Солнечная батарея: от Генриха Герца до наших дней

История инноваций
Из истории создания устройств, преобразующих солнечный свет в электроэнергию.

Впервые на взаимосвязь света и электричества обратил внимание немецкий физик Генрих Герц. Он заметил, что разряд между двумя электродами происходит гораздо легче под ультрафиолетовым светом.

Экспериментально доказать эту зависимость Герцу удалось в 1886-1889 годах. Ученый показал, что электромагнитные волны ведут себя точно так же, как и световые, – распространяются прямолинейно, образуя тени. Он создал гигантскую призму из двух тонн асфальта, которая преломляла электромагнитные волны, как стеклянная призма – световые. Однако Герц не стал подробно изучать эту тему.

Данные немецкого ученого заинтересовали профессора физики Московского университета Александра Григорьевича Столетова. В феврале 1888 года он приступил к серии опытов по изучению этого таинственного явления. 26 февраля в экспериментальной установке Столетова был выработан первый электрический ток, рожденный световыми лучами. Фактически это и был первый фотоэлемент.

В конце 19 века на Всемирной выставке в Париже изобретатель Огюст Мушо продемонстрировал инсолятор. Прибор при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле с помощью параболического зеркала диаметром 5 м. Котел приводил в действие печатную машину, делавшую по 500 оттисков газеты в час.

В начале 20 века Альберт Эйнштейн создал теорию фотоэффекта (испускание электронов веществом под действием света или любого другого электромагнитного излучения). Тогда же были разработаны фотоэлементы на основе селена, потом более совершенные – таллиевые. Однако все они обладали очень малым коэффициентом полезного действия и нашли применение только в устройствах управления, например, в турникетах на пассажирских станциях.

В 30-е годы 20 века сотрудники Физико-технического института АН СССР в Ленинграде Борис Коломиец и Юрий Маслаковец создали медно-таллиевые фотоэлементы с рекордным для того времени КПД – 1%. Институтом тогда руководил академик Абрам Федорович Иоффе, имя которого сегодня носит это учебное заведение.

Следующим шагом в развитии гелиоэнергетики стало создание кремниевых фотоэлементов. Уже первые их образцы имели КПД 6%. Это позволило ученым задуматься о практическом получении электрической энергии из солнечных лучей.

Первая солнечная батарея была создана в 1953 году. Поначалу это была просто демонстрационная модель – применение на практике не представлялось возможным из-за малой мощности. Однако конструкция стала использоваться в космической отрасли – существовавшие в то время аккумуляторы, в которых можно было бы запасти электрическую энергию, были очень громоздки и тяжелы, и большая часть полезной нагрузки корабля ушла бы на перевозку источников энергии. Конструкторы бились над задачей создания пригодной для использования в космосе электростанции, работающей без топлива. С этой точки зрения фотопанель оказалась подходящим решением. Уже третий советский искусственный спутник Земли, выведенный на орбиту 15 мая 1958 года, был оснащен солнечной батареей.

Следующий шаг в освоении энергии солнца был сделан в 1970-х годах. Ученые начали подробно исследовать фотоэлектрические свойства полупроводников и обнаружили, что они гораздо эффективнее металлов преобразуют солнечный свет в электрическую энергию.

Сегодня солнечные батареи постепенно входят в быт. Уже никого не удивляют калькуляторы, электронные часы, радиоприемники, работающие от небольшой фотопанели, вмонтированной в корпус прибора. По всему миру реализуются масштабные проекты строительства солнечных электростанций мощностью до нескольких сот мегаватт.

При подготовке материала использована информация Википедии, solarsity.ru.


Источник: SmartGrid.ru
Фото: mapia.ua

Ветер на службе человечества

История инноваций
Из истории использования ветряков и появления ветроэнергетики.
 
То, что энергия ветра имеет большой потенциал, люди поняли очень давно… Например, около 200 года до нашей эры в Персии для размола зерна стали использовать ветряные мельницы.

В Европе подобные сооружения появились примерно в 12-13 веках. Есть версия, что они были привезены из арабских стран во время крестовых походов. Однако «европейский» вариант имел горизонтальную ось, а «восточный» – вертикальную, что может служить доказательством того, что это было изобретение, а не заимствование. Распространению таких мельниц в Европе способствовало то, что в зимний период из-за замерзания рек водяные мельницы переставали функционировать; для ветряных же такой проблемы не стояло.

В 16 веке в городах Европы начинают строиться водонасосные станции с гидродвигателем и лопастями, приводимыми в движение ветром. В Нидерландах многочисленные ветряные мельницы откачивали воду с земель, отвоеванных у моря для использования в сельском хозяйстве. В засушливых областях Европы ветряные мельницы применялись для орошения полей.

В 18-19 веках ветряные мельницы довольно широко использовались в оросительных системах на фермах США.

Установки, производящие электричество из ветра, были изобретены в конце 19 века. Шотландский профессор Джеймс Блайт в 1887 году установил на участке около своего дома 10-метровый ветряк. Вырабатываемая им энергия использовалась для зарядки аккумуляторов, от которых питался электроэнергией коттедж. Таким образом, это был первый в мире дом, обеспеченный электричеством, полученным с помощью ветра.

В Кливленде (штат Огайо, США) Чарльз Браш спроектировал и построил более крупный и сложный ветряк, проработавший у его дома с 1886 по 1900 год. Ветряк состоял из ротора диаметром 17 м, установленным на 18-метровой башне, и имел 144 лопасти. Мощность установки, несмотря на большие по сегодняшним меркам габариты, составляла всего 12 кВт. Подключенная динамо-машина использовалась либо для подзарядки блока батарей, либо для питания ламп накаливания, дуговых ламп и различных двигателей в лаборатории Браша. Однако ветряк стал лишним после 1900 года, когда электричество стало поступать из электростанций Кливленда.



В Дании в 1890 году была построена первая ветроэлектростанция, а к 1908 году насчитывалось уже 72 станции мощностью от 5 до 25 кВт. Крупнейшие из них имели башни высотой 24 метра и четырехлопастные роторы диаметром 23 метра.

В России разработкой ветроэлектрических станций и ветряков для сельского хозяйства занимался Центральный аэрогидродинамический институт, где в середине 1920-х годов была разработана конструкция «крестьянского ветряка». Устройство могло быть изготовлено на месте из доступных материалов, его мощность варьировалась от 3 до 45 л.с. Такая установка могла освещать 150-200 дворов или приводить в действие мельницу. Для бесперебойной работы был предусмотрен гидравлический аккумулятор.

Предшественница современных ветроэлектростанций с горизонтальной осью была построена в 1931 году в Ялте. Мощность установки составляла 100 кВт, а высота башни –30 м. К 1941 году единичная мощность ветроэлектростанций достигла 1,25 МВт.

Во время Второй мировой войны небольшие ветряки использовались на немецких подводных лодках для подзарядки батарей: таким образом экономилось топливо.

Аналогичный метод применялся для энергоснабжения маяков.

В период с 1940 по 1970 годы интенсивное развитие электросетевого комплекса, обеспечившего независимое от погоды энергоснабжение за умеренные деньги, привело к упадку ветроэнергетики. Возрождение интереса к ней началось в 1980-х, когда в Калифорнии начали предоставляться налоговые льготы для производителей электроэнергии из ветра.


При подготовке материала использована информация Википедии, energycraft.ru.


Источник: SmartGrid.ru

«РуДанЭнерго» о международном сотрудничестве в сфере энергоэффективности

Интервью директора «РуДанЭнерго» Майкла Виберга Педерсена и советника по энергоэффективности «РуДанЭнерго» Анны Челноковой порталу SmartGrid.ru.
Российско-датский центр по энергоэффективности («РуДанЭнерго») был создан в 2011 году в результате достигнутых договоренностей между «Российским энергетическим агентством» (РЭА) и Датским энергетическим агентством министерства климата и энергетики королевства Дании. Изначально целью его образования стало развитие контактов между российскими и датскими организациями в сфере энергоэффективности и энергосбережения. О том, какую работу ведет «РуДанЭнерго» сегодня, какие задачи ставит перед собой и какие датские энергоэффективные технологии применимы в России, в интервью порталу SmartGrid.ru рассказали директор центра Майкл Виберг Педерсен и советник по энергоэффективности «РуДанЭнерго» Анна Челнокова.

SmartGrid: Для чего было создано «РуДанЭнерго»?

Майкл Виберг Педерсен: «РуДанЭнерго» было создано с целью подготовки общей платформы для ключевых игроков из Дании и России в области энергоэффективности и энергосбережения. Это делается для оптимизации и развития энергоэффективности в России.

Анна Челнокова: Основная задача центра – помочь России стать более энергоэффективной. Россия и Дания – страны со сходным холодным климатом, однако Дания начала переходить на энергосберегающие технологии на почти 40 лет раньше, поэтому некоторый опыт, наработанный датчанами, может быть применен и в нашей стране.

SG: Какую работу ведет «РуДанЭнерго» в России? Какие проекты реализуются совместно с РЭА?

МВП: Мы проводим рабочие встречи, круглые столы, конференции, тематические семинары, организуем поездки делегаций в Данию и Россию. На основе датского опыта «РуДанЭнерго» предлагает активную консультативную поддержку в сфере энергоэффективности и энергосбережения для федеральных, региональных и муниципальных органов власти, а также частных российских компаний.

АЧ: С РЭА мы в той или иной мере сотрудничаем во всех наших проектах. Агентство координирует деятельность по энергоэффективности и энергосбережению, занимается развитием законодательства в этой области, разработкой программ энергоэффективности в регионах, организует обучение, является оператором государственной программы энергоэффективности до 2020 года и формирует единую площадку для взаимодействия всех участников рынка энергетической отрасли. За несколько лет с момента своего создания РЭА проделало огромную работу по продвижению энергоэффективных технологий.

«РуДанЭнерго» также имеет опыт сотрудничества с Минэнерго, Минэкономразвития и с торговым представительством России в Дании.

SG: Проявляют ли датские энергокомпании интерес к российской энергетической сфере? Какой? Каковы результаты?

МВП: Датские компании в сфере энергоэффективности, такие, как Broen, BWE, Danfoss, ERA-Power, FLSmidth, Grundfos, Eagle Burghman, Ramboll и Vestas уже давно заинтересованы в сотрудничестве с Российской Федерацией. У большинства из них уже есть и производства и даже несколько представительств в российских регионах.

Например, компании Grundfos, Danfoss и Broen открыли производства в России, а также взаимодействуют с различными российскими предприятиями. У компании FLSmidth построены энергоэффективные цементные фабрики по всей России, компания Vestas принимает активное участие в разработке рамочных документов для развития в стране ветроэнергетики. Все вышеперечисленные компании обладают ценными знаниями и технологиями для продвижения энергоэффективности в России.

SG: С какими российскими компаниями взаимодействуете?

МВП: Датские компании сотрудничают с большим количеством российских компаний, от «Газпрома» до небольших организаций, от Калининграда до Владивостока.

АЧ: В данный момент мы ведем переговоры сразу с несколькими крупными российскими компаниями по поводу их членства в «РуДанЭнерго». Первым российским членом центра стала «Эра-Павер», производящая систему очистки для котлов по датской технологии.

SG: Как Вы оцениваете развитие энергосберегающих и энергоэффективных технологий в России?

МВП: Что касается повышения энергоэффективности, Россия идет в правильном направлении, но многое еще предстоит сделать. Прилагаются большие усилия для внедрения и продвижения энергоэффективных технологий, но эффект уменьшается из-за регулирования и возникающих конфликтов интересов. В большинстве случаев у генераторов есть прямой интерес в том, чтобы вырабатывать как можно больше энергии, дистрибьюторам выгодно распространять как можно больше, ну и потребителям – потреблять как можно больше. Но для того чтобы Россия стала более энергоэффективной, все должно быть наоборот. У потребителей должны быть преимущества от экономии энергии. Это позволит дистрибьюторам продавать меньше энергии, а производителям сократить генерацию, и таким образом ограничить использование энергетических ресурсов.

АЧ: Хочу отметить, что за последние пять лет философия в области энергосбережения в России изменилась к лучшему. Многие представители российского бизнеса осознали, что энергоэффективность – это не кнут, который прописан к исполнению законодательно, а инструмент, позволяющий повысить результативность производства. Однако некоторые скептики все еще остались. Я уверена, что они смогут изменить свое мнение, увидев результаты применения современных энергоэффективных технологий.

Дания является одним из мировых лидеров в сфере развития «зеленой» энергетики и энергоэффективных технологий, что обеспечивает позиции страны как важного партнера для Российской Федерации с точки зрения развития международного сотрудничества в области энергосбережения и возобновляемой энергетики. Уверена, что Дания сможет стать надежным партнером в создании энергоэффективной России.

SG: Как идет процесс внедрения энергоэффективных технологий в российских компаниях и учреждениях? С какими сложностями они сталкиваются? Как их можно преодолеть?

МВП: Для многих российских компаний энергоэффективность является чем-то далеким, больше как теоретический принцип. Поскольку в Росси энергия дешевая, интерес к инвестированию в дорогие энергоэффективные технологии ограничен. Следовательно, процесс этот относительно медленный. Для преодоления этой проблемы, потребители должны платить в соответствии с фактическим потреблением энергии, что заставит каждого ее экономить.

Один из способов решения этой задачи – энергосервисные контракты (ЭСКО). Решение обсуждается в России уже давно, но, к сожалению, мало применяется на практике. Примеры есть, например, в Якутии. Специализированная компания предлагает услуги по ЭСКО, что позволяет потребителям экономить в среднем 34% на расходах за отопление. Показатель может достигать 73%.

SG: Как Вы в целом оцениваете ход выполнения программ по энергосбережению и энергоэффективности в регионах России?

МВП: Россия – большая страна, регионы отличаются друг от друга административными и финансовыми структурами, интернациональным развитием, климатом, доступностью ресурсов, инфраструктурой и многими другими факторами. В сферах повышения энергоэффективности предстоит реализовать еще очень многое, но позитивные тенденции уже видны, как и явное желание изменить ситуацию в лучшую сторону.

АЧ: Мы стараемся активно развивать региональное сотрудничество с Россией. Уже подписан меморандум с Краснодаром, планируется в ближайшее время заключить соглашение еще с одним российским регионом. В июле 2012 было подписано соглашение о российско-датском сотрудничестве в Республике Саха (Якутия).

SG: Расскажите о датской специфике существующей системы тепло- и электроснабжения. Какой датский опыт применим в России, включая законодательные инициативы, господдержку и использование энергоэффективных технологий?

МВП: Государственные и коммерческие датские организации уже много лет действуют в России, во многих случаях сотрудничество продолжается еще со времен Советского Союза. Дания – небольшая страна, но ее знания и опыт в области энергоэффективности весьма значительны. Интернациональное энергетическое агентство не так давно опубликовало статью, где описываются все датские достижения в сфере энергоэффективности и энергосбережения, начиная с 1970-х годов. Датские производители энергии используют очень эффективные методы – этой стране принадлежит мировой рекорд по эффективному использованию ресурсов на ТЭС с помощью многотопливных технологий, основанных на угле, газе, биомассе, отходов, воде, солнце и ветроэнергетики.

SG: Какой вид тепло- и электрогенерации – централизованный или удаленный – наиболее эффективен?

МВП: В Дании очень широко распространена система центрального энергоснабжения, но по многим причинам не все потребители имеют возможность ею пользоваться. По моему мнению, решение о применении той или иной системы должно быть принято с учетом ряда технологических и финансовых факторов, поэтому простого ответа на этот вопрос нет. В России еще сложнее, в отдаленных регионах и небольших населенных пунктах концепция районного энергоснабжения не имеет смысла.

SG: Как Вы оцениваете развитие ВИЭ и технологий возобновляемой энергетики в России?

МВП: В принципе, если не считать гидроэлектростанций, то можно сказать, что Россия не использует ВИЭ. Ветроэнергетика до сих пор в России не развита, поэтому объявленная цель об установке ветропарков мощностью 7,7 ГВт к 2020 году мне кажется оптимистичной. Ветроэнергетика имеет значительные перспективы в России, но требует поддержки в части нормативного регулирования, с тем, чтобы обеспечить безопасность в обмен на инвестиции. Биомасса также могла бы быть легко быть включена в структуру энергетики и, в некоторых случаях, даже в существующие планы по модернизации российских электростанций. Это потребует логистической организации сбора биомассы, тем более у России есть огромные биомассовые ресурсы в сферах сельского хозяйства и лесной промышленности.

АЧ: Я считаю, что потенциал для развития возобновляемой энергетики в России велик, однако пока еще недооценен, к сожалению, поскольку наша страна богата запасами невозобновляемых видов топлива. Было бы хорошо, если бы мы начали задумываться о нашей энергетической независимости в будущем и старались сохранить невозобновляемые запасы для следующих поколений, и использовать те виды топлива, которые в буквальном смысле иногда валяются у нас под ногами.

SG: Какие виды возобновляемой энергетики наиболее эффективны?

МВП: На этот вопрос невозможно дать конкретный ответ, так как технологии постоянно развиваются, как и условия и требования. В зависимости от наличия возобновляемых ресурсов каждый регион, по моему мнению, должен применять наиболее выгодные и доступные. Например, в Дании практически не используется гидроэнергетика, так как Дания плоская, как блин. Но, как я уже упоминал, у нас очень много ветра, 30% применяется для энергоснабжения.

SG: Какие направления возобновляемой энергетики, на Ваш взгляд, будут наиболее перспективны в будущем и почему?

МВП: Я уверен в том, что солнечная и ветроэнергетика будут развиваться быстрее, чем другие технологии, учитывая увеличенные выходные мощности от ресурсов. Получение гидроэнергии и энергии из биомассы – это также проверенные технологии, которые могут быть реализованы немедленно и с огромной эффективностью. На мой взгляд, России не стоит сосредоточиваться лишь на одной технологии.

SG: Как Вы понимаете Smart Grid? Как технологии Smart Grid могут помочь повышению энергоэффективности?

МВП: Дания имеет большой опыт работы с интеллектуальной энергетической системой Smart Grid. Она станет основой энергосистем будущего благодаря новым генерирующим источникам и иным видам потребления электроэнергии. Smart Grid характеризуется своей гибкостью и большим количеством используемых источников возобновляемой энергии. Энергетический сектор постепенно приспособлял и укреплял энергетическую систему Smart Grid, применяя все более мощные кабели, создавая подстанции, обеспечивающие доступ к достаточному количеству генерирующей мощности. Потребители были, прежде всего, «пассивны» с предсказуемым и регулярным характером потребления.

С системой Smart Grid появляются совершенно новые перспективы. Потребители смогут взаимодействовать с энергосистемой путем автоматического и интеллектуального управления собственными электроприборами и, таким образом, выступать в качестве ресурса для энергосистемы. Развитее Smart Grid непосредственно связанно с концепцией Smart City, и «РуДанЭнерго» активно сотрудничает с «Российским энергетическим агентством» по вопросам развития концепции Smart City в России.

Конусные солнечные батареи намного эффективнее своих плоских предшественниц?

Специалисты в области современных энергосберегающих технологий утверждают, что новаторские конусообразные солнечные батареи в несколько десятков раз эффективнее своих плоских предшественниц.

 
Альтернативные генераторы экологически чистой электроэнергии на возобновляемых источниках в настоящее время уже не редкость, в том числе и солнечные панели, которые в современном мире используются как в промышленных, так и в бытовых целях. Однако все батареи имеют при этом исключительно плоскую конфигурацию.

Команда дизайнеров-новаторов компании Nectar Design провела производственный эксперимент и создала конусные солнечные батареи. Изобретатели сравнили анализы тестов новинок с обычными плоскими солнечными панелями и были приятно удивлены. Конусообразная конструкция соларных преобразователей энергии оказалась в двадцать раз эффективнее плоских моделей.

Инновационная разработка получила название Spin Cell. Высокую эффективность новоизобретённых конусообразных фотоэлементов новаторы объясняют высокой концентрацией фотовольтаических ячеек, которые расположены при такой конструкции гораздо выше, чем на привычной плоской поверхности.

Разработчики уверены, что установка ячеек под углом в пятьдесят шесть градусов позволит существенно увеличить срок их службы. Температура нагрева поверхности плоских солнечных батарей может достигать ста двадцати семи градусов. Панели попросту могут начать плавиться и постепенно выходить из строя. Температура же на поверхности конусообразных установок, в отличие от плоских солнечных батарей, не превышает тридцати пяти градусов благодаря инновационному использованию цветного затемнения, что положительно влияет на длительность периода их эксплуатации.

Игорная зона в Ростовской области превратится в ветроэлектростанцию

Как стало известно из сообщения городского информационного ресурса г.Ейска (Ростовская область), теперь уже бывшую игорную зону «Азов-Сити» превратят в ветропарк, предают новости альтернативной энергетики.

Соответствующее соглашение было подписано ростовским губернатором Василием Голубевым и главой компании SoWiTec International GmbH (Германия) Хуммелем Гердом в ходе Сочинского форума. Немецкая сторона рассчитывает возвести здесь комплекс ветрогенерации, мощность которого составит до 200 МВт – до этого максимума ветропарк доведут, если на производимое электричество появится достаточно покупателей. Начать же предполагается с мощности в шесть раз меньшей, уточняют новости альтернативной энергетики.

Воплощать проект в жизнь начнут с мониторинга местного ветропотенциала, что может занять от полугода до года.

Продавать выработанное здесь электричество компания SoWiTec Group рассчитывает потребителям не только в Ростовской области, но и в Краснодарском крае.