Eng Ru
Отправить письмо

Обзор видов солнечных батарей и получения энергии для отопления дома. Установки солнечной энергии


Солнечные электростанции | Журнал Популярная Механика

Более полувека солнечная энергетика больше радовала исследователей своими сказочными перспективами, чем конкретным электричеством, текущим в энергосеть. Сегодня солнечные электростанции становятся серьезным источником энергии.

Алекс Хатчинсон

23 ноября 2008 12:00

Пустыня Нью-Мексико неподалеку от Альбукерка. Шесть установок единой экспериментальной солнечной электростанции, построенной Национальными лабораториями Сандиа, немного напоминают тарелки спутниковой связи, только размером они побольше и блестят посильнее. Каждый отражатель представляет собой мозаику из 82 зеркал, выклеенных на параболической тарелке диаметром 13 м. Идеально рассчитанная кривизна тарелки концентрирует лучи в пятно диаметром 18 см. Здесь, в самой горячей точке, тепловыделение эквивалентно 13 000 солнц, а тепловой поток в 13 раз превышает тот, которому подвергается космический челнок, возвращающийся в плотные слои атмосферы. «Здесь можно расплавить почти всякое вещество, известное человеку», — говорит инженер Чак Андрака.

Получаемое здесь тепло используют для питания «машины Стирлинга» — изящного устройства 192 лет от роду. В этой машине механическую энергию получают за счет внешнего источника тепла, что принципиально отличается от действия двигателей внутреннего сгорания, работающих под капотами большинства автомобилей. Внутри четырех цилиндров объемом по 95 см³ содержится газообразный водород — при нагревании и охлаждении он расширяется и сжимается, поршни в цилиндрах движутся туда-сюда, а от них вращается небольшой электрогенератор. И параболическая тарелка, и данный двигатель — плоды целого десятилетия упорной работы, которая проводилась в сотрудничестве с аризонской компанией Stirling Energy Systems.

В прошлом январе Андрака с коллегами запустил энергоустановку при тарелке № 3. В пустыне стоял морозец около нуля, а небо было на 8% прозрачнее, чем обычно. Чем больше разница между холодным воздухом и жарким солнцем, тем эффективнее работает эта машина. И вот 25-киловаттная система начала выдавать электроэнергию. Коэффициент преобразования оказался самым высоким из всех, когда-либо достигнутых в коммерческих солнечных установках: 31,25% солнечной энергии, падающей на зеркальную тарелку, отдавалось в виде тока в электросеть.

Брюс Осборн, президент компании Stirling Energy, считает этот результат просто дополнительным подтверждением тому, что он давно уже знал: система SunCatcher достаточно созрела, чтобы выйти из стен лаборатории. «Этап, который можно назвать интеллектуальным прорывом, позади, — говорит президент. — Нам остается только взять полученные прототипы и сделать из них недорогие конструкции для массового производства. Слово за инженерами». Для этой цели компания Stirling Energy заключила крупномасштабные контракты с двумя предприятиями из Южной Калифорнии. Те обещают построить 70 000 установок, которые дадут энергию для миллионов жилищ. Производство будет запущено в будущем году.

Электростанция по схеме параболического желоба Электростанция по схеме параболического желоба Длинные зеркала в параболических желобах фокусируют падающий свет на тонкую трубку, тянущуюся параллельно желобу. В трубке циркулирует жидкость-теплоноситель. Затем ее нагревают до 400 °C и подают в теплообменник (1), где принимающая тепло вода доводится до кипения, а пар крутит турбину (2). На таких электростанциях нового поколения неизрасходованную тепловую энергию накапливают в термосах с расплавленной солью (3). Это тепло пригодится для работы в ночную смену или в случае облачной погоды.

После изобретения в 1954 году кремниевого фотоэлемента компания AT&T крутила рекламно-пропагандистский фильм, в котором говорилось: «Наша магистральная цель — погрузить руку прямо в солнечные глубины и зачерпнуть оттуда искру бессмертного огня, который согреет людские души. В наш продвинутый век людям удалось взнуздать само солнце».

Можно, конечно, сказать и так. Солнечная батарея Белла, как ее тогда называли, имела некоторый успех — в частности, давала энергию для первого спутника связи, который запустили в 1962 году. Но надежда на бездонный источник недорогой энергии так и не воплотилась в жизнь.

С тех пор в развитии двух главных направлений солнечной энергетики произошли значительные сдвиги. Это полупроводниковые солнечные батареи и установки для концентрации солнечного тепла. Правда, рост стоимости кремния и два десятилетия низких цен на рынке ископаемых видов топлива привели к тому, что общий объем солнечной энергетики остался в пределах 0,08% общего энергопотребления в стране. Кроме того, целый ряд новых технологических решений, которые выглядели многообещающими в лабораторных условиях, при выходе на рынок продемонстрировали свою непрактичность. В результате эпоха солнечной энергетики все время как-то незаметно отодвигалась за следующий поворот.

Солнечная электростанция Солнечная электростанция В большинстве солнечных электростанций огромные конструкции из зеркал концентрируют солнечную энергию, отдают ее теплоносителю, а тот приводит в действие большую центральную турбину. В установках компании Stirling Energy каждая 13-метровая тарелка питает энергией свою машину Стирлинга, расположенную прямо в фокусе зеркала. Такая машина сама по себе выдает свои 25 кВт электричества. Таким образом, подобная установка может работать как автономно, так и в составе ансамбля из 30 000 себе подобных.

Между тем разработчики не теряли времени, оттачивая технологические решения по наиболее перспективным направлениям. Так появились солнечные батареи, в которых вообще не используется кремний. Они оказались вдвое дешевле традиционных, и на их производстве аризонская компания First Solar стремительно выдвинулась в лидеры среди всех производителей солнечных батарей. Параллельно компания Stirling Energy развивала свою идею SunCatcher. Новые конструкции в семействе CST (Concentrated Solar Thermal, солнечных концентраторов) будут способны преобразовывать солнечное тепло в непрерывный поток электроэнергии, не прерывающийся даже в ночное время.

Солнечное тепло

Крупным энергокомпаниям нынешние принципы CST нравятся по двум причинам: во‑первых, установки имеют достаточно крупный масштаб, а во-вторых, они, как правило, работают с паром, то есть технические решения не слишком отличаются от давно привычных турбогенераторов на газе и угле. Таково мнение Риса Тисдейла, старшего аналитика исследовательской группы, занимающейся в Кембридже, штат Массачусетс, новыми направлениями в энергетике. Эта идея не так уж и нова — девять электростанций на основе концентраторов с общей энергоотдачей в 354 мегаватта уже работают в пустыне Мохаве, а построены они были с 1984 по 1991 год. Они обеспечивают энергией 500 000 индивидуальных жилых домов и успели подтвердить надежность и эффективность новой конструкции (для сравнения: стандартная теплоэлектростанция, работающая на угле, выдает примерно 670 МВт). Светоконцентратор на этих электростанциях устроен по схеме «параболического желоба»: 900 000 зеркал установлены на внутренней поверхности полуцилиндра, напоминающей скейтбордистский «халф-пайп». Длинные ряды таких желобов занимают в пустыне площадь 600 га. Зеркальные конструкции поворачиваются вокруг оси, отслеживая движение солнца по небу. Солнечные лучи, отражаясь, концентрируются на проходящей по оси трубе с циркулирующей внутри жидкостью. Горячая жидкость (в данном случае это минеральное масло) отдает тепло воде, которая закипает, а полученный таким образом пар крутит турбину.

Машина Стирлинга — это система замкнутого цикла. В ней под воздействием солнечного тепла расширяется газообразный водород, он толкает поршень, от которого крутится кривошип, приводящий в движение электрогенератор. Затем водород охлаждается и конденсируется в радиаторе, после чего возвращается в рабочий цилиндр.

В 1990-е годы после резкого падения цен на природный газ работы были сокращены вдвое. Очередная из запланированных в США солнечных электростанций была запущена только в прошлом году — это 64-мегаваттная система типа «параболического желоба», смонтированная в Баулдер-Сити, штат Невада. Она построена силами испанской компании Acciona и получила название Nevada Solar One. Сейчас ускоренно проектируется еще 13 подобных электростанций суммарной мощностью 5100 МВт. Они будут строиться во Флориде, Аризоне и Калифорнии, и по большей части это будут конструкции типа «параболического желоба». Компания Stirling Energy продвигает другую систему, которая сулит большую гибкость и энергоотдачу.

Уже спроектированная 900-мегаваттная электростанция Stirling Solar Two состоит из 36 000 одинаковых тарелок-отражателей, каждая из которых содержит 82 зеркальные панели всего двух разновидностей. Такое решение, чуть-чуть снижая общую энергоотдачу, позволяет реализовать преимущества массового производства.

Модульная структура станции имеет и другое важное достоинство. Поскольку каждый 25-киловаттный SunCatcher работает на собственную машину Стирлинга и вырабатывает электроэнергию совершенно автономно, система не имеет таких узлов, которые в случае отказа угрожали бы работоспособности всей системы. В альтернативной конструкции с параболическим желобом все эти тысячи зеркал работают на одну центральную турбину, так что при остановке турбины хотя бы для профилактики подача электроэнергии сразу должна прекратиться. И еще один момент: вариант SunCatcher позволяет начать отпуск энергии задолго до того, как строительство электростанции будет закончено. Достаточно будет собрать первые 40 тарелок — «солнечную группу» — и станция начнет давать ток, для начала хотя бы 1 МВт.

www.popmech.ru

Солнечные батареи для отопления дома

В связи с ухудшением экологической обстановки и выработкой основных топливных ресурсов на Земле, люди давно уже стараются найти альтернативные источники энергии. Одним из таких источников, экологически чистых, бесплатных и практически неисчерпаемых, является Солнце. Его энергию, преобразовав ее в электрический ток, можно вполне использовать для освещения, снабжения электричеством бытовых приборов, отопления домов. Такой способ отопления с помощью энергии Солнца для нашей страны является новинкой, хотя на Западе используется уже достаточно давно.

Содержание статьи

Типы установок для получения энергии от Солнца

В зависимости от способа получения энергии и ее использования, устройства для получения энергии от Солнца можно разделить на три типа:

  • Батареи с фотоэлектрическими преобразователями – энергию Солнца непосредственно преобразуют в электричество.
  • Солнечные коллекторы, способные преобразовывать солнечный свет в тепловую энергию и в дальнейшем использовать ее для различных нужд. Имеют высокий КПД.
  • Гелиоэлектростанции, вырабатывающие энергию в больших количествах. Основной элемент в этих установках – вогнутые зеркала из алюминия или стекла, собирающие солнечные лучи, которые затем распределяются для нагрева воды.

Для устройства системы отопления в частных домах чаще всего используются солнечные батареи на фотоэлементах.

princip-raboty-solnechnyx-batarej

princip-raboty-solnechnyx-batarej

Устройство, виды и основные характеристики солнечных батарей

Обычно солнечные батареи состоят из нескольких частей:

  • устройство для отбора мощности;
  • преобразователь энергии;
  • аккумуляторные батареи;
  • преобразователь тока;
  • регулятор зарядки устройства.

Энергию, которую батарея получает в течение дня, можно использовать напрямую или накапливать в аккумуляторах для работы в ночное время или в пасмурную погоду.

shema

shema

Сфера применения таких установок зависит от мощности, которую они способны вырабатывать. В зависимости от этого, можно выделить батареи:

  • низкой мощности, способные обеспечить работу телевизора, телефона, калькулятора или нескольких лампочек;
  • универсальные, обычно это переносные устройства, питающие технику за пределами дома;
  • большой мощности, позволяющей обеспечить весь дом теплом и энергией.

Также солнечные батареи классифицируют по тому, как организованы в элементах атомы кремния:Solar-Panel-2W-280W

Solar-Panel-2W-280W
  • батареи монокристаллические – основаны на фотоэлектрическом действии; они компактны, но не могут производить энергию в пасмурную погоду; имеют КПД около 15%;
  • батареи тонкопленочные – способны поглощать рассеянные лучи солнца, поэтому их можно устанавливать на стены зданий; самые простые и доступные, но занимают большую площадь поверхности и обладают малым КПД – 5%;
  • батареи поликристаллические – основой для них служит особый кремниевый расплав; КПД около 10%.

solar

solar

 Условия эксплуатации солнечных батарей

Решив приобрести солнечные батареи для отопления дома, нужно учитывать несколько факторов. Прежде всего, их эффективность напрямую будет зависеть от количества ясных, солнечных дней в году, особенно зимой. Перед установкой солнечной системы отопления нужно провести качественное утепление дома с использованием современных материалов.

Устанавливают солнечные батареи обычно на крышу здания, с южной стороны, под прямым углом к источнику энергии. Такое их положение обеспечит наибольшее поглощение света. Угол наклона солнечных панелей на крыше будет зависеть от географической широты местности (от 45° до 70°).

Оптимальным будет интегрирование солнечных батарей в другую, уже существующую, систему отопления: электрическую, газовую или с другим видом топлива. Это позволит увеличить эффективность и той, и другой системы.

solar-battery

solar-battery

Основные производители солнечных батарей

На рынке фотоэлектрических панелей признанным лидером является японская компания Sharp Solar, чья доля в мировом производстве составляет 24%. Изделия этой компании славятся своим качеством, долговечностью и высоким КПД.

В числе других известнейших производителей солнечных батарей можно назвать компании: Yingli Green Energy (Китай), Canadian Solar (Канада), Trina Solar Limited (Китай), First Solar (США), Suntech Power Holdings Co, Ltd. (Китай).

В России производством солнечных батарей занимаются предприятия: ООО «Гелиос-Ресурс» (Мытищи), «Телеком-СТВ» (Зеленоград), ОАО «НПП «Квант» (Москва), ООО «Хевел» (Новочебоксарск) и др.

Гелиоэнергетика имеет большое будущее. Сегодня эта отрасль в нашей стране развита достаточно слабо из-за высокой стоимости солнечных батарей. Но будущее именно за ними – безопасными, экологически чистыми, безотходными, полностью автоматизированными системами, превращающими энергию Солнца в электричество, которое обогревает наши дома.

dearhouse.ru

Тема 2. Классификация Солнечных энергетических установок и систем отопления Солнечная энергия на Земле используется с помощью солнечных

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ. MyHeat_N.indd :09

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ. MyHeat_N.indd :09 ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ MyHeat_N.indd 1 01.05.15 08:09 О ТЕПЛОВЫХ НАСОСАХ Тепловые насосы соответствуют требованиям завтрашнего дня, так как могут безгранично использовать доступное тепло окружающей среды. Вместе

Подробнее

Новые направления развития энергетики

Новые направления развития энергетики 6-я я Международная конференция Энергоэффективность в жилищно-коммунальном хозяйстве и промышленности, АДСОРБЦИОННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА И ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

Подробнее

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ

Подробнее

Виктория Наседкина. Введение

Виктория Наседкина. Введение Охлаждение помещений с помощью гидротермальных источников энергии Виктория Наседкина Введение В настоящее время можно заметить, что даже в средней полосе России лето становится очень жарким. Перегрев помещений,

Подробнее

Проектирование гелиосистем

Проектирование гелиосистем Проектирование гелиосистем Слайд 1 2008-10-10 Суммарная солнечная радиация на горизонтальную поверхность на территории Краснодарского края (квтч/м 2 вгод) 1.000 квтч / м 2 вгод приблизительно соответствует

Подробнее

Радиаторы отопления для частного дома

Радиаторы отопления для частного дома Радиаторы отопления (батареи) отличаются по материалам изготовления, весу, размеру, мощности, внешнему виду и цене. При устройстве отопления необходимо подобрать именно тот тип радиатора, который отвечал

Подробнее

ООО «СанЛит Технологии»

ООО «СанЛит Технологии» Москва 2011 ООО «СанЛит Технологии» Альтернативные Источники Энергии Москва 2011 г. www.uny- tec.com www.sunlitllc.org.ru Содержание UNY-Tec. Основные направления деятельности. Состав участников. Руководство

Подробнее

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР «ТЕРМОДАР»

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР «ТЕРМОДАР» СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР «ТЕРМОДАР» НАЗНАЧЕНИЕ Солнечный коллектор из сотовых полимеров предназначен для аккумулирования тепловой солнечной энергии теплоносителем - водой при температуре наружной поверхности

Подробнее

Тема 1.2. Теплопередача и её виды.

Тема 1.2. Теплопередача и её виды. Тема 1.. Теплопередача и её виды. 1. Физическая сущность теплопередачи.. Теплопроводность. 3. Конвективная теплопередача. 4. Тепловое излучение. 1. Физическая сущность теплопередачи. Согласно молекулярной

Подробнее

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ B y J o h n o n Отбор тепла продуктов сгорания ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В соответствии с Законом Украины «О теплоснабжении», одним из основных направлений развития систем теплоснабжения является внедрение

Подробнее

Практическое занятие мая 2017 г.

Практическое занятие мая 2017 г. 4 мая 2017 г. Теплопроводность это процесс распространения теплоты между соприкасающимися телами или частями одного тела с различной температурой. Для осуществления теплопроводности необходимы два условия:

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 13 ОХЛАЖДЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

ЛЕКЦИЯ 13 ОХЛАЖДЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ ЛЕКЦИЯ 13 ОХЛАЖДЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ В авиационной и ракетной технике часто возникает необходимость защиты стенки конструкции от воздействия высокотемпературного газового потока. Они могут быть защищены

Подробнее

Энергосберегающие окна

Энергосберегающие окна Энергосберегающие окна Сегодня теплозащитные и энергосберегающие функции окна очень важны для потребителей, ведь через окна, в зависимости от типа дома, теряется от 37% до 56% (квартиры, расположенные

Подробнее

ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ДЛЯ ВСЕХ ОТРАСЛЕЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Наша компания специализируемся на проектировании, поставке, ремонту и сервисному обслуживанию промышленного холодильного оборудования

Подробнее

Накопительные баки (Теплообменники)

Накопительные баки (Теплообменники) серия G Двухконтурные Накопительные баки Серии G объемом от 200 до 2000 л. Двухконтурные накопительные баки могут применяться для теплообмена и сохранения горячей воды в системах отопления и горячего водоснабжения

Подробнее

Теплоноситель Thermagent -30

Теплоноситель Thermagent -30 Теплоноситель Thermagent-30 предназначен для использования в качестве низкозамерзающего теплоносителя в автономных системах отопления и в теплообменных аппаратах. Может работать с любыми типами отопительных

Подробнее

Абсорбционные холодильные машины

Абсорбционные холодильные машины Источник: www.brighthubengineering.com Инновационные технологии Абсорбционные холодильные машины Николай Шилкин Абсорбционные холодильные машины с успехом применяют в районах с высокими нагрузками на систему

Подробнее

Тепловой насос: используем энергию земли

Тепловой насос: используем энергию земли Тепловой насос: используем энергию земли Около трех четвертей энергии, потребляемой в домашних хозяйствах, расходуется на отопление и горячую воду. При этом энергия добывается главным образом посредством

Подробнее

Реферат МД ПЗ

Реферат МД ПЗ Реферат Магистерская диссертация выполнена на 102 с., включает 43 рисунка, 18 таблиц, использовано 55 источников. Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, солнечная энергетика, солнечные коллекторы,

Подробнее

Автономный солнечный модуль

Автономный солнечный модуль Автономный солнечный модуль Проскуряков А.А. Тольяттинский государственный университет Издавна мы используем энергию Солнца. Летом она непосредственно нагревает наши здания, а зимой мы используем энергию

Подробнее

docplayer.ru

Силовая установка на солнечной энергии

 

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую. В силовой установке на солнечной энергии рабочее вещество испаряется за счет солнечной энергии, а конденсируется охладителем, которым может быть любое вещество окружающей среды, постоянно имеющее низкую температуру. При отсутствии такого вещества используется любой жидкий охладитель, который сам охлаждается в теплообменнике веществом окружающей среды в периоды самой низкой его температуры. Для работы установки не только когда светит Солнце, но и в любое другое время имеются накопительные емкости, тщательно теплоизолированные, для горячего теплоносителя и для охлажденного, а при использовании дополнительного охладителя - для охладителя, отобравшего тепло у отработавшего пара, и для охладителя, отдавшего это тепло веществу окружающей среды. В результате обеспечивается значительный перепад температур испарения и конденсации рабочего вещества и довольно высокий КПД установки, более 10%. 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую.

Известны силовые установки с паровой турбиной, преобразующие тепловую энергию в электрическую, известен "Агрегат для преобразования тепловой энергии в электрическую", состоящий из котла на органическом жидком или газообразном топливе, конденсатора, детандера, энергопреобразующего блока, приводимого детандером, теплообменников, соединенных один с котлом, а другой с конденсатором, трубопроводов, соединяющих эти элементы. Рабочим телом предпочтительно является охлаждающая текучая среда, подверженная классическому циклу Ренкина, отбирающая энергию от внешнего источника тепла и преобразующая ее в электрическую энергию в блоке, которым может быть турбогенератор (см. патент Франции 2590934 от 5.06.87 г., F 01 К 25/08, F 01 М 11). Все современные силовые установки в основном используют для преобразования энергии какого-либо топлива, при этом используется полезно лишь незначительная часть энергии топлива, а остальная (основная) часть энергии в виде тепла бесполезно выбрасывается в окружающую среду, которая при этом одновременно еще загрязняется и вредными отбросами, отработавшими газами, получающимися при горении топлива. Самым экологически чистым источником энергии является солнечная энергия, и многие уже стремятся использовать эту энергию с помощью фотоэлектропреобразователей или, в частности, солнечную энергию, запасенную водой, как показано ниже. Так, например, известна тепловая силовая установка ОТЕС, построенная в 1981 г. на острове Науру, которая осенью 1981 г. начала давать электрический ток мощностью 100 кВт, не затрачивая при этом ни какого топлива, а используя только тепло воды, окружающей остров (см. Н.В. Вершинский "Энергия океана", М.: Наука, 1986 г., с. 144-148). Установка состоит из фреоновой турбины с генератором, испарителя, конденсатора, насоса подачи теплой воды и насоса холодной воды. Фреон испаряется в нагревателе за счет тепла воды поверхностного слоя океана, каждый час испаряется 75 т (20,8 кг/сек) фреона. Для испарения такого количества фреона через нагреватель (испаритель) прокачивается каждый час 1450 т теплой воды из поверхностного слоя океана. Вода поступает в нагреватель с температурой 29,8oС, а выходит из испарителя при температуре 27,3oС, отдавая при этом 4209 кВт тепловой энергии. Подача теплой воды в испаритель осуществляется с помощью насоса, двигатель которого потребляет 27,8 кВт. Выходя из испарителя, газообразный фреон совершает работу в турбине, вал которой связан с генератором мощностью 100 кВт. Далее пары фреона поступают в холодильник, где конденсируются. С этой целью через конденсатор непрерывно прокачивается холодная глубинная вода в количестве 1410 т/ч. Холодная вода входит в конденсатор при температуре 8,1oС, а выходит при температуре 10,6oС, отбирая при этом 4098 кВт тепловой энергии. Для прокачки холодной воды имеется насос, потребляющий 43,3 кВт. Для обеспечения циркуляции фреона, в замкнутой системе установки имеется еще третий насос, потребляющий 15,3 кВт. Из полученных 100 кВт электроэнергии на работу самой установки используется 86,4 кВт, а на посторонние полезные цели всего 13,6 кВт, т. е. КПД самой установки равен 100:4209=0,024 или 2,4%, а КПД полезного использования равен 13,6:4209=0,003 или всего 0,3%, т. е. крайне низок. КПД такой установки крайне низок потому, что разница температур испарения и конденсации рабочего вещества очень мала, всего 19oС, в то время, как солнечные лучи могут нагревать предметы с черной поверхностью до 100oС и даже больше, и почти в любом месте Земли можно найти вещество окружающей среды с температурой около +10oС и даже ниже, это, например, в горах вода горных речек и ручьев, в водоемах вода с глубины, вода из скважин, пробуренных в земле на глубину 20 и более метров, в пустынях воздух в ночное время, поэтому обеспечить разницу температур испарения и конденсации рабочего вещества, при преобразовании солнечной энергии, в пределах 70-90oС не составит большого труда, а это позволит преобразовывать солнечную энергию с КПД более 10%. Поставленная задача - увеличение эффективности преобразования солнечной энергии. Для этого используется силовая установка, состоящая из турбины с низкокипящим рабочим веществом, испарителя и конденсатора, при этом рабочее вещество испаряется в испарителе за счет солнечной энергии, поступающей в испаритель через теплоноситель, испарение рабочего вещества происходит в теплообменнике, одной полостью которого является испаритель, а в другой полости проходит теплоноситель, нагретый солнечной энергией. Конденсатором является другой теплообменник, в одной полости которого проходит отработавший пар, а в другой -охладитель, который отбирает тепло у отработавшего пара, превращая его в жидкость, охладителем может быть любое жидкое или газообразное вещество окружающей среды в месте нахождения установки, постоянно имеющее температуру около +10oС и ниже. Если такого вещества окружающей среды с постоянной низкой температурой нет, как, например, в пустыне, то можно, как охладитель, использовать жидкость, охлаждая ее в ночное время холодным воздухом в дополнительном теплообменнике. Для того чтобы установка могла работать не только днем, в часы когда светит Солнце, но и в любое другое время, имеются накопительные емкости, тщательно теплоизолированные, одна - для горячего теплоносителя, другая - для холодного теплоносителя, а при использовании дополнительного теплообменника для охлаждения охлаждающей жидкости также имеются две емкости, одна - для охладителя, поступающего из теплообменника, где он отдал тепло веществу окружающей среды, другая - для охладителя, поступающего из конденсатора, где он отбирает тепло у отработавшего пара, превращая его при этом в жидкость. В результате всего этого будет обеспечен довольно высокий перепад температур испарения и конденсации рабочего вещества соответственно и довольно высокий КПД преобразования солнечной энергии. На чертеже показана схема силовой установки, некоторые варианты. Силовая установка состоит из турбины 1, генератора 2, конденсатора 3, насоса 4 для перекачивания рабочей жидкости, испарителя 5, полости 6, емкости 7 для охлажденного теплоносителя, насоса 8 для перекачивания теплоносителя, солнечного коллектора 9, в котором теплоноситель воспринимает энергию солнечных лучей, емкости 10 для горячего теплоносителя, насоса 11 для подачи горячего теплоносителя, полости 12, в которой проходит охлаждающее вещество, при необходимости, накопительной емкости 13, в которую поступает охладитель, отобравший тепло, насоса 14, подающего охладитель, полости 15, теплообменника, в котором охладитель отдает тепло окружающему веществу, накопительной емкости 16, в которую поступает охладитель, отдавший тепло, насоса 17, подающего охлаждающую жидкость в конденсатор, соединительных трубопроводов 18, теплоизоляции 19. Работает силовая установка следующим образом. Падающие солнечные лучи нагревают в солнечном коллекторе 9 теплоноситель, одновременно в контуре паровой турбины 1 насос 4 прогоняет рабочее вещество, создавая при этом необходимое давление в контуре, рабочее вещество, проходя через испаритель 5, испаряется за счет солнечной энергии, перенесенной в полость 6 теплообменника I теплоносителем, который подается насосом 8 через коллектор 9, где теплоноситель и отбирает энергию у солнечных лучей, а затем поступает в накопитель 10, из накопителя 10 насосом 11 теплоноситель подается в полость 6 теплообменника I, полостью которого является также и испаритель 3, где и происходит испарение рабочего вещества за счет солнечной энергии, рабочий пар поступает в турбину 1, где часть энергии рабочего пара турбина 1 с генератором 2 преобразуют в электроэнергию, а отработавший пар поступает в теплообменник II в конденсатор 3, где отдает тепло охладителю, проходящему в полости 12 теплообменника II, отдавая тепло, отработавший пар превращается в жидкость, которая насосом 4 прогоняется в испаритель 5 ( и т.д.), а охлаждающее вещество, отобрав тепло у отработавшего пара, поступает в окружающую среду или при отсутствии естественного охладителя в накопительную емкость 13, из которой насосом 14 подается в полость 15 теплообменника III, где отдает тепло веществу окружающего пространства, в периоды самой низкой его температуры, и поступает в накопительную емкость 16, из которой насосом 17 подается в полость 12 и далее снова идет по контуру. В результате будет обеспечен довольно высокий перепад температур испарения и конденсации рабочего вещества соответственно и довольно высокий КПД преобразования солнечной энергии силовой установкой.

Формула изобретения

Силовая установка на солнечной энергии, содержащая генератор, испаритель, конденсатор и турбину с низкокипящим рабочим веществом, в которой испарение рабочего вещества происходит за счет солнечной энергии, поступающей к испарителю через теплоноситель, а конденсация рабочего вещества происходит при помощи жидкого охладителя, который отбирает тепло у отработавшего пара, превращая его в жидкость, отличающаяся тем, что охладитель проходит через теплообменник, где он отдает отобранное у отработавшего пара тепло веществу окружающей среды в периоды самой низкой его температуры, а установка содержит тщательно теплоизолированные накопительные емкости для горячего теплоносителя и для охлажденного теплоносителя, емкости для охладителя, отобравшего тепло у отработавшего пара, и для охладителя, отдавшего это тепло в теплообменнике веществу окружающей среды, в периоды его самой низкой температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

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 теплоэлектростанцииРис. 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 типаРис. 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»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)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 типаРис. 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)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)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 панелиФотоэлектрические 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 станцииРис. 2.13. Блок-схема солнечной фотоэлектрической станции

    Система фотоэлектрического освещения ботанического садаСистема фотоэлектрического освещения ботанического сада

    Рис. 2.12. Фотоэлектрическая система энергоснабжения комплекса на о. Змеиный мощностью 10 кВтРис. 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 – ЛЭПРис. 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 перспективнымиМодульный 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 – инверторРис. 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 городаАэростатные 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 станцииСолнечные батареи международной космической станции

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

    energetika.in.ua

    Энергетические установки на солнечной энергии

    Энергетические установки на солнечной энергии

    Энергетические установки на солнечной энергии

    Использование солнечной энергии сегодня сводится в основном к производству низкопотенциального солнечного тепла с помощью простейших плоских солнечных коллекторов. Например, в США в 1990 г. из 3,6 млн. ГДж энергии, произведенной за счет солнечной радиации, 3,5 млн. ГДж представляет собой низкопотенциальное тепло, использованное для горячего водоснабжения, подогрева воды в плавательных бассейнах и, в меньшей степени, для отопления. В Израиле в соответствии с законом, требующим, чтобы каждый дом был снабжен солнечной водонагревательной установкой, установлено около 800 000 солнечных коллекторов, которые производят около 15 млн. ГДж энергии и обеспечивают 70 % населения горячей водой.

    В современных плоских солнечных коллекторах абсорбер чаще всего имеет слой селективного покрытия с коэффициентом поглощения для солнечной радиации 0,94 - 0,96 и коэффициентом излучения при температуре абсорбера 0,09 - 0,12. Во вновь строящихся домах делаются попытки совместить коллекторы с элементами крыши дома, что облегчает и удешевляет установку. Комплектная водонагревательная установка включает кроме коллекторов теплоизолированный бак - аккумулятор, в который встраивается резервный электрический нагреватель, необходимая арматура и автоматика. Коллектор обычно устанавливается неподвижно под углом к горизонту примерно равным широте местности. На индивидуальный дом с площадью около 100 м2 обычно устанавливается 1-2 коллектора, с площадью абсорбера 1-1,5 м2 каждый и бак-аккумулятор емкостью около 150 л. Такая установка на западном рынке сегодня стоит около 500 долл. США/м2 площади коллектора. Теплопроизводительность такой установки существенно зависит от инсоляции, температуры окружающего воздуха и , других климатических параметров. В зависимости от широты местности и климатических условий годовой приход солнечной энергии на 1 м2 поверхности изменяется очень сильно. Для широт около 30° он может составлять 8-10 ГДж/(м2 год), тогда как для широт 50- 60° - падает до 2-4 Гдж/(м2 год).

    Коэффициент полезного действия солнечного коллектора определяется его оптическими характеристиками, качеством тепловой изоляции, инсоляцией и температурами теплоносителя и окружающего воздуха. В большинстве существующих установок средний годовой эксплуатационный КПД коллектора оказывается на уровне 40-50 %. Это означает, что для широт около 30° с 1 м2 коллектора можно получить в год 3-5 ГДж тепла с температурой 60-70 ° С. Стоимость этого тепла при таких показателях и сроке жизни установки в 30 лет оказывается на уровне 3-4 долл/ГДж, что делает эти установки привлекательными для потребителей. Для более высоких широт солнечные водонагреватели оказываются более предпочтительными как сезонные.

    Наряду с коллекторами, для использования солнечного тепла для отопления домов применяются пассивные методы, основанные на оптимизации архитектурно-планировочных решений. Кроме того, представляют интерес разработки так называемой прозрачной изоляции для стен домов, селективных пленок для окон и др.

    Электроэнергию за счет использования солнечной энергии можно получить либо в теплосиловых установках, в которых тепло от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования энергии, основанных на применении полупроводниковых фотоэлектропреобразователей (ФЭ П).

    Интересный проект разрабатывается в Австралии. Как известно. Олимпийские Игры 2000 г. будут проводиться в Австралии вблизи Сиднея. Местный Олимпийский комитет решил сделать эти Игры “зелеными”, для чего, в частности в Олимпийском комплексе предполагается соорудить солнечную ТЭЦ с термодинамическим циклом преобразования. В основу проекта положены линейные концентраторы, изготавливаемые из плоских или слабо искривленных зеркал и концентрирующие солнечное излучение (степень концентрации 10-15) на ресивере из вакуумированных труб, внутри которых расположена тонкостенная трубка-абсорбер, снабженная тепловоспринимающим ребром и покрытая весьма совершенным селективным покрытием. От абсорбера тепло передается тепловыми трубками к парогенератору, где производится водяной пар. Перегрев пара до температуры 330 ° С осуществляется путем сжигания некоторого количества природного газа. Тепло после турбины используется для обогрева Олимпийского бассейна и других объектов.

    Еще одну разновидность представляет собой СЭС с параболоидным концентратором (ПК), следящим за солнцем по двум осям. Параболоидный концентратор является теоретически наилучшим концентрирующим устройством, позволяющим обеспечить концентрацию в несколько тысяч солнц, а значит и очень высокие температуры нагрева. Однако ПК, в отличие от башенных и СЭС с ПЦК, из конструктивных соображений не позволяют иметь большие единичные мощности в одном модуле. Поэтому область, применения СЭС с ПК - сравнительно малые, не превышающие нескольких десятков киловатт, большей частью автономные, установки. В этом случае такие установки должны конкурировать не с крупными ТЭС, а с дизельными установками малой и средней мощности, которые производят электроэнергию по стоимости в 2-3 раза более высокой.

    В модульном исполнении в фокусе ПК чаще всего размещается непосредственно двигатель, преобразующий тепло в механическую, а затем и электрическую энергию. До недавнего времени для этой цели применялся только двигатель Стирлинга, сегодня рассматривается и газовая турбина.

    В последнее время в мире повысился интерес к установкам, непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию с помощью ФЭП. Стоимость электроэнергии, вырабатываемой фото-электрическими установками (ФЭУ), сегодня в несколько раз выше, чем СЭС с тепловым циклом. Тем не менее, ФЭУ активно внедряются как в развитых, так и в развивающихся странах. При этом можно проследить две противоположные тенденции.

    Сайт создан в системе uCoz

    ecoposelok.narod.ru


    © ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
    Разработка сайта