З. В. Марченко, О. А. Пирський

Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”

Перспективи використання сонячного енергетичного потенціалу на території України

Сьогодні енергетичний ринок оцінюється одним трильйоном доларів США, що вдвічі перевищує автомобільний. Однак енергетичні потреби людства продовжують зростати, і це спонукає до будівництва і введення в дію нових енергогенеруючих потужностей. Так, за прогнозами Світової Енергетичної Ради (WEC) упродовж наступних 25 років у світі буде введено в дію більше енергетичних об’єктів, ніж протягом усього минулого століття [Попель, 2001].

Разом з тим бурхливий розвиток енергетики у XX столітті породив низку проблем, пов'язаних із виснаженням природних ресурсів і забрудненням навколишнього середовища. Тому вирішено активізувати роботи щодо розширення використання відновлюваних джерел енергії: сонячної, геотермальної, вітрової, припливної тощо.

Сонячна енергія може бути перетворена в теплову, механічну і електричну енергію, використана в хімічних і біологічних процесах. Сонячні установки (СУ) знаходять застосування в системах опалювання і охолоджування житлових і громадських будівель, в технологічних процесах, що протікають при низьких, середніх і високих температурах. Вони використовуються для отримання гарячої води, опріснення морської або мінералізованої води, для сушки матеріалів і сільськогосподарських продуктів і т.п. [Харченко, 1993].

Взагалі СУ мають ряд переваг [Наумов, 2006]:

ü ефективно використовується як пряме так і розсіяне сонячне випромінювання; можливість створення установок практично будь-якої потужності;

ü досить великий строк служби установок (до 50 років); початкові затрати на СУ значно менші, ніж приєднання віддаленого населеного пункту до системи теплопостачання або електропостачання, а експлуатаційні затрати з урахуванням строку служби виявляються нижчими ніж у дизельних електростанціях;

ü матеріали сонячних установок виконують роль вишуканого будівельного матеріалу, що покращують архітектуру будівель, забезпечують їх водозахист, звукоізоляцію і теплозахист;

ü застосування СУ не має негативного впливу на оточуюче середовище. Екологічні проблеми можуть виникнути при виробництві фотоелектричних елементів; виробництві і неправильній утилізації акумуляторів.

З огляду на вище перераховані факти можна говорити про доцільність використання сонячного потенціалу, що припадає на територію України. Середньорічна кількість сумарної сонячної радіації, що надходить на 1 м² поверхні на території України, знаходиться в межах: від 1070 кВт*год/м² у північній частині України до 1400 кВт*год/м² і вище в АР Крим [Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії України, 2001].

За статистикою метеорологічних даних з надходження сонячної радіації визначено питомі енергетичні показники сонячної енергії [Мхитарян, 2002]. Дані наведено у табл.1.

Табл. 1 Сумарний річний потенціал сонячної енергії на території України

Загальний потенціал		Технічний потенціал		Економічний потенціал
кВт^.год/рік	т ум. п/рік	кВт^.год/рік	т ум. п/рік	кВт^.год/рік	т ум. п/рік
720^.10^12	88,4^.10^9	3,46^.10^12	0,72^.10^9	5,4^.10^9	0,9^.10^6

Потенціал сонячної енергії в Україні є достатньо високим для широкого впровадження як теплоенергетичного, так і фотоенергетичного обладнання практично в усіх областях. Період ефективної експлуатації обладнання СУ в південних областях України – 7 місяців (з квітня по жовтень), в північних областях 5 місяців (з травня по вересень). Фотоенергетичне обладнання може достатньо ефективно експлуатуватися протягом всього року [Атлас енергетичного потенціалу відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії України, 2001].

В Україні найбільш перспективними на даний час є такі напрями використання сонячної енергії:

• безпосереднє її перетворення в низько потенційну теплову енергію без попередньої концентрації потоку сонячної радіації (для гарячого водопостачання об'єктів, комунально-побутового і технологічного теплопостачання, потреб сільського господарства);

• безпосереднє її перетворення в електричну енергію постійного струму за допомогою фотоперетворювачів.

Реалізовані впродовж останніх років експериментальні проекти засвідчили, що річне виробництво теплової енергії в умовах України становить 500 – 600 кВт*год/м². Враховуючи загальноприйнятий на Заході потенціал використання сонячних колекторів для розвинених країн, що дорівнює 1 м² на одну людину, а також ККД сонячних установок для умов України, щорічні ресурси сонячного гарячого водопостачання та опалення можуть становити 28 кВт*год/м² теплової енергії. Реалізація цього потенціалу дозволила б заощадити 3,4 млн. т умовного палива (т.ум.п.) на рік [Безнощенко, 2006].

Нині комунальне господарство України споживає щороку на потреби теплопостачання близько 74 млн. т.ум.п., а щорічно потреба в тепловій енергії збільшується на 1,5-2%.

Якщо врахувати, що ціна сонячного колектора – 13 000 грн, вартість геліосистеми (в умовах території України) становить від 10 до 18 гривень за один розігрітий літр води в день, то якщо отримувати 100 літрів гарячої води на день, сонячна система обходиться в 1000 – 1800 гривень [http://www.sintsolar.com.ua].

Щодо використання сонячної радіації для виробництва енергії, то технічно допустимий потенціал сонячної енергії з дахів житлового фонду України на сьогодні становить 26-37 ТВт*год/рік, що у грошовому еквіваленті складає (при сучасній вартості 1 кВт^.год=0,05 євро): 1,3 – 1,8 млрд. євро на рік .

При проектуванні СУ необхідно взяти до уваги цілий ряд чинників, щоб знайти оптимальні рішення. По-перше, необхідно з'ясувати, скільки ресурсу (електричного або теплового) потрібно від установки. По-друге, розраховується загальне добове споживання. Із загального добового і тижневого споживання виводиться загальний об'єм акумуляції ресурсу. Потрібно врахувати кількість похмурих днів, протягом яких установка повинна функціонувати. І нарешті, потрібно оцінити:

– кількість фотоелектричних модулів, для виробництва достатньої кількість енергії (при застосуванні сонячної радіації для виробництва енергії);

– яка має бути достатня площа колектора для забезпечення потреб у теплопостачанні.

Оптимально підібране обладнання зменшує річне використання енергії для підігріву води на 50–60 % та енергії з мережі на 50–70 %. В період з квітня по вересень правильно встановлена система покриває 95 % витрат тепла та енергії [http://www.sintsolar.com.ua, Михайлов, 2008].

Дуже важливим фактором при виборі місця розташування установки є оцінка ресурсу. Доступна сонячна енергія змінюється протягом дня через відносний рух Сонця і залежно від хмарності. Кількість сонячної енергії змінюється разом з кутом нахилу установки і орієнтацією її поверхні, знижується по мірі віддалення від південного напряму [Мхитарян, 2002].

За результатами аналізу статистичних і метеорологічних встановлено, що впровадження сонячних систем доцільно на всій території України, але в північних районах обладнання буде окупатися швидше. Так на 2007 рік термін окупності СУ в південних регіонах становив менше 5 років, тоді як для північних регіонів – менше 10 років.