Рис. 1. Структура площадей гелиоустановок с СК всех типов
Рис. 2. Структура площадей различных типов СК в мире
Рис. 3. Структура солнечных коллекторов гелиоустановок мира
Рис. 4. Структура типов солнечных коллекторов гелиоустановок в Европейском Союзе
Рис. 5. Структура гелиоустановок мира с остекленными водяными коллекторами
Рис. 6. Структура гелиоустановок Европы с остекленными водяны- ми солнечными коллекторами (СК) по назначению
Рис. 7. Сегментация гелиоустановок мира с остекленными водяны- ми солнечными коллекторами (СК)
Рис. 8. Сегментация гелиоустановок Европы с водяными солнечными коллекторами (СК)
Рис. 9. Структура гелиоустановок с остекленными водяными СК (в Германии, Турции, Израиле)
Рис. 10. Государственное стимулирование сооружения гелиоустановок в ряде стран мира
Рис. 11. Объемы поставок коллекторов зарубежных производителей в Россию (2012 год)
По удельной тепловой мощности на 1000 человек на первом месте Кипр (542 кВт, 774 м2), на втором — Австрия (406 кВт, 580 м2), на третьем — Израиль (400 кВт, 571 м2). На сегодняшний день большинство гелиоустановок построено в Китае — 217,4 млн м2 (152,2 ГВт) или 64,9 % от общемирового. В Европе — 56,1 млн м2 (39,3 ГВт) или 16,7 %. На рис. 1 приведена структура тепловых гелиоустановок мира с солнечными коллекторами (СК) всех типов.
При сооружении гелиоустановок применяются жидкостные СК: плоские (остекленные и неостекленные), вакуумные трубчатые (ВТСК), а также воздушные СК (неостекленные и остекленные). На рис. 2 приведены данные по площади гелиоустановок по каждому типу СК, на рис. 3 — структура площади различных типов СК. Наибольшее количество гелиоустановок построено с вакуумными коллекторами 208,76 млн м2 (62,3 %).
При этом в Европе преобладают плоские коллекторы (87 %, рис. 4). Согласно принятой Международным агентством по энергетике (МЭА) методике, солнечные установки по назначению подразделяют на установки горячего водоснабжения (ГВС), отопления и ГВС, централизованного теплоснабжения. На рис. 5 приведена структура гелиоустановок мира по назначению.
Преобладают гелиоустановки для ГВС — 95 %, в том числе большинство для односемейных домов — 85 %. Комбинированные гелиоустановки (обеспечивающие отопление и ГВС) составляют 4 % и централизованного теплоснабжения — 1 %. В Европе структура гелиоустановок по назначению (рис. 6) существенно отличается: выше доля комбинированных гелиоустановок (отопление и ГВС — 19 %) и гелиоустановок централизованного теплоснабжения (3 %). По принципу действия водяные гелиоустановки подразделяют на термосифонные, работающие без насоса за счет разности плотности воды в СК и в бакеаккумуляторе, а также на насосные. На рис. 7 и 8 представлены сегменты (по принципу действия) рынка гелиоустановок в мире и в Европе.
В последней доля насосных установок более чем двукратно превышает общемировую. Общая площадь гелиоустановок централизованного теплоснабжения к которым относят системы с площадью свыше 500 м2 в мире составляет 3,35 млн м2. Самая большая в мире гелиоустановка площадью 36 305 м2 (25 МВт) построена в 2012 году для теплоснабжения университета в городе Риаде (Саудовская Аравия). 175 мегаваттных гелиоустановок общей площадью СК 0,456 млн м2 (то есть большинство) работает в Европе, в том числе 10 самых больших гелиоустановок эксплуатируются в Дании: Braedstrup (18,6 тыс. м2), Vojens (17,5 тыс. м2), Grasten (17,2 тыс. м2), Ringkobing (15 тыс. м2), Veggerlose (12 тыс. м2), Saeby (11,9 тыс. м2), Gram (10 тыс. м2), Jaegerspris (10 тыс. м2), Oksbol (10 тыс. м2).
В каждой строке сегментация по назначению имеет свою специфику. Для примера на рис. 9 представлено распределение гелиоустановок в Германии, Турции, Израиле. В Германии гелиоустановки ГВС занимают 45 %, а комбинированные — 43 % рынка. В Турции большинство (92 %) солнечных тепловых установок работает на ГВС односемейных домов, а в Израиле — на ГВС многосемейных домов (78 %).
В России общая площадь солнечных тепловых установок оценивается в величину 30 тыс. м2. Причин тому несколько: отсутствие федерального закона об использовании ВИЭ, государственной политики, доступного по цене оборудования. В последнее время в стране произошли позитивные изменения. В Комитете по энергетики Государственной Думы РФ подготовлен проект закона об использовании ВИЭ. Концепция технической политики в электроэнергетике России до 2030-го года на экспертном уровне оценивает перспективную площадь солнечных коллекторов в 10 млн м2. На федеральном уровне (Министерство энергетики) солнечное теплоснабжение не поддерживается. В то же время в отдельных регионах (Краснодарский край, Астраханская область, Бурятия) администрации финансируют разработку и строительство гелиоустановок.
При сопоставимой стоимости тепловой и электрической энергии в России и в Европе рынок солнечных тепловых установок в последней создан за счет мер государственного управления. На рис. 10 представлена схема субсидирования и дотаций на внедрение гелиоустановок по странам мира. В Израиле, Испании, на Кипре вновь строящиеся объекты по соответствующим законам должны обязательно оборудоваться гелиоустановками.
В Италии, Испании, Бразилии применяется государственное субсидирование их стоимости (до 55 %). Субсидирование производителей солнечных коллекторов, льготные банковские кредиты на сооружение гелиоустановок характерны для США, Израиля, Китая. Тарифные дотации при эксплуатации гелиоустановок применяют Германия и США. В России в настоящее время отсутствует государственная поддержка развития ВИЭ, в том числе солнечного теплоснабжения. При стоимости тепловой энергии уже сопоставимой с европейской, окупаемость гелиоустановок до семи лет имеют гелиоустановки с СК отечественных производителей при условии их круглогодичной работы в южных регионах страны при стоимости замещаемой тепловой энергии от 2 руб/кВт⋅ч (газовые котельные).
При замещении тепловой энергии стоимостью от 3 руб/кВт⋅ч (электроэнергия) срок окупаемости снижается до 4,8 года. В настоящее время в России отсутствует серийное производство основного элемента гелиоустановок — СК. Пока коллекторы отдельными партиями по заказу производит НПО «Машиностроение» (город Реутово Московской области) и ООО «Кассол» (Улан-Удэ). Реутово выпускает СК с алюминиевым абсорбером с высокоселективным PVD-покрытием.
В Улан-Удэ производится листотрубная конструкция с медно-алюминиевым абсорбером на основе продукции китайских производителей. Коллекторы этих российских производителей имеют европейское качество и аттестацию. На небольшом российском рынке гелиоустановок преобладают зарубежные производители: Германии (Buderus, Viessmann, Wolf, Vaillant), Италии (Ariston), Словакии (Thermosolar), Китая, Турции, Израиля с годовым объемом продаж 5,4 тыс. м2 (рис. 11).
В 2012 году лидером стала фирма Buderus — 4,4 тыс. м2, на втором месте — Ariston (600 м2). Анализ структуры солнечных коллекторов (рис. 4) в Европе, где условия солнечной радиации и температуры воздуха близки к российским, показывает преобладание плоских коллекторов (87 %). Европейский опыт сопоставления теплопроизводительности плоских и вакуумных коллекторов показал, что первые в течении года вырабатывают больше энергии при вдвое меньшей стоимости СК.
Соответственно базовой конструкцией для будущего серийного производства в России следует считать конструкцию плоского СК [2]. В структуре европейских гелиоустановок по назначению (рис. 6) преобладают (95 %) гелиоустановки для горячего водоснабжения. Исследования и российский опыт разработки и эксплуатации [3] показал, что и для нашей страны в основном будут строиться гелиоустановки для горячего водоснабжения.
Их экономические показатели улучшаются с повышением мощности. В России освоено сооружение мегаваттных гелиоустановок. Установленная мощность тепловых гелиоустановок на конец 2012 года составила 268,1 ГВт (383 млн м2) с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт⋅ч. Рост этого мирового рынка в 2011 году по сравнению с 2010 годом составил 14,3 %. Численность работников этой отрасли превысила 400 тыс. человек.
Из анализа данных по 56 странам (95 % мирового рынка) следует, что 64,9 % (или 106,54 млн м2, 152,2 ГВт) всех гелиоустановок построены в Китайской Народной Республике, на втором месте Европейский Союз — 16,7 % (или 27,5 млн м2, 39,3 ГВт). В мировой структуре гелиоустановок преобладают аппараты с вакуумными трубчатыми коллекторами — 62,3 % (прочие — с плоскими коллекторами).
Европейская сегментация гелиоустановок существенно отличаются: большинство из них снабжены плоскими солнечными коллекторами — 87 %, а вакуумными — лишь 8 %. По признаку назначения в мире большинство (95 %) гелиоустановок работает на горячее водоснабжение, в том числе 85 % на ГВС односемейных домов. В Европе также преобладают гелиоустановки ГВС — 78 %, комбинированные системы (отопление и ГВС) составляют 19 %, а мегаваттные гелиоустановки — 3 %.
При этом каждая страна имеет свою сегментацию гелиоустановок по назначению. В Германии гелиоустановки ГВС занимают 45 %, а комбинированные установки — 43 % рынка. В Турции большинство (92 %) солнечных тепловых установок работает на ГВС односемейных домов, а в Израиле — на ГВС многосемейных домов (78 %). Основным условием развития любого рынка является наличие спроса на продукцию.
За границей он сформирован мерами государственного воздействия. В России поддержка строительства гелиоустановок осуществляется пока лишь в отдельных регионах (Краснодарский край, Астраханская область, Бурятия). При использовании российского оборудования минимальный срок окупаемости гелиоустановок составляет пять лет. Российский рынок солнечных коллекторов оценивается в 10 млн м2.
На основе анализа мирового и отечественного рынка гелиоустановок установлено [4], что в России целесообразно организовать серийное производство плоских солнечных установок. По признаку назначения в нашей стране будет продолжено строительство гелиоустановок ГВС и мегаваттных систем солнечного теплоснабжения.
