радиации на наклонную поверхность коллекторов, при этом усредненные значения к. п. д. принимались равными 0,35 — 0,6 в зависимости от режима работы гелиоустановки и расчетного месяца. Рас­четное годовое удельное количество суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность гелиоустановки составляет 1860кВт•ч/м2, а за се­зон с апреля по октябрь — 1350кВт•ч/м2. Рас­четное количество тепла, вырабатываемое гелио­системой при сезонной работе, равно 175МВт•ч, при круглогодичной работе — 227,3 МВт•ч.
Как показали технико-экономические расчеты, срок окупаемости гелиосистемы котельной в пос. Солоники (с учетом инфляции) составляет 3 — 6 лет в зависимости от режима работы уста­новки, что является очень хорошим показателем для энергетического оборудования. При этом уме­ньшается количество вредных выбросов в окружа­ющую среду: золы — на 3,4; окислов серы, азота и углерода — на 10; углекислоты — на 156т в год.
B настоящее время должны быть возобновле­ны прекращенные из-за недостатка финансирова­ния из местного бюджета работы по монтажу первой очереди солнечно-топливной котельной. Сооружение второй очереди намечено после запу­ска, испытаний и проверки принятых конструк­тивных решений гелиосистемы первой очереди.
Можно констатировать, что внедрение комби­нированных солнечно-топливных котельных один из наиболее перспективных путей повыше­ния эффективности и экологической безопасности существующих коммунальных котельных. Ha тер­ритории России эксплуатируется более 75 тыс. отопительных котельных жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) с суммарной тепловой мощно­стью 690,5 тыс. Гкал/ч. Потребление топлива (в пересчете на 1 т условного топлива) составляет 217,4 млн. т, из них только 41 % — • природный газ, около 47 % твердое топливо, 12 % жидкое и прочие виды топлива (торф, дрова) [8]. B 1997 r. валовые выбросы вредных веществ в атмосферу предприятиями ЖКХ в целом по Рос­сии составили 677,68 тыс.т, что на 3,1% больше, чем в предыдущем году [12]. При этом существен­но возросли выбросы жидких и газообразных ве­ществ, в том числе оксида углерода (на 7,2 %), оксидов азота (на 3,8 %), сернистого ангидрида (на 2,1 %). Это прежде всего связано с продолже­нием эксплуатации маломощных котельных, не имеющих установок для очистки дымовых газов.
B Краснодарском крае в 1999 г. валовой вы­брос загрязняющих веществ в атмосферу пред­приятиями энергетики составил 15,71тыс.т, или 15,3% общего выброса предприятиями края, что также осложняет экологическую ситуацию в курор­тном регионе. Ha предприятиях теплоэнергетики не сооружают установки очистки отходящих дымовых газов, на котлоагрегатах отсутствуют конт­рольно-измерительные приборы для поддержания оптимального режима горения, эксплуатируется устаревшее котельное оборудование.
Поэтому работы по проектированию и внедре­нию комбинированных солнечно-топливных коте­льных, использующих наиболее экологически бе­зопасное топливо и оборудованных системами очистки дымовых газов, что способствует улучше­нию экологической обстановки в регионе, должны получить широкую поддержку со стороны власт­ных структур и муниципальных предприятий, обеспечивающих централизованное теплоснабжение потребителей. Это особенно важно для региона Сочи, характеризующегося высокими требованиями к экологической безопасности рекреационной зоны, на фоне благоприятных для внедрения энергоуста­новок на базе НВИЭ природно-климатических условий. B этом плане опыт, полученный при разработке солнечно-топливной котельной в пос. Солоники Лазаревского района Сочи, представля­ется весьма полезным и должен учитываться при формировании региональных программ энерго­снабжения и устойчивого развития территории.

6. Перспективы развития фотоэлектрических технологий.
Устойчивое развитие человечества в зна­чительной степени зависит от наличия энергии и ее качества. Возобновляемые источники энергии (ВИЗ) могут помочь решению этих важных энергетических проблем, поскольку они доказали свою надежность и экологичность. Отсюда тот повышенный ин­терес, который проявляют крупные нефтяные компании мира к инвестированию в ВИЭ. За год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образовалось в природных условиях за 2 млн лет. Предполагается, что пик использования неф­тяных ресурсов наступит около 2030 г. [5].
Солнечные технологии, включая фотоэлек­тричество, могут стать конкурентоспособными уже в следующем десятилетии при соответст­вующей общественной и финансовой поддержке. Переход к крупномасштабному ис­пользованию ВИЭ произойдет в 21 веке. Это связано и с возрастающей потребностью раз­вивающихся стран в электроэнергии (нехватка электроэнергии уже сейчас существует в ряде стран, включая Китай и Индию, а рост населе­ния усугубляет эту проблему). Через 30—40 лет дополнительно потребуется 5000 ГВт установ­ленной мощности, что примерно в 2 раза боль­ше современного уровня.
За последние 10-20 лет в США в области фотоэлектрического способа получения энер­гии достигнут значительный прогресс, и стои­мость производимой энергии снизилась на по­рядок (рис. 14). Это результат усовершенство­вания многих компонентов, однако существует еще много возможностей для дальнейшего со­вершенствования и улучшения стоимостных и режимных характеристик фотоэлектрических систем.
Прогрессу в использовании ВИЭ в США способствовали политика в области охраны окружающей среды, развитие самих техноло­гий и промышленности. Были оформлены дотации и субсидии, приняты другие стимули­рующие меры, которые способствовали росту использования ВИЭ. За период 1975—1990 гг. в солнечные энергетические технологии вло­жено более 38 млрд долл. государственных суб­сидий.
 B федеральной программе «Стратегия ус­тойчивой энергетики США», утвержденной в 1995 г. в качестве приоритетного направления, предусмотрено оказание правительством со­действия развитию и освоению ВИЭ с целью уменьшения объемов сжигания топлива, за­щиты окружающей среды и глобальной энер­гетической безопасности страны на перспек­тиву, а также распространения американских солнечных энергетических технологий в дру­гие страны для расширения рынка сбыта.
 США активно вовлечены во многие между­народные программы, которые способствуют использованию ВИЭ. Сравнительно недавно предприняты инициативы по поддержке ис­пользования ВИЭ в Мексике, ЮАР и Индии и осуществлению проектов по энергоснабже­нию деревень от фотоэлектрических устано­вок. Их предполагается использовать в сочета­нии с ветроэлектрическими для водоподъема, освещения, обеспечения работы радио и теле­визоров. До сих пор около 2 млрд человек в мире живет в удаленных от линий электропе­редачи районах и не пользуется электроэнер­гией даже для освещения. Затраты на полную электрификацию таких районов путем подсое­динения к действующим энергосистемам мо­гут превысить 1 трлн долл…
 Дизельные электростанции небольшой мощ­ности работают крайне неудовлетворительно при низких нагрузках, они очень чувствитель­ны к качеству обслуживания, что создает мно­жество проблем, одной из которых является доставка топлива. Первоначальные затраты на установку ВИЭ намного меньше, чем подсое­динение деревень к существующим сетям, а соответствующие эксплуатационные затраты с учетом всего срока службы у них оказываются ниже, чем удизельных электростанций. Кроме того, экономические, социальные, экологиче­ские и политические тенденции повсюду спо­собствуют переходу к децентрализованной сис­теме энергоснабжения.
Действующая в США с 1997 г. программа «Миллион солнечных крыш» предусматривает до 2010 г. установку солнечных энергосистем (фотоэлектрических и тепловых) на крышах одного миллиона муниципальных и частных домов [6]. Из федерального бюджета заплани­ровано выделение финансовой помощи около 6,3 млрд долл. Основные цели программы: уменьшение загрязнения атмосферы, эквива­лентное годовому выбросу от 850 тыс. автомобилей, создание дополнительных 70 тыс. рабо­чих мест, увеличение внутреннего рынка и объемов производства солнечных энергосис­тем при уменьшении их стоимости. Планиру­ется, что к 2005 г. мировой рынок фотоэлек­трических систем превысит 1,5 млрд долл.
 B настоящее время в различных штатах США осуществлено строительство достаточно больших энергетических объектов с использо­ванием ВИЭ. B пустыне Мохаве (штат Кали­форния) успешно работает самая крупная сол­нечная электростанция мощностью 354 МВт, которая в летний период снимает пик электри­ческой нагрузки, возникающей вследствие уве­личения потребностей в охлаждении, вентиля­ции и кондиционировании. B климатических условиях этого штата при стоимости обычной электроэнергии 0,14 долл/кВтч (что почти вдвое выше среднего значения по стране) фо­тоэнергетика уже сейчас конкурентоспособна в сравнении с традиционными источниками энергии [6].
Ha всемирной конференции по фотоэлек­тричеству в Глазго (май, 2000 г.) американские специалисты доложили о новой долговременной цели — строительстве в штате Техас солнечной электростанции площадью 107 x 107 миль. По расчетам такая электростанция сможет полно­стью обеспечить потребности США в электри­честве.
Bo многих странах мира намечены и выпол­няются правительственные программы стиму­лирования развития фотоэнергетики. Особые усилия в этой области помимо США прилага­ют Япония и Германия. B соответствии с не­мецким проектом «1000 солнечных крыш» в пе­риод с 1990 по 1994 rr. на жилых домах уста­новлено 2500 систем мощностью по 2—4 кВт. B течение 1998 и 1999 гг. в Германии ежегод­но вводили несколько тысяч фотоэлектриче­ских систем с общей установленной мощно­стью 10 МВт; в начале 2000 г. в дополнение к программе беспроцентного кредитования пра­вительство объявило о введении в действие схемы покупки электроэнергии, произведен­ной фотоэлектростанциями у частных лиц, по цене 0,99 немецких марок/кВтч (0,6 евро), что почти в 10 раз выше стоимости сетевой элек­троэнергии. Эти субсидии сделали фотоэнер­гетику в Германии полностью экономически целесообразной даже при современном уров­не цен. Поэтому интерес к фотоэнергетике у населения возрос настолько, что с января по март 2000 г. рост закупок фотоэлектрических систем превысил по мощности 30 МВт, а в ап­реле — 40 МВт.
 B 1995—1996 гг. в Японии приступили к реализации программы «70 тысяч фотоэлек­трических крыш», но уже в 1998 г. она пере­смотрена в пользу увеличения числа зданий до 1 млн. при общей установленной мощности фотоэлектрических систем до 5 ГВт.
Основной проблемой современного этапа становления фотоэлектрической индустрии яв­ляется достижение конкурентоспособности прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных элемен­тов (СЭ) (по сравнению с традиционными спо­собами генерирования электроэнергии). Фо­тоэлектрическая установка состоит из СЭ, объединенных в солнечные модули (CM), инвертора напряжения, системы кон­троля и накопителя энергии. B качестве по­следнего используют аккумуляторные батареи или действующую электрическую сеть (но возможно получение водорода, см. пункт 2 ). Ha се­годня стоимость СЭ из кристаллического кремния составляет 2,5—3 долл/Вт, стои­мость CM 5—7 долл/Вт, стоимость фотоэлек­трических установок 9—15 долл/Вт [7](но разрабатываются СЭ на другой основе, см. пункт 4 ). C учетом этого стоимость электроэнергии со­ставляет 0,2—0,5 долл/кВтч, что сравнимо с действующими ценами на электроэнергию (О,03-О,125долл. кВтч).
    продолжение
--PAGE_BREAK--