Солнечные электростанции

Производство электрической энергии из лучистой энергии солнца в настоящее время развивается по двум основным направлениям: 1 — путем термодинамического преобразования

солнечной энергии и 2 — путем фотоэлектрического преобразования,

Для крупномасштабной энергетики первое направление может быть реализовано двумя способами — в виде солнечной электростанции (СЭС) с центральным приемником (рис. 2.15) и виде СЭС с распределенными параметрами (модульного типа, рис. 2.16).

Принцип работы СЭС с центральным приемником следующий: солнечная радиация отражается множеством управляемых зеркал (гелиостатов) на центральный приемник, расположенный на высокой башне. В приемнике рабочее тело (вода) нагревается до до температуры выше 400°С и направляется в паровую турбину. Дальнейшее преобразование теплоты в электроэнергию не отличается от обычных ТЭС. Система слежения и ориентации за солнцем обеспечивает постоянную концентрацию на приемнике.

Необходимым условием нормальной работы СЭС является наличие аккумуляторов тепловой энергии, чтобы обеспечить работу в ночные часы и в пасмурные дни.

СЭС башенного типа не нашли широкого применения прежде всего из-за высоких удельных капиталовложений и высокой себестоимости получаемой электрической энергии, которые,

например для СЭС Барстоу составили около 14300 долл/кВт и 0.25 долл/кВт-ч.

Солнечные электростанции

Рис. 2.15 СТЭС Барстоу с центральным приемником (США)

Солнечные электростанции

Рис. 2.16 СТЭС SEGS с параболическими концентраторами модульного

типа (США)

Более экономичны СЭС модульного типа, у которых отсутствует сложная система двухкоординатной ориентации. Параболоцилиндрические системы с одной степенью свободы обеспечивают концентрацию солнечных лучей на трубчатом теплообменнике. Благодаря этому теплоноситель нагревается с помощью параболических концентраторов, представляющих отдельно стоящие модули до 300°С. Нагретый теплоноситель собирается от всех модулей и по трубопроводу направляется в турбогенератор. Схема такой установки представлена нарис. 2.17.

Высоковольтная сеть

Солнечные электростанции

Рис. 2.17 Схема СЭС модульного типа Сопоставление энергетических путей преобразования солнечной энергии, приведенных на рис. 2.18. показывает, что термодинамический путь предполагает необходимость трансформации лучистой энергии в тепловую, а затем в механическую, что неизбежно связано с дополнительными потерями.

Солнечные электростанции

Рис. 2.18 Энергетические пути преобразования солнечной энергии

Прямое получение электрической энергии из солнечного излучения осуществляется в фотоэлектрических преобразователях. Основным элементом таких устройств являются фотоэлектрические батареи (фотоэлементы или солнечные элементы). Они представляют собой полупроводник, в котором под действием солнечной радиации проявляется фотоэлектрический эффект.

Эффект возникает в результате воздействия солнечного излучения на поверхностные слои полупроводника толщиной 2-3 мкм, при котором высвобождается некоторое количество электронов. В результате этого в теле между облучаемой поверхностью и его теневой стороной возникает разность электрических потенциалов около 0.5 В. Если их соединить проводником, то в нем возникнет электрический ток.

Большинство фотобатарей изготавливается из кремниевых элементов. Коэффициент полезного действия таких элементов при

интенсивности светового излучения 1 кВт/м2 может достигать 15-19

%.

В фотобатареях могут использоваться и другие материалы, например: сульфид кадмия, арсенид галия и др. На рис. 2.19 показано изменение КПД солнечных элементов из различных материалов за последние 30

Если отдельные полупроводниковые фотоэлементы соединить последовательно или параллельно в батареи с требуемой мощностью током и напряжением.

Основными достоинствами фотоэлектрических установок являются:

- сравнительная простота в изготовлении;

- долговечность;

-отсутствие механических потерь в процессе преобразования энергии;

- простота в обслуживании;

- исключение загрязнения при эксплуатации окружающей среды вредными выбросами.

Солнечные батареи также нашли широкое распространение в космической технике. Ими оборудованы практически все космические аппараты.

Комментарии закрыты.