Открыть меню

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция для производства электроэнергииНа каждый освещенный квадратный метр земной поверхности Солнце обрушивает 1 кВт/час световой энергии, что является весьма существенной величиной. А ежегодно на поверхность нашей планеты поступает 620 млн. млрд. кВт/час лучистой энергии. Это в тысячи раз больше нынешних потребностей человечества. Но ведь нам нужен электрический ток. Эффективное преобразование лучистой энергии в электричество – задача не из простых. А если ее еще и усложнить необходимостью массового производства преобразователей «свет-электричество» и тем, что цена конечной энергии, производимой солнечной электростанцией, должна быть дешевой – получается очень и очень сложная задача.

Солнечное излучение является первопричиной ветров, течения рек, волнения океана. А это значит, что ветряные, волновые и гидроэлектростанции в основе своей питаются от Солнца. То, что использовать повсеместно доступную энергию Солнца необходимо – ясно всем. Поэтому обширен и арсенал всевозможных способов преобразования солнечной энергии.

В основном солнечное излучение преобразуют в электроэнергию – основной вид энергии, потребляемый промышленностью и населением. Кроме того, солнечную энергию используют для нагрева воды в странах с жарким климатом. Все способы преобразования световой энергии в электроэнергию можно разделить на непосредственное преобразование и преобразование с использованием теплоносителя.

В первом случае свет непосредственно преобразуется в электрический ток в полупроводниковых солнечных батареях.

Во втором случае поток солнечного излучения обычно собирают концентраторами на небольшом объеме теплоносителя, который затем совершает полезную работу – вращает турбину, толкает поршень, и т.п.

Обсуждаются и варианты космических электростанций, передающих на Землю энергию Солнца. Однако на сегодняшний день предложения подобного рода выглядят странно. При наличии на поверхности планеты огромных площадей пустынь, где весьма выгодно ставить солнечные электростанции, кажется неадекватным выводить те же установки в космос только из-за того, что там излучение не ослаблено атмосферой Земли.

Но в космосе панели и не защищены – ни от микрометеоритов, ни от космической пыли, которые быстро приведут мегапроект к состоянию космического мусора. Поэтому вернемся к попыткам использования солнечной энергии, собираемой у поверхности Земли для наших нужд.

Пример 1. Солнечные панели

Солнечные полупроводниковые панели являются дорогостоящим продуктом из-за использования при их изготовлении чистого кремния. Перспективным видится концентрация солнечной энергии перед ее подачей на солнечную панель.

Так, компания Sharp при помощи линз Френеля концентрирует свет на маленьких батареях 7х7 мм. При этом достигается усиление света в 700 раз. Поскольку в установке применены малые количества полупроводниковых батарей, то изменен и их химический состав. Теперь вместо обычных батарей с к.п.д. 13-20%, применены новые дорогостоящие материалы, имеющие к.п.д. 36%.

Пример 2. Солнечные концентраторы

Солнечные концентраторы также бывают различных видов. Солнечная электростанция-башня в Испании, к примеру, имеет мощность 11 мегаватт. Башня устроена так: множество зеркал-гелиостатов собирает и направляет свет на вершину башни. Так солнечное пятно разогревает пар, вращающий турбину, к валу которой прикреплен генератор. Кроме того, станция способна в течение нескольких часов после захода солнца вырабатывать электроэнергию за счет запасов пара в котлах.

Больший запас тепла можно делать при использовании в качестве теплоносителя не воды, а соли. При нагреве до 565 градусов, соль плавится и может обеспечивать работу парогенераторов в течение 16 часов после захода Солнца.

Существуют и проекты плавучих солнечных электростанций, работающих по принципу концентрации солнечного излучения на рядах трубок заполненных водой. Вода, нагретая до состояния пара направляется в турбины, которые вращают генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Подобная плавучая конструкция выгодна тем, что не требует постоянной согласованной работы гелиоконцентрирующих зеркал, ведь весь «остров» можно просто вращать вокруг своей оси целиком. Кроме того, подобная станция не требует выравнивания территории и установки фундамента. Также она не занимает места на суше, что пригодно для небольших островных государств, имеющих мало земли под застройку.

Конструктивно солнечная электростанция представляется как тор большого диаметра – 5 километров, во внутреннюю полость которого закачивается воздух. Даже небольшое давление внутри этого «бублика» дает сооружению огромную плавучесть и грузоподъемность. С одного квадратного метра полезной площади такой станции можно получать до 6,5 Киловат/час электроэнергии в день.

Расположение сооружения на воде удешевляет строительство в десятки раз по сравнению со строительством на суше, что не может влиять на итоговую стоимость электроэнергии для конечного потребителя. Финальным штрихом данного проекта явилась возможность использования вырабатываемого электричества на месте – для выработки водорода из воды. Такой подход может сделать плавучие электростанции по настоящему мобильными и не связанными с материком никакими проводами.

На использовании воды в качестве теплоносителя основан и принцип работы солнечной станции, строящейся в Аризоне.

Трубы, расположенные в фокусе больших параболических желобов, позволят разогревать воду до состояния пара с температурой 390 градусов. Полученный пар будет использоваться для выработки электроэнергии на паровых турбинах.

Пример 3.

Еще один любопытный проект солнечной электростанции в виде огромной пирамиды из полимера реализуется в Индии в городе Пуна. Под поверхностью пирамиды сосредоточено множество трубок и металлических поверхностей для поглощения солнечного излучения. Коэффициент поглощения поверхности пирамиды доходит до 90%. Попадая внутрь, солнечная энергия вызывает нагрев воздуха, который выходит через верх пирамиды. За счет разницы в давлении внизу пирамиды, где воздух холодный и вверху – где он нагрет – создается значительная тяга.

Эту тягу и используют, чтобы вращать турбину, присоединенную к генератору.

Любопытно, что внутрь пирамиды тепло от солнечных лучей попадает не напрямую, а в виде инфракрасного излучения от наружных стен. Это сделано для того, чтобы ночью, когда солнца нет, воздух продолжал нагреваться и выходить за счет больших объемов воды, нагретой за день в боковых стенах. Этим достигается одновременное получение горячей воды и стабилизация работы электростанции.

Пример 4.

Еще один любопытный проект преобразования солнечной энергии в электричество предложила американская компания Prism Solar Technologies. На первый взгляд это обычная солнечная батарея. Но на самом деле все здесь не так просто.

В основу конструкции заложены принципы голографии, использование которых в солнечной энергетике волнует многие умы на протяжении последних тридцати лет. В основе новой панели – плоский солнечный концентратор. Он представляет собой голографическую пленку, закрепленную между листами стекла.

Голограмма выполняет две функции. Во-первых, она фильтрует нежелательные частоты, приводящие к нагреву солнечной панели. Во-вторых, за счет многократного отражения между голограммой и наружным слоем стекла, излучение нужной частоты попадает на солнечные панели, расположенные полосами между голограммами.

Подобная конструкция решает сразу две проблемы, позволяя сконцентрировать свет без перегрева преобразующей батареи. А именно это является минусом в конструкциях, использующих зеркала для концентрации солнечной энергии. И именно из-за перегрева панели в таких конструкциях приходится постоянно принудительно охлаждать, что повышает сложность и стоимость всей конструкции.

Применение голографических пленок для концентрации света позволяет снизить количество солнечных панелей в 2-3 раза в сравнении со сплошными батареями. Кроме того, пленка выполнена в виде многослойного пирога, нанесенного таким образом, что вне зависимости от угла падения солнечного света, он всегда попадает на преобразователь. И это еще один плюс к простоте и дешевизне, ведь панели оказываются одинаково эффективны вне зависимости от угла наклона – их можно просто ставить во дворе, или крепить на крыше.

Любопытна и цена этих батарей – после отладки промышленного производства она должна составить 1,5$ за 1 ватт.

Пример 5.

Весьма оригинальная идея предложена и исследователями из Idaho National Laboratory. Суть идеи заключается в том, чтобы улавливать и преобразовывать свет в электроэнергию посредством антенн очень малых размеров. Поскольку свет представляет собой электромагнитное излучение, он может быть уловлен антеннами так же, как и в привычных нам радиоприемниках. Только вот размеры антенн окажутся во много раз меньше. Поскольку новую антенну создали для приема инфракрасного излучения, то и размер каждой антенны оказался сопоставил с длиной волны ИК диапазона – 2-4 микрометра.

Излучение, попадающее на микро спираль рождает в ней напряжение. Но таких спиралей на большой антенны – огромное множество и резонансные процессы между ними могут существенно влиять на работы. Поэтому исследователи смоделировали поведение антенн при различной их форме и конфигурации, получив возможность выбирать оптимальные параметры для различных антенн.

В вопросе массового распространения таких солнечных электростанций есть и еще одна, пока не решенная проблема. Электрический ток в антеннах имеет очень высокую частоту — в прототипе она составила 10 Терагерц. Преобразовать ток такой высокой частоты в постоянный – очень сложно.

Разработка имеет множество плюсов. Во-первых, это цена – ведь печать антенн может производиться на дешевой полиэтиленовой пленке. Во-вторых, к.п.д. пленки составит до 80%, при том, что на ИК диапазон приходится порядка 45% всего излучения. То есть днем к.п.д. составит около 35%.

А, в третьих, пленка может давать ток … ночью. Ведь ИК излучение никуда не пропадает – излучают нагретые за день дома, дороги, и земля.


Просто о сложном – Солнечная электростанция для производства электроэнергии

  • Галерея изображений, картинки, фотографии.
  • Солнечная электростанция – основы, возможности, перспективы, развитие.
  • Интересные факты, полезная информация.
  • Зеленые новости – Солнечная электростанция.
  • Ссылки на материалы и источники – Солнечная электростанция для производства электроэнергии.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2017 Чистая энергия · Копирование материалов сайта без разрешения и установки прямой обратной ссылки запрещено.