Реферат: Солнечная энергетика
РЕФЕРАТ
на тему:
“Солнечная энергетика”.
Содержание:
1. Введение.
2. Концепция Z.
2.1. Водород — топливоXXI века.
2.2. Солнечно-водороднаяэнергетика.
2.3. Фотокатализ ифотосенсибилизация.
2.4. Биофотолиз воды.
2.5. Искусственныефотокаталитические системы разложения воды.
3. Основные принципыработы солнечных батарей.
4. Конструкции иматериалы солнечных элементов.
5. Солнечноетеплоснабжение.
5.1. Оценка солнечноготеплоснабжения в России.
5.2. Разработка ивнедрение первой в районе Сочи солнечно-топливной котельной.
6. Перспективы развития фотоэлектрическихтехнологий(производство солнечных элементов).
7. Выводы.
Список литературы.
1.ВВЕДЕНИЕ.
Одним из основныхфакторов, определяющих уровень развития общества, является егоэнерговооруженность, причем потребности человечества в энергии удваиваютсякаждые 10-15 лет. Потребление энергии за историю развития человечества (врасчете на одного человека) выросло более чем в 100 раз. Так, например,трехкратное увеличение населения США в XX столетии сопровождалось десятикратнымувеличением потребления энергии.
Современная энергетикаявляется топливной и более чем на 90% базируется на использовании химических топливна основе природных горючих ископаемых: нефти, газа, угля (и продуктов ихпереработки), запасы которых на планете ограниченны и будут в конце концовистощены. Это определяет, с одной стороны, необходимость энергосбережения иразработку высокоэффективных методов добычи и переработки всех доступныхископаемых топлив, а с другой — поиск новых источников энергии и получение наих основе синтетических топлив. Речь идет о синтезе с затратой энергии веществ,которые можно было бы использовать в качестве удобного для потребленияискусственного топлива. Более того, всевозрастающие проблемы человечества,связанные с защитой окружающей среды от химического, радиационного и тепловогозагрязнения, определяют ужесточение требований к экологической чистотеэнергодобывающих процессов.
2.1.ВОДОРОД — ТОПЛИВО XXI ВЕКА.
По мнению некоторыхспециалистов, одним из наиболее перспективных видов синтетических топливэнергетики XXI века является молекулярный водород. Среди его достоинств можновыделить:
1) высокуюэнергоемкость; в расчете на единицу массы водород превосходит все природныетоплива: природный газ в 2,6 раза, нефть в 3,3 раза, целлюлозу в 8, З раза;
2) химико-экологическуючистоту; единственным продуктом его окисления в любых режимах (при горении илиэлектрохимическом окислении) является вода (окись азота, являющаяся побочнымпродуктом сгорания водорода в воздухе, образуется в ничтожных количествах);
3) практическинеисчерпаемые запасы дешевого сырья — воды, содержащей более 10% (по массе)водорода;
4) возможность использованиятопливных элементов, реакции окисления водорода и восстановления кислородавоздуха с образованием воды в которых протекают на электродах и приводят кгенерации электрического тока, позволяют эффективно доставлять ипреобразовывать энергию в удобный для потребления электрический вид. Важно, чтоКПД современных топливных элементов существенно больше КПД любых энергетическихсистем, основанных на сжигании топлива, и достигает в настоящее время -80%,тогда как КПД дизельных двигателей <30%.
Кроме того, водород — нетолько высокоэффективное топливо, но и ценное сырье для химическойпромышленности.
Препятствием кпрактическому использованию водорода в качестве синтетического топлива являетсяего высокая стоимость. К тому же хранение и использование такого топлива вбольших количествах сопряжены с некоторыми трудностями. Так, при использованииводорода в качестве топлива в автомобильных двигателях его масса составитменьше 1% массы баллона, в котором он находится. Однако эти проблемы не носятпринципиального характера. Вместо водорода, хранящегося в газовых баллонах,предполагается, например, использовать химически связанный сплавами некоторыхметаллов водород. Так, лантан-никелевые и железо-титановые сплавы могутобратимо связывать 100 объемов водорода на 1 объем сплава.
2.2.СОЛНЕЧНО-ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Несмотря на всепреимущества водорода в качестве синтетического топлива, принципиальнымостается вопрос об источнике энергии для получения водорода из воды. В основномрассматриваются три альтернативных источника: термоядерная, атомная и солнечнаяэнергия. Однако возможности широкого использования внутренней (термоядерной иатомной) энергии неразрывно связаны с проблемой теплового загрязнения среды —нарушения теплового баланса и повышения температуры Земли. На эту проблемувпервые указал академик Н.Н. Семенов. Согласно его оценкам, перегрев Земли на3-4°С может привести к глобальному негативному изменению климата. Присовременных темпах развития энергетики на основе внутренних источников теплаизменение климата Земли может наступить уже в ближайшие 30-50 лет. Этоопределяет принципиальное ограничение дальнейшего развития энергетики на основевнутренних источников энергии и стимулирует поиск новых источников, невызывающих нарушения теплового баланса Земли. С этой точки зрения солнечнаяэнергия является одним из наиболее экологически чистых источников энергии. Всвязи с этим возникает вопрос: способна ли энергетика, основанная наиспользовании солнечного излучения в Качестве первичного источника энергии,обеспечить энергетические потребности человечества?
Годовое потреблениеэнергии человечеством за счет всех источников энергии в настоящее времясоставляет -1017 ккал. Сравнение этой величины с потоком поглощаемой Землейсолнечной энергии (~8 • 1020 ккал/год), использование которой не превышает 2 •10-3 % (схема 1), показывает, что резервы солнечной энергии значительнопревышают не только современные, но и будущие энергетические потребностичеловечества.
В связи с большимирезервами и экологической чистотой в последние годы все более популярнойстановится концепция солнечно-водородной энергетики, основанной напреобразовании солнечной энергии в химическую в результате разложения воды исочетающей в себе все достоинства водорода в качестве топлива и солнечнойэнергии в качестве первичного источника. Схема такой идеальнойсолнечно-водородной энергетики, включающей фоторазложение воды с последующимтранспортом и преобразованием водородного топлива в удобную для потребленияэлектрическую форму энергии, представлена на схеме 2.
Следует отметить, что посравнению с прямым преобразованием солнечной энергии в электрическую на основеполупроводниковых солнечных батарей промежуточное аккумулирование солнечнойэнергии в топливной форме водорода в рамках солнечно-водородной энергетикиуспешно решает проблему суточной и сезонной зависимости потока солнечнойэнергии.
В настоящее времяпредложено несколько основных путей для разложения воды под действиемсолнечного излучения. Некоторые из них являются косвенными. Например, термохимическиеметоды, основанные на использовании тепла, полученного за счет солнечнойэнергии, или электролиз воды за счет электроэнергии от полупроводниковыхсолнечных батарей или тепловых электростанций. Однако исследование природногопроцесса конверсии солнечной энергии в химическую (фотосинтеза) показываетпринципиальную возможность прямого фотохимического разложения воды солнечнымсветом. В связи с этим в последние годы весьма интенсивно развиваютсяфотохимические методы получения водорода из воды, основанные либо наискусственных фотохимических системах, либо на применении биологических систем(растений, микроскопических водорослей, фототропных бактерий),фотосинтетический аппарат которых может быть использован для выделения водорода- биофотолиз воды.
Из повседневного опытаизвестно, что чистая вода в любом агрегатном состоянии совершенно прозрачна дляпадающего на поверхность Земли солнечного света, основная часть которогоприходится на область видимого и ближнего инфракрасного излучения (0,3-1,0 мкм).Заметное поглощение электромагнитного излучения водой, способного привести к еефоторазложению, начинается лишь с длин волн короче 0,2 мкм, практическиотсутствующих в спектре солнечного излучения, достигающего поверхности Земли.Это означает, что процессы прямого фотолиза воды с участием ееэлектронно-возбужденных состояний не могут быть использованы для конверсиисолнечной энергии в химическую. Таким образом, как и в природном фотосинтезе,эффективное фотохимическое разложение воды солнечным светом возможно только наоснове фотокаталитических процессов.
2.3.ФОТОКАТАЛИЗ И ФОТОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ
Специфической особенностью фотокаталитических процессов по сравнению собычным «темновым» катализом является, с одной стороны, чувствительностьхимической системы к действию света и, с другой — возможность осуществления каталитическихреакций превращения субстрата в продукт с положительным изменением свободнойэнергии системы AG > 0. В связис этим при разработке искусственных фотокаталитических систем разложения водысолнечным светом используют явления фотосенсибилизации и фотокатализа. Фотосенсибилизация- это изменение спектральной области чувствительности химических соединений,происходящее вследствие процессов переноса энергии или электрона от веществ, называемыхсенсибилизаторами, которые поглощают свет другой спектральной области (обычноболее длинноволновой). Фотокатализ — это явление индуцирования химическихпревращений при действии света -на системы, содержащие химические соединения-участники реакции и вещества, называемые фотокатализаторами, которыеиндуцируют при поглощении света химические превращения участников реакции,многократно вступая с ними в химические взаимодействия и регенерируя свойсостав после каждого цикла промежуточных взаимодействий.
Следует отметить, что в чистом виде явление как фотокатализа, так ифотосенсибилизации встречается редко. В большинстве фотокаталитическихпроцессов одни и те же вещества выполняют функцию и фотосенсибилизатора ифотокатализатора. Так, например, в фотокаталитическом процессе природногорастительного фотосинтеза, приводящего в общем виде к восстановлениюуглекислого газа до органических соединений и окислению воды:
/>
хлорофилл (ХЛ) выступает и фотосенсибилизатором и фотокатализатором.Более 90% хлорофилла растительной клетки входит в состав хлорофилл-белковыхкомплексов, выполняющих функцию фотосенсибилизатора (S) и обеспечивающих эффективное поглощение солнечногоизлучения в результате их электронного возбуждения (S—»-S*).Такие комплексы играют роль своеобразной антенны для улавливания солнечногосвета, характеризующегося относительно низкой плотностью потока энергии наединицу поверхности (средняя интенсивность падающего на поверхность Земли светав южных районах России составляет -2,2 • 10-2 ккал/(см2 •с)). Энергия электронного возбуждения антенных комплексов с эффективностью,близкой к 100%, передается димеру Р хлорофилла (S* + Р—Р*), входящему в составреакционного центра и выполняющему функцию фотокатализатора суммарного процессапереноса электронов от воды к никотина-мидадениндинуклеотид фосфату (NADP+):
/> ()
Восстановленная форма NADPH участвует в дальнейших темновыхбиохимических реакциях, приводящих к образованию органических соединений изуглекислого газа.
2.4.БИОФОТОЛИЗ ВОДЫ
Основные фотокаталитические процессы природного фотосинтеза растений,протекающие в реакционном центре и описываемые так называемой Z-схемой (схема 3) с двумяфотосистемами ФС1 и ФС2, были подробно рассмотрены в [2]. В общем видереакционный центр каждой фотосистемы содержит фотокатализаторы Р700 и Р680 наоснове хлорофилла, первичные акцепторы А1, А2 и доноры D1, D2электрона, цепь электронного транспорта (ЦЭТ), соединяющую две фотосистемы, атакже катализаторы образования О2 и NADPH.
Первичные стадии фотосинтеза могут быть рассмотрены как своеобразныйдвухтактный электронный фотонасос, осуществляющий под действием двух квантовсвета перенос одного электрона от воды к NADP+. Это определяет необходимость использования всуммарной реакции восьми квантов света для получения одной молекулы кислородаиз воды. Такая не самая оптимальная с точки зрения энергетики восьмиквантоваясхема преобразования солнечной энергии в химическую является результатомэволюционного развития процесса растительного фотосинтеза, первоначальнозародившегося как бактериальный. В то же время природный фотосинтезхарактеризуется уникальной квантовой эффективностью первичных процессовпереноса электрона между донорами и акцепторами в результате быстрых (~10-10 с)реакций с участием фотокатализаторов.
Это приводит как к эффективной регенерации фотокатализатора, так ивысокому (>90%) КПД разделения зарядов, возникающих на доноре и акцептореэлектрона фотосистемы после поглощения кванта света.
Выделение из растительных клеток хлоропластов с сохранением ихфотосинтезирующих свойств открывает возможность использования уникальногоприродного фотосинтетического аппарата для получения водорода из воды — биофотолиза воды. Задача сводится в первую очередь к организации в ФС1каталитического процесса восстановления не NADP+, а воды. Известно, чтоконечным акцептором электронов в ФС2 является железо-серный белок ферредоксин(Фд), восстановленная форма которого в присутствии специальных катализаторовспособна выделять водород из воды. Разработанные к настоящему времени модельныебиохимические системы фотолиза воды на основе выделенных из растительных клетокхлоропластов (схема 4) содержат два общих элемента: электронтранспортную цепь(ЦЭТ) фотосинтеза и катализатор образования водорода, в качестве которого могутбыть использованы как биологические (гидрогеназа), так и неорганические(коллоидная Pt) катализаторы. В то же время в качестве восстановителя водыможет выступать как непосредственно ферредоксин, так и специально введенный всистему промежуточный переносчик электрона М, способный акцептироватьэлектроны из электронтранспортной цепи хлоропластов и в дальнейшемкаталитически восстанавливать воду (схема 4).
Двухстадийный процесс разложения воды в последнем случаепозволяет осуществить разделение водорода и кислорода, поскольку выделениегазов происходит на разных стадиях.
Энергетическая эффективность преобразования солнечной энергиив химическую для разработанных в настоящее время модельных систем биофотолизаводы не превышает 0,2%, тогда как теоретическое предельное значение составляет-17%. Второй существенной проблемой является недостаточная стабильностьразработанных биосистем фотолиза воды во времени (до 30 дней). Решение этих проблемпозволит перейти к созданию практически приемлемых устройств конверсиисолнечной энергии в химическую на основе биокаталитических систем фотолизаводы.
2.5. ИСКУССТВЕННЫЕ ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕСИСТЕМЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ВОДЫ
Созданный природой в ходе эволюции уникальный восьмиквантовыйфотосинтетический аппарат, включающий две фотосистемы, объединенные сложноймногоступенчатой электрон-транспортной цепью, обеспечивает не только окислениеводы и восстановление NADP+, но исинтез энергоемких соединений аденозинтрифосфата из аденозинди-фосфата инеорганического фосфата, которые в дальнейшем выполняют роль универсального источникаэнергии в клетке, обеспечивая протекание большинства биохимических процессов[1-3]. В связи с этим заманчивым представляется создание искусственныхфотокаталитических систем, выполняющих узкоспециализированную функциюфоторазложение воды. При этом нет необходимости моделировать весь сложныймеханизм фотосинтеза, а следует использовать только основные принципыфотохимического преобразования солнечной энергии в химическую.
Поскольку выделение одной Молекулы кислорода требует разложения двухмолекул воды, энергетические затраты на проведение одного каталитическогоцикла фоторазложения воды при комнатной температуре не могут быть меньше 113,4ккал/моль, что соответствует энергии квантов ультрафиолетового света (К — 0,252мкм), практически отсутствующих в спектре солнечного излучения (0,3-1,0 мкм),падающего на поверхность Земли. Это означает, что с точки зрения наиболееполного использования солнечного излучения, достигающего поверхности Земли,наиболее рациональной является четырех-квантовая схема процесса разложенияводы, при котором каждый квант света используется для переноса одногоэлектрона. В этом случае пороговая длина волны света составляет 1,008 мкм, чтосоответствует красной границе солнечного излучения и как следствие этогообеспечивает максимальную эффективность преобразования солнечной энергии вхимическую. Таким образом, в отличие от природного фотосинтеза искусственныефотокаталитические системы разложения воды могли бы работать по принципу недвухтактного (см. схему 3), а однотактного фотонасоса.
В настоящее время разрабатываются два типа искусственныхфотокаталитических систем: полупроводниковая и молекулярная. В первом случае вкачестве фотокатализатора используются полупроводниковые материалы на основехалькогенидов, фосфидов и арсенидов переходных металлов. Поглощение квантасвета приводит к переносу электрона между энергетическими уровнями твердоготела, называемыми зонами: заполненной зоной и зоной проводимости. Образующиесязаряды — электрон (е~) в зоне проводимости и положительно заряженная«дырка» (р+) в заполненной зоне — растягиваются в разныестороны электрическим полем, существующим на границе полупроводник-раствор, иучаствуют в дальнейших каталитических процессах восстановления и окисленияводы в присутствии нанесенных на поверхность полупроводника катализаторов Pt и RuO2. Иммобилизация на поверхности полупроводникаразличных органических и неорганических красителей, выполняющих функциюфотосенсибилизатора S , позволяет обеспечивать -10% КПД преобразованиясолнечной энергии в химическую. Основная проблема для практического применениятаких систем — предотвращение фотокоррозии полупроводников и повышениестабильности систем во времени. В молекулярных фотокаталитических системахразложения воды в качестве фотокатализатора, доноров и акцепторов электрона,участвующих в реакциях, используются индивидуальные химические соединения,удовлетворяющие некоторым требованиям. Фотокатализаторы должны обеспечиватьинтенсивное поглощение солнечного излучения, иметь высокоэнергетические,долгоживущие возбужденные состояния (ФК*), способные участвовать вбимолекулярных реакциях переноса электрона, обладать высокой химической ифотохимической устойчивостью и эффективно регенерировать свою форму врезультате взаимодействия с промежуточными акцепторами или донорами. Наряду сфотохимической и химической устойчивостью основным требованием к промежуточнымдонорам и акцепторам электрона является их способность участвовать в обратимыхкаталитических процессах выделения водорода и кислорода из воды.
В настоящее время показана возможность использования вкачестве компонентов молекулярных фотокаталитических систем достаточно большогокруга химических соединений различной природы. Так, в качествефотокатализаторов предложены системы на основе органических красителей,соединений переходных металлов, порфиринов, фталоцианинов и ихметаллокомплексов.
Основнойпрогресс, достигнутый в разработке молекулярных фотокаталитических систем разложенияводы, связан с созданием так называемых жертвенных систем, моделирующихфотосистемы растительного фотосинтеза и осуществляющих выделение либо водорода,либо кислорода из воды с одновременным необратимым расходованием жертвы —специально добавленного донора или акцептора электрона. Примером такойжертвенной системы фотокаталитического восстановления воды является система,содержащая трисбипиридильные комплексы рутения и родия [Ru(bpy)3]2+, [Rh(bpy)3]3+в качестве фотокатализатора и промежуточного акцептора электрона.Фотовозбуждение такой системы приводит к фотостимулированному переносуэлектрона:
/>
ипоследующему каталитическому выделению водорода из воды на платиновом катализаторе:
/>
В качестве необратимо расходуемой жертвы, обеспечивающей регенерациюфотокатализатора, используется триэтаноламин.
Осуществить замкнутый, не требующий введения дополнительнорасходуемых веществ цикл фоторазложения воды солнечным светом в молекулярныхфотокаталитических системах пока еще не удается. Основной задачей являетсяразработка методов предотвращения реакции рекомбинации первичных продуктовфоторазделения зарядов, которая протекает намного быстрее, чем сложныекаталитические реакции окисления и восстановления воды. Предполагается, чтотакая задача может быть решена при переходе к молекулярно-организованнымсистемам, позволяющим (по аналогии с природным фотосинтезом) получать пространственноразделенные продукты фоторазделения зарядов. Исследования в этом направленииинтенсивно развиваются в последнее время.
3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СОЛНЕЧНЫХБАТАРЕЙ
Простейшая конструкциясолнечного элемента (СЭ) — прибора для преобразования энергии солнечногоизлучения — на основе монокристаллического кремния. На малой глубине отповерхности кремниевой пластины р-типа сформирован р-п-переход с тонкимметаллическим контактом. На тыльную сторону пластины нанесен сплошнойметаллический контакт.
Когда СЭ освещается,поглощенные фотоны генерируют неравновесные электрон-дырочные пары. Электроны,генерируемые в р-слое вблизи р-n-перехода,подходят к p-n-переходу и существующим в нем электрическим полем выносятсяв n-область. Аналогично и избыточныедырки, созданные в n-слое, частичнопереносятся в р-слой (рис. 2 а). В результате n-слой приобретает дополнительный отрицательный заряд, ар-слой — положительный. Снижается первоначальная контактная разностьпотенциалов между р- и n-слоямиполупроводника, и во внешней цепи появляется напряжение (рис. 2 6).Отрицательному полюсу источника тока соответствует n-слой, а р-слой — положительному.
Величина установившейсяфотоЭДС при освещении перехода излучением постоянной интенсивности описываетсяуравнением вольт-амперной характеристики (ВАХ):
/>
где Is — ток насыщения, a Iph фототoк.
ВАХ поясняетэквивалентная схема фотоэлемента (рис. 4), включающая источник тока /ph=SqN0Q,где S — площадь фотоэлемента, а коэффициент собирания Q- безразмерный множитель(<1), показывающий, какая доля всех созданных светом электронно-дырочных пар(5%) собирается р-n-переходом. Параллельно источнику тока включен р-n-переход,ток через который равен Is[e4u/kT-1].р-n-Переход шунтирует нагрузку, и при увеличении напряжения ток через негобыстро возрастает. В нагрузку (сопротивление R) отбирается ток /.
Уравнение ВАХ справедливои при освещении фотоэлемента светом произвольного спектрального состава,изменяется лишь значение фототока Iрh. Максимальнаямощность отбирается в том случае, когда фотоэлемент находится в режиме,отмеченном точкой а.
Максимальная мощность,снимаемая с 1 см2, равна
/>
где £ — коэффициентформы или коэффициент заполнения вольт амперной характеристики, IКЗ— ток короткого замыкания, Uxx-напряжение холостого хода.
4. КОНСТРУКЦИИИ МАТЕРИАЛЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Для эффективной работысолнечных элементов необходимо соблюдение ряда условий:
• оптический коэффициент поглощения (а)активного слоя полупроводника должен быть достаточно большим, чтобы обеспечитьпоглощение существенной части энергии солнечного света в пределах толщины слоя;
• генерируемые при освещении электроныи дырки должны эффективно собираться на контактных электродах с обеих сторон активногослоя;
• солнечный элемент должен обладатьзначительной высотой барьера в полупроводниковом переходе;
• полное сопротивление, включенноепоследовательно с солнечным элементом (исключая сопротивление нагрузки),должно быть малым для того, чтобы уменьшить потери мощности (джоулево тепло) впроцессе работы;
• структура тонкой пленки должна бытьоднородной по всей активной области солнечного элемента, чтобы исключитьзакорачивание и влияние шунтирующих сопротивлений на характеристики элемента.
Производство структур наоснове монокристаллического кремния, удовлетворяющих данным требованиям, — процесс технологически сложный и дорогостоящий. Поэтому внимание было обращенона такие материалы, как сплавы на основе аморфного кремния (a-Si:H), арсенид галлияи поликристаллические полупроводники [4].
Аморфный кремний выступил в качестве более дешевой альтернативымонокристаллическому. Первые СЭ на его основе были созданы в 1975 году.Оптическое поглощение аморфного кремния в 20 раз выше, чем кристаллического.Поэтому для существенного поглощения видимого света достаточно пленки a-Si:H толщиной0,5-1,0 мкм вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм подложек. Кроме того,благодаря существующим технологиям получения тонких пленок аморфного кремниябольшой площади не требуется операции резки, шлифовки и полировки, необходимыхдля СЭ на основе монокристаллического кремния. По сравнению споликристаллическими кремниевыми элементами изделия на основе a-Si:H производят приболее низких температурах (300°С): можно использовать дешевые стеклянныеподложки, что сократит расход кремния в 20 раз.
Пока максимальный КПДэкспериментальных элементов на основе a-Si:H — 12% — несколько ниже КПДкристаллических кремниевых СЭ (-15%). Однако не исключено, что с развитиемтехнологии КПД элементов на основе a-Si:H достигнет теоретического потолка -16%.
Наиболее простыеконструкции СЭ из a-Si:H были созданы на основе структуры металл — полупроводник(диод Шотки) (рис. 5).
Несмотря на видимуюпростоту, их реализация достаточно проблематична — металлический электроддолжен быть прозрачным и равномерным по толщине, а все состояния на границеметалл/a-SiiH — стабильными во времени. Чаще всего солнечныеэлементы на основе a-Si:H формируют на ленте из нержавеющей стали или на стеклянныхподложках, покрытых проводящим слоем. При использовании стеклянных подложек наних наносят прозрачную для света проводящую оксидную пленку (ТСО) из Sn02, In203 или Sn02+ln203 (ITO), что позволяет освещать элементчерез стекло. Поскольку у нелегированного слоя электронная проводимостьвыражена слабо, барьер Шотки создается за счет осаждения металлических пленокс высокой работой выхода (Rt, Rh, Pd), которая обуславливает образование области положительногообъемного заряда (обедненного слоя) в a-Si:H.
При нанесении аморфногокремния на металлическую подложку образуется нежелательный потенциальный барьера-Si:H/металли-ческая подложка, высоту которого необходимоуменьшать. Для этого используют подложки из металлов с малой работой выхода(Мо, Ni, Nb). Перед нанесением аморфного кремния желательно осадить наметаллической подложке тонкий слой (10-30 нм) a-Si:H, легированный фосфором. Нерекомендуется использовать в качестве материалов электродов легкодиффундирующие в аморфный кремний металлы (например, Аи и AI), а также Сu и Аg,поскольку a-Si:H обладает плохойадгезией к ним. Отметим, что Uxxсолнечных элементов с барьером Шотки на основе a-Si:H обычно непревышает 0,6 В.
Более высокойэффективностью обладают СЭ на основе аморфного кремния с р-i-n-структурой (рис.6). В этом «заслуга» рис. 6широкой нелегированной i-областиa-Si:H, поглощающейсущественную долю света. Но возникает проблема — диффузионная длина дырок в a-Si:H очень мала (-100нм), поэтому в солнечных элементах на основе a-Si:H носители заряда достигают электродовв основном только благодаря внутреннему электрическому полю, т.е. за счетдрейфа носителей заряда. В СЭ на основе кристаллических полупроводниковносители заряда, имея большую диффузионную дли ну (100 — 200 мкм), достигаютэлектродов и в отсутствие электрического поля. Поскольку в простом p-n-переходе в a-Si:H область сильного электрического поля очень узка и диффузионнаядлина носителей заряда мала, в большей части СЭ не происходит эффективного разделенияносителей заряда, генерируемых при поглощении света. Следовательно, для полученияэффективных СЭ на основе р-i-n-сруктуры аморфногоги-дрогенизированного кремния необходимо добиться во всей А области однородногомощного внутреннего электрического поля, достаточного для достижения длиныдрейфа носителей, соизмеримого с размерами области поглощения (см. рис. 6).
Данная задача решается,если при изготовлении р-i-n-структуры первым формировать р-слой(рис.7). Для его создания необходимо небольшое количество бора (<1018см3), а значит, существенного загрязнения нелегированного слоя непроисходит.
В то же время, еслипервым осаждать n-слой, то наличиеостаточного фосфора изменяет свойства i-слоя. Формирование p-слоя на поверхности прозрачного проводящего электрода обеспечивает с нимхороший электрический контакт. Однако толщина р-слоя должна быть мала (10 нм),чтобы основная часть света поглощалась в i-области.
Используется и другая р-i-n-структура СЭ на основе a-Si:H с подложкой из металлической фольги,в частности из нержавеющей стали. Свет попадает со стороны прозрачного электрода,контактирующего с n-областью. Врезультате возрастает плотность тока короткого замыкания благодаря отражающейспособности металлической подложки и меньшему оптическому поглощению светалегированными фосфором пленками a-Si:H (n-область) посравнению с легированными бором р-слоями.
Проблема с применениемрассмотренных р-i-n-элементов в том, что их можно оптимизироватьтолько в одном измерении. Значительно больше возможностей в этом планепредоставляет СЭ с поперечным переходом: на изолирующей подложке перпендикулярнок поверхности формируется р-i-n-структура a-Si:H (рис. 8). Такой СЭ не требуетпрозрачного проводящего оксида в качестве контакта и широкозонного р-слоя длясоздания прозрачного оконного слоя, его можно изготовить посредством стандартныхтехнологий микроэлектроники.
Один из наиболееперспективных материалов для создания высокоэффективных солнечных батарей — арсенидгаллия.
Это объясняется такимего особенностями, как:
• почти идеальная для однопереходныхсолнечных элементов ширина запрещенной зоны 1,43 эВ;
повышенная способность кпоглощению солнечного излучения:
требуется слой толщиной всего в несколько микрон;
• высокая радиационная стойкость, чтосовместно с высокой эффективностью делает этот материал чрезвычайнопривлекательным для использования в космических аппаратах;
• относительная нечувствительность кнагреву батарей на основе
GaAs;
• характеристики сплавов GaAs с алюминием, мышьяком, фосфором илииндием дополняют характеристики GaAs,что расширяет возможности при проектировании СЭ.
Главное достоинствоарсенида галлия и сплавов на его основе -широкий диапазон возможностей длядизайна СЭ. Фотоэлемент на основе GaAs может состоять из нескольких слоев различного состава. Это позволяетразработчику с большой точностью управлять генерацией носителей заряда, что вкремниевых СЭ ограничено допустимым уровнем легирования. Типичный СЭ на основеGaAs состоит из очень тонкого слоя AIGaAs в качестве окна.
Основной недостатокарсенида галлия — высокая стоимость. Для удешевления производства предлагаетсяформировать СЭ на более дешевых подложках; выращивать слои GaAs на удаляемых подложках илиподложках многократного использования.
Поликристаллическиетонкие пленки такжевесьма перспективны для солнечной энергетики.
Чрезвычайно высокаспособность к поглощению солнечного излучения у диселенида меди и индия (CulnSe2) — 99 % света поглощается в первоммикроне этого материала (ширина запрещенной зоны — 1,0 эВ) [4]. Наиболеераспространенным материалом для изготовления окна солнечной батареи на основе CulnSe2 является CdS. Иногда для улучшения прозрачности окна в сульфид кадмия добавляют цинк.Немного галлия в слое CulnSe2увеличивает ширину запрещенной зоны, что приводит к росту напряжения холостогохода и, следовательно, повышению эффективности устройства. Один из основныхспособов получения CulnSe2 — электрохимическое осаждение израстворов CuS04, ln2(S04)3и Se02 в деионизо-ванной водепри соотношении компонентов Cu:ln:Se как 1:5:3 и рН =1,2-2,0.
Еще один перспективныйматериал для фотовольтаики — теллу-рид кадмия (СdТе). У него почти идеальная ширина запрещенной зоны (1,44 эВ)и очень высокая способность к поглощению излучения. Пленки CdTe достаточно дешевы в изготовлении.Кроме того, технологически несложно получать разнообразные сплавы CdTe с Zn, Hg и другимиэлементами для создания слоев с заданными свойствами.
Подобно CulnSe2, наилучшие элементы на основе CdTe включают гетеропереход с CdS в качестве оконного слоя. Оксидолова используется как позрачный контакт и просветляющее покрытие. Серьезнаяпроблема на пути применения CdTe — высокое сопротивление слоя р-СоТе, что приводит к большим внутренним потерям.Но она решена в p-i-n-структуре с гетеропереходом CoTe/ZnTe(рис. 9).
Наиболее ответственныйэтап формирования СЭ на основе CdS/CdTe — осаждение поглощающего слоя CdTe толщиной 1,5-6 мкм. Для этого используютразличные способы: сублимацию/конденсацию, электрохимическое осаждение,трафаретную печать, химическое осаждение из газовой фазы и распыление. ПленкиСdТе, полученные данными методами, обладаютвысокой подвижностью носителей заряда, а СЭ на их основе — высокими значениямиКПД, от 10 до 16%.
CuGaSe2также весьма интересен как тонкопленочный элементсолнечных батарей. Благодаря запрещенной зоне шириной 1,68 эВ он используетсякак верхний элемент тандемной солнечной батареи с нижним элементом из CulnSe2. Слои CuGaSe2 формируютпутем последовательного осаждения термическим испарением тонких слоев Ga, Se и Си на поверхность стеклянной подложки, покрытой слоеммолибдена толщиной 1 мкм. Далее из полученной структуры в установке быстроготермического отжига в течение пяти минут при температуре 550°С получаютсоединение CuGaSe2.
Одним из перспективныхматериалов для дешевых солнечных батарей благодаря приемлемой ширинезапрещенной зоны (1,4-1,5 эВ) и большому коэффициенту поглощения 104см-1 является Cu2ZnSnS4. Его главное достоинство в том, что входящие в негокомпоненты широко распространены в природе и нетоксичны. Однако пока достигнутаэффективность преобразования всего в 2,3% при использовании гетероперехода Cu2ZnSnS4 и CdS/ZnO.
Среди СЭ особое местозанимают батареи, использующие органические материалы, В частности, КПД СЭ наоснове диоксида титана, покрытого органическим красителем, весьма высок --11%.Немаловажно, что подложками в таких элементах могут выступать полимерныепленки.
Основа СЭ данного типа — широкозонный полупроводник, обычно ТiO2,покрытый монослоем органического красителя, как правило — цис-(NСS)2бис(4,4''ДИкарбокси-2,2'бипиридин)-рутением(II) (рис.12). Фотоэлектрод такогоустройства представляет собой на-нопористую пленку ТiO2 толщиной 1 мкм, осажденную на ТСО на стекле. Отражающимэлектродом служит тонкий слой Pt,осажденный на ТСО на стекле. Пространство между двумя электродами заполняютэлектролитом, обычно содержащим иодид/трииодид
(I-/Iз). рис. 10
Принцип работы элементаоснован на фотовозбуждении красителя и быстрой инжекции электрона в зонупроводимости ТiO2. При этом молекула красителя окисляется, черезэлемент идет электрический ток и на платиновом электроде происходитвосстановление трииодида до иодида. Затем иодид проходит через электролит кфотоэлектроду, где восстанавливает окисленный краситель.
Для солнечной батареи наэффекте Шотки используют фталоцианин — органический полупроводник р-типа. В немнаиболее привлекают высокая фотопроводимость в видимой области спектра итермическая стабильность. Основной недостаток — низкое время жизни носителейвследствие большого числа ловушек. Для повышения времени жизни фталоцианинлегируют фуллеренами или 2-, 4-, 7-тринитрофлуореноном, создающими акцепторныеуровни.
Фуллерены (С60) также весьмаперспективны для органических солнечных батарей на основе гетероструктур C60/p-Si в связи с ихспособностью к сильному поглощению в коротковолновой области солнечногоспектра. Поликристаллический фуллерен С60 толщиной ~1 мкм осаждаютна кремниевую подложку в глубоком вакууме. Далее на слой С60 наносяталюминиевые контакты. В качестве заднего контакта используется сплав Gaxlny на позолоченной подложке.
Термофотовольтаическоепроизводствоэлектроэнергии, т.е. преобразование длинноволнового (теплового) излученияпосредством фотовольтаических ячеек было открыто в 1960 году и вызывает всебольший интерес, особенно в связи с современными достижениями в областисозданияузкозонных полупроводников. В термофотовольтаической ячейке тепло преобразуетсяв электроэнергию посредством селективных эмиттеров из оксидов редкоземельныхэлементов -эрбия и иттербия. Эти вещества поглощают инфракрасное излучение ивновь излучают его в узком энергетическом диапазоне. Излучение может бытьэффективно преобразовано с помощью фотовольтаической ячейки с соответствующейшириной запрещенной зоны. В качестве материала для фотоэлектрической ячейкиболее всего подходит lnxGa1-xAs, посколькуон позволяет добиться необходимой ширины запрещенной зоны.
В типичном многопереходномсолнечном элементе одиночные фотоэлементы расположены друг за другом такимобразом, что солнечный свет сначала попадает на элемент с наибольшей ширинойзапрещенной зоны, при этом поглощаются фотоны с наибольшей энергией.Пропущенные верхним слоем фотоны проникают в следующий элемент с меньшейшириной запрещенной зоны и т.д.
Основное направлениеисследований в области каскадных элементов связано с использованием арсенидагаллия в качестве одного или нескольких компонентов. Эффективностьпреобразования подобных СЭ достигает 35 %. Кроме того, в каскадных элементахшироко применяются аморфный кремний, сплавы на его основе (a-Si1-xCx:H, a-Si1-xGex:H), а также CulnSe2.
Каскадная батарея, вкоторой верхним элементом служит структура на основе GalnP с n-AllnP в качестве окна, далее следуеттуннельный диод на GaAs дляпрохождения носителей между элементами и нижний элемент из GaAs.
Весьма перспективныкаскадные батареи, состоящие из трех элементов с различной шириной запрещеннойзоны (рис.13). Верхний слой, поглощающий коротковолновую область солнечногоспектра, сформирован из сплава на основе a-Si:H с шириной оптической щели 1,8 эВ.Для серединного элемента в качестве слоя i-типа использован сплав a-SiGe:H с содержанием германия 10-15%.Ширина оптической щели данного слоя (1,6 эВ) идеальна для поглощения зеленойобласти солнечного спектра. Нижняя часть СЭ поглощает длинноволновую часть спектра,для этого используется i-слойa-SiGe:H сконцентрацией германия 40-50%. Непоглощенный свет отражается от заднего контактана основе Ag/ZnO. Все три элемента каскадной солнечной батареи связанымежду собой сильнолегированными слоями, образующими туннельные переходы междусоседними элементами.
5.1. Оценка солнечного теплоснабжения в России.
Одной из наиболее технически подготовленных к внедрениютехнологий использования солнечной энергии является технология производстванизкопотенциального тепла для отопления и горячего водоснабжения. Системысолнечного теплоснабжения (CCT)получили достаточно широкое распространение во многих странах мира сблагоприятными климатическими условиями (США, Австралия, Израиль и др.). Ихсуммарная мощность в мире в 1997 г. достигла 3 000 МВт [13].
B России масштабы внедрения CCTотносительно невелики, несмотря на то что к настоящему времени разработаны иподготовлены к серийному производству солнечные коллекторы, не уступающие посвоим технико-экономическим показателям лучшим зарубежным аналогам [14]. Этообъясняется целым рядом причин и в первую очередь отсутствием финансовыхсредств у потенциальных потребителей. Кроме этого, во многих случаях важнойпричиной является недостаточная экономическая эффективность CCT и их неконкурентоспособность страдиционными системами теплоснабжения [13]. B России эта проблема стоит особенно остро в связи с болеесуровыми (по сравнению со странами, внедряющими CCT) климатическими условиями и относительной дешевизнойорганического топлива.
B ряде работ[13,15,16] приведены расчетные показатели CCT (удельная выработка энергии, коэффициент замещениянагрузки) для климатических условий России, однако вопросам экономическойконкурентоспособности уделено недостаточное внимание. Цель настоящей работы —оценка экономической и экологической эффективности CCT в условиях конкуренпии с традиционнымиэнергоисточниками в широком интервале изменения наиболее важных параметров:климатических условий и цен на органическое топливо. Поскольку эффективность CCT часто весьма существенно зависит отместной специфики, сделана попытка установить лишь наиболее общиезакономерности и выявить условия, при которых CCT, хотя бы в принципе, могут найти применение внастоящее время и в перспективе. Поэтому рассмотрены лучшие солнечныеколлекторы (максимальная тепловая эффективность и минимальная цена), вариантытепловой схемы с минимальными потерями, а также перспективные (на период до2010 г.) цены на органическое топливо.
Основной энергетической характеристикой солнечногоколлектора является его КПД, равный отношению вырабатываемой (полезной) энергиик приходящей на его поверхность энергии солнечного излучения [17]
/>
где FR— коэффициент отвода тепла изколлектора; /> - поглощательнаяспособность пластины коллектора; />-пропускная способность прозрачных покрытий; UL — полный коэффициент тепловых потерьколлектора, Вт/(м2•0C); T1, — температура жидкости на входе вколлектор, 0C; Ta — температура окружающей среды, 0C; I — плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскостиколлектора, Вт/м2.показывает, что удельная теплопроизводительность qдля лучшего коллектора находится винтервале 650...900 кВт•ч/м2 в год (Санкт-Петербург — Сочи; Якутск — юг Забайкалья) и зависит в основном от годового прихода солнечнойрадиациив данной местности на горизонтальную поверхность Qи в меньшей степени — от распределения интенсивностирадиации и температуры воздуха по месяцам, которые обусловливают лишьнебольшой разброс точек относительно аппроксимирующих зависимостей q(Q). B дальнейших расчетах применялась зависимость для лучшегоколлектора (тип 2). Следует отметить, что полученные значения qпримерно на 20 % превышаюттеплопроизводительность [15], определенную с учетом потерь CCT из-за неполного использования тепла.
Основной экономическойхарактеристикой CCT, как и любогоэнергоисточника, является стоимость вырабатываемой энергии (отношениесуммарных дисконтированных затрат к суммарному дисконтированному отпуску энергии)[18]
/>,
где k— удельные капиталовложения, дол/м2;/> - коэффициентдисконтирования; /> — отношениегодовых эксплуатационных затрат к капиталовложению; TL — срок службы.
Стоимость энергиипредставляет собой минимальную цену энергии CCT, при которой проект окупается к концу срока службы TL, который составляет 10—15 лет. Такой срок окупаемостидостаточно велик, особенно для частного инвестора.
Следует отметить, что поскольку CCT вырабатывает энергию существенно неравномерно во времени, то длянадежного и бесперебойного энергоснабжения потребителя практически всегдадолжны применяться дублирующие энергоисточники, например, на органическомтопливе. Поэтому при сопоставлении конкурирующих вариантов (систематеплоснабжения с использованием солнечной энергии и без нее) стоимость вырабатываемойэнергии нужно сравнивать с топливной составляющей Sfстоимости энергии энергоисточника на органическомтопливе, т.е. критерий экономической эффективности CCT имеет следующий вид: S< Sp
Анализ удельной стоимости разрабатываемых и производимых внастоящее время коллекторов [13] показывает, что для зарубежных изделий онанаходится в интервале 290...500, а отечественных — 100...250 дол/м2. Для всей системы солнечного теплоснабжения (с учетом затрат в другие ееэлементы — трубопроводы, насосы, теплоноситель, теплообменники,бак-аккумулятор) удельные капиталовложения, приведенные к единице площади коллектора,увеличиваются, как правило, в 1,5-2раза.
Принимая достаточнооптимистическую оценку стоимости CCT k = l50 дол/м2, а также долю эксплуатационныхзатрат δ = 0,05, коэффициент дисконтирования σ = 0,07 1/год (дляперспективных условий, предполагающих экономическую стабилизацию и доступностьфинансовых средств для инвестирования проекта), можно определить стоимостьтепловой энергии CCT, которая для климатических условий России при срокеокупаемости проекта T0 = 3-15 лет находится в диапазоне S = 2,6...9,8цент/(кВт• ч).
При сопоставлениистоимости энергии S с топливной составляющей стоимости энергии альтернативныхэнергоисточников SF нецелесообразно пользоваться фактическими российскимиданными по стоимости топлива вследствие их недостаточной стабильности в настоящеевремя. Более надежной и объективной их оценкой являются значения, полученные наоснове оптимизации перспективных топливно-энергетических балансов страны дляразличных сценариев развития энергетики. B настоящей работе использован широкийинтервал изменения цен (от цен самофинансирования до мировых) по регионамРоссии для периода 2006- 2010гг.[19].
Достаточнораспространенный способ учета экологического эффекта НВИЭ — включение встоимость энергии, производимой альтернативным энергоисточником наорганическом топливе, составляющих, учитывающих ее «внешнюю» стоимость (ущерб,наносимый окружающей среде, здоровью людей, отраслям экономики и т.п.).Получаемые таким образом оценки, лежат, как правило, в очень широком интервале,что затрудняет получение на их основе конкретных выводов. Другой способ — учетзатрат, требуемых для обеспечения определенного уровня выбросов вредных веществв окружающую среду. Расчеты, выполненные с применением десятирегиональноймодели мировой энергетической системы GEM-IOR [14], показывают, что длястабилизации выбросов тепличных газов на уровне 1990 г. необходимыдополнительные затраты, которые в 2025 г. изменятся (в зависимости отсценариев внешних условий развития энергетики) от 60 до 200 дол/т углерода,выбрасываемого в окружающую среду в виде CO2. Ориентируясь на эти значения,можно приближенно оценить изменение эффективности CCT при введениисоответствующего налога на органическое топливо для стабилизации выбросотепличныхгазов.
B таблице представленырезультаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, (срококупаемости 3-15 лет) в пяти регионах России (для последних трех рассмотренатолько их южна» часть) и конкурирующими энергоисточниками — мелкими и среднимикотельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе илимазуте, а также системами электроотопления (электроэнергию вырабатывает крупнаяТЭС на угле). Цены на топливо [19] увеличены на 20 % для учета затрат навнутрирегиональный транспорт. Интервал стоимости тепловой энергии определенбез учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог наэмиссию двуокиси углерода, при котором CCT становятся конкурентоспособными.
B таблице представленырезультаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, (срококупаемости 3-15 лет) в пяти регионах России (для последних трех рассмотренатолько их южная часть) и конкурирующими энергоисточниками — мелкими и среднимикотельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе илимазуте, а также системами электроотопления (электроэнергию вырабатывает крупнаяТЭС на угле). Цены на топливо [19] увеличены на 20 % для учета затрат навнутрирегиональный транспорт. Интервал стоимости тепловой энергии определенбез учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог наэмиссию двуокиси углерода, при котором CCT становятся конкурентоспособными.
Регион
Q.
МВт•ч/м2
S, цент/кВт•ч Энергоноситель Стоимость топлива, дол/т у.т. Кпд, %SF
цент/кВт•ч
Минимальный налог, дол/т С Центр и Северо-Запад 1,0… 1,2 3,3… 9,8 Уголь 58...84 60...70 1,0...1,7 89 Мазут 61… 120 60...70 1,1… 2,5 69 Газ 66...120 60...75 1,1… 2,5 92 Электрическая — 34...36 2,0...3,O 8 энергия Северный Кавказ и Нижнее Поволжье 1,2...1,4 2,6… 8,8 Уголь 49...92 60… 70 0,9… .1,9 40 Мазут 55...127 60… 70 1,0… .2,8 Газ 60...127 60… 75 1,0… 2,6 Электрическая — 34...36 1,7… .3,3 энергия Урал и Западная Сибирь 1,0...1,2 3,3...9,8 Уголь 22...67 60...70 0,4...1,4 109 Мазут 48… 106 60...70 0,8...2,2 92 Газ 53.… 106 60...75 0,9...2,2 125 Электрическая — 34...36 0,8...2,4 28 энергия Восточная Сибирь 1,4...1,4 2,6… 9,8 Уголь 19… .42 60...70 0,3… 0,9 98 Мазут 67… .96 60...70 1,2… 2,0 51 Газ 72… 96 60...75 1,2… 2,0 69 Электрическая — 34… .36 0,6...1,5 34 энергия Дальний Восток 1,0...1,4 2,6… 9,8 Уголь 66… 79 60...70 1,2… 1,6 55 Мазут 115.… 168 60...70 2,0...3,4 Газ 120… .168 60...75 2,0...3,4 Электрическая — 34...36 2,3… 2,9 энергия5.2.Разработка и внедрение первой в районе Сочи солнечно-топливнойкотельной.
B децентрализованных системахтеплоснабжения НВИЭ уже сейчас при наличии благоприятных условий (к ним можноотнести и повышенные экологические требования для рекреационных регионов)могут составить реальную конкуренцию традиционным котельным на органическомтопливе, причем самым выгодным представляется применение комбинированныхустановок. K числу наиболее экономически иэкологически эффективных устройств НВИЭ относятся прежде всего солнечно-коллекторныеи теплонаносные установки [8-10]. При этом среди энергоустановок, в которыхвыгодно использование энергии солнца, следует выделить комплексы, создаваемыена базе отопительных котельных, работающих на органическом топливе. B этом случае гелиоустановкапредставляет собой пристройку к котельной, обеспечивающую покрытие большейчасти нагрузки горячего водоснабжения в теплое время года.
Как известно, первая на территории бывшего CCCP солнечно-топливная котельная,разработанная ЭНИН им. Кржижановского, была построена для гостиницы«Спортивная» в Симферополе. Она была оборудована отопительнымикотлами на природном газе и солнечными коллекторами площадью 204 м2.Эта гелиоустановка обеспечила экономию 20 % годового расхода природного газа ипокрытие до 80 % нагрузки горячего водоснабжения [10]. Гелиосистема былавыполнена в виде солнечной приставки к имевшейся котельной. B Краснодарском крае в доперестроечныйпериод под руководством B. A. Бутузова [9] было построено пятьподобных установок. Анализ работы солнечно-топливных котельных на современномэтапе показывает их достаточно высокую эффективность как в части экономиитоплива и обеспечения экологической безопасности, так и по капитальнымзатратам. B таких системах достигаютсянаибольшие к. п. д. солнечных коллекторов, большая продолжительность сезонаработы и повышенная эксплуатационная надежность. Одним из наиболеесущественных достоинств этих установок является частичное использованиесуществующего оборудования, а также возможность их обслуживания штатнымперсоналом котельной. Для комбинированного подогрева подпиточной водысолнечно-котельные установки в южных регионах могут работать в круглогодичномрежиме.
BКраснодарском крае, обладающем большим потенциалом солнечной энергии,эксплуатируются 36 гелиоустановок общей площадью 2700 м2 [11]. B сочинском санатории«Лазаревское» функционирует крупнейшая на побережье гелиосистема площадью400 м2.
Котельная в пос. Солоники Лазаревского района Сочи мощностью1 МВт предназначена для отопления и горячего водоснабжения четырех жилыхтрехэтажных домов. B котельнойустановлено четыре котла типа «Универсал-5М», работающих на каменномугле, тепловой мощностью 0,259 МВт с площадью поверхности нагрева 33.1 M^ каждый без систем газоочистки иутилизации теплоты уходящих газов. Имеется также бак-аккумулятор вместимостью25 м3. B конце 1995 г.администрацией района было принято решение о реконструкции котельной спреобразованием ее в солнечно-топливную. Это мотивировалось высокой стоимостьюи трудностью доставки органического топлива, а также необходимостью улучшенияэкологической обстановки в речной долине поселка на фоне благоприятных дляработы солнечно-коллекторных установок климатических условий.
Первая очередь гелиосистемы котельной площадью 250 м2предусматривает покрытие около 35 % расчетной годовой нагрузки горячего водоснабженияпоселка. Котельная имеет два независимых контура циркуляции — отопления игорячего водоснабжения по закрытой схеме. Принципиальная схема солнечно-топливнойкотельной предусматривает сооружение дополнительного контура циркуляции,включающего в себя блоки солнечных коллекторов, циркуляционные насосы и баки-аккумуляторыс дополнительным баком вместимостью 20 м3.
Установка может работать в сезонном и круглогодичном режимахэксплуатации. Температура нагретой воды — — 55 0C, время аккумулирования энергии вбаке-аккумуляторе краткосрочное (l-2cут). Дублирующим источником энергиислужат существующие водогрейные котлы. Гелиоустановка представляет собойсистему солнечных коллекторов, состоящую из пяти модулей, которые в своюочередь разделены на блоки по 10 коллекторов в каждом. Система обвязки трубопроводов — попутная, каждый блок может быть отключен индивидуально.
Солнечные коллекторы располагаются па плоской крыше котельной испециальной эстакаде. При проектировании учитывалась возможность ча-грязненияколлекторов уносом из дымовой трубы, для предотвращения последствий котороговыполнена система водяного смыва с поверхности коллекторов. Проектомпредусмотрено использование солнечных коллекторов «Радуга»производства НПП «Конкурент» (г. Жуковский Московской обл.).Поглощающая панель коллектора — — штампосвар-ная из листовой нержавеющей стали,покрытие панели — — селективное, выполненное напылением в вакуумной камере.Корпус изготовлен из специального анодированного алюминиевого профиля,тепловая изоляция — — комбинированная (из базальтового волокна в алюминиевойфольге и пенополиуретана). Прогнозируемый срок службы коллектора — 15 — 20 лет.
Значения к. п. д. установки зависят от годового изменения климатическихусловий и температуры подаваемого теплоносителя, поэтому моделированиеизменения K.II.Д. в годовом и суточном циклах — достаточно сложная задача. B данном случае были рассчитаны месячныесуммы солнечной радиации на наклонную поверхность коллекторов, при этомусредненные значения к. п. д. принимались равными 0,35 — 0,6 в зависимости отрежима работы гелиоустановки и расчетного месяца. Расчетное годовое удельноеколичество суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность гелиоустановкисоставляет 1860кВт•ч/м2, а за сезон с апреля по октябрь — 1350кВт•ч/м2. Расчетное количество тепла, вырабатываемое гелиосистемойпри сезонной работе, равно 175МВт•ч, при круглогодичной работе — 227,3 МВт•ч.
Как показали технико-экономические расчеты, срок окупаемости гелиосистемыкотельной в пос. Солоники (с учетом инфляции) составляет 3 — 6 лет взависимости от режима работы установки, что является очень хорошим показателемдля энергетического оборудования. При этом уменьшается количество вредныхвыбросов в окружающую среду: золы — на 3,4; окислов серы, азота и углерода — на 10; углекислоты — на 156т в год.
Bнастоящее время должны быть возобновлены прекращенные из-за недостаткафинансирования из местного бюджета работы по монтажу первой очередисолнечно-топливной котельной. Сооружение второй очереди намечено после запуска,испытаний и проверки принятых конструктивных решений гелиосистемы первойочереди.
Можно констатировать, что внедрение комбинированныхсолнечно-топливных котельных один из наиболее перспективных путей повышенияэффективности и экологической безопасности существующих коммунальных котельных.Ha территории России эксплуатируетсяболее 75 тыс. отопительных котельных жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) ссуммарной тепловой мощностью 690,5 тыс. Гкал/ч. Потребление топлива (впересчете на 1 т условного топлива) составляет 217,4 млн. т, из них только 41 %- • природный газ, около 47 % твердое топливо, 12 % жидкое и прочие видытоплива (торф, дрова) [8]. B 1997r. валовые выбросы вредных веществ ватмосферу предприятиями ЖКХ в целом по России составили 677,68 тыс.т, что на3,1% больше, чем в предыдущем году [12]. При этом существенно возросли выбросыжидких и газообразных веществ, в том числе оксида углерода (на 7,2 %), оксидовазота (на 3,8 %), сернистого ангидрида (на 2,1 %). Это прежде всего связано спродолжением эксплуатации маломощных котельных, не имеющих установок дляочистки дымовых газов.
B Краснодарском крае в 1999 г. валовойвыброс загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями энергетики составил15,71тыс.т, или 15,3% общего выброса предприятиями края, что также осложняетэкологическую ситуацию в курортном регионе. Ha предприятиях теплоэнергетики не сооружают установки очисткиотходящих дымовых газов, на котлоагрегатах отсутствуют контрольно-измерительныеприборы для поддержания оптимального режима горения, эксплуатируется устаревшеекотельное оборудование.
Поэтому работы попроектированию и внедрению комбинированных солнечно-топливных котельных,использующих наиболее экологически безопасное топливо и оборудованныхсистемами очистки дымовых газов, что способствует улучшению экологическойобстановки в регионе, должны получить широкую поддержку со стороны властныхструктур и муниципальных предприятий, обеспечивающих централизованноетеплоснабжение потребителей. Это особенно важно для региона Сочи,характеризующегося высокими требованиями к экологической безопасностирекреационной зоны, на фоне благоприятных для внедрения энергоустановок набазе НВИЭ природно-климатических условий. B этом плане опыт, полученный при разработкесолнечно-топливной котельной в пос. Солоники Лазаревского района Сочи,представляется весьма полезным и должен учитываться при формированиирегиональных программ энергоснабжения и устойчивого развития территории.
6.Перспективы развития фотоэлектрических технологий.
Устойчивое развитие человечества в значительной степенизависит от наличия энергии и ее качества. Возобновляемые источники энергии(ВИЗ) могут помочь решению этих важных энергетических проблем, поскольку онидоказали свою надежность и экологичность. Отсюда тот повышенный интерес,который проявляют крупные нефтяные компании мира к инвестированию в ВИЭ. За годв мире потребляется столько нефти, сколько ее образовалось в природных условияхза 2 млн лет. Предполагается, что пик использования нефтяных ресурсов наступитоколо 2030 г. [5].
Солнечные технологии, включая фотоэлектричество, могут статьконкурентоспособными уже в следующем десятилетии при соответствующейобщественной и финансовой поддержке. Переход к крупномасштабному использованиюВИЭ произойдет в 21 веке. Это связано и с возрастающей потребностью развивающихсястран в электроэнергии (нехватка электроэнергии уже сейчас существует в рядестран, включая Китай и Индию, а рост населения усугубляет эту проблему). Через30—40 лет дополнительно потребуется 5000 ГВт установленной мощности, чтопримерно в 2 раза больше современного уровня.
За последние 10-20 лет вСША в области фотоэлектрического способа получения энергии достигнутзначительный прогресс, и стоимость производимой энергии снизилась на порядок(рис. 14). Это результат усовершенствования многих компонентов, однакосуществует еще много возможностей для дальнейшего совершенствования иулучшения стоимостных и режимных характеристик фотоэлектрических систем.
Прогрессу в использованииВИЭ в США способствовали политика в области охраны окружающей среды, развитиесамих технологий и промышленности. Были оформлены дотации и субсидии, принятыдругие стимулирующие меры, которые способствовали росту использования ВИЭ. Запериод 1975—1990 гг. в солнечные энергетические технологии вложено более 38млрд долл. государственных субсидий.
B федеральной программе «Стратегия устойчивой энергетикиСША», утвержденной в 1995 г. в качестве приоритетного направления,предусмотрено оказание правительством содействия развитию и освоению ВИЭ сцелью уменьшения объемов сжигания топлива, защиты окружающей среды иглобальной энергетической безопасности страны на перспективу, а такжераспространения американских солнечных энергетических технологий в другиестраны для расширения рынка сбыта.
США активно вовлечены вомногие международные программы, которые способствуют использованию ВИЭ.Сравнительно недавно предприняты инициативы по поддержке использования ВИЭ вМексике, ЮАР и Индии и осуществлению проектов по энергоснабжению деревень отфотоэлектрических установок. Их предполагается использовать в сочетании светроэлектрическими для водоподъема, освещения, обеспечения работы радио и телевизоров.До сих пор около 2 млрд человек в мире живет в удаленных от линий электропередачирайонах и не пользуется электроэнергией даже для освещения. Затраты на полнуюэлектрификацию таких районов путем подсоединения к действующим энергосистемаммогут превысить 1 трлн долл..
Дизельные электростанциинебольшой мощности работают крайне неудовлетворительно при низких нагрузках,они очень чувствительны к качеству обслуживания, что создает множествопроблем, одной из которых является доставка топлива. Первоначальные затраты наустановку ВИЭ намного меньше, чем подсоединение деревень к существующим сетям,а соответствующие эксплуатационные затраты с учетом всего срока службы у нихоказываются ниже, чем удизельных электростанций. Кроме того, экономические,социальные, экологические и политические тенденции повсюду способствуютпереходу к децентрализованной системе энергоснабжения.
Действующая в США с 1997г. программа «Миллион солнечных крыш» предусматривает до 2010 г.установку солнечных энергосистем (фотоэлектрических и тепловых) на крышаходного миллиона муниципальных и частных домов [6]. Из федерального бюджетазапланировано выделение финансовой помощи около 6,3 млрд долл. Основные целипрограммы: уменьшение загрязнения атмосферы, эквивалентное годовому выбросу от850 тыс. автомобилей, создание дополнительных 70 тыс. рабочих мест, увеличениевнутреннего рынка и объемов производства солнечных энергосистем при уменьшенииих стоимости. Планируется, что к 2005 г. мировой рынок фотоэлектрическихсистем превысит 1,5 млрд долл.
B настоящее время в различных штатах США осуществленостроительство достаточно больших энергетических объектов с использованием ВИЭ.B пустыне Мохаве (штат Калифорния)успешно работает самая крупная солнечная электростанция мощностью 354 МВт,которая в летний период снимает пик электрической нагрузки, возникающейвследствие увеличения потребностей в охлаждении, вентиляции икондиционировании. B климатическихусловиях этого штата при стоимости обычной электроэнергии 0,14 долл/кВтч (чтопочти вдвое выше среднего значения по стране) фотоэнергетика уже сейчасконкурентоспособна в сравнении с традиционными источниками энергии [6].
Ha всемирной конференции по фотоэлектричествув Глазго (май, 2000 г.) американские специалисты доложили о новойдолговременной цели — строительстве в штате Техас солнечной электростанцииплощадью 107 x 107 миль. По расчетам такаяэлектростанция сможет полностью обеспечить потребности США в электричестве.
Bo многих странах мира намечены и выполняютсяправительственные программы стимулирования развития фотоэнергетики. Особыеусилия в этой области помимо США прилагают Япония и Германия. B соответствии с немецким проектом«1000 солнечных крыш» в период с 1990 по 1994 rr. на жилых домах установлено 2500систем мощностью по 2—4 кВт. Bтечение 1998 и 1999 гг. в Германии ежегодно вводили несколько тысячфотоэлектрических систем с общей установленной мощностью 10 МВт; в начале2000 г. в дополнение к программе беспроцентного кредитования правительствообъявило о введении в действие схемы покупки электроэнергии, произведеннойфотоэлектростанциями у частных лиц, по цене 0,99 немецких марок/кВтч (0,6евро), что почти в 10 раз выше стоимости сетевой электроэнергии. Эти субсидиисделали фотоэнергетику в Германии полностью экономически целесообразной дажепри современном уровне цен. Поэтому интерес к фотоэнергетике у населениявозрос настолько, что с января по март 2000 г. рост закупок фотоэлектрическихсистем превысил по мощности 30 МВт, а в апреле — 40 МВт.
B 1995—1996 гг. в Японии приступили к реализации программы«70 тысяч фотоэлектрических крыш», но уже в 1998 г. она пересмотренав пользу увеличения числа зданий до 1 млн. при общей установленной мощностифотоэлектрических систем до 5 ГВт.
Основной проблемойсовременного этапа становления фотоэлектрической индустрии является достижениеконкурентоспособности прямого преобразования солнечной энергии в электрическуюс помощью солнечных элементов (СЭ) (по сравнению с традиционными способамигенерирования электроэнергии). Фотоэлектрическая установка состоит из СЭ,объединенных в солнечные модули (CM),инвертора напряжения, системы контроля и накопителя энергии. B качестве последнего используютаккумуляторные батареи или действующую электрическую сеть (но возможнополучение водорода, см. пункт 2 ). Ha сегодня стоимость СЭ из кристаллического кремния составляет 2,5—3долл/Вт, стоимость CM 5—7 долл/Вт,стоимость фотоэлектрических установок 9—15 долл/Вт [7](но разрабатываются СЭна другой основе, см. пункт 4 ). Cучетом этого стоимость электроэнергии составляет 0,2—0,5 долл/кВтч, чтосравнимо с действующими ценами на электроэнергию (О,03-О,125долл. кВтч).
Структура себестоимостипроизводства CM на сегодня и в недалеком будущемпредставлена ниже (табл. 1).
Ближайшей задачейявляется снижение стоимости CM до2, а затем до 1 долл/Вт, что приведет к снижению стоимости электроэнергиисоответственно до 0,12 и 0,06 долл/кВтч.
При стоимостипроизводства модулей 2 долл/Вт для обеспечения электричеством 1 млрд человекмировая потребность составит 100 ГВт, если принять за допустимую норму 100 Втустановленной мощности CM наодного человека. При сроке наполнения рынка в 20 лет ежегодный выпуск модулейдолжен составить 5 ГВт. Потенциальный объем мирового рынка CM в перспективе может достичь 50 ГВт,что обеспечит 10 % общемирового уровня выработки электроэнергии с помощьюфотоэлектричества.
B техническом отношении не существует каких-либо принципиальныхограничений, однако необходимо решить ряд научных, технологических иэкономических проблем. Для достижения поставленной цели предполагаетсяиспользовать новые технологии и экологически чистые процессы, новыеконструкции технологического оборудования, благодаря которым будет обеспеченоснижение расходов при производстве CM и повышение КПД серийных СЭ до -20 %. B табл. 2 представлены данные влияния величины КПД и ценыизготовления 1 м СЭ на стоимость 1 Вт установленной мощности СЭ.
Структура себестоимости CM (таблица 1)
Этапы
производства CM
Себестоимость, долл/Вт Сегодня Завтра В перспективеИзготовление
пластин кремния
1,5—1,7 0,8—1,0 0,25—0,3 Изготовление СЭ 1,3—1,5 0,4—0,5 0,3 Изготовление CM 1,5—1,7 0,6—0,7 0,4—0,45 Всего 4,3-4,9 2,0 1,0Стоимость установленной мощности СЭ,долл/Вт(таблица 2)
кпд, % Цена изготовления, долл/Вт 300 250 200 150 10 3,0 2,5 2,0 1,5 12 2,5 2,08 1,67 1,25 15 2,0 1,67 1,33 1,0 18 1,67 1,39 1,11 0,83Кремний называют «нефтью 21-го столетия». Расчетыпоказывают, что СЭ с КПД 15 %, на которые пошел 1 кг кремния, за 30 лет службымогут произвести 300 МВтч электроэнергии. Равное количество электроэнергииможно получить, израсходовав 75 т нефти (с учетом КПД теплоэлектростанций 33 %и теплотворной способности нефти 43,7 МДж/кг). Таким образом, 1 кг кремнияоказывается эквивалентен 75 т нефти [7].
Россия на рынке продаж кремния электронного и солнечного качества, атакже моносилана, являющегося основным сырьем для изготовления пленочных солнечныхэлементов из аморфного кремния, может быстро окупить все расходы по проекту.Снижение себестоимости ПКК и пластин кремния для электроники и солнечныхэлементов окажет огромное влияние на создание в России конкурентоспособнойфотоэлектрической промышленности и превратит ее в крупнейшего поставщикакремния, СЭ и солнечных батарей на мировой рынок.
Экологически чистым и малоотходным является разработанный в Россииалкоксисилановый метод очистки металлургического кремния. Промышленноеосвоение этого метода поможет в 2 раза сократить стоимость СБ из кремния исделает фотоэнергетику конкурентоспособной с другими традиционными источникамиэнергии, а разработанная в России конструкция солнечного модуля с СЭ, погруженнымив кремнийорганическую жидкость, позволяет в 2 раза повысить срок службы СЭ ипредотвратить деградацию их технических параметров.
BРоссии более 10 предприятий и организаций разрабатывает и производиткремниевые СЭ и солнечные модули. Суммарная потенциальная производственнаямощность указанных производств превышает 4 МВт/год. Однако эти мощностииспользуются максимум на 20 % из-за отсутствия необходимого количестванедорогих кремниевых пластин и вследствие низкой покупательной способностинаселения России. Свою продукцию способны экспортировать только тепредприятия, где сравнительно невысока себестоимость производствавысокоэффективных СЭ, среди них ВИЭСХ, ЗАО «Солнечный ветер», завод«Красное Знамя», ЗАО «Телеком», выпускающие СЭ мировогоуровня качества с КПД до 15 %.
Если в России появится массовое производство недорогого кремния«солнечного» качества, то помимо указанных предприятий к производствуСЭ и модулей могут подключиться незагруженные сейчас предприятия электроннойпромышленности, расположенные в Ставрополе, Александрове, Фрязино,Павловом-По-саде, Санкт-Петербурге, Орле, Нижнем Новгороде, Саратове и др.Имеющееся у них оборудование уже сегодня способно обеспечить уровень выпускаСЭ размером 10 х 10 см в количестве 2 млн шт/год. Выработанная имимощность будет зависеть от величины КПД, которая в свою очередь определяетсяуровнем технологии изготовления: при КПД 15—17 % она составит около 4 МВт. До2005 г. объемы выпуска в России могут вырасти до 2—3 МВт/год, а далее следуетожидать резкого роста: до 10— 15 МВт/год к 2010 г. и 30—50 МВт/год в 2015г.
Выводы:
1. Bo всем мире наблюдается стремительный рост интереса кфотоэнергетике, которая в ближайшие годы может превратиться в процветающуюотрасль промышленности.
2. Основным материалом дляизготовления СЭ в настоящее время и в перспективе является кристаллическийкремний.
3. Перед промышленно развитымистранами встает проблема снижения стоимости кремния- сырца ниже 20 долл/кг исоздания специализированного производства кремния для фотоэнергетики объемом10 000 т/год.
4. Снижение стоимости пластин кремнияпослужит мощным толчком для реализации имеющихся наработок по повышению КПДсерийных СЭ до 18 % и снижению их себестоимости.
5. Технический потенциал Россиипозволяет ей занять одно из ведущих мест на мировом рынке продаж солнечныхэлементов, модулей и фотоэлектрических систем.
6. Ни один из рассмотренных методовфотохимического разложения воды пока еще не вышел на уровень промышленногоиспользования. Однако полученные результаты позволяют считать реальной задачусоздания фотокаталитических преобразователей солнечной энергии в химическую наоснове фоторазложения воды на водород и кислород.
7. Без учетаэкологического эффекта системы солнечного теплоснабжения в России могут бытьконкурентоспособны с теплоисточниками на органическом топливе (газ, мазут) вюжных районах Дальнего Востока, на Северном Кавказе и в Нижнем Поволжье; срококупаемости CCT составляет 10-15 лет. Теплоснабжение от котельных на угле вовсех регионах России более экономично, чем использование солнечной энергии.
8. При конкуренции сэлектротеплоснабжением (например, в пунктах, где применение органического топливаневозможно или нежелательно) CCT могут оказаться экономически эффективными втех же регионах при Q > 1,3 МВт•ч/м2.
9. Введение экологическогоналога на выбросы CO2 в размере 100...125 дол/т углерода (чтосогласуется с целью мирового сообщества: не превышать в перспективе уровеньэмиссии тепличных газов 1990 г.) позволяет рассматривать CCT как перспективнуютехнологию производства низкопотенциального тепла на значительной территорииРоссии с годовым солнечным излучением на плоскую поверхность более 1 000кВт•ч/м .
Списоклитературы:
1. Тихонов А.Н. Трансформация энергии в хлоропластах — энергообразующихорганеллах растительной клетки // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. №4. С. 24-32.
2.Климов В.В. Фотосинтез и биосфера // Там же. № 8. С. 6-13.
3.Скулачев В.П. Эволюция биологических механизмов запасания энергии // Тамже. 1997. № 5. С. 11-19.
4.http://www.eren.doe.gov.
5.Мэрфи Л. M. Перспективы развития и финансирование технологийиспользования возобновляемых источников энергии в США // Труды Междунар.конгресса «Бизнес и инвестиции в области возобновляемых источниковэнергии в России», Москва, 31.05—4.06. 1999. M.: НИЦ «Инженер»,1999. C. 59-67.
6.Программа США «Миллион солнечных крыш» // Возобновляемаяэнергия. 1998. № 4. C. 7—10.
7.СтребковД. С. Новые экономически эффективные технологии солнечнойэнергетики // Труды Междунар. конгресса «Бизнес и инвестиции в областивозобновляемых источников энергии в России». M. 1999. C. 187—208.
8.Бусаров B. Успех поиска путей. Концепция переходак устойчивому развитию и особенности региональной энергетической политики. — Зеленый мир,1999, № 16-17.
9.Бутузов B. A. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в системахтеплоснабжения Краснодарского края. — Краснодар: ККП Союза НИО CCCP, 1989.
10.Системы солнечного тепло- и хладоснабжения/ P. P. Авезов, M. A. Барский-Зорин, И. M. Васильева и др. Под. ред. Э. B. Сарнацкого и C. A. Чистовича. — M.: Стройиздат, 1990.
11. Бутузов B. A. Анализ опыта проектирования и эксплуатациигелиоустановок горячего водоснабжения.
Сборник«Энергосбережение на Кубани»/ Под общ ред. Э. Д. Митус. Краснодар: «СоветскаяKyбань», 1999.
12. Государственныйдоклад- «O состоянии окружающей природнойсреды Российской Федерации в1997 г.» — Зеленый мир, 1998, №26.
13. Фугенфиров М.И.Использование солнечной энергии в России // Теплоэнергетика. 1997. № 4. C.6-12.
14. Тарнижевский Б.В.,Абуев И.М. Технический уровень и освоение производства плоских солнечныхколлекторов в России // Теплоэнергетика. 1997.№4. C. 13-15.
15. Тарнижевский Б.В.Оценка эффективности солнечного теплоснабжения в России // Теплоэнергетика.1996. № 5. C. 15-18.
16. Тарнижсвский Б.В.,Чакалев K.H., Левинский Б.М. Коэффициент замещения отопительной нагрузкипассивными системами солнечного отопления в различных района CCCP //Гелиотехника 1989.№4.С.54-58.
17. Бекман У., Клейн C.,Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения. M.: Энергоатомиздат, 1982.
18. Марченко O.B.,Соломин C.B. Анализ области экономической эффективности ветродизельныхэлектростанций // Промышленная энергетика. 1999. № 2. C. 49-53.
19. Новая энергетическаяполитика России / Под общ. ред. Ю.К. Шафраника. M.: Энергоатомиздат, 1995.
20. Бородулин М. Ю.
Электротехническиепроблемы создания преобразовательных установок для солнечных и ветровыхэлектростанций / Бородулин М. Ю., Кадомский Д.Е. // Электрические станции. –1997. — № 3. – c.53-57.