Солнечные электростанции это. Солнечные электростанции: принципы работы, типы и перспективы развития

Как работают солнечные электростанции. Какие существуют типы солнечных электростанций. Каковы преимущества и недостатки солнечной энергетики. Какие перспективы развития у солнечных электростанций в будущем.

Принцип работы солнечных электростанций

Солнечные электростанции (СЭС) — это инженерные сооружения, предназначенные для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Существует несколько основных способов такого преобразования:

• Фотоэлектрический — прямое преобразование солнечного света в электричество с помощью фотоэлементов
• Термодинамический — нагрев теплоносителя солнечным излучением с последующим преобразованием тепловой энергии в электрическую
• Термоэлектрический — прямое преобразование тепловой энергии в электрическую с помощью термоэлементов

Наиболее распространенным на сегодняшний день является фотоэлектрический способ. Как работает такая солнечная электростанция?

Принцип работы фотоэлектрической СЭС

Основные этапы преобразования энергии в фотоэлектрической СЭС:

1. Солнечные панели, состоящие из фотоэлементов, поглощают солнечный свет
2. В фотоэлементах под действием света возникает электрический ток
3. Вырабатываемый панелями постоянный ток преобразуется инвертором в переменный
4. Переменный ток подается в электросеть или накапливается в аккумуляторах

Эффективность современных фотоэлектрических станций достигает 20-25%. Это означает, что в электроэнергию преобразуется до четверти падающего на панели солнечного излучения.

Основные типы солнечных электростанций

В зависимости от конструкции и принципа работы выделяют следующие основные типы солнечных электростанций:

1. Фотоэлектрические СЭС

Это наиболее распространенный тип, использующий для генерации электричества фотоэлектрические панели. Основные преимущества:

• Простота конструкции
• Модульность — легко наращивать мощность
• Отсутствие движущихся частей
• Бесшумность работы

Недостатки — зависимость от погоды и времени суток, необходимость периодической очистки панелей.

2. СЭС башенного типа

В таких станциях солнечный свет с помощью множества зеркал-гелиостатов фокусируется на приемнике, установленном на высокой башне. Нагретый до высоких температур теплоноситель используется для получения пара и выработки электроэнергии в турбогенераторе.

Преимущества башенных СЭС — высокий КПД (до 35%) и возможность аккумулирования энергии. Недостатки — сложность и высокая стоимость.

3. СЭС тарельчатого типа

Используют параболические зеркала-концентраторы в форме тарелки для фокусировки солнечных лучей на приемнике, расположенном в фокусе. Нагретый теплоноситель приводит в действие двигатель Стирлинга, вращающий электрогенератор.

Достоинства — высокая эффективность, модульность. Недостатки — сложность системы слежения за Солнцем.

Преимущества и недостатки солнечных электростанций

Солнечная энергетика имеет ряд важных преимуществ по сравнению с традиционными источниками энергии:

• Экологическая чистота — отсутствие вредных выбросов при работе
• Возобновляемость и неисчерпаемость источника энергии
• Доступность солнечного излучения в большинстве районов Земли
• Экономия на топливе и транспортировке энергоресурсов
• Минимальные затраты на обслуживание

К недостаткам солнечных электростанций можно отнести:

• Зависимость от погодных условий и времени суток
• Высокая стоимость фотоэлементов и аккумуляторов
• Необходимость периодической очистки солнечных панелей
• Наличие в фотоэлементах токсичных веществ (свинец, кадмий и др.)
• Большая занимаемая площадь при промышленных масштабах

Перспективы развития солнечной энергетики

Солнечная энергетика является одним из наиболее быстрорастущих секторов возобновляемой энергетики. По прогнозам экспертов, к 2050 году солнечные электростанции будут вырабатывать до 20-25% мирового производства электроэнергии.

Основные направления развития солнечной энергетики в ближайшие годы:

• Повышение КПД фотоэлементов до 30-35%
• Снижение стоимости солнечных панелей
• Разработка более эффективных систем аккумулирования энергии
• Создание прозрачных фотоэлементов для интеграции в здания
• Развитие гибридных солнечно-ветровых электростанций

Эти инновации позволят сделать солнечную энергетику еще более конкурентоспособной по сравнению с традиционными источниками энергии.

Крупнейшие солнечные электростанции мира

На сегодняшний день крупнейшие солнечные электростанции имеют мощность более 1 ГВт. Самые мощные СЭС в мире:

• Bhadla Solar Park (Индия) — 2,245 ГВт
• Huanghe Hydropower Hainan Solar Park (Китай) — 2,2 ГВт
• Pavagada Solar Park (Индия) — 2,05 ГВт
• Benban Solar Park (Египет) — 1,8 ГВт
• Tengger Desert Solar Park (Китай) — 1,54 ГВт

Для сравнения, крупнейшая АЭС в мире имеет мощность около 8 ГВт. Это показывает, что солнечные электростанции уже сегодня способны конкурировать по мощности с традиционными источниками энергии.

Применение солнечных электростанций

Солнечные электростанции находят все более широкое применение в различных сферах:

Энергоснабжение зданий

Солнечные панели на крышах и фасадах зданий позволяют обеспечивать их электроэнергией. В некоторых странах новые дома в обязательном порядке оснащаются солнечными батареями.

Автономное электроснабжение

СЭС эффективно используются для энергообеспечения удаленных объектов — телекоммуникационных вышек, метеостанций, маяков и т.д.

Электротранспорт

Солнечные панели применяются на электромобилях и других видах электротранспорта для подзарядки аккумуляторов.

Космические аппараты

Солнечные батареи являются основным источником энергии для большинства космических аппаратов и орбитальных станций.

Сельское хозяйство

СЭС используются для энергоснабжения систем орошения, теплиц, животноводческих ферм в отдаленных районах.

Таким образом, сфера применения солнечных электростанций постоянно расширяется по мере развития технологий и снижения их стоимости.

Что такое Солнечная электростанция? — Техническая Библиотека Neftegaz.RU

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию. 
Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:

1. СЭС башенного типа — основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации.
В центре станции стоит башня высотой 18 — 24 метров (в зависимости от мощности и других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой.
Этот резервуар покрашен в черный цвет для поглощения теплового излучения.
Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни.
По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.
Гелиостат — зеркало площадью в несколько м², закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования.
В зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве.
Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.
В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700^оС.
Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций (ТЭС), поэтому для получения энергии используются стандартные турбины.
Фактически на таких СЭС можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

2. СЭС тарельчатого типа — использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции.
Станция состоит из отдельных модулей.
Модуль состоит из опоры, на которую крепится конструкция приемника и отражателя.
Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца.

Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме.
Диаметры этих зеркал достигают Ø2 метров, а количество зеркал — нескольких 10^ков метров (в зависимости от мощности модуля).
Станции могут состоять как из 1 модуля (автономные), так и из нескольких 10^ков (работа параллельно с сетью).

СЭС, использующие фотобатареи, в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных фотобатарей различной мощности и выходных параметров.
Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.).
Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями.

Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого поселка.

СЭС, использующие параболические концентраторы, нагревают теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на специальные фермы устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло).
Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдает теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

Комбинированные СЭС- дополнительно имеют теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления.

В 2017 г. на Алтае введена в эксплуатацию первая в РФ СЭС, изготовленной по гетероструктурной технологии (HJT) . 

Изготовленные по такой технологии солнечные панели объединяют в себе преимущества аморфной (тонкопленочной) и кристаллической технологий, сочетая высокий КПД, высокую износостойкость и эффективность в улавливании рассеянного и отраженного света.  
Даже в облачный день или в зимнее время панели смогут ловить световую энергию, а в жаркий день — не будут терять производительность из-за перегрева пластин.
Это позволило добиться КПД более 20%.

В промышленных масштабах производство по HJT было запущено в конце 2016 г.  компанией HEVEL в г. Новочебоксарске.
Хевел — СП РОСНАНО и Реновы, созданное в 2009 г. с целью интеграции решений в солнечной энергетике. 
Хевел  — строит СЭС под ключ: производит панели, устанавливает их, и эксплуатирует СЭС.

На 2017 г. Минэнерго РФ установило, что стоимость 1 квт установленной мощности СЭС будет компенсироваться инвесторам будет компенсироваться инвестиции в :
— солнечную энергетику, исходя из цены 109,5 тыс. руб/кВт установленной мощности,
— ветровую — 103 тыс. руб/кВт,
— гидроэнергетику — 163 тыс. руб/кВт.
Нужно при этом учитывать коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) в РФ:
— солнечный — до 10%;
— ветровой — до 20%%
— гидроэнергетика — до 40%.
То есть ГЭС, при прочих равных, будет вырабатывать в 4 раза больше э/энергии, чем СЭС такой же мощности.

Солнечные электростанции. СЭС. Солнечная энергетика. Принцип работы солнечных электростанций



 

 

Солнечная энергетика. Солнечная электростанция. Принцип работы современных солнечных электростанций. Первые опыты использования солнечной энергии. Башенные и модульные электростанции

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Принцип работы современных солнечных электростанций

Принцип работы современных солнечных электростанций (СЭС) основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии при помощи зеркал и отражении солнечных лучей на приемники, которые собирают солнечную энергию и преобразуют его в тепло. Эта тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии с помощью паровой турбины или теплового двигателя, который приводит в действие генератор.

Рис.1. Принцип действия солнечной электростанции

Получение электроэнергии от солнца давно применяется во всем мире. Главной задачей ученых на данный момент является необходимость так усовершенствовать имеющиеся технологии, чтобы как можно больше увеличить их КПД.

Производство электроэнергии из солнечной энергии — тема очень актуальная и интересная для многих государств в сегодняшнее время. Малые солнечные электростанции могут обеспечить электроэнергией дома, предприятия, общественные здания и сохранят богатство глубинных недр земли. Большие солнечные энергетические системы способны вырабатывать неограниченное число электроэнергии и способствовать развитию электроэнергетической отрасли в мировом масштабе.

Фотоэлектрические элементы, названные в ученой среде как солнечные элементы, являются устройствами из полупроводниковых материалов и служат для выработки электричества. Фотоэлектрические элементы бывают разных размеров, объемов и форм. Их чаще всего объединяют между собой в фотоэлектрические модули, а модули — соединяют в фотоэлектрические батареи.

Фотоэлектрические (PV) элементы, фотомодули и устройства преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Понятие фотогальваники или выработки тока из солнечной энергии, можно в буквальном смысле охарактеризовать, как свет и электричество.

Впервые это понятие упоминалось примерно в 1890 году, как «photovoltaic» — фотоэлектрический (фотогальванический) и имело две составляющие: фото, происходит от греческого слова свет и напряжения, связанного с именем пионера Алессандро Вольта в области электричества. Фотоэлектрические материалы и устройства преобразующие энергию света в электрическую энергию, были открыты известным французским физиком Эдмоном Беккерелем еще в 1839 году.

Беккерель смог открыть процесс использования солнечного света для получения электрического тока при помощи твердого материала. Но потребовалось, чтобы прошло больше полувека, чтобы ученые по-настоящему смогли понять этот процесс и узнать, что фотоэлектрический или фотогальванический эффект вызывают только определенные материалы способные преобразовывать энергию света в электрическую энергию на атомном уровне.

Сегодня фотоэлектрические системы стали важной частью нашей повседневной жизни. Мини солнечные электростанции применяются для обеспечения питания у мелких приборов и приспособлений используемых в быту, таких как, калькуляторы, наручные часы или зарядное устройство для сотового телефона. Более сложные — применяются для спутников связи, водяных насосов, уличного освещения, работы бытовых приборов и машин в некоторых домах и на рабочих местах. Многие дороги и дорожные знаки, также теперь работает с помощью фотоэлектрических элементов или модулей.

Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: “Исследования мировых пространств реактивными приборами”. Он писал: “Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле”.

Энергия солнца может быть использована как в земных условиях, так и в космосе. Наземные солнечные электростанции следует строить в районах расположенных как можно ближе к экватору с большим количеством солнечных дней. В настоящее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, дачных поселков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов.

Первые опыты использования солнечной энергии

В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885г. Была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.

Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.

В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 С.

Преобразование солнечной энергии в теплоту, работу и электричество

Солнце — гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2*10 30 кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м3. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.

Солнечную энергию люди используют с древнейших времен. Еще в 212г. н.э. с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде Приблизительно в то же время греческий ученый Архимед при защите родного города поджег паруса римского флота.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализированной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т.п. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процессы.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы солнечных электростанций (СЭС) требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления.

Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела).

Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны.
На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн.км 2 (площадь Сахары 7 млн. км 2 ) за год поступает около 5*10 16 кВт*ч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, равной 10%, достаточно использовать всего 1 % территории пустынных зон для размещения СЭС, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления.

Башенные и модульные электростанции

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции (СЭС) башенного типа и солнечные электростанции (СЭС) распределенного (модульного) типа.

Идея, лежащая в основе работы солнечных электростанций башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах.

В башенных солнечных электростанциях (СЭС) используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 С, воздух и другие газы — до 1000 С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100 С, жидкометаллические теплоносители — до 800 С.

Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечных электростанциях мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га.
Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250м.

В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В солнечных электростанциях (СЭС) модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн.км2 на суше и 18 млн.км2 в океане.



 

Использование силы солнца: как работают солнечные электростанции

Солнечные электростанции используют различные стратегии для преобразования солнечной энергии в энергию и электричество.

Солнечные электростанции — удивительные инженерные решения. Но как именно они работают?

Читайте дальше, чтобы узнать больше.

Что такое солнечная электростанция?

Солнечная электростанция – это объект любого типа, который либо напрямую преобразует солнечный свет, как фотогальваника, либо опосредованно, как солнечные тепловые установки, в электричество.

Источник: Heliogen

Они бывают разных типов, каждый из которых использует разные методы использования силы солнца.

В следующей статье мы кратко рассмотрим различные типы солнечных электростанций, которые используют энергию Солнца для производства электроэнергии.

Что такое фотоэлектрическая солнечная электростанция?

Фотоэлектрические электростанции используют большие площади фотоэлектрических элементов, известных как фотоэлектрические или солнечные элементы, для преобразования солнечного света в полезную электроэнергию. Эти элементы обычно изготавливаются из кремниевых сплавов и представляют собой технологию, с которой знакомо большинство людей — скорее всего, у вас даже может быть один на вашей крыше.

Сами панели бывают разных форм: 

1. Кристаллические солнечные панели. Как следует из названия, эти типы панелей сделаны из кристаллического кремния. Они могут быть как монокристаллическими, так и поликристаллическими (также называемыми поликристаллическими). Как правило, монокристаллические версии более эффективны (около 20% или выше), но дороже, чем их альтернативы (эффективность которых обычно составляет 15-17%), но достижения со временем сокращают разрыв между ними. Массив фотоэлектрических панелей

в Марке, Италия. Источник: CA’ Marinello 1/Flickr 9.0002 2. Тонкопленочные солнечные панели. Эти типы панелей состоят из серии пленок, которые поглощают свет в разных частях электромагнитного спектра. Обычно их изготавливают из аморфного кремния (a-Si), теллурида кадмия (CdTe), сульфида кадмия (CdS) и диселенида меди-индия (галлия). Этот тип панелей идеально подходит для применения в качестве гибких пленок на существующих поверхностях или для интеграции со строительными материалами, такими как кровельная черепица.

Эти типы солнечных панелей вырабатывают электроэнергию, которая затем, как правило, напрямую подается в национальную сеть или накапливается в батареях.

Электростанции, использующие эти типы панелей, как правило, имеют следующие основные компоненты:

— Солнечные панели преобразуют солнечный свет в полезную электроэнергию. Им свойственно генерировать постоянный ток напряжением до 1500В;

— Эти установки нуждаются в инверторах для преобразования постоянного тока в переменный ток.

— Часто они напрямую подключены к какой-либо внешней электросети.

— Если установка вырабатывает более 500 кВт, обычно также используются повышающие трансформаторы.

Источник: yangphoto/iStock

Как работает фотоэлектрическая солнечная электростанция?

Солнечные фотоэлектрические электростанции работают так же, как и небольшие домашние фотоэлектрические панели.

Как мы уже видели, большинство солнечных фотоэлектрических панелей изготавливаются из полупроводниковых материалов, обычно из кремния. Когда фотоны солнечного света попадают на полупроводниковый материал, генерируются свободные электроны, которые затем могут течь через материал, создавая постоянный электрический ток.

Это известно как фотоэлектрический эффект. Затем постоянный ток необходимо преобразовать в переменный ток (AC) с помощью инвертора, прежде чем его можно будет напрямую использовать или подавать в электрическую сеть.

Самые популярные

Фотоэлектрические панели отличаются от других солнечных электростанций тем, что они используют фотоэффект напрямую, без необходимости использования других процессов или устройств. Например, в них не используется жидкий теплоноситель, как вода, как в солнечных тепловых установках.

Фотоэлектрические панели не концентрируют энергию, они просто преобразуют фотоны в электричество, которое затем передается куда-то еще.

Что такое солнечная тепловая электростанция?

Солнечные тепловые электростанции, с другой стороны, фокусируют солнечный свет или собирают его таким образом, чтобы вырабатывать пар для питания турбины и выработки электроэнергии. Солнечные тепловые электростанции также можно разделить на еще три отдельных типа:

• Линейные
• Параболический желоб Solar Thermal
• Солнечные тарелочные электростанции

Наиболее распространенные формы солнечной электростанции характеризуются использованием полей линейных коллекторов, параболических желобных коллекторов или солнечных тарелок. Эти типы объектов, как правило, состоят из большого «поля» параллельных рядов солнечных коллекторов.

Как правило, они состоят из трех отдельных типов систем:

1.

Системы параболических желобов

В параболических желобах используются параболообразные отражатели, способные фокусировать на коллекторе уровень солнечного света в 30–100 раз выше обычного. Этот метод используется для нагрева жидкости, которая затем собирается в центральном месте для получения перегретого пара высокого давления.

Пример системы параболических желобов. Источник: USA.Gov/Wikimedia Commons

Эти системы наклоняются, чтобы отслеживать движение солнца в течение дня.

Самая продолжительная солнечная тепловая установка в мире, система производства солнечной энергии (SEGS) в пустыне Мохаве, Калифорния, является одним из таких типов электростанций. Первая электростанция, SEGS 1, была построена в 1984 году. 

Последняя построенная электростанция, SEGS IX, с мощностью производства электроэнергии 92 мегаватт (МВт) , начала работу в 1990 году. объект с общей мощностью около 354 МВт чистой (394 МВт брутто) установленной мощности — это делает его одним из крупнейших проектов тепловой электроэнергетики на солнечной энергии в мире.

Солнечные теплоэлектростанции такого типа работают, фокусируя солнечный свет от длинных параболических зеркал на приемных трубках, которые проходят по длине зеркала в их фокусе. Эта концентрированная солнечная энергия нагревает жидкость, которая непрерывно течет по трубам.

Нагретая жидкость затем направляется в теплообменник для кипячения воды в обычном паротурбинном генераторе для выработки электроэнергии.

2. Линейные концентрирующие системы

Линейные концентрирующие системы, иногда называемые рефлекторами Френеля, также состоят из больших «полей» зеркал слежения за солнцем, ориентированных с севера на юг для максимального захвата солнечного света. Эта установка позволяет банкам зеркал отслеживать солнце с востока на запад в течение дня.

Пример малогабаритной линейной обогатительной установки. Источник: CSIRO/Wikimedia Commons

Как и их собратья с параболическими зеркалами, линейные концентрирующие системы собирают солнечную энергию с помощью длинных прямоугольных U-образных зеркал. Однако, в отличие от параболических систем, в системах с линейным отражателем Френеля трубка приемника размещается над зеркалами, чтобы обеспечить большую подвижность зеркал при отслеживании солнца.

В этих типах систем используется эффект линзы Френеля, который позволяет использовать большое фокусирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием. Эта установка позволяет системам такого типа фокусировать солнечный свет приблизительно на 9°.0079 30 раз нормальная интенсивность.

3. Солнечные тарелки и двигатели

Солнечные тарелки также используют зеркала для фокусировки солнечной энергии на коллектор. Они, как правило, состоят из тарелок, подобных огромным спутниковым тарелкам, покрытым мозаикой из маленьких зеркал, которые фокусируют энергию на приемнике в фокусе.

Подобно параболической и линейной системам, зеркальная поверхность в форме тарелки направляет и концентрирует солнечный свет на тепловой приемник в фокусе тарелки. Затем этот ресивер передает выработанное тепло на двигатель-генератор.

Наиболее распространенным типом теплового двигателя, используемого в системах тарелки/двигателя, является двигатель Стирлинга. Нагретая жидкость из ресивера тарелки используется для перемещения поршней в двигателе для создания механической энергии.

Силовая установка с линейным отражателем Френеля. Источник: energy.gov

Затем эта механическая энергия передается генератору или генератору переменного тока для выработки электроэнергии.

Солнечные тарелки/двигатели всегда направлены прямо на солнце и концентрируют солнечную энергию в фокусе тарелки. Коэффициент концентрации солнечной тарелки намного выше, чем у линейных концентрирующих систем, а температура рабочего тела выше 749градусов Цельсия.

Энергогенерирующее оборудование может быть либо установлено непосредственно в фокусной точке антенны (отлично подходит для удаленных мест), либо собрано из массива антенн и генерации электроэнергии, происходящей в центральной точке.

Армия США в настоящее время разрабатывает систему мощностью 1,5 МВт на армейском складе Туэле в Юте с использованием солнечных тарелок с двигателем Стирлинга 429.

4. Башни солнечной энергии

Башни солнечной энергии представляют собой интересный метод, в котором от сотен до тысяч плоских зеркал (гелиостатов), отслеживающих солнце, отражают и концентрируют солнечную энергию на центральной башне. Этот метод способен концентрировать солнечный свет в 1500 раз больше, чем обычно можно было бы получить только от прямого солнечного света.

Фабрика солнечной электростанции Иванпа. Источник: Aioannides/Wikimedia Commons

Один интересный пример такой электростанции можно найти в Юлихе, Северный Рейн-Вестфалия, Германия. Объект расположен на площади 18 000 квадратных километров и содержит более 2 000 гелиостатов, которые фокусируют солнечный свет на центральной 60-метровой башне.

Министерство энергетики США и другие электроэнергетические компании построили и эксплуатировали первую демонстрационную башню солнечной энергии недалеко от Барстоу, Калифорния, в течение 1980-х и 1990-х годов.

Некоторые из них в настоящее время разрабатываются и в Чили.

На сегодняшний день в США построены три башенных солнечных электростанции. Это солнечная электростанция Ivanpah мощностью 392 МВт в Сухом озере Иванпа в Калифорнии, проект солнечной энергии 110 МВт Crescent Dunes в Неваде (который в настоящее время не работает) и башня Sierra Sun Tower мощностью 5 МВт в Мохаве. Пустыня, Калифорния (которая была закрыта).

Концентрированная солнечная энергия используется для нагрева воздуха в градирне до 700 градусов Цельсия . Тепло улавливается в котле и используется для производства электроэнергии с помощью паровой турбины.

В некоторых градирнях в качестве теплоносителя также используется вода. В настоящее время исследуются и тестируются более совершенные системы, в которых будут использоваться нитратные соли из-за их более высоких свойств теплопередачи и хранения по сравнению с водой и воздухом.

Возможность накопления тепловой энергии позволяет системе производить электроэнергию в пасмурную погоду или ночью.

Солнечные электростанции такого типа идеально подходят для эксплуатации в районах с неблагоприятными погодными условиями. Они используются в пустыне Мохаве в Калифорнии и выдерживают град и песчаные бури. Тем не менее, два завода, которые были построены до сих пор, оказались слишком дорогими для эксплуатации.

5. Солнечный пруд

Солнечный пруд Солнечные электростанции используют бассейн с соленой водой, который собирает и хранит солнечную тепловую энергию. Он использует метод, называемый технологией градиента солености.

Источник: EcoMENA

Этот метод создает тепловую ловушку внутри пруда, где вырабатываемая энергия может либо использоваться напрямую, либо храниться для последующего использования. Этот тип электростанции использовался в Израиле на электростанции Бейт-ха-Арава в период с 1984 по 1988 год.

Другие солнечные пруды были построены в Бхудже, Индия (это больше не работает), и Эль-Пасо, Техас.

Солнечные пруды используют большой объем соленой воды для сбора и хранения солнечной тепловой энергии. Соленая вода естественным образом образует вертикальный градиент солености, известный как галоклин, с водой с низкой соленостью наверху и водой с высокой соленостью на дне.

Уровни концентрации соли увеличиваются с глубиной, и поэтому плотность также увеличивается от поверхности ко дну озера, пока раствор не станет однородным на заданной глубине.

Принцип довольно прост. Солнечные лучи проникают в пруд и в конце концов достигают дна бассейна.

В обычном пруду или водоеме вода на дне пруда нагревается, становится менее плотной и поднимается вверх, создавая конвекционный поток. Солнечные пруды предназначены для того, чтобы препятствовать этому процессу, добавляя соль в воду до тех пор, пока нижние уровни не станут полностью насыщенными.

Поскольку вода с высокой соленостью не смешивается легко с водой с низкой соленостью над ней, конвекционные потоки содержатся внутри каждого отдельного слоя, и между ними происходит минимальное смешивание.

Этот процесс концентрирует тепловую энергию и снижает потери тепла из водоема. В среднем вода с высокой соленостью может достигать 90 градусов по Цельсию , а слои с низкой соленостью поддерживают около 30 градусов по Цельсию .

Эту горячую соленую воду можно затем откачивать для использования в производстве электроэнергии, через турбину или в качестве источника тепловой энергии.

На этом пока все.

Как видите, солнечная энергия — это не только фотоэлектрические панели. На самом деле, есть разные способы использования солнечной энергии для нашего блага.

Просто потрясающе.

Для вас

Инновация

Гибридная обсерватория землеподобных экзопланет (HOEE) превратит самые большие наземные телескопы в самые мощные искатели планет.

Дина Тереза ​​| 22.08.2022

инновацииХудший сценарий Starlink? Возможно, мы находимся «на грани» синдрома Кесслера

Крис Янг| 11. 08.2022

инновацииЭтот барьер для защиты от наводнений достигает новых высот

Дина Тереза| 03.08.2022

Другие истории

Культура
Аккаунт Bold в Твиттере, следивший за самолетом Маска, был заблокирован. Обновление: теперь Маск приостанавливает личный аккаунт владельца

Стивен Вичинанца | 14.12.2022

наука
Ученые наконец разгадали тайну «волосоподобных» структур, обнаруженных почти во всех клетках человека

Саде Агард| 24.10.2022

инновации
Инженеры используют звуковые волны для увеличения производства зеленого водорода в 14 раз

Дина Тереза| 14.12.2022

Что такое солнечная электростанция и почему это важно?

Солнечная электростанция использует солнечный свет для получения энергии. Поскольку солнечного света достаточно и он возобновляем, его можно использовать для питания дома и офиса. Если вы устанавливаете солнечную электростанцию ​​  , вам может потребоваться внести предоплату. Тем не менее, это значительно снизит потребление энергии.

Что еще более важно, это уменьшит фактор зависимости. Это означает, что вы можете обеспечить электроэнергией свой дом в чрезвычайной ситуации, не полагаясь на электросеть. Вы можете использовать возобновляемых источников энергии для выработки электроэнергии. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться для охлаждения, обогрева и многих других целей.

Вы можете использовать эту чистую альтернативу, не загрязняя воду и воздух. Вы также не будете способствовать глобальному потеплению. Ключевым преимуществом солнечной электростанции является то, что она сведет к минимуму потребление энергии и сэкономит вам много энергии.

Поскольку солнечный свет огромен, у вас не возникнет проблем с получением энергии для питания вашего дома. Солнечные электростанции будут преобразовывать солнечный свет в энергию. Поэтому вас не будут беспокоить отключения электроэнергии. Существуют различные типы солнечных электростанций.

Типы солнечных электростанций

В основном используются две ключевые технологии для использования солнечной энергии для производства энергии. Это фотоэлектрические солнечные технологии и солнечные тепловые технологии. Фотоэлектрическая технология будет напрямую преобразовывать солнечный свет в электричество, а солнечная тепловая технология улавливает солнечное тепло. После захвата тепла оно будет преобразовано в механическую энергию, а затем в электричество. Фотоэлектрическая технология будет использовать панели полупроводниковых элементов для непосредственной выработки электроэнергии. Давайте узнаем больше об этих типах.

Фотоэлектрические панели предназначены для питания электрических устройств. Но солнечные тепловые коллекторы предназначены для обогрева ваших домов. Фотоэлектрические варианты могут обеспечить электроэнергией более сотни акров земли. Они могут производить электроэнергию для электросетей.

Солнечная фотоэлектрическая электростанция

Фотоэлектрические электростанции также известны как фотоэлектрические. Они преобразуют солнечный свет в электричество. Этот тип использует фотогальванические элементы. Эти ячейки сделаны с использованием кремниевых сплавов. Эти панели доступны в различных формах. Некоторыми популярными формами являются кристаллические солнечные панели и тонкопленочные солнечные панели. Фотоэлектрические варианты предпочтительнее, поскольку они позволяют хранить солнечную энергию в батареях. Он также может поступать в национальную сеть. Для фотоэлектрических установок потребуется инверторы  для преобразования мощности постоянного тока в переменный.

Как упоминалось выше, фотоэлектрические панели обычно изготавливаются из полупроводникового материала. Когда фотоны солнечного света попадут на материал, будут генерироваться свободные электроны. Свободные электроны будут течь через материал, создавая постоянный электрический ток. Весь процесс известен как фотоэлектрический эффект. Постоянный ток будет преобразован в переменный ток с помощью инвертора, и, наконец, он будет подаваться в сеть. Фотоэлектрические панели отличаются от солнечных тепловых электростанций. Они используют фотоэффекты. Однако тепловые установки используют жидкие теплоносители. Преимущество фотоэлектрических панелей в том, что они не фокусируются на энергии. Вместо этого они преобразуют фотоны в энергию.

Солнечная тепловая электростанция

Солнечные тепловые электростанции собирают солнечный свет таким образом, чтобы вырабатывать электроэнергию. Они подразделяются на три типа. Это линейные, солнечные тарельчатые электростанции и солнечные тепловые параболические желоба. Наиболее распространенными являются линейные коллекторы или солнечные тарелки. Эти типы обычно состоят из параллельных рядов.

Солнечная тепловая электростанция будет производить тепло из солнечного света. Он будет работать при температурах ниже 100 °C. Установки доступны для жилых и коммерческих объектов. Вырабатываемое тепло может быть использовано для различных видов производственных нужд. CHINT использует правильные технологии для создания лучшего решения для коммерческого и жилого использования. Они используют солнечные тепловые коллекторы. Солнечные тепловые коллекторы поглощают тепло солнечного света, а затем передают его теплоносителю, который включает воду, антифриз и воздух. Жидкость будет транспортироваться в места, предназначенные для обогрева.

В чем разница между солнечной тепловой электростанцией и солнечной фотоэлектрической электростанцией?

Как солнечная тепловая энергия, так и солнечные фотоэлектрические установки используют прямой источник солнечной энергии. Далее мы проведем честное сравнение обоих, чтобы узнать, какой из них может быть лучшим выбором.

Технология

Основное различие между этими заводами заключается в технологии. Когда фотоэлектрические установки основаны на фотоэлектрическом эффекте, солнечная тепловая энергия использует солнечный свет для нагрева любой жидкости, которая может быть водой или воздухом, в зависимости от применения.