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.
Рис. 2.15 СТЭС Барстоу с центральным приемником (США) |
|
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
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. |
|
|
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.