Види сонячних електростанцій

Види сонячних електростанцій

8 бер, 2016 переглядів: 4597 коментарів: 0

Сонячна електростанція - інженерна споруда, що служить для перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Способи перетворення сонячної радіації різні й залежать від конструкції електростанції.

Сонячна електростанція

Сонячна електростанція - інженерна споруда, що служить перетворення сонячної радіації в електричну енергію. Способи перетворення сонячної радіації різні й залежать від конструкції електростанції.

Абсолютними лідерами в області сонячної енергетики є європейські країни. Сонячні електростанції забезпечують близько трьох відсотків загального виробітку електроенергії в Німеччині, Іспанії та Італії. При цьому, в найближчому майбутньому можна прогнозувати збільшення як абсолютних показників вироблення електроенергії за допомогою сонячних електростанцій, так і зростання частки сонячної енергії в загальній структурі всіх використовуваних джерел енергії. Найпотужніша сонячна електростанція світу знаходиться в штаті Арізона США, її пікова потужність 247 МВт

Існують два основних способи перетворення сонячної енергії: фототермічний і фотоелектричний. У першому, простому, теплоносій (найчастіше вода) нагрівається в колекторі (системі світлопоглинаючих труб) до високої температури і використовується для опалення приміщень. Частина теплової енергії акумулюється: короткостроково (на кілька днів) - тепловими акумуляторами, довгостроково (на зимовий період) - хімічними. Сонячний колектор простої конструкції площею 1 м2 за день може нагріти 50-70 л води до температури 80-90 ° С. Використання сонячних колекторів дозволяє забезпечувати гарячою водою багато будинків в південних районах.

І все ж майбутнє сонячної енергетики - за прямим перетворенням сонячного випромінювання в електричний струм за допомогою напівпровідникових фотоелементів - сонячних батарей. Ще в 30-х роках минулого століття, коли ккд перших фотоелементів ледве доходило до 1%, про це говорив засновник Фізико-технічного інституту (ФТІ) академік А. Ф. Йоффе. Передбачення вченого втілилося в життя в кінці 1950-х років з запуском штучних супутників Землі, головним енергетичним джерелом яких стали панелі сонячних батарей. Зараз у всіх країнах світу йде активний продаж сонячних батарей.

У фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії використовується кремній з додаванням інших елементів, що утворюють структуру з р-n-переходом. Схема роботи напівпровідникового кремнієвого фотоелемента досить проста: в р-шарі напівпровідника створюється «діркова» (позитивна) провідність, а в n-шарі - електронна (негативна). На кордоні шарів виникає потенційний бар'єр, що перешкоджає переміщенню носіїв (електронів і «дірок») з одного шару в інший (в такому стаціонарному стані струм не тече по всьому напівпровіднику). Коли ж на фотоелемент падає світло (потік фотонів), фотони, поглинаючись, створюють пари електрон-»дірка», які, підходячи до кордону шарів, знижують потенційний бар'єр, даючи можливість носіям безперешкодно проходити з шару в шар. У напівпровіднику виникає наведена електрорушійна сила (ЕРС), і він стає джерелом електричного струму. Величина фото-ЕРС буде тим більша, чим інтенсивніше світловий потік.

Ефективність сучасних кремнієвих фотоелементів (а також  фотоелементів на основі арсеніду галію) досить висока (їх ккд досягає 10-20%), а чим вище ккд, тим менше необхідна площа сонячних батарей, яка навіть в малій енергетиці становить десятки квадратних метрів. Великим досягненням напівпровідникової промисловості стала розробка кремнієвих фотоелементів, що володіють ккд до 40%. Останній важливий напрямок у розвитку сонячної енергетики - створення більш дешевих і зручних фотоперетворювачів: стрічкових полікристалічних кремнієвих панелей, тонких плівок аморфного кремнію, а також інших напівпровідникових матеріалів. Найвисокоефективнішим з них виявився алюміній-галій -миш'як, його промислова розробка тільки починається. Велику перспективу відкривають гетероструктурні напівпровідники, ефективність яких в два рази вище, ніж простих кремнієвих зразків.

Типи сонячних електростанцій.


СЕС баштового типу - дані електростанції засновані на принципі отримання водяної пари з використанням сонячної радіаціі. У центрі станції стоїть вежа  (в залежності від потужності і деяких інших параметрів висота може бути більше або менше), на вершині якої знаходиться резервуар з водою. Цей резервуар покритий чорним кольором для поглинання теплового випромінювання. Також в цій вежі знаходиться насосна група, що доставляє пар на турбогенератор, який знаходиться поза межами вежі. По колу від вежі на деякій відстані розташовуються геліостати. Геліостат - дзеркало площею в кілька квадратних метрів, закріплене на опорі і підключений до загальної системи позиціонування. Тобто, в залежності від положення сонця, дзеркало буде міняти свою орієнтацію в просторі. Основна і найбільш трудомістка задача - це позиціонування всіх дзеркал станції так, щоб в будь-який момент часу всі відбиті промені від них потрапили на резервуар. У ясну сонячну погоду температура в резервуарі може досягати 700 градусів. Такі температурні параметри використовуються на більшості традиційних теплових електростанцій, тому для отримання енергії використовуються стандартні турбіни. Фактично на станціях такого типу можна отримати порівняно великий ККД (близько 20%) і високі потужності.

Приклад: Сонячна вежа, Севілья, Іспанія. Побудована в 2007 СЕС в Криму

СЕС тарельчатого типу - даний тип СЕС використовує принцип отримання електроенергії, схожий з таким у Баштових СЕС, але є відмінності в конструкції самої станції. Станція складається з окремих модулів. Модуль складається з опори, на яку кріпиться фермова конструкція приймача і відбивача. Приймач знаходиться на деякому віддаленні від відбивача, і в ньому концентруються відбиті промені сонця. Відбивач складається з дзеркал у формі тарілок (звідси назва), радіально розташованих на фермі. Діаметри цих дзеркал досягають 2 метрів, а кількість дзеркал - декількох десятків (в залежності від потужності модуля). Такі станції можуть складатися як з одного модуля (автономні), так і з декількох десятків (робота паралельно з мережею).

СЕС, які використовують фотобатареї. СЕС цього типу в даний час дуже поширені, так як в загальному випадку СЕС складається з великого числа окремих модулів (фотобатарей) різної потужності і вихідних параметрів. Дані СЕС широко застосовуються для енергозабезпечення як малих, так і великих об'єктів (приватні котеджі, пансіонати, санаторії, промислові будівлі і т. Д.). Встановлюватися фотобатареї можуть практично скрізь, починаючи від покрівлі і фасаду будівлі і закінчуючи спеціально виділеними територіями. Встановлені потужності теж коливаються в широкому діапазоні, починаючи від постачання окремих насосів, закінчуючи електропостачанням невеликого селища.

СЕС, які використовують параболічні концентратори. Принцип роботи даних СЕС полягає в нагріванні теплоносія до параметрів, придатних до використання в турбогенераторі.

Конструкція СЕС: на фермовій конструкції встановлюється параболічне дзеркало великої довжини, а в фокусі параболи встановлюється трубка, по якій тече теплоносій (найчастіше масло). Пройшовши весь шлях, теплоносій нагрівається і в теплообмінний апаратах віддає теплоту воді, яка перетворюється в пар і надходить на турбогенератор.

Комбіновані СЕС. Часто на СЕС різних типів додатково встановлюють теплообмінні апарати для отримання гарячої води, яка використовується як для технічних потреб, так і для гарячого водопостачання та опалення. В цьому і полягає суть комбінованих СЕС. Також на одній території можлива паралельна установка концентраторів і фотобатарей, що теж вважається комбінованою СЕС.

Одним з основних стримуючих чинників розвитку сонячної енергетики є проблема вибору місця для розміщення сонячних електростанцій.

Потужність сонячного випромінювання на поверхні землі при безхмарному небі становить близько 1 кВт / м2. Для отримання електроенергії в промислових масштабах необхідні потужності близько мільйона кіловат. Це означає, що для промислової сонячної електростанції з коефіцієнтом корисної дії близько 10% і з урахуванням нерівномірності потужності сонячного випромінювання протягом доби необхідна площа в декілька квадратних кілометрів.

Майданчик для розміщення сонячних електростанцій повинен бути рівним, придатним для обслуговування і ремонту устаткування, вільним від господарської діяльності людини.

Ідеальним рішенням цієї проблеми є розміщення сонячних електростанцій на поверхні морів і океанів, площа яких в п'ять разів більше, ніж площа суші. Однак, традиційні сонячні електростанції не придатні для морського базування.

Посилання на публікацію: http://ishop.sutem.com.ua/articles/topics/solar_energy/SES

повязані публікації

 

Коментарі