В настоящее время солнечная энергетика широко используется в самых разнообразных отраслях промышленности, широко применяется в строительстве, особенно в коммерческой недвижимости. Как следствие быстрого развития технологий солнечной энергетики, ожидается, что к 2050 году солнечные системы будут обеспечивать от 12% до 25% мировой электроэнергии.Растущий спрос на электроэнергию в развитых и развивающихся странах вызывает быстрое развитие систем производства солнечной энергии.
Применение материалов, которые используются в солнечных системах, определяют технологическую эффективность каждой солнечной системы.В различных системах солнечной энергии используются различные материалы, такие как стекло, серебро, сталь, нержавеющая сталь и алюминий.Среди всех упомянутых материалов алюминий обладает особыми свойствами, которые делают его незаменимым в сфере солнечной энергетики.
Такие качества как легкий вес, высокая прочность, отличные антикоррозионные свойства, высокая отражательная способность поверхности, отличная электрическая и теплопроводность, а также особые оптические свойства анодного покрытия, делают алюминиевый профиль исключительно интересным для производства фотоэлектрических панелей.
Чтобы понять роль алюминия и его сплавов в солнечных энергетических системах, необходимо рассмотреть различные типы солнечных электростанций, их свойства, требования и области применения. Как правило, солнечные энергетические системы делятся на три широко используемые категории: технология концентрирования солнечной энергии (CSP - Concentrated Solar Power), солнечные тепловые поглотители (или по-другому "коллекторы") и фотоэлектрические солнечные элементы (PV).
Алюминиевые сплавы стали важной и неотъемлемой частью каждой из упомянутых групп солнечных энергетических систем, в основном благодаря особым свойствам алюминия и его сплавов. Кратко рассмотрим свойства и применение каждого из упомянутых видов солнечных энергетических систем, а также роль алюминиевых сплавов в каждой из них.
1. Системы CSP состоят из отражателей, которые концентрируют тепловую энергию солнца в точке или линии для выработки пара в котле, привода паровой турбины и генератора электроэнергии.
Однако производство электроэнергии как таковой - не единственное применение системы CSP. Система успешно используется в таких областях как производство металлических пен, синтез наноматериалов (таких как углеродные нанотрубки и керамические наночастицы), быстрый нагрев керамических материалов, разрушение оксидов металлов до их металлических аналогов, обработка различных поверхностей и т.д.Стоимость производства энергии с помощью CSP намного ниже, чем у систем PV, что в основном связано с более высокой средней энергоэффективностью CSP (42% по сравнению с 15% для PV) и требует меньшего размера солнечных батарей для производства определенного количества энергии.CSP также не является ни шумной, ни токсичной.
Технология концентрирования солнечной энергии
Следовательно, эту систему можно использовать в городах без каких-либо проблем с безопасностью.Отражатели CSP должны обладать определенными свойствами, например, высокой отражательной способностью. Алюминий и серебро - вот наиболее распространенные отражатели для систем CSP из-за их высокой эффективности отражения солнечного света.Кроме того, что алюминий гораздо дешевле серебра, он обладает особыми свойствами, которые делают его полезным при производстве элементов солнечных батарей, лазеров и астрономических инструментов. Например, алюминий можно легко деформировать, чтобы он имел лучшую форму отражателей и помогал достигать максимальной эффективности при концентрировании тепловой энергии. В отличие от стеклянных зеркал, алюминиевые отражатели не ломаются, что является необходимым условием для проведения различных наружных работ.
2. Солнечный тепловой коллектор - это своего рода солнечная энергетическая система, которая преобразует солнечную энергию из солнечных лучей в тепловую энергию. Эта солнечная система широко используется для производства горячей воды, отопление дома и производство электроэнергии. Алюминий, медь и сталь - это основные материалы, которые используются для производства коллекторов. Рамы обычно изготавливаются из алюминия, реже стали. В основном, используется алюминий из-за меньшего веса этого сплава по сравнению со сталью. Кроме того, растет использование алюминия в качестве поглотителей. Особые оптические свойства анодного слоя алюминия и некоторых алюминиевых сплавов делают алюминий незаменимым материалом для поглощения солнечного света.
3. Фотоэлектрические элементы - PV (они же солнечные батареи) напрямую преобразуют солнечную энергию в электрическую с помощью полупроводниковых материалов.Полупроводники могут генерировать свободные электроны, используя энергию солнечного света. Фотоэлектрические свойства материалов были открыты Беккерелем в 1830 году, когда он обнаружил этот эффект в селене. Фотоэлектрические солнечные элементы сегодня используются повсеместно: домашние солнечные системы, солнечные автомобили и самолеты, спутники и космические аппараты и т.д.
Такое разнообразие областей применения - основная причина увеличения спроса на солнечные батареи.Здесь преимущества алюминиевых сплавов перед сталью, другими сплавами и композитными материалами делают его основным материалом при строительстве крупномасштабных конструкций генерации электричества с помощью солнечных батарей. Значительная часть стоимости солнечной системы генерации связана с поддерживающими материалами и каркасами.
Некоторые алюминиевые сплавы обладают теми же полезными свойствами, что и сталь, но их вес составляет одну треть от стали.Хотя алюминиевые сплавы дороже стали, вместо стали все равно чаще используется алюминий или его сплавы. Расчет полного цикла производства, транспортировки, установки и обслуживания конструкций из алюминиевого сплава доказывает, что алюминий экономически более целесообразен.
