Солнце промышленного назначения

Ученые ведущего «ОНПП «Технология» холдинга «РТ Химкомпозит» запатентовали особый принцип преобразования солнечной энергии в тепловую и уверены, что смогут создать один из самых эффективных солнечных коллекторов. Предполагается, что за счет экономичности и удешевления производства его можно будет выгодно использовать как в быту, так и на предприятиях
«РТ-Химкомпозит», входящий в Госкорпорацию Ростех, запатентовал особую технологию концентрации солнечных лучей, которая позволит создать наиболее эффективный тепловой коллектор. В настоящее время уже создается опытный образец, после чего начнутся испытания и запуск в серийное производство.
Солнечный коллектор предназначен для нагрева жидкости-теплоносителя с применением в системах нагрева воды. Он может использоваться как основной или дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения и отопления. В отличие от солнечных батарей они не преобразуют свет солнца в электроэнергию, а сразу обращают ее в тепловую. В России солнечные коллекторы максимально эффективно используются для приготовления горячей воды, что особенно актуально летом, когда максимальная солнечная активность и минимальное потребление горячей воды. Кроме этого в отдельных случаях при построении комбинированных котельных установок тепло от солнечных коллекторов частично можно использовать в различных системах отопления, например, при работе котельной установки в переходные периоды года. Это позволяет существенно повысить эффективность котельной установки, а значит можно применять ее и для производственных целей. Считается, что при круглогодичном использовании гелиосистемы позволяют ежегодно экономить традиционное топливо: до 75% горячего водоснабжения (летом до 95%), до 50% для целей отопления.
В плоских солнечных коллекторах элемент, поглощающий солнечное излучение, нагревает теплопринимающую поверхность, которая в свою очередь нагревает воду. Вакуумные коллекторы при этом имеют двойные трубки, которые позволяют максимально эффективно сохранять тепло. Так вот разработка «ОНПП «Технология» позволяет сделать плоский коллектор более «горячим», чем вакуумный: вода может нагреваться до 200 градусов при средних значениях в 80-100.
«Наши светоприемные элементы устроены по принципу перевернутой пирамиды, что позволяет им улавливать максимальное количество солнечных лучей в то время как другие их теряют, - говорит начальник сектора «ОНПП «Технология» и соавтор изобретения Василий Райлян. - При этом в отличие от солнечных батарей и других модулей нет необходимости снабжать их механизмом поворота вслед за солнцем».
Большие основания пирамид или конусов образуют внешнюю поверхность, а меньшие направлены на теплообменник. Это позволило значительно упростить конструкцию и технологию изготовления коллектора, с одновременным повышением температуры теплоносителя за счет уменьшения излучения части энергии в окружающую среду.
«Принцип перевернутой пирамиды позволяет лучше концентрировать солнечную энергию. То же самое, конечно, делает и линза, но они обходятся дороже, - говорит Сергей Ананишин, пресс-секретарь «ОНПП «Технология». - Наш коллектор получится экономичным по сравнению с ближайшими аналогами. В том числе потому, что у ОНПП есть собственные мощности для производства необходимых материалов, для серийного производства модулей. Не придется делать дополнительных вложений, а сопутствующих разработок. В том числе мы в кооперации с НПП «Лавочкина» выпускаем солнечные батареи для наших спутников».
Сейчас не ОНПП только начато создание опытного образца нового солнечного коллектора. Поэтому пока не известна его потенциальная цена, а также объем серийного производства. Маркетинговые исследования пока тоже не проводились. Возможно, энтузиастов и постигнет разочарование после изучения российского рынка и всех его особенностей.
«Мне пока трудно понять рыночные перспективы новой разработки ОНПП «Технология», поскольку в России нет условий для развития солнечной энергетики, государство не субсидирует установку альтернативных источников энергии, - говорит Виктор Белоусов, коммерческий директор ЗАО «Телеком СТВ» (сборка солнечных батарей и модулей). - Фотоэлектрические батареи нашего предприятия покупают в основном дачники-энтузиасты. При средней стоимости комплекта в 50 тысяч окупаться он будет лет пять при среднем количестве солнечных дней, поэтому для производственных целей их трудно рассматривать, только как дополнительное питание. Кроме тех регионов, где невозможно запитать помещение от линейного электричества».
Основной рынок сбыта сейчас солнечных батарей и коллекторов - Якутия, регионы Сибири и Крайнего Севера, где просто вынуждены покупать альтернативные источники энергии. Это также Краснодарский край и частично северный Кавказ, где батареи более эффективны ввиду большого количества солнечных дней.
По мнению Виктора Белоусова, в России спрос на возобновляемые источники энергии (ВИА) слабый потому, что их внедрение почти не стимулируется государством. По оценкам EIA, государственная поддержка возобновляемой энергетики и биотоплива в 2009 году в мире в сумме составила 57 млрд долларов, из которых 37 млрд ушли на разработки. К 2035 году суммарная поддержка вырастет до 205 млрд долларов (в ценах 2009 года) или 0,17% мирового ВВП, из них 63% - на возобновляемую энергетику и 37% - на биотопливо.
«Пока у нас все разработки ВИЭ существуют на уровне научно-конструкторских разработок скорее, чем на уровне промышленного внедрения, - говорит Сергей Пикин, директор Фонда энергетического развития. - Государство провело несколько конкурсов на установку ВИЭ на некоторых станциях, но эффективность их на таком уровне внедрения таком виде пока остается под вопросом».
Если в Европе энергии от ВИЭ потребляется в объеме нескольких тысяч Киловатт, то в России пока это тысяч ватт.
Ввиду слабой развитости рынка, непопулярности или неэффективности применения солнечных тепловых батарей в быту, «Телеком СТВ» нацелилось на многофункциональное применение своей продукции. У компании есть уже 25 различных патентов, связанных в основном с конструкцией модулей электрических солнечных батарей. Они гибкие и прочные, приспособлены для установки на самые разные носители, потребляющие энергию: дирижабли, вертолеты, вездеходы и даже сеялки.
Бороться за эффективность ВИЭ, как это делается во всем мире, и намерено «ОНПП «Технология». Другой вопрос, насколько удастся технологически экономично организовать процесс.
«Сейчас есть солнечные коллекторы с КПД до 80%, поэтому даже если российские новаторы выйдут на 90 - это не такой уж и большой прорыв. Опять же, высокотемпературные коллекторы имеют меньший КПД по сравнению с низкотемпературными, у них высокоселективные поверхности с проницаемостью света до 90%, - говорит Владимир Каршев, генеральный директор ООО «ПроСолар». - В ходе опытных испытаний станет ясно, насколько новые российские коллекторы будут востребованы рынком».
На российском рынке сейчас по продажам лидируют приборы солнечной энергетики китайского производства. Компании Поднебесной долгое время получали существенную господдержку, поэтому смогли внедрить и более эффективные технологии, и экономичное производство. Согласно исследованию Франкфуртской школы финансов и менеджмента, в Европейском Союзе, например, инвестиции в ВИЭ составили в 2012 году почти 80 млрд долларов США, в Китае - 64,7 млрд, в Бразилии - 5,4 млрд. Россия по этому показателю традиционно не входит в общемировые рейтинги. По оценкам экспертов инвестиции в возобновляемую энергетику в России в год не превышают 14 млн долларов США, то есть в 386 раз меньше, чем в Бразилии и в 4 621 раз меньше, чем в Китае, при сопоставимом потенциале использования возобновляемых источников энергии.
Ввиду слабой востребованности в России не развито и производство компонентной базы для солнечной энергетики. Несколько небольших компаний делают их в России, но в основном из импортной компонентной базы. Ее стоимость, включая материалы, составляет до 70% в стоимости изделия. Поэтому стоимость собранных в России солнечных батарей и коллекторов выше, чем в Китае.
И тем не менее потенциал у российского рынка есть. В основном за счет изолированных удаленных районов, где экономическая эффективность использования возобновляемых источников энергии равна или даже выше, чем традиционной энергетики. В той же Якутии высокие цены на привозное дизельное топливо делают экономически эффективными небольшие солнечные и ветроэлектростанции в удаленных районах. Некоторые солнечные электростанции (СЭС) расположены за полярным кругом и уже удачно пережили зиму. В среднем срок окупаемости таких СЭС без государственной поддержки составляет 7-10 лет, что вполне привлекательно для инвесторов в условиях современной России.
В некоторых энергоемких регионах России уже давно приняты различные концепции развития энергетики, в основе которых - использование возобновляемых источников энергии. Были разработаны планы для отдельных электростанций, введены на уровне регионов налоговые льготы для внедрения ВИЭ и тому подобное. Но пока многие планы так и остались на бумаге, да и в основном они сводились к использованию зарубежных технологий, которые по эффективности превосходят наши.
Тем не менее в «ОНПП «Технология» несмотря на общий пессимизм надеются на большие перспективы своего ноу-хау в том числе ввиду его универсальности и конкуренстоспособности.
«В ходе изготовления опытного образца мы пришли к выводу, что такой же принцип устройства светопоглощения может быть использован и для повышения КПД фотоэлектрических солнечных батарей, - говорит Василий Райлян. - По сути, мы можем повысить температуру энергоносителя в 1,5 раза больше, чем у вакуумных коллекторов. Наш коллектор сможет работать при любом морозе эффективно и пригоден для промышленного назначения».
«Наличие мощного научного комплекса является одним из основных конкурентных преимуществ холдинга», - заключает генеральный директор «РТ-Химкомпозит» Кирилл Шубский.