Устройство и принцип работы солнечных электростанций

   
     Солнечные панели – основной элемент солнечных электростанций. Они изготавливаются из кремния (материала-полупроводника) и перерабатывают солнечную энергию в электрический ток.

     Солнечные батареи отличаются по типу элементов, напряжению и током. Срок их службы не ограничен. Практически все впроизводители уверяют, что при 25 летней работе, солнечные фотомодули будут вырабатывать не менее 80% от номинального значения.  Солнечные батареи преобразовывают как прямые, так и рассеянные лучи.
Благодаря небольшому весу и модульному типу конструкций можно составлять установки какой угодно мощности. 

Солнечные станции могут быть сетевыми, полностью автономными и гибридными.

     Сетевая солнечная электростанция — в последнее время самая популярная — состоит из солнечных панелей и инвертора (преобразовывает напряжение).
В сетевых солнечных электростанциях используется инвертор сетевого типа, он способен напрямую сбрасывать выработаную солнечными панелями энергию, во внутредовомую сеть, а излишки (непотребленную энергию) направлять во внешнюю сеть для продажи по «зеленому» тарифу.   В сетевых солнечных электростанциях излишек электричества передаётся в сеть через отдельный счётчик. — двунаправленный узел учета. Если есть недостаток электричества, вы забираете недостающее количество электричества из внешней сети.     Автономная солнечная электростанция состоит из солнечных панелей, инвертора с встроенным или внешним зарядным устройством и аккумуляторных батарей.
Принцип работы автономной солнечной электростанции: солнечные панели в дневное время вырабатываю энергию, которую контроллер (зарядное устройство) накапливает в аккумуляторах. К аккумуляторам подключается инвертор — он преобразовывает постоянный ток в переменный и подает его на наргузку.  Автономные солнечные электростанции особенно незаменимы в местах где электросетей нет. Они очень удобны, но стоят дороже, так как в состав входях аккумуляторные батареи.

    Гибридная солнечная электростанция совмещает в себе своиства сетевой и автономной. Минус конечно в том, что имеет найбельшую стоимост. Отлично подходит для клиентов, которые хотят и продавать излишки и иметь возможность запитывать оборудование во время отвключения внешней сети, или использовать энергию солнца в ночное время тоже. 

   Более подробно обо всем этом Вы можете прочитать в разделе решений СОЛНЕЧНЫЕ СТАНЦИИ!
 
Теперь выбор за вами!

Обсудить задачу

Сетевые солнечные электростанции

Автономные солнечные электростанции в России применяются довольно широко, в основном теми, кому не посчастливилось быть подключенными к общественным электросетям. В общем виде устройство автономной СЭС довольно простое: солнечные батареи через контроллер заряда подключаются а аккумулятору. Далее можно использовать либо постоянное напряжение, либо получить переменное при помощи инвертора. 

Рис.1 

                                     

Если солнечной энергии недостаточно, аккумуляторы нужно подзарядить генератором. Несмотря на очевидные плюсы, «бесплатная солнечная энергия» достается довольно дорого. Корень зла кроется в аккумуляторах, которые зачастую являются самой дорогой частью системы. Мало того, срок их жизни не столь велик, как этого хотелось бы, то есть через несколько лет потребуется замена и дополнительные расходы. 

Казалось бы, тем, кто подключен к сети вся эта «дорогая солнечная энергия» вообще не нужна. Не совсем так. Среди Россиян растет число желающих экономить за счет солнечных батарей. Сразу стоит заметить, экономия будет иметь место лишь в том случае, если это сетевые солнечные электростанции, то есть без аккумуляторов. Устройство сетевой СЭС еще проще, чем у автономной: солнечные панели подключаются к сетевому инвертору, а сетевой инвертор, собственно, к сети. 

Рис.2

                             

Если светит солнце, энергия передается напрямую потребителям с минимальными потерями, таким образом, потребление энергии из сети снижается, равно как и затраты. Срок эксплуатации оборудования в данном случае значительно превосходит срок окупаемости, а первоначальные вложения не столь велики.

Есть у данной схемы существенные недостатки:

• Сетевые инвертора не работают без опорного напряжения. Иными словами, если отключили сеть, напряжения не будет, даже если светит солнце. В некотором смысле это плата за отсутствие АКБ.
• Выработка должна быть согласована с потреблением. Максимум энергии будет вырабатываться в летний период в дневное время и, с точки зрения экономии, было бы очень неплохо эту энергию потреблять, иначе энергия уйдет в сеть и ее потребит Ваш сосед, и в этом заключается проблема. 
• Дело в том, что в России нет «зеленого тарифа» и  «продавать» энергию в сеть простым гражданам не разрешается. Дозволяется этим заниматься лишь юр. лицам, но по невыгодной цене.  

Удачный пример сетевой системы – общественное или жилое здание с кондиционерами. Пик потребления, равно как и пик выработки случается летом в дневное время.

Также среди пользователей популярны гибридные СЭС, совмещающие в себе функции сетевой и автономной системы. Схема гибридной СЭС отличается от схемы автономной лишь тем, что в ней фигурирует не обычный батарейный инвертор, а гибридный преобразователь, имеющий сетевой вход и способный «подмешивать» солнечную энергию к сетевой. 

Рис.3

                 

С потребительской точки зрения данная схема крайне выгодна. Обеспечивается и резерв за счет АКБ и экономия за счет выработки солнечных батарей. Тем не менее, есть существенный недостаток – низкий КПД. Чтобы дойти до потребителя, напряжение сначала преобразовывается в низкое постоянное, а потом в переменное, при каждом преобразовании часть энергии теряется. Данный недостаток существенен лишь в системах большой мощности.

Чтобы избавиться от нежелательных потерь, следует применять схемы с совместной работой преобразователя напряжения (обычного либо гибридного) и сетевого инвертора.

Рис. 4

                   

В данном случае инвертор является источником опорного напряжения для сетевого инвертора. «солнечная энергия» без лишних преобразований передается потребителям, либо ее излишки идут на заряд АКБ. Стоит отметить, что это не единственная возможная схема подключения оборудования. Производители инверторов предлагают различные схемы в зависимости от возможностей того или иного оборудования.

Читать другие статьи..

Солнечная электростанция своими руками. Подбор компонентов.

Попытаемся понять подход к выбору автономной солнечной системы, какие факторы имеют большее, а какие меньшее значение.

Прежде всего, надо определить, сколько энергии вам понадобится в месяц, и, чтобы стоимость солнечной электростанции не стала фантастически высокой, по мере возможности уменьшить потребности. Затем необходимо определить, сколько солнечной энергии можно получить в той местности, где будет работать солнечная установка.

Примерные данные приводятся в метеорологических справочниках, кое-какую информацию по солнечной инсоляции можно найти в Интернете. Обычно уровень солнечной инсоляции выражается в Ваттах/м2 с разбивкой по месяцам. Причём сезонные колебания могут быть очень значительными.

 

Солнечные электростанции. Схема электроснабжения дома от солнечных батарей

   

Как выбирать солнечную батарею?

Если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, расчёт надо производить по месяцам с наихудшими параметрами по инсоляции (конечно, если предполагается использовать только солнечную энергию).

КПД солнечных батарей для расчётов надо принимать не выше 14% (а лучше 12%), т.к., несмотря на КПД элементов 16 или даже 17 % (а чаще используются элементы с КПД 14-15%), часть излучения отразится от поверхности стекла закрывающего элементы (даже если используется антибликовое стекло), часть излучения погасится в толщине стекла, т. к. не вся поверхность солнечной батареи закрыта кремниевыми пластинами (между ними есть зазоры 2-3 мм). Кроме этого некоторые элементы имеют обрезанные углы, что также уменьшает полезную площадь. Некоторые изготовители приводят примерную выработку энергии в месяц при разных уровнях солнечного излучения.

Карта инсоляции России. Продолжительность солнечного сияния.

Теперь, чтобы определить количество солнечных батарей, необходимо разделить желаемую потребность в энергии на возможную выработку энергии одной батареей в те месяцы, когда будет использоваться солнечная электростанция. Естественно, расчёт ведется по самым наихудшим параметрам по инсоляции.

Например, установка будет эксплуатироваться круглогодично, потребность в энергии 100 кВт час/месяц, одна батарея из выбранных вами произведёт в декабре не более 2 кВт-час энергии, 100 : 2 = 50 батарей. При тех же условиях, но неизвестной производительности батареи, а известной её площади 0,7 м², определяем, что за месяц будет произведено примерно 20 х 0,7 х 0,12(КПД) = 1,68 кВт-час энергии (инсоляция в декабре составляет примерно 20 кВт-час/м²). Для определения количества солнечных батарей необходимо разделить желаемое количество энергии на выработку одной батареи: 100 : 1,68 =59,5 шт., округляем в большую сторону 60 шт.

Следует отметить, что все эти расчёты носят приблизительный, ориентировочный характер, т.к. количество солнечных дней может сильно отличаться в разные годы. Всегда надо учитывать, что запас только улучшает параметры системы.

Увеличение производительности солнечных батарей – это отдельная большая тема. Можно отметить только несколько способов увеличения производительности:

Выбор оптимального угла установки. Желательно, чтобы поверхность солнечной батареи располагалась перпендикулярно к лучам солнца, с максимальным отклонением в ту или иную сторону на не более, чем 15°. В связи с тем, что солнце в течении года постоянно меняет высоту над горизонтом, желательно устанавливать солнечные батареи под тем углом, который обеспечивает максимальный выигрыш по производительности в нужное время. Например, если предполагается использовать солнечную электростанцию круглогодично, то батареи устанавливают под углом + 15° к широте местности, а если только в летние месяцы, то под углом – 15° от широты местности.

Поворот солнечной батареи вслед за солнцем в течение дня(применим только для небольших систем), таким образом можно увеличить выработку энергии вплоть до 50% от выработки в стационарном положении.

Применение контроллера заряда с функцией ОТММ (Отслеживания Точки Максимальной Мощности, по-английски MPPT (Maximum Power Point Tracking)). Такой контроллер при наличии достаточной освещённости не препятствует поступлению энергии от солнечных батарей на аккумуляторы, а при недостатке освещённости накапливает энергию и подаёт её на аккумулятор порциями с оптимальными значениями тока и напряжения.

Но, конечно, если с таким трудом полученную энергию расходовать не экономно, то все ухищрения по получению дополнительной энергии пропадут впустую. Наибольший выигрыш в автономных системах электроснабжения можно получить, экономя энергию. Замена ламп накаливания на люминесцентные или компактные люминесцентные (энергосберегающие), а там где надо получать большие световые потоки (освещение территорий, торговых залов и т.д.), на металлогалогеновые даёт снижение затрат на освещение примерно в 4-5 раз. Применение бытовой техники с индексом энергопотребления «А» или «А+» даёт ещё более значительный выигрыш. Вообще, вопрос энергосбережения, в условиях значительного роста цен на энергоносители приобретает первостепенное значение.

Немного коснёмся принципов конструирования систем автономного электроснабжения на солнечных батареях. Мы уже пробовали рассчитать необходимое количество солнечных батарей, теперь перейдём к остальным компонентам системы. Энергия, полученная от солнечных батарей, направляется на зарядку аккумуляторов. Это необходимо по двум причинам:

— сглаживание неравномерности поступления энергии, например, в облачную погоду;

— реализация потребности в электроэнергии тогда, когда нет солнечного излучения (ночью и в пасмурные дни).

Для подбора количества и типа аккумуляторов также используются два параметра: конструкция инвертора (напряжение на низкой стороне) и ток зарядки, который может поступать от нескольких источников и не должен превышать 10 % от номинальной ёмкости для кислотных аккумуляторов и 25-30% от номинальной ёмкости для щелочных. Если в инверторе имеется зарядное устройство от сети, то оно должно автоматически регулировать зарядный ток в зависимости от степени заряда аккумуляторов. Кроме этого, особенно если подзарядка от существующей сети отсутствует, необходимо, чтобы аккумуляторы не боялись сульфатации пластин, иначе подзарядка маленьким током, который часто бывает в не очень ясную погоду, быстро выведет аккумуляторы из строя.

К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных электростанциях, добавим и низкий уровень саморазряда (иногда изготовители указывают эту отличительную черту). Обычный кислотный аккумулятор требует подзарядки не реже чем один раз в шесть месяцев, иначе выходит из строя. Через год после начала эксплуатации уровень саморазряда обычного кислотного аккумулятора достигает 1,5% в день от его номинальной ёмкости. Поэтому к аккумуляторам, применяемым в солнечных системах, предъявляются специфические требования.

Теперь перейдём к инверторам. Вообще, идеальной конструкцией солнечной электростанции следует считать ту, где разные группы нагрузок получают питание от разных инверторов, и количество и мощность инверторов соответствует количеству и мощности автоматических выключателей в распределительном щитке. Эти параметры выбираются при конструировании домашней электросети. Например, в распределительном щитке — 4 автомата на 16 А (максимально допустимая нагрузка на бытовые сети: розетки и освещение) и 2 автомата на 25 А (для питания силовой техники). Идеальным считаем применение 4 инверторов мощностью 16А х 220В=3520 Ватт и двух инверторов мощностью 25А х 220В=5500 Ватт. Причём питание эти инверторы могут получать от одной группы аккумуляторов, заряжаемых одной группой солнечных батарей.

Обычно изготовители указывают не мощность в Ваттах, а пиковую мощность в вольт-амперах, т.к. этот параметр выше по значению примерно на 20-30%. Многие фирмы выпускают инверторы с самыми различными свойствами. Они могут отличаться формой выходного сигнала (наиболее простые и дешёвые на выходе дают прямоугольный сигнал, так называемый «меандр», изготовители которого, правда, чаще называют его: модифицированной синусоидой, имитированной синусоидой, псевдо синусоидой, квазисинусоидой и т.д.), способом компенсации нагрузок (за счёт сохранения амплитуды напряжения или площади кривой), применяемым схемным решением (одно или два преобразования напряжения, импульсным или аналоговым преобразованием сигнала).

Некоторые инверторы имеют встроенное зарядное устройство от существующей сети, другие могут осуществлять подпитку сети и направлять энергию, полученную от солнца, в сеть. Вообще, конструкция инвертора может быть самой разнообразной.

Но в целом качественный инвертор должен выдавать чистый синусоидальный сигнал с искажениями меньше 3 %, не менять значение амплитуды напряжения при подключении нагрузки более 10 %, осуществлять двойное преобразование (первое — постоянного тока, второе – переменного), иметь аналоговую часть вторичного преобразования с качественным трансформатором, иметь значительный запас по перегрузке и набор защитных функций от короткого замыкания в нагрузке, от неправильного подсоединения к аккумуляторам, от перегрузки, от неисправности аккумуляторов, не допускать глубокого разряда аккумуляторов. Все остальные функции могут быть, а могут и отсутствовать. Иногда лишние сервисные функции затрудняют пользование подобным прибором, пользователь должен в идеале включить прибор и забыть об его существовании.

Ещё один достаточно важный вопрос, на который необходимо обратить внимание при выборе солнечных систем, вопрос запаса параметров. При использовании солнечной энергии мы применяем непредсказуемые природные явления. Поэтому для обеспечения стабильности электроснабжения необходимо иметь запас по источникам энергии (солнечным батареям), по хранилищам энергии (аккумуляторам) и по преобразователям энергии (инверторам). Естественно, подходить к вопросу избыточности надо разумно. Иногда бывает лучше и дешевле применять гибридную схему электроснабжения с применением других источников энергии: разного рода генераторов, существующего подключения к электросети и т.д.

В заключение можно сделать вывод, что в условиях, когда традиционные энергоносители дорожают, а на горизонте истощение природных ресурсов, обоснованность и необходимость применения альтернативных источников электроснабжения возрастает многократно.

Так же Вы можете приобрести готовые комплекты солнечных электростанций.

Солнечные электростанции для дома. Виды и устройство. Как выбрать

Альтернативные источники электрической энергии с каждым днем становятся все популярнее. Владельцев частных домов не привлекает высокая цена одного киловатта электричества. Одним из таких альтернативных источников являются солнечные электростанции для дома. Стоимость оборудования такой электростанции довольно высока, а сложность подбора и установки требует профессионального подхода.

Разобравшись с принципом работы, и подобрав подходящие составляющие элементы станции, можно самостоятельно установить все оборудование. Конечно, для этого необходимо обладать определенными навыками установки электрических устройств. При их отсутствии можно обратиться к профессионалам, но это обойдется дороже.

Общее устройство

Рис-1

Структурная схема электростанции состоит из следующих необходимых элементов, которые можно купить в торговых точках:

• Солнечные панели. Их число и размеры зависят от проектируемой мощности этой электростанции, а также от солнечной активности, характерной для данного географического региона. Такой солнечный модуль можно сделать самостоятельно, собрав его из кремниевых светочувствительных элементов.
• Комплект аккумуляторных батарей требуется для обеспечения потребителей дома электрической энергией во время пасмурной погоды, в темное время суток, а также в аварийных случаях или при перегруженности системы и снижении напряжения ниже границы надежного функционирования бытовых электрических устройств.
• Инвертор выполняет преобразование постоянного напряжения, поступающего от солнечных элементов, в переменное напряжение, необходимое для эксплуатации бытовых приборов и устройств.
• Контроллер обеспечивает необходимый уровень заряда батарей.

Получение бесплатной электрической энергии от солнечной электростанции связано со значительными затратами на покупку составляющих ее элементов. При правильной установке и бережной эксплуатации солнечная электростанция быстро окупается. Об этом свидетельствуют многочисленные отзывы владельцев этого оборудования. В среднем срок эксплуатации солнечных панелей составляет 50 лет, батарей аккумуляторов не более 10 лет, в зависимости от марки и типа батарей, а также от режима работы.

Устанавливая солнечные электростанции для дома, необходимо наличие небольшого помещения для установки в нем батарей аккумуляторов, инвертора и распределительного щита с коммутационными и защитными устройствами.

Классификация

Солнечные электростанции делятся по принципу работы и конструктивным особенностям. Рассмотрим основные разновидности таких систем.

Башенные

Это название электростанция получила из-за центральной башни, находящейся в центре зеркал с большой площадью.

В светлое время суток система управления регулирует расположение зеркал к солнцу таким образом, чтобы угол отражения света соответствовал попаданию солнечных лучей на котел, закрепленный на верхней части башни. В яркий солнечный день температура внутри котла может достигать 700 градусов. Вода, играющая роль теплоносителя, при такой температуре переходит в парообразное состояние.

С помощью специальных насосов водяной пар подается  на турбину, приводящую в действие генератор электрической энергии. Такая схема работы позволяет достичь КПД 20%. Она может использоваться для генерирования электрической энергии жилых домов и небольших промышленных объектов.

Тарельчатые

Принцип действия тарельчатых солнечных электростанций аналогичен башенным системам с небольшими отличиями. В них применяется модульная система, включающая модули из отдельно собранных отражателей в форме тарелки и приемника лучей солнца. Зеркало имеет диаметр, достигающий двух метров. Отдельные группы модулей могут быть объединены в одну электрическую сеть.

Такие электростанции изготавливают в мобильном или стационарном исполнении. Мобильные станции удобны для использования их в поисковых экспедициях, проводящих работы в районах с большим числом солнечных дней.

Панельные солнечные электростанции для дома

Их устройство состоит из отдельных фотоэлектрических полупроводниковых преобразователей, выполненных на монтажных платах. При группировании их в одну сеть можно изготовить источник электрического тока мощностью в десятки мегаватт. Такие солнечные панели можно устанавливать в различных местах: на воде, на крыше автомобиля, на здании дома и даже в космосе.

Они удобны для решения бытовых задач по полному обеспечению электрической энергией собственного дома. Солнечные панели преобразуют солнечные лучи в постоянный ток, поступающий в батареи аккумуляторов. Непосредственно от панелей, минуя аккумуляторы, могут работать только маломощные электрические устройства, например, калькулятор или часы.

Контроллер следит за процессом зарядки аккумуляторов, не позволяя им перезарядиться или полностью разрядиться. Такой контроллер можно заменить силовым диодом. Это значительно уменьшит стоимость конструкции. Но для этого хозяину дома нужно будет постоянно следить за процессом заряда батарей самостоятельно.

Аккумуляторные батареи предназначены для основного питания электричеством всего дома и бытовых устройств. Но основная часть бытовых потребителей электроэнергии способна функционировать от переменного напряжения 220 вольт. Для преобразования постоянного тока батарей аккумуляторов в переменный ток, служат инверторы. Они необходимы для подачи питания к мощным бытовым устройствам: пылесосам, стиральным машинам, холодильникам и т.д.

Напрямую от аккумуляторов можно подключать только устройства, снабженные блоками питания на низкое напряжение: 24 или 12 вольт. Такими потребителями могут быть зарядные устройства, радиоэлектронные устройства, компьютеры.

Виды солнечных панельных электростанций

Солнечные электростанции для дома наиболее удобны в панельном исполнении. Они делятся на виды по следующим признакам:

• Автономные солнечные электростанции для дома (Рис-1). Их конструкция состоит из солнечных панелей и накопительных батарей аккумуляторов. Это дает возможность создания абсолютно независимых систем снабжения электрической энергией от внешних источников.Значительным недостатком автономных станций является высокая стоимость оборудования, так как основную часть стоимости составляют накопители (аккумуляторы) электроэнергии, стоимость которых высока.
• Сетевые. Эти солнечные электростанции для дома не имеют в составе дорогих аккумуляторных батарей. Они используются для работы в стационарных электрических сетях. Накопленная солнечная энергия поступает для работы различных потребителей. При излишках электричества, часть его передается в общую сеть, а при нехватке – забирается из сети недостающая часть.При этом общая электрическая сеть играет роль накопителя электроэнергии. Недостатком такой системы является зависимость от работы стационарной сети и наличия в ней электроэнергии. Сетевые электростанции используют для питания небольших домов с мощностью потребления около 10 киловатт.

• Гибридные. В таких электростанциях сочетаются две рассмотренные выше схемы. Это позволяет уменьшить полную стоимость станции и компенсировать аварийные ситуации, например, при повреждении стационарной сети или при больших токовых перегрузках.

Параболические концентраторы

Такие солнечные электростанции для дома изготавливаются в виде цилиндрического отражателя, изогнутого по параболе. Отражатель концентрирует солнечные лучи в определенном фокусе.

Вдоль концентратора проложена труба с теплоносителем, который состоит из технического масла. Теплоноситель нагревается, тем самым нагревает воду, от чего вода превращается в пар. Далее энергия преобразовывается в парогенераторе.

Как выбирать солнечные электростанции для дома

• Определить величину наибольшей расходуемой энергии бытовыми устройствами, работающими одновременно с учетом добавки на мощность запуска. По этому параметру подбирается тип солнечных панелей электрической станции
• Рассчитать наибольшую суточную нагрузку расхода электроэнергии в киловаттах в час.
• При подборе готовых комплектов электростанций необходимо учесть время работы оборудования: сезонно или круглый год.
• Заблаговременно необходимо определить среднемесячную и среднегодовую активность солнца, получив консультацию в метеослужбе.
• При подборе накопительных батарей следует обратить внимание на низшую границу саморазряда. Батареи должны сохранять заряд не менее четырех дней. Оптимальным вариантом являются аккумуляторы марки GEL. Они неприхотливы для тяжелых условий работы, не подвержены негативным факторам внешней среды, в отличие от других марок.
• Подбор преобразователя энергии (инвертора) зависит от числа устройств с повышенным пусковым током. Если таких устройств много, то нужно выбрать синусоидальный преобразователь. Его мощность должна быть выше пусковой мощности подключаемого устройства. Если обычная мощность равна 600 ватт, то пусковая мощность будет около 2 киловатт. При этом следует выбрать инвертор с пусковой мощностью выше 2 киловатт.
• Для качественного выбора контроллера следует разделить мощность солнечных панелей на напряжение батарей аккумуляторов. При этом мы определим наибольший показатель рабочего тока заряда, который способен выдержать контроллер.

Похожие темы:

2.1.2. Солнечная электроэнергетика — Энергетика: история, настоящее и будущее

2.1.2. Солнечная электроэнергетика

Солнечная энергия может быть превращена в электрическую двумя основными путями: термодинамическим и фотоэлектрическим.

При термодинамическом методе электрическую энергию за счет использования солнечной энергии можно получать с использованием традиционных схем в тепловых электроустановках, в которых теплота от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения. Принципиальная схема получения электрической энергии в солнечной теплоэлектростанции представлена на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Принципиальная блок-схема солнечной теплоэлектростанции

Существуют солнечные теплоэлектростанции трех типов:

башенного типа с центральным приемником-парогенератором, на поверхности которого концентрируется солнечное излучение от плоских зеркал-гелиостатов;

параболического (лоткового) типа, где в фокусе параболоцилиндрических концентраторов размещаются вакуумные приемникитрубы с теплоносителем;

тарелочного типа, когда в фокусе параболического тарелочного зеркала размещается приемник солнечной энергии с рабочей жидкостью.

Станции башенного типа состоят из пяти основных элементов: оптической системы, автоматической системы управления зеркалами и станцией в целом, парогенератора, башни, которая удерживает гелиоприемник и системы преобразования энергии, включающей теплообменники, аккумуляторы энергии и турбогенераторы.

Принципиальная схема солнечной электростанции башенного типа показана на рис. 2.7.

Так как в такой электростанции используется прямое солнечное излучение, концентрирующие гелиосистемы должны иметь систему наблюдения за Солнцем, при этом каждый из гелиостатов ориентируется в пространстве индивидуально.

Температура, которую можно получить на вершине башни с помощью зеркальных концентраторов, составляет 300–1500°С. В одном модуле можно получить мощность, не превышающую 200 МВт, что связано со снижением эффективности переноса энергии от наиболее удаленных концентраторов на вершину башни.

Рис. 2.7. Схема солнечной электростанции башенного типа

Мировая практика эксплуатации станций башенного типа доказала их техническую осуществимость и работоспособность. Основными недостатками таких установок являются их высокая стоимость и значительная площадь, которую они занимают. Так, для размещения башенной электростанции мощностью 100 МВт необходима площадь 200 га.

Рис. 2.8. Солнечная термодинамическая электростанция «Solar Two»

Демонстрационная солнечная термодинамическая электростанция «Solar Two» (рис. 2.8) работала и развивалась с 1981 по 1999 годы в пустыне Мохаве (Калифорния, США). Ее мощность превышала 10 МВт. Солнечную башню этой станции окружали 1926 гелиостатов общей площадью 83000 м 2. Интересно, что солнечный свет грел не воду, а промежуточный теплоноситель – расплавленную смесь нитратов натрия и калия. От нее уже закипала вода, дающая пар для турбин. В 1999 году ученые переоборудовали эту станцию в гигантский детектор черенковского излучения для изучения воздействия космических лучей на атмосферу.

Свет от сотен больших зеркал столь ярок, что заставляет светиться пыль и влагу в воздухе, благодаря чему и видны лучи, окружающие красивую белую башню. На переднем плане видны стоящие рядом с зеркалами фотоэлектрические панели с концентраторами. Зеркала же, направленные на солнечную башню, с этого ракурса не видны.

Солнечная электростанция в Севилье (PS1), Испания (фото Solucar)

Запуск современной солнечной электростанции башенного типа состоялся 30 марта 2007 года в районе Санлукар-ла-Майор недалеко от Севильи (Испания). Красивая бетонная башня высотой 115 м и 624 зеркала гелиостатов площадью 120 м 2 каждое обеспечивают паром паротурбинную установку мощностью 11 МВт, достаточной для снабжения электроэнергией 6000 домов, экономя тем самым 18000 тонн углеродных выбросов в год.

Рядом с данной станцией уже идет строительство еще одной подобной станции (PS2), но более мощной. Будет установлено примерно 1255 зеркал. Расчетная мощность электростанции – 20 МВт. Запуск второй станции сократит выбросы СО₂ в атмосферу на 54 000 тонн в год и обеспечит электроэнергией

около 18 000 домов. А всего к 2013 году различные по принципу действия солнечные установки, которые будут установлены на площадке в Санлукар-ла-Майор, будут иметь суммарную электрическую мощность 300 МВт, что достаточно для удовлетворения потребностей в электроэнергии такого города, как Севилья.

Рис. 2.9. Схема солнечной электростанции параболического типа

В солнечных электростанциях параболического типа (рис. 2.9) используются параболические зеркала (лотки), концентрирующие солнечную энергию на приемных трубках, которые расположены в фокусе конструкции и содержат в себе жидкостный теплоноситель. Эта жидкость нагревается приблизительно до 400°С и прокачивается через ряд теплообменников, при этом вырабатывается перегретый пар, который приводит в действие обычный турбогенератор для выработки электрической энергии.

Станции параболического типа применяются все шире благодаря более простой системе слежения за Солнцем и меньшей материалоемкости. Удельная стоимость станций параболического типа близка к удельной стоимости АЭС.

а

б

Рис. 2.10. Солнечная установка тарелочного типа: а – схема солнечной установки тарелочного типа; б – солнечная установка мощностью 10кВт на солнечной электростанции в Аlmeria (Испания)

Вид на станцию PS1 с высоты птичьего полёта. На заднем плане видна площадка, которую готовят под PS2 (фото Solucar)

В установках тарелочного типа (рис. 2.10) используются параболические тарелочные зеркала (похожие по форме на спутниковую тарелку), которые фиксируют солнечную энергию на приемнике, расположенном в фокусе каждой тарелки.

Жидкость в приемнике нагревается до 1000°С и ее энергия используется для выработки электрической энергии либо в двигателе Стирлинга, либо в установке, работающей по циклу Брайтона. Установки имеют систему слежения за Солнцем. Ввиду эффекта аберрации в связи с отклонением от идеальной формы и других конструктивных факторов максимальный диаметр тарелок не превышает 20 м при мощности до 60–75 кВт. Удельная стоимость солнечной электростанции тарелочного типа может быть меньше, чем электростанций башенного и параболического типов.

Солнечная электростанция компании Solucar в Санлукар-ла-Майор проверяет в деле самые разные технологии. Например, параболические концентраторы с двигателями Стирлинга и длиннющие параболические (в поперечном сечении) зеркала с трубами для разогрева теплоносителя (фото Solucar).

Длинные параболические (в поперечном сечении) зеркала с трубами для разогрева теплоносителя (фото Solucar)

Солнечные электростанции наиболее эффективны в районах с высоким уровнем солнечной радиации и малой облачностью. Их к.п.д. может достигать 20%, а мощность 100 МВт.

Солнечная фотоэнергетика представляет собой прямое преобразование солнечной радиации в электрическую энергию. Принцип действия фотоэлектрического преобразователя основывается на использовании внутреннего фотоэффекта в полупроводниках и эффекта деления фотогенерированных носителей зарядов (электронов и дырок) электронно-дырочным переходом или потенциальным барьером типа металл–диэлектрик–полупроводник. Фотоэффект имеет место, когда фотон (световой луч) падает на элемент из двух материалов с разным типом электрической проводимости (дырочной или электронной). Попав в такой материал, фотон выбивает электрон из его среды, образуя свободный отрицательный заряд и «дырку». В результате равновесие так называемого p – n -перехода нарушается и в цепи возникает электрический ток. Строение кремниевого фотоэлемента показано на рис. 2.11.

Чувствительность фотоэлемента зависит от длины волны падающего света и прозрачности верхнего слоя элемента. В ясную погоду кремниевые элементы вырабатывают электрический ток приблизительно силой 25 мА при напряжении 0,5 В на 1 см 2 площади элемента, то есть 12–13 мВт/см 2 . Теоретическая эффективность кремниевых элементов составляет около 28%, практическая – от 14 до 20%.

При последовательно-параллельных соединениях солнечные элементы образуют солнечную (фотоэлектрическую) батарею. Мощность солнечных батарей, которые серийно выпускаются промышленностью, составляет 50–200 Вт. На рис. 2.12 показаны фотоэлектрические батареи для маяка на о. Змеиный (Украина). На солнечных фотоэлектрических станциях солнечные батареи используются для создания фотоэлектрических генераторов. На рис. 2.13 изображены состав и блок-схема солнечной фотоэлектрической станции. Срок службы такой станции составляет 20–30 лет, а эксплуатационные затраты минимальные.

 

Рис. 2.11. Схема кремниевого фотоэлемента

Фотоэлектрические панели

Недостатками плоских фотоэлементов для получения электрической энергии являются их высокая стоимость (до 5 дол.США/Вт) и значительные площади, необходимые для размещения фотоэлектростанции.

Рис. 2.13. Блок-схема солнечной фотоэлектрической станции

Система фотоэлектрического освещения ботанического сада

Рис. 2.12. Фотоэлектрическая система энергоснабжения комплекса на о. Змеиный мощностью 10 кВт

Одним из путей совершенствования фотоэнергетики является создание концентрирующих фотоэлементов. Система концентрации солнечной энергии состоит непосредственно из концентраторов и системы слежения за положением Солнца, так как концентрирующие фотоэлементы воспринимают только прямое солнечное излучение.

Сегодня основой для создания концентрируемых солнечных элементов служит кремний. Так, на основе кремния в Австралии созданы элементы со степенью концентрации k =11 и к. п.д. 21,6%, в США выпускаются кремниевые элементы с k =40 и к.п.д. 20%.

Для повышения эффективности фотоэлектрического преобразования солнечной энергии в качестве исходного материала применяют арсенид галлия, фотоэлектрические потери которого при высоких температурах значительно ниже, чем у кремния.

На основе арсенида галлия созданы двухи трехкаскадные элементы с высокой эффективностью работы при степени концентрации 1000 и больше. Уже созданы лабораторные образцы солнечных элементов площадью 0,5 см 2 с k =500 и к.п.д. 40%.

Прогнозы специалистов в области фотоэлектрического преобразования солнечного излучения показывают, что наиболее перспективными будут концентраторы с k =1000, работающие с многокаскадными арсенидгаллиевыми солнечными элементами нового поколения.

Рис. 2.14. Схема солнечной аэростатной электростанции: 1 – прозрачная оболочка; 2 – поглощающая оболочка; 3 – паропровод; 4 – трубопровод с водяными насосами; 5 – паровая турбина с генератором; 6 – конденсатор; 7 – ЛЭП

Модульный тип фотоэлектрических преобразователей позволяет создавать установки любой мощности и делает их весьма перспективными

Один из эффективных способов использования фотоэлементов – фотоэлектрический транспорт. Многие фирмы создают автомобили на солнечных фотоэлементах. В 1980 г. изготовлен первый солнечный самолет «Солар Челленджер», который может пролететь 160 км.

Существенным недостатком существующих солнечных энергетических установок является неравномерность их работы, что связано с изменением потока солнечного излучения, достигающего поверхности Земли, вызванного погодными условиями, сменой времен года и временем суток.

Солнечные аэростатные электростанции могут стать одним из возможных новых направлений, позволяющих более эффективно использовать солнечную энергию. У солнечных аэростатных электростанций основной элемент – аэростат – может быть вынесен на несколько километров над поверхностью Земли, выше облаков, что обеспечивает непрерывное использование солнечной энергии в течение дня (рис. 2.14, 2.15). Принципиальная схема работы солнечной аэростатной электростанции (САЭС) с паровой турбиной заключается в поглощении поверхностью аэростата солнечного излучения и нагрева за счет этого водяного пара, находящегося внутри (см. рис. 2.14). При этом оболочка аэростата выполняется двухслойной. Солнечные лучи, проходя через наружный прозрачный слой, нагревают внутренний слой оболочки с нанесенным покрытием, поглощающим солнечное излучение. Находящийся внутри оболочки водяной пар нагревается поступающим через оболочку тепловым потоком до 100–150°С. Прослойка газа (воздуха) между слоями, выполняя роль теплоизоляции, уменьшает потери тепла в атмосферу. Давление пара практически равно давлению наружного воздуха. Водяной пар по гибкому паропроводу подается на паровую турбину, затем конденсируется в конденсаторе, вода из конденсатора вновь подается насосами во внутреннюю полость оболочки, где испаряется при контакте с перегретым водяным паром. К.п.д. такой установки может составить 25%, причем благодаря запасу водяного пара во внутренней полости аэростата установка может работать и ночью. При диаметре аэростата 150 м и размещении на высоте 5 км установка может иметь мощность 2 МВт.

 

Рис. 2.15. Аэростатная солнечная электростанция: 1 – оболочка баллона аэростата; 2 – тонкопленочные солнечные элементы; 3 – канат с электрическим кабелем; 4 – барабан; 5 – электромотор7редуктор; 6 – инвертор

 

Аэростатные солнечные электростанции могут быть размещены в черте города

Такие САЭС могут размещаться в нескольких сотнях метров над поверхностью земли с силовой паротурбинной установкой на земле или над поверхностью моря с силовой установкой на заякоренных платформах, к которым также крепится аэростат. При расположении аэростата на высоте 5–7 км обеспечивается работа САЭС, не зависящая от погодных условий. При этом силовая паротурбинная установка может размещаться на земле или в люльке аэростата с передачей электроэнергии по кабелю на землю. В настоящее время имеется опыт использования таких САЭС в Тайване.

Первая опытно-промышленная САЭС «Черная жемчужина», введенная в эксплуатацию в 2003 г., состоит из приемника солнечной энергии в виде нескольких слоев гибких сферических оболочек. Важным достоинством конструкции является то, что пар, нагнетаемый компрессором в разделенное на отсеки пространство между прозрачной и поглощающей оболочкой, благодаря автоматизированной системе клапанов циркулирует только на освещенной стороне. Такая САЭС мощностью 5 МВт занимает площадь 0,3 км 2. В другой САЭС «Черная луна», введенной в действие в 2005 г., центр оболочки диаметром 300 м находится на высоте 450 м, что позволило резко сократить используемую площадь. На основании положительного опыта эксплуатации этих САЭС Тайвань предусматривает их широкое строительство.

Другим возможным направлением использования в ХХI в. солнечной энергии является создание солнечных орбитальных электростанций с солнечными батареями, аккумулирующими энергию Солнца и преобразующими ее в микроволновое или лазерное излучение, направленное на Землю, где оно воспринимается специальными антеннами и затем преобразуется в электрическую энергию.

В качестве преобразователей солнечной энергии в электрическую обычно служат солнечные элементы, которые соединяют вместе, образуя солнечные батареи.

В космосе, где нет атмосферы, облаков, смены дня и ночи, на единицу площади поступает круглосуточно солнечной энергии в десять раз больше, чем на земной поверхности. Исследовательские работы по солнечным орбитальным электростанциям начались в 70-е годы ХХ века в США, СССР и других странах.

В настоящее время работы над созданием таких станций ведутся в США, России, Японии и других странах с использованием новейших научно-технических достижений в фотоэлектрической энергетике, электронике и робототехнике. При этом дальнейшего решения требуют такие технические вопросы, как снижение массы орбитальных электростанций, затрат по выводу оборудования в космос и др.

Япония предусматривает на уровне 2030 г. собрать на орбите на высоте 36 тыс.км солнечную электростанцию, передающую электроэнергию на Землю в виде микроволнового луча, прием ее будет осуществляться наземной антенной. Важным достижением является получение недавно учеными из Японского космического агентства элементов, преобразующих энергию солнечного излучения в лазерный пучок с к.п.д. 42%.

Солнечные батареи международной космической станции

Для реализации таких сложных и дорогостоящих проектов, как создание солнечных орбитальных электростанций, важнейшим фактором является международное сотрудничество.

Солнечная электростанция MUST PV 3000-1200-8

Солнечная электростанция MUST PV 3000-1200-8

( Must — бренд гибридного инвертора www.mustups.com — крупный производитель оборудования для альтернативной энергетики в южно-азиатском регионе, 

3200 — длительная выходная мощность инвертора, Вт

1200 — мощность солнечных батарей, Вт

8 — энергоотдача аккумуляторного блока, кВт*ч

обеспечивает производство электроэнергии за период апрель — сентябрь до 5,6 — 6,0 кВт*ч за одни сутки, пиковая мощность солнечных батарей составляет 1200 ватт. Это полностью укомплектованное всем необходимым и готовое к работе решение. В состав солнечной электростанции входят все необходимые устройства защиты, автоматики, включая устройство для контроля энергии, необходимые для сборки кабели, провода и крепеж. Для работы солнечной электростанции не требуется дополнительная настройка, станция полностью готова к работе сразу после подключения аккумуляторных батарей и включения инвертора.

Выходное напряжения 220 вольт, синусоидальное, что позволяет использовать любые электроприборы без риска их повреждения. Максимальная мощность используемых приборов или мощность при одновременном включении нескольких потребителей электроэнергии не должна превышать значение 3200 ватт. Инвертор позволяет подключать электроприборы с высокой пусковой мощностью до 6000 ватт — на пример бытовые насосы и холодильники. Встроенный высокоэффективный контроллер заряда обеспечивает максимальный отбор энергии солнечных панелей с одновременным контролем процесса заряда аккумуляторов, что позволяет запасать электроэнергию, объемом до 7,6 кВт*час. Аккумуляторные батареи электростанции являются герметизированными, выполнены по технологии GEL.

Инвертор имеет  информативный дисплей на котором отображаются режимы работы энергосистемы.

Дополнительно система может комплектоваться  аккумуляторным монитором . Основная функция батарейного монитора BMV 700 это следить и показывать такие параметры работы системы, как напряжение АКБ, токи заряда и разряда, израсходованные ампер-часы, и , самое Важное, остаточную емкость АКБ в процентах вне зависимости от подключенной нагрузки. Все параметры отражаются на одном жидкокристаллическом дисплее.

  

 Солнечная электростанция оборудована входом для подключения бензо генератора с автоматическим переключением электроприборов к генератору. Генератор также обеспечит заряд аккумуляторов встроенным сетевым зарядным устройством.

К солнечной электростанции MUST PV 3000-1200-8 — может быть подключено дополнительное оборудование, что позволит увеличить объем производимой электроэнергии и емкость хранения. То есть она является наращиваемой до 3000 ватт фотопанелей и до 12 аккумуляторов по 200 ач

Солнечная электростанция  поставляется в разобранном виде. Комплект поставки включает следующие упаковки:

Основное оборудование

• Инвертор Must pv 4000 MPPT — 1 шт.      
• Солнечная панель DELTA SM — 300 ватт моно —  4 шт.    ( мы оставляем за собой право изменять производителя солнечных батарей при сохранении характеристик, фактически батареи все одинаковые)                
• Аккумулятор  DELTA GEL  12-200- 4 шт. 

Сопутствующее коммутационное оборудование

• Герметичный разъем для солнечной батареи MC4 — 1 шт.  
• Комплект разветвителей MC4 на 2 солнечных модуля — 2 шт.  
• Солнечный кабель FR-Cable 6 мм2 — 16 метров.   
• Коммутационный щит с автоматами постоянного и переменного тока  и розеточной группой 
• стеллаж для аккумуляторов
• Устройство защиты от импульсных перенапряжений ( УЗИПП)
• Крепление 2-Х  солнечных батарей на кровле —  2 комплекта

Опциональное оборудование, не включенное в стоимость

Батарейный монитор  BMV 700  >>

---

Солнечная электростанция обеспечит электроэнергией следующие бытовые приборы:

• Большой энергосберегающий холодильник класса А, мелкая кухонная техника, микроволновая печь, электрический чайник.
• Освещение — светодиодные или энергосберегающие лампы.
• Ноутбук, компьютер, телевизор, DVD проигрыватель.
• Насос для воды, любой ручной электроинструмент или садовая техника с мощностью до 2400 ватт. Среднесуточное потребление энергии 4,0 кВт*час за одни сутки.

---

 Проще говоря подключать можете все что угодно в разумном пределе до 3 кВт, а вот как долго это будет работать во включенном состоянии, зависит от времени суток, состояния неба, времени года и лично от Вас. Примерное количество энергии от солнечных батарей и энергоемкость акб Вам предоставлены

Основные преимущества солнечной электростанции:

• готовое решение, созданное обеспечивать электроэнергией автономные объекты (коттеджи, дома, дачи и т. д.)
• экологически чистая энергия
• возможность модернизации (увеличение производительности электроэнергии)
• простота использования
• длительный срок службы
• гарантия и техническая поддержка

Солнечная электростанция для дома | Каталог самоделок

Установить на крыше солнечные фотоэлементы, которые за день зарядят аккумуляторы, а вечером пользоваться дармовой энергией — это путь к полной независимости от государственного электроснабжения, цен на газ и так далее.

Простейшая схема солнечной станции

Преимуществ у домашней солнечной электростанции предостаточно:

1. Простота установки и подключения. Не надо строить высокую башню, как для ветровой электростанции, бетонировать фундамент.
2. Для строительства не нужны большие площади. Многие укладывают светоактивные листы на крышу частного дома.
3. Простой и нематериалозатратный монтаж сильно сокращает денежные расходы.
4. Возможно, по мере накопления средств, добавлять к имеющимся панелям новые, увеличивая мощность установки в целом, чего нельзя сделать для ветровой станции.
5. Отсутствуют вращающиеся части, которые нужно смазывать, подтягивать. Профилактический осмотр солнечных элементов специалисты рекомендуют проводить раз в 1–2 года.
6. Может эксплуатироваться без капитального ремонта до 25 лет.
7. Все компоненты электроустановки подвозятся к месту установки в собранном виде.
8. Солнечные станции бесшумны, безопасны для людей, не мешают птицам. Они самые экологически безопасные среди зелёных технологий.

 

Перейдем к недостаткам:

1. Ограничено применение в некоторых регионах количеством солнечных дней.
2. Имеют низкий КПД и слабую мощность, особенно в хмурые зимние дни, по сравнению с другими источниками энергии.

 

Подбор PV-элементов

 

Черные фотоэлектрические панели, photovoltaic PV-элементы, те, которые в диковинку видеть на крышах российских домов, сплошь покрывают любые строения в Японии. А японцы очень практичны и не будут городить то, от чего мало проку. Главная задача — правильно выбрать тип солнечного элемента.

 

В продаже представлены четыре типа фотоэлектрических элементов:

1. монокристаллические;
2. поликристаллические;
3. аморфные;
4. тонкоплёночные.

 

• Монокристаллические делают из отполированного листа кремния. Примерно 1 кВт энергии от таких изделий можно получить с площади 7 квадратных метров.
• Поликристаллические кремниевые менее производительные, чем первые. Чтобы получить 1 кВт уже потребуется занять площадь более 8 кв. метров.
• Аморфные наиболее экономичны при изготовлении: аморфный кремний наносится тонким слоем на подложку и расходуется гораздо меньше. Эти батареи имеют самую низкую мощность и относительно дешевы.
• Тонкопленочные имеют наибольший КПД в 25 процентов, по сравнению с показателем 12–17 у первых трёх типов. Могут вырабатывать энергию при слабом освещении, даже зимой в облачную погоду. Производят такие пленки на нескольких американских заводах для промышленного использования. Стоят они очень дорого.

 

Оптимальным вариантом для южной полосы: Одесса – Ростов на Дону – Астрахань – побережье северное Каспийского моря являются монокристаллические элементы. Можно собрать эффективную солнечную установку мощностью до 500 кВт/час за месяц.

 

Другие компоненты солнечной электростанции

 

1. Инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный. Фотоэлектрические элементы вырабатывают постоянный ток низкого напряжения, а большинство бытовых приборов работает на переменном высоком напряжении.
2. Аккумуляторы, сохраняющие энергию для ночного времени.
3. Контроллер – зарядное устройство, не допускающее перезарядки аккумуляторов и защищающее от утечки обратного тока на PV-элементы ночью.
4. Автоматическое реле, которое при полной разрядке аккумуляторов переключает питание домашних приборов к общей сети.
5. Электросчетчик, остается для контроля потребленной энергии.

 

Цена солнечной установки

 

Покупать солнечную электростанцию под ключ, к примеру, СЭС-5 удобно тем, что специалисты компании-производителя сами всё привезут, соберут, подключат, проверят и гарантию дадут.

СЭС-5, производитель Термо Технологии, Украина

Стоимость СЭС-5, вместе с монтажом составляет 8250, 9100 долларов. Такая система замечательна тем, что излишки выработанной энергии можно продать в общую сеть по зеленому тарифу. Установка состоит из 25 фотоэлектрических элементов, средней производительностью за месяц – 521 кВт/час. Есть установки равной мощности по цене 15000 долларов. Если в вашем доме все бытовые приборы расходуют за сутки около 10 кВт/час, то этой электростанции вполне достаточно, чтобы всё светилось, крутилось. Кроме отопления, конечно.

 

Обогрев дома зимой такая электростанция не потянет. Надо увеличить количество солнечных элементов и аккумуляторов как минимум вдвое, соответственно и цена возрастет вдвое.

 

Если же комплектовать домашнюю электростанцию самостоятельно, то собранная установка обойдется в 8032 доллара. Из расчета, если каждый компонент будет стоить:

• PV-элементы Yabang Solar YBP 250-60 (250 Вт, 24 В), 20 штук — 4250 долларов;
• контроллер (зарядное устройство) — 25 долларов;
• аккумуляторы SIAP PzS 4 APH 420 (2 В, 420 А), 24 шт. — 3624 доллара;
• инвертор — 69 долларов;
• автоматическое реле — 33 доллара;
• электросчетчик — 31 доллар.

 

Итого: если умудрится самому собрать и подключить солнечную электростанцию для дома, то можно сэкономить лишь 218 долларов.

 

Автор: Виталий Петрович, Украина Лисичанск.

 

---

 

Солнечные тепловые электростанции — Управление энергетической информации США (EIA)

Солнечные тепловые электростанции используют концентрированную солнечную энергию

Солнечные системы тепловой энергии / выработки электроэнергии собирают и концентрируют солнечный свет для производства высокотемпературного тепла, необходимого для выработки электроэнергии. Все солнечные тепловые энергетические системы имеют коллекторы солнечной энергии с двумя основными компонентами: отражатели (зеркала), которые улавливают и фокусируют солнечный свет на приемник .В большинстве типов систем жидкий теплоноситель нагревается и циркулирует в ресивере и используется для производства пара. Пар преобразуется в механическую энергию в турбине, которая приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Системы солнечной тепловой энергии имеют системы слежения, которые удерживают солнечный свет на приемнике в течение дня, когда солнце меняет свое положение в небе. Солнечные тепловые электростанции обычно имеют большое поле или массив коллекторов, которые поставляют тепло турбине и генератору.Некоторые солнечные тепловые электростанции в Соединенных Штатах имеют две или более солнечных электростанций с отдельными массивами и генераторами.

Солнечные тепловые энергетические системы могут также иметь компонент системы накопления тепловой энергии, который позволяет системе солнечного коллектора нагревать систему накопления энергии в течение дня, а тепло от системы накопления используется для производства электроэнергии вечером или в пасмурную погоду. Солнечные тепловые электростанции также могут быть гибридными системами, которые используют другие виды топлива (обычно природный газ) для дополнения энергии солнца в периоды низкой солнечной радиации.

Типы концентрирующих солнечных тепловых электростанций

Линейные обогатительные системы

Линейные концентрирующие системы собирают солнечную энергию с помощью длинных прямоугольных изогнутых (U-образных) зеркал. Зеркала фокусируют солнечный свет на приемники (трубки), которые проходят по длине зеркал. Концентрированный солнечный свет нагревает жидкость, текущую по трубкам. Жидкость направляется в теплообменник для кипячения воды в обычном паротурбинном генераторе для производства электроэнергии.Существует два основных типа систем линейных концентраторов: системы с параболическим желобом, в которых приемные трубки расположены вдоль фокальной линии каждого параболического зеркала, и системы с линейными отражателями Френеля, где одна приемная трубка расположена над несколькими зеркалами, чтобы обеспечить большую подвижность зеркал в отслеживание солнца.

Линейная электростанция с концентрирующим коллектором имеет большое количество, или , поле , коллекторов в параллельных рядах, которые обычно выровнены в направлении север-юг для максимального сбора солнечной энергии.Эта конфигурация позволяет зеркалам отслеживать солнце с востока на запад в течение дня и непрерывно концентрировать солнечный свет на приемных трубках.

Параболические желоба

Параболический желобный коллектор имеет длинный отражатель параболической формы, который фокусирует солнечные лучи на приемной трубе, расположенной в фокусе параболы. Коллектор наклоняется вместе с солнцем, чтобы солнечный свет фокусировался на приемнике, когда солнце движется с востока на запад в течение дня.

Благодаря своей параболической форме желоб может фокусировать солнечный свет от 30 до 100 раз больше его нормальной интенсивности (коэффициента концентрации) на приемной трубе, расположенной вдоль фокальной линии желоба, достигая рабочих температур выше 750 ° F.

Электростанция с параболическим желобом

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Линейные концентрирующие системы с параболическим желобом используются в самой продолжительной в мире солнечной тепловой электростанции — Солнечной системе производства энергии (SEGS).Объект с девятью отдельными заводами расположен в пустыне Мохаве в Калифорнии. Первая станция в системе, SEGS I, работала с 1984 по 2015 год, а вторая, SEGS II, — с 1985 по 2015 год. SEGS III – VII (3–7), каждая из которых имеет летнюю генерирующую мощность 36 мегаватт (МВт). , вступили в строй в 1986, 1987 и 1988 годах. SEGS VIII и IX (8 и 9), каждая из которых имеет чистую летнюю электрическую мощность 88 МВт, начали работу в 1989 и 1990 годах соответственно. В совокупности семь действующих в настоящее время станций SEGS III – IX имеют общую чистую летнюю электрическую мощность около 356 МВт, что делает их одними из крупнейших солнечных тепловых электростанций в мире.

• Электростанция Солана: двухэлектростанция мощностью 280 МВт с компонентом хранения энергии в Хила-Бенд, Аризона
• Проект солнечной энергии в Мохаве: объект мощностью 280 МВт с двумя заводами в Барстоу, Калифорния
• Genesis Solar Energy Project: двухэлектростанция мощностью 250 МВт в Блайте, Калифорния
• Nevada Solar One: электростанция мощностью 69 МВт недалеко от Боулдер-Сити, Невада

Линейные отражатели Френеля

Системы с линейным отражателем Френеля (LFR) похожи на системы параболического желоба в том, что зеркала (отражатели) концентрируют солнечный свет на приемнике, расположенном над зеркалами. В этих отражателях используется эффект линзы Френеля, который позволяет получить концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием. Эти системы способны концентрировать солнечную энергию примерно в 30 раз по интенсивности. Компактные линейные отражатели Френеля (CLFR), также называемые концентрирующими линейными отражателями Френеля, представляют собой тип технологии LFR, которая имеет несколько поглотителей в непосредственной близости от зеркал. Несколько приемников позволяют зеркалам изменять свой наклон, чтобы свести к минимуму то, насколько они блокируют доступ к соседним отражателям для солнечного света.Такое расположение повышает эффективность системы и снижает потребности в материалах и затраты. Демонстрационная солнечная электростанция CLFR была построена недалеко от Бейкерсфилда, Калифорния, в 2008 году, но в настоящее время не работает.

Башни солнечной энергии

Система солнечной энергетической башни использует большое поле плоских зеркал, отслеживающих солнце, называемых гелиостатами, для отражения и концентрации солнечного света на приемнике на вершине башни. Солнечный свет может концентрироваться до 1500 раз.В некоторых градирнях в качестве теплоносителя используется вода. Передовые разработки экспериментируют с расплавом нитратной соли из-за его превосходных возможностей теплопередачи и хранения энергии. Возможность хранения тепловой энергии позволяет системе вырабатывать электроэнергию в пасмурную погоду или ночью.

• Солнечная электростанция Иванпа: объект с тремя отдельными коллекторными полями и башнями с комбинированной чистой летней производственной мощностью 399 МВт в Айвенпа-Драй Лейк, Калифорния
• Crescent Dunes Solar Energy Project: объект с одной башней мощностью 110 МВт с компонентом хранения энергии в Тонапе, Невада

Башня солнечной энергии

Источник: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL)

Солнечная антенна / двигатели

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Солнечная антенна / двигатели

В системах солнечной антенны / двигателя используется зеркальная антенна, похожая на очень большую спутниковую антенну. Для снижения затрат зеркальная тарелка обычно состоит из множества плоских зеркал меньшего размера, сформированных в форме тарелки. Тарельчатая поверхность направляет и концентрирует солнечный свет на тепловом приемнике, который поглощает и собирает тепло и передает его двигателю-генератору. Наиболее распространенным типом теплового двигателя, используемого в системах тарелка / двигатель, является двигатель Стирлинга. Эта система использует жидкость, нагретую ресивером, для перемещения поршней и создания механической энергии. Механическая энергия запускает генератор или генератор переменного тока для производства электроэнергии.

Солнечные тарелки / двигательные системы всегда направляют прямо на солнце и концентрируют солнечную энергию в фокусе тарелки. Коэффициент концентрации солнечной тарелки намного выше, чем у линейных концентрирующих систем, и она имеет температуру рабочей жидкости выше 1380 ° F. Электрогенерирующее оборудование, используемое с солнечной тарелкой, может быть установлено в центральной точке тарелки, что делает его хорошо подходящим для удаленных мест, или энергия может собираться из нескольких установок и преобразовываться в электричество в центральной точке.

В Соединенных Штатах нет проектов по установке солнечных тарелок / двигателей для коммунальных предприятий, находящихся в коммерческой эксплуатации.

Последнее обновление: 17 февраля 2021 г.

Использование энергии солнца: как работают солнечные электростанции

Солнечные электростанции — это удивительные образцы инженерной мысли. Но как именно они работают?

Читайте дальше, чтобы узнать больше.

Что такое солнечная электростанция?

Солнечная электростанция — это объект любого типа, который преобразует солнечный свет либо напрямую, например, фотоэлектрические установки, либо косвенно, например, солнечные тепловые электростанции, в электричество.

Источник: Heliogen

Они бывают разных типов, каждый из которых использует отдельные методы для 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 являются технологией, с которой большинство людей знакомо — есть вероятность, что 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 монокристаллическими или поликристаллическими (также называемыми поликристаллическими). Как правило, монокристаллические версии более эффективны (около 20% или выше), но более дороги, чем их альтернативы (которые, как правило, имеют эффективность 15-17%), но со временем прогресс сокращает разрыв между ними.

ФЭ-панель в Марке, Италия. Источник: CA ‘Marinello 1 / Flickr

2. Тонкопленочные солнечные панели. Эти типы панелей состоят из ряда пленок, которые поглощают свет в различных частях электромагнитного спектра. Как правило, они изготавливаются 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 в строительные материалы, такие как кровельная черепица.

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

Электростанции, использующие эти типы панелей, обычно состоят из следующих основных компонентов:

— Солнечные панели преобразуют солнечный свет в полезную электроэнергию. Они имеют тенденцию генерировать постоянный ток напряжением до 1500 В;

— Эти заводы нуждаются в инверторах для преобразования постоянного тока в переменный ток

— Они обычно имеют некоторую форму системы мониторинга для контроля и управления установкой и;

— Они часто напрямую подключены к какой-либо внешней электросети.

— Если электростанция вырабатывает более 500 кВт, они обычно также используют повышающие трансформаторы.

Источник: yangphoto / iStock

Как работает фотоэлектрическая солнечная электростанция?

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

Как мы видели, большинство солнечных фотоэлектрических панелей сделано из полупроводниковых материалов, обычно кремния в какой-то форме. Когда фотоны солнечного света попадают на полупроводниковый материал, генерируются свободные электроны, которые затем могут проходить 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.

Фотоэлектрические панели отличаются от других солнечных электростанций, поскольку они используют фотоэффект напрямую, без необходимости в других процессах или устройствах. Например, в них не используется жидкий теплоноситель, например вода, как в солнечных тепловых установках.

Фотоэлектрические панели не концентрируют энергию, они просто преобразуют фотоны в электричество, которое затем передается в другое место.

Что такое солнечная тепловая электростанция?

Солнечные тепловые электростанции, с другой стороны, сосредотачиваются на солнечном свете или собирают его таким образом, чтобы генерировать пар для питания турбины и выработки электроэнергии. Солнечные тепловые электростанции также можно разделить на следующие три различных типа:

• Линейные
• Параболические желоба Солнечные тепловые
• Солнечные тарелки Электростанции

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

Обычно они состоят из трех отдельных типов систем:

1. Системы параболических желобов

В параболических желобах используются отражатели в форме параболы, которые способны фокусировать на коллекторе от 30 до 100 раз больше нормального солнечного света. Этот метод используется для нагрева жидкости, которая затем собирается в центральном месте для генерации перегретого пара под высоким давлением.

Пример системы параболического желоба.Источник: USA.Gov/Wikimedia Commons

Эти системы наклоняются, чтобы отслеживать солнце в течение дня.

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

Последняя построенная станция, SEGS IX, с мощностью выработки электроэнергии 92 мегаватт (МВт) , была введена в эксплуатацию в 1990 году. В настоящее время в эксплуатации находится девять действующих станций SEGS. объект с общей установленной мощностью около 354 МВт нетто (394 МВт брутто) установленной мощности — это делает его одним из крупнейших проектов в области солнечной энергии, тепловой энергии и электроэнергии в мире.

Эти солнечные тепловые электростанции работают, фокусируя солнечный свет от длинных параболических зеркал на приемные трубки, которые проходят по всей длине зеркала в их фокусной точке. Эта концентрированная солнечная энергия нагревает жидкость, которая непрерывно течет по трубкам.

Эта 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 отражателями Френеля, также состоят из больших «полей» зеркал, отслеживающих солнце, которые, как правило, выровнены в направлении север-юг для максимального захвата солнечного света.Эта установка позволяет рядам зеркал отслеживать солнце с востока на запад в течение дня.

Пример малогабаритной линейной обогатительной системы. 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, линейные системы отражателей Френеля размещают приемную трубку над зеркалами, чтобы обеспечить большую мобильность зеркал при отслеживании солнца.

В этих типах систем используется эффект линзы Френеля, который позволяет использовать большое концентрирующее зеркало с большой апертурой и коротким фокусным расстоянием.Такая установка позволяет подобным системам фокусировать солнечный свет примерно в 30 раз по сравнению с нормальной интенсивностью.

3. Солнечные тарелки и двигатели

Солнечные тарелки также используют зеркала для фокусировки солнечной энергии на коллекторе. Они, как правило, состоят из тарелок, таких как большие спутниковые тарелки, которые покрыты мозаикой из маленьких зеркал, которые фокусируют энергию на приемнике в фокусной точке.

Подобно параболической и линейной системам, тарельчатая зеркальная поверхность направляет и концентрирует солнечный свет на тепловом приемнике в фокусе антенны.Затем этот ресивер передает выделяемое тепло двигателю-генератору.

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

Электростанция с линейным отражателем Френеля. Источник: energy.gov

Эта механическая энергия затем поступает в генератор или генератор 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, и она имеет температуру рабочей жидкости выше 749 градусов Цельсия.

Электрогенерирующее оборудование может быть установлено либо непосредственно в центральной точке антенны (отлично подходит для удаленных мест), либо собрано из множества тарелок и генерирования электроэнергии, происходящей в центральной точке.

Армия США в настоящее время разрабатывает систему мощностью 1,5 МВт на армейском складе Туэле в штате Юта, используя 429 солнечных антенн с двигателем Стирлинга.

4. Башни солнечной энергии

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

Башня солнечной энергии Иванпа. Источник: Aioannides / Wikimedia Commons

Один интересный пример такого типа электростанции можно найти в Юлихе, Северный Рейн-Вестфалия, Германия.Комплекс расположен на площади 18 000 квадратных километров и вмещает более 2 000 гелиостатов, которые фокусируют солнечный свет на центральную 60-метровую башню.

Министерство энергетики США и другие электроэнергетические компании построили и эксплуатировали первую демонстрационную солнечную электростанцию ​​недалеко от Барстоу, Калифорния, в 1980-х и 1990-х годах.

Некоторые в настоящее время также находятся в разработке в Чили.

Сегодня в США построены три башни солнечной энергии. Это солнечная электростанция 392 МВт Ivanpah в Айвенпа-Драй-Лейк, Калифорния, проект 110 MW Crescent Dunes в Неваде (который в настоящее время не работает) и 5 MW Sierra Sun Tower в Мохаве. Пустыня, Калифорния (закрыта).

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

Некоторые башни также используют воду в качестве теплоносителя. В настоящее время исследуются и испытываются более совершенные системы, в которых будут использоваться соли нитратов из-за их более высоких свойств теплопередачи и хранения по сравнению с водой и воздухом.

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

Эти виды солнечных электростанций идеально подходят для работы в районах с неблагоприятными погодными условиями. Они используются в пустыне Мохаве в Калифорнии и выдерживают град и песчаные бури. Однако два из построенных на данный момент заводов оказались слишком дорогими в эксплуатации.

5. Солнечный пруд

Солнечные пруды Солнечные электростанции используют бассейн с соленой водой, который собирает и накапливает солнечную тепловую энергию. Он использует технику, называемую технологией градиента солености.

Источник: EcoMENA

Этот метод создает тепловую ловушку в пруду, где произведенная энергия может быть использована напрямую или сохранена для дальнейшего использования. Этот тип электростанции использовался в Израиле на электростанции Бейт-Ха-Арава с 1984 по 1988 год.

Другие солнечные пруды были построены в Бхудже, Индия (он 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 низкой солености наверху и водой высокой солености внизу.

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

Принцип довольно прост. Солнечные лучи проникают в пруд и в конечном итоге достигают дна бассейна.

В обычном пруду или водоеме вода на дне водоема нагревается, становится менее плотной и поднимается, создавая конвекционное течение. Солнечные водоемы предназначены для того, чтобы препятствовать этому процессу, добавляя соль в воду, 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 в каждом отдельном слое, и между ними происходит минимальное перемешивание.

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 откачать для использования в производстве электроэнергии, через турбину или в качестве источника тепловой энергии.

И это пока все, ребята.

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

Просто круто. Устройство

открывает новые возможности для извлечения выгоды из обильной солнечной энергии — ScienceDaily

Исследователи из Хьюстонского университета сообщили о новом устройстве, которое может как эффективно улавливать солнечную энергию, так и хранить ее до тех пор, пока она не понадобится, предлагая многообещающие возможности для различных приложений: производство электроэнергии до дистилляции и опреснения.

В отличие от солнечных панелей и солнечных батарей, которые используют фотоэлектрические технологии для прямого производства электроэнергии, гибридное устройство улавливает тепло от солнца и сохраняет его в виде тепловой энергии. В нем рассматриваются некоторые проблемы, которые препятствуют более широкому распространению солнечной энергии, и предлагается возможность круглосуточного использования солнечной энергии, несмотря на ограниченное количество солнечных часов, пасмурные дни и другие ограничения.

Работа, описанная в статье, опубликованной в среду в Джоулей , объединяет накопление молекулярной энергии и накопление скрытой теплоты для создания интегрированного устройства сбора и хранения для потенциальной работы 24/7.Исследователи сообщают, что эффективность сбора урожая составляет 73% при маломасштабном производстве и достигает 90% при крупномасштабном производстве.

До 80% накопленной энергии было восстановлено ночью, и исследователи заявили, что днем ​​восстановление было еще выше.

Хади Гасеми, доцент кафедры машиностроения в UH Билла Д. Кука и автор статьи, сказал, что высокая эффективность сбора урожая частично обусловлена ​​способностью устройства улавливать весь спектр солнечного света, собирая его. для немедленного использования и преобразования избытка в накопитель молекулярной энергии.

Устройство было синтезировано с использованием норборнадиен-квадрициклана в качестве материала для хранения молекул, органического соединения, которое, по словам исследователей, демонстрирует высокую удельную энергию и исключительное тепловыделение, оставаясь стабильным в течение длительного времени хранения. Гасеми сказал, что ту же концепцию можно применить с использованием различных материалов, что позволит оптимизировать рабочие характеристики, включая рабочие температуры и эффективность.

Т. Рэндалл Ли, профессор химии на кафедре выдающегося университета Каллена и автор-корреспондент, сказал, что устройство обеспечивает повышенную эффективность несколькими способами: солнечная энергия сохраняется в молекулярной форме, а не в виде тепла, которое со временем рассеивается, и интегрированная система также снижает тепловые потери, поскольку нет необходимости транспортировать накопленную энергию по трубопроводам.

«В течение дня солнечная тепловая энергия может собираться при температурах до 120 градусов по Цельсию (около 248 по Фаренгейту)», — сказал Ли, который также является главным исследователем Техасского центра сверхпроводимости в UH. «Ночью, когда солнечное излучение слабое или отсутствует, накопленная энергия собирается молекулярным материалом-хранилищем, который может преобразовать ее из молекулы с более низкой энергией в молекулу с более высокой энергией».

Это позволяет накопленной энергии производить тепловую энергию при более высокой температуре ночью, чем днем, что увеличивает количество доступной энергии, даже когда солнце не светит, сказал он.

Помимо Гасеми и Ли, исследователями, участвовавшими в работе, были первый автор Варун Кашьяп, Сивакорн Сакункаевкасем, Пархам Джафари, Масуме Назари, Бахаре Эслами, Сина Назифи, Пейман Ираджизад и Мария Д. Маркес, все с UH.

История Источник:

Материалы предоставлены Университетом Хьюстона . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

3 Возобновляемые технологии производства электроэнергии | Электроэнергия из возобновляемых источников: состояние, перспективы и препятствия

Эрнст, Б., Б. Оуклиф, М.Л. Альстрём, М. Ланге, К. Мёрлен, Б. Ланге, У. Фоккен и К. Рориг. 2007. Предсказание ветра. IEEE Power & Energy Magazine 5 (6): 78-89.

ETSO (Европейские операторы систем передачи). 2007. Европейское исследование интеграции ветра (EWIS) на пути к успешной интеграции ветроэнергетики в европейские электрические сети. Брюссель. Доступно по адресу http://www.etsonet.org/upload/documents/Final-report-EWIS-phase-I-approved.pdf.

Флетчер, Э.А. 2001. Солнечная термическая обработка: обзор.Журнал инженерии солнечной энергии 123: 63-74.

Гюк, И. 2008. Накопление энергии для более зеленой сети. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,

Хоулинс Д. и М. Ротледер. 2006. Возрастающая роль прогнозирования ветра в рыночных операциях CAISO. Стр. 234-238 на конференции и выставке Power Systems, 2006 (PSCE ’06). Вашингтон, округ Колумбия: Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике.

IEEE (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике). 2005. Выпуск за ноябрь / декабрь: Работа с ветром — интеграция ветра в энергосистему. Журнал IEEE Power & Energy 3 (6).

IEEE. 2007a. Выпуск за ноябрь / декабрь: Интеграция ветроэнергетики, политика движения и экономика. Журнал IEEE Power & Energy 5 (6).

Джонс, A.T. и W. Finley. 2003. Последние разработки в области мощности градиента солености. Стр. 2284-2287 в ОКЕАНАХ 2003: Празднование прошлого, объединение в будущее.Колумбия, штат Мэриленд: Общество морских технологий.

King, D.L., W.E. Бойсон, Дж. Мраточвиль. 2004. Модель производительности фотоэлектрических массивов. Отдел исследований и разработок фотоэлектрических систем. Альбукерке, Северная Мексика: Sandia National Laboratories.

Кропоски, Б. 2007. Взаимосвязь и хранение возобновляемых источников энергии. Презентация на первом заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 18 сентября 2008 г., Вашингтон, округ Колумбия,

Манчини, Т., П. Хеллер, Б. Бултер, Б.Осборн, С. Вольфганг, Г. Вернон, Р. Бак, Р. Дайвер, К. Андрака и Дж. Морено. 2003. Системы Блюдо Стирлинга: Обзор развития и состояния. Журнал инженерии солнечной энергии 125: 135-151.

Маккенна, Дж., Д. Блэквелл, К. Мойес и П.Д. Паттерсон. 2005. Возможна поставка геотермальной электроэнергии с побережья Мексиканского залива и нефтяных месторождений Среднего Континента. Нефтегазовый журнал (5 сентября): 3440.

Miles, A.C. 2008. Гидроэнергетика в Федеральной комиссии по регулированию энергетики. Презентация на третьем заседании Группы экспертов по электроэнергии из возобновляемых источников, 16 января 2008 г.Вашингтон, округ Колумбия,

Миллс Д., П. Ле Ливр и Г.Л. Моррисон. 2004. Более низкая температура для очень больших солнечных электростанций. Материалы 12-го Международного симпозиума по солнечной энергии и химическим энергетическим системам (SolarPACES ’04), Оахака, Мексика. Доступно на http://www.ausra.com/pdfs/LowerTempApproach_Mills_2006.pdf.

Солнечная энергия | Пособие для студентов по глобальному изменению климата

Почему днем ​​светлее и теплее ночи? Ответ прост: солнечная энергия.Солнечная энергия — это просто свет и тепло, исходящие от солнца.

Люди могут использовать солнечную энергию несколькими способами:

• Фотоэлементы, преобразующие солнечный свет в электричество.
• Солнечная тепловая техника, , где солнечное тепло используется для производства горячей воды или пара.
• Пассивное солнечное отопление, , которое может быть таким простым, как позволить солнцу светить через окна для обогрева внутренней части здания.

Фотоэлектрические элементы

У вас есть солнечный калькулятор или часы? Эти изделия питаются от фотоэлементов. Фотоэлектрический элемент поглощает свет и преобразует его непосредственно в электричество. Группа фотоэлектрических элементов известна как солнечная панель.

Возможно, вы видели солнечные батареи на домах, на электронных дорожных знаках или на парковках для питания света. Люди, у которых дома есть солнечные батареи, покупают меньше электроэнергии у коммунальных предприятий, потому что они производят электричество самостоятельно.Если у вас достаточно солнечных панелей, вы даже сможете производить больше энергии, чем вам нужно. В некоторых штатах это означает, что вы можете запустить счетчик электроэнергии задом наперед и отдать дополнительную электроэнергию остальной части сообщества. Электроэнергетическая компания платит вам !

Как это работает

Солнечная тепловая техника

Другой способ использования солнечной энергии — это сбор солнечного тепла.Солнечные тепловые электростанции используют тепло солнца для создания пара, который затем можно использовать для производства электроэнергии. В меньшем масштабе солнечные панели, использующие тепловую энергию, можно использовать для нагрева воды в домах, других зданиях и бассейнах.

Как это работает

1. Зеркала или отражатели концентрируют солнечные лучи для нагрева особого вида жидкости.
2. Тепло от этой жидкости приводит к кипению воды и образованию пара.
3. Пар вращает турбину, соединенную с генератором, который вырабатывает электричество.
4. Пар охлаждается и снова конденсируется в воду, которая повторно используется, повторно нагревается и снова превращается в пар.

Посмотрите видео, чтобы узнать больше о том, как работают эти системы.

Пассивное солнечное отопление

Вы когда-нибудь замечали, как солнечный свет, проникающий через окно, может сделать ваш дом теплее даже в холодный день? Если да, то вы видели в действии пассивное солнечное отопление! Люди могут проектировать или реконструировать здания, чтобы зимой использовать тепло от солнца.Это помогает иметь большие окна, выходящие на юг (сторона, которая получает больше всего солнечного света повсюду к северу от экватора) и не затеняются другими зданиями или деревьями. Хороший дизайн часто включает навесы, подвижные навесы или жалюзи, которые закрывают солнце летом, когда людям нужно охладить свои дома, а не обогревать их.

Интересные факты

• Школьные автобусы на солнечных батареях. Город в Висконсине использует солнечные батареи для зарядки гибридных электрических школьных автобусов.
• Карты Google для солнечных батарей. Если вы живете в Сан-Франциско или Бостоне, вы можете увидеть солнечные батареи в вашем районе на карте.
• Как это круто? В 2010 году Китай представил первый кондиционер на солнечной энергии. В случае массового производства эти устройства могут помочь снизить потребление энергии и выбросы парниковых газов в Китае и других странах.
• Solar присоединяется к высшей лиге. Тайваньский национальный стадион рекламируется как крупнейший спортивный стадион в мире. Его прозвали «летающим драконом» из-за его серебристо-синего навеса, который изгибается, как хвост и вмещает около 9000 солнечных батарей. Когда стадион не используется, он снабжает энергией дома и предприятия.

Начало страницы

Мега солнечная электростанция использует 170 000 зеркал для выработки тепла для производства электроэнергии

Солнечная энергетическая установка Иванпа — одна из крупнейших солнечных тепловых электростанций в мире.Его площадь составляет 14 квадратных километров, и каждый год он может обеспечивать электричеством 140 000 домов

Технологии 13 мая 2020

Геге Ли

Генри До / Солент Новости / Shutterstock

Гордо поднимаясь с высохшего русла озера Иванпах, эти солнечные энергетические башни окружены сверкающими морями из идеально расположенных панелей.Они являются частью объекта солнечной энергии Ivanpah в пустыне Мохаве на юге Калифорнии, одной из крупнейших в мире станций солнечной тепловой энергии.

На объекте используется более 170 000 устройств, называемых гелиостатами, каждое из которых состоит из двух зеркал, которые направляют солнечную энергию на котлы, расположенные на трех централизованных солнечных электростанциях. Затем котлы используют солнечное тепло для производства пара, который приводит в действие турбины для выработки электроэнергии.

Объявление

Фотограф Генри До из Лас-Вегаса, штат Невада, который сделал этот снимок, считает, что концепция, лежащая в основе растения, гениальна.«Мне нравится, насколько массивна система, узор зеркал, видимых сверху, и то, как они отслеживают солнце».

Распространенный на площади более 14 квадратных километров, предприятие может вырабатывать достаточно энергии, чтобы обеспечивать электроэнергией 140 000 домов ежегодно. Из-за масштабов таких заводов, как Иванпа, солнечная энергия становится дешевле и может сыграть роль в том, чтобы помочь возобновляемым источникам энергии обогнать ископаемое топливо в качестве предпочтительных источников электроэнергии в мире.

Подробнее по этим темам:

Как работает солнечная тепловая энергия

Есть два типа солнечных тепловых систем: пассивные и активные.Пассивная система не требует оборудования, например, когда внутри вашего автомобиля накапливается тепло, когда он припаркован на солнце. Активная система требует некоторого способа поглощения и сбора солнечной радиации, а затем ее хранения.

Солнечные тепловые электростанции — это активные системы, и хотя существует несколько типов, есть несколько основных общих черт: зеркала отражают и концентрируют солнечный свет, а приемники собирают эту солнечную энергию и преобразуют ее в тепловую энергию. Затем можно использовать генератор для производства электроэнергии из этой тепловой энергии.

Самый распространенный тип солнечных тепловых электростанций, в том числе электростанции в калифорнийской пустыне Мохаве, используют параболический желоб конструкции для сбора солнечного излучения. Эти коллекторы известны как системы линейных концентраторов, и самые крупные из них способны вырабатывать 80 мегаватт электроэнергии [источник: Министерство энергетики США]. Они имеют форму хаф-пайпа, который можно увидеть на сноуборде или скейтборде, и имеют линейные параболические отражатели, покрытые более чем

0 зеркал, выровненных с севера на юг и способных поворачиваться, чтобы следовать за солнцем, когда оно движется на восток. на запад днем.Из-за своей формы установки этого типа могут достигать рабочих температур около 750 градусов F (400 градусов C), концентрируя солнечные лучи с интенсивностью в 30-100 раз больше их нормальной интенсивности на теплоносителях или трубах, заполненных водой / паром [источник : Управление энергетической информации]. Горячая жидкость используется для производства пара, а затем пар вращает турбину, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество.

Хотя конструкции с параболическими желобами могут работать на полную мощность в качестве солнечных электростанций, они чаще используются как гибрид солнечной энергии и ископаемого топлива, добавляя возможность использования ископаемого топлива в качестве резервного.

Башенные солнечные батареи — это еще один тип солнечных тепловых систем. Мачты используют тысячи гелиостатов , которые представляют собой большие плоские зеркала, отслеживающие солнце, для фокусировки и концентрации солнечного излучения на одном установленном на мачте приемнике. Как и в параболических желобах, теплоноситель или вода / пар нагреваются в приемнике (однако силовые башни способны концентрировать солнечную энергию в 1500 раз), в конечном итоге преобразовываются в пар и используются для производства электроэнергии с помощью турбины и генератор.

Конструкции силовых башен все еще находятся в разработке, но когда-нибудь они могут быть реализованы как подключенные к сети электростанции, производящие около 200 мегаватт электроэнергии на одну башню.

Третья система — солнечная тарелка / двигатель . По сравнению с параболическим желобом и силовыми мачтами, тарелочные системы — это небольшие производители (от 3 до 25 киловатт). Есть два основных компонента: солнечный концентратор (тарелка) и блок преобразования энергии (двигатель / генератор).Блюдо направлено и отслеживает солнце и собирает солнечную энергию; он способен сконцентрировать эту энергию примерно в 2000 раз. Между тарелкой и двигателем находится термоприемник, представляющий собой ряд трубок, заполненных охлаждающей жидкостью (например, водородом или гелием). Он поглощает концентрированную солнечную энергию от тарелки, преобразует ее в тепло и отправляет это тепло в двигатель, где оно превращается в электричество.

.

No related posts.