ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

АННОТАЦИЯ

Загрязнение атмосферы одна из самых серьёзных экологических угроз мира. Существует множество источников данной проблемы, в том числе сфера судоходства. Одним из наиболее перспективных направлений «озеленения» данной отрасли является солнечная энергетика. Фундаментальным устройством для выработки электрической энергии в солнечной энергетике является солнечный модуль, состоящий из: защитного стекла, полимера, солнечных элементов и отражающего материала. В статье рассмотрены наиболее перспективные солнечные панели и структура автономного электроснабжения судна.

ABSTRACTS

Atmospheric pollution is one of the world's most serious environmental threats. There are many sources of this problem, including the shipping industry. One of the most promising directions of "greening" this industry is solar energy. The fundamental device for generating electrical energy in solar energy is a solar module consisting of: protective glass, polymer, solar cells and reflective material. The article discusses the most promising solar panels and the structure of the ship's autonomous power supply.

Ключевые слова: фотоэлемент, солнечная энергетика, солнечные установки, судоходство, энергетика.

Keywords: photocell, solar energy, solar installations, shipping, energy.

Одной из наиболее острых проблем, почти каждой из стран, является высокий уровень загрязнения атмосферы. Наиболее крупным источником вредных веществ признаны промышленные предприятия. По этой причине, уже сейчас, существует множество методов борьбы с данным источником выбросов газа в воздух.

На втором месте расположилась транспортная отрасль. Не так давно многие автоконцерны задумались о борьбе с выбросами отработанных газов. В результате чего было создано то, о чём фантазировали миллионы – электрический автомобиль. Всё бы ничего, но, когда речь заходит о создании экологически чистого транспорта, люди не часто задумываются о сфере судоходства. Морские и речные суда гораздо «грязнее», чем может показаться на первый взгляд. Так «выбросы углекислого газа от судоходства в Европе увеличились на 45% в 2024 году, что в абсолютных значениях составляет около 18 млн тонн дополнительной эмиссии» [3].

Поскольку многие государства не считали важным переход водного транспорта от традиционных источников энергии на альтернативные, разработка законов о стимулировании «зелёного» судоходства находится на начальном этапе своего существования.

Наиболее простым и дешёвым вариантом альтернативного источника энергии для судоходства является солнечная энергетика, основанная на принципе фотоэлектрического эффекта. Основное устройство выработки электроэнергии в данном случае — это солнечная панель (фотоэлектрический модуль), главной задачей которого является трансформация солнечной радиации в электроэнергию.

Основными преимуществами солнечной энергетики заслуженно считаются:

• возобновляемость, энергия солнца практически бесконечна;
• экологичность, во время эксплуатации солнечная станция не выделяет никаких вредных веществ, а по окончании работопригодности, современные панели позволяют перерабатывать их без какого-либо остаточного мусора;
• высокий уровень портативности;
• бесшумность, в отличии от большинства источников энергии, включая всеми любимую ветряную энергетику.

Главным недостатком солнечной энергетики, вероятно, является зависимость от плотности потока энергии солнца на поверхность земли в и климатических условий региона. В разных географических точках планеты уровень инсоляции может сильно отличаться.

Ключевым элементом солнечных установок является фотоэлемент, который и трансформирует энергию солнца в электрическую. В наибольшей степени применяются монокристаллические, поликристаллические и тонкопленочные фотоэлементы.

Монокристаллические солнечные панели представляют собой фотоэлектрические панели состоящие из отдельно выращенных и обработанных кремниевых пластинок. За счёт принципа изготовления данный тип панелей может похвастаться своим высоким КПД, примерно 25% и продолжительным сроком работы 25-30 лет. Однако по этой же причине проявляются её недостатки: высокая стоимость конченого продукта и повышенная чувствительность к загрязнению.

Также среди солнечных модулей распространены панели с применением поликристаллических фотоэлементов. Поликристаллы представляют собой пластины из сплавленных и нарезанных кристаллов кремния. Их главным преимуществом является низкий уровень брака, из-за малого числа технически сложных операций; сравнительно низкая стоимость за ватт мощности чем у монокристаллических. К недостаткам поликристаллических солнечных панелей относятся низкий КПД, примерно 18%; чувствительность к высоким температурами и относительно низкий срок службы, не более 20 лет.

Тонкоплёночные панели являются ещё одним из часто используемых солнечных модулей. Они представляют собой гибкую пластину, на которую тонким слоем нанесён один из полупроводниковых материалов: аморфный кремний, селенид меди или теллурид кадмия. Благодаря гибкости конструкции способны принимать сложные формы, за счёт чего их проще размещать на изогнутых поверхностях. Также данные панели в меньшей мере чувствительны высоким температурам. Основными же недостатками тонкоплёночных солнечных панелей отмечают их низкую эффективность, всего 5-19%, заметное снижение КПД по мере эксплуатации, а также более высокую чувствительны к механическим повреждениям.

«В настоящее время почти все промышленно изготовленные солнечные панели большой мощности имеют номинальное напряжение 12 B или 24 В. При данном выборе лучше взять 24-вольтовые панели, так как рабочие токи у них вдвое меньше по сравнению с 12-вольтовыми, имеющими такую же мощностью» [1].

Для бесперебойного электроснабжения систем судна от солнечной энергии необходимо дополнительное вспомогательное оборудование. Таким оборудованием являются: аккумуляторные батареи, инвертор и контроллер заряда.

Поскольку уровень мощности, вырабатываемой солнечными панелями и количество мощности необходимое для потребителей судна большую часть времени не совпадает, однако это необходимо, в системе применяются аккумуляторные батареи. АКБ запасают энергию, вырабатываемую солнечными панелями и выдаёт её по мере необходимости системы судна. С целью верного функционирования данного узла электроснабжения судна, а также для предотвращения перезаряда АКБ используется контроллер заряда.

По причине того, что солнечные модули вырабатывают электрическую энергию с постоянным током, а потребители судна нуждаются в переменном токе, в структуре электроснабжения применяется инвертор. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный.

Рисунок 1. Структура электроснабжения судна от солнечной энергии

Основополагающими «техническими требованиями эффективной и надёжной работы солнечной станции» [2] являются:

- станция должна поддерживать запас энергии в необходимых для

функционирования систем судна, объёмах;

- система должна быть автоматизирована;

- оборудование электроснабжения должно обеспечивать безопасные

режимы разряда и заряда АКБ.

Несмотря на недостатки, затрудняющие полномасштабный переход судоходства на солнечную энергетику, активные исследования и разработки, более устойчивого и эффективного оборудования, в перспективе позволят перейти на солнечную энергетику не только маломерные судна, но и большегрузы.

Список литературы:

1. Выбор солнечных панелей / В.А. Жабаева, А.С. Русяев. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-solnechnyh-paneley/viewer/ (дата обращения 13.07.2025)
2. ГОСТ Р-70787. Технические требования к фотоэлектрическим солнечным станциям. [Текст] // Российский институт стандартизации — Москва, 2023. — 16 с.
3. Кризис в Красном море увеличил выбросы СО2 от контейнерных перевозок в ЕС на 18 млн. т. [Электронный ресурс] // Интерфакс: сайт. – URL: https://www.interfax.ru/world/1039558 (дата обращения 06.08.2025)