Typy solárnych elektrární: vežové, kotúčové, parabolicko-cylindrický koncentrátor, solárne vákuové, kombinované

Na premenu energie slnečného žiarenia alebo inými slovami — slnečné teplo a svetlo na elektrickú energiu, už mnoho rokov mnohé krajiny po celom svete využívajú solárne elektrárne. Ide o inžinierske stavby s rôznym dizajnom, pracujúce na rôznych princípoch, v závislosti od typu elektrárne.

Ak si niekto pri spojení „slnečná elektráreň“ predstaví obrovskú plochu pokrytú solárnymi panelmi, niet sa čomu čudovať, pretože tento typ elektrární, nazývaných fotovoltické, je dnes v mnohých domácnostiach veľmi obľúbený. Toto ale nie je jediný typ solárnej elektrárne.

Všetky dnes známe solárne elektrárne vyrábajúce elektrinu v priemyselnom meradle sú rozdelené do šiestich typov: vežové, doskové, fotovoltaické, parabolicko-cylindrické koncentrátory, solárno-vákuové a kombinované.Poďme sa podrobne pozrieť na jednotlivé typy solárnych elektrární a venovať pozornosť konkrétnym stavbám v rôznych krajinách sveta.

Vežové elektrárne

Solárna elektráreň — Solárna elektráreň, v ktorej je žiarenie z optického koncentračného systému vytvoreného poľom heliostatov smerované do solárneho prijímača namontovaného na veži.

Vežové elektrárne boli pôvodne založené na princípe vyparovania vody vplyvom slnečného žiarenia. Ako pracovná tekutina sa tu používa vodná para. Veža umiestnená v strede takejto stanice má na vrchu nádrž na vodu, ktorá je natretá čiernou farbou, aby čo najlepšie absorbovala viditeľné žiarenie aj teplo. Okrem toho má veža čerpaciu skupinu, ktorej funkciou je dodávať vodu do nádrže. Para, ktorej teplota presahuje 500 ° C, roztáča turbínový generátor umiestnený na území stanice.

Aby sa na vrchole veže sústredilo maximálne možné množstvo slnečného žiarenia, sú okolo nej nainštalované stovky heliostatov, ktorých funkciou je smerovať odrazené slnečné žiarenie priamo do nádoby s vodou. Heliostaty sú zrkadlá, z ktorých plocha každého môže dosiahnuť desiatky metrov štvorcových.

Heliostat [heliostat] — Plochý alebo zaostrovací zrkadlový prvok optického koncentračného systému s individuálnym orientačným zariadením na nasmerovanie odrazeného priameho slnečného žiarenia na prijímač slnečného žiarenia.

Všetky heliostaty namontované na podperách vybavených automatickým zaostrovacím systémom smerujú odrazené slnečné žiarenie priamo na vrchol veže, do nádrže, keďže polohovanie funguje podľa pohybu slnka počas dňa.

V najteplejší deň môže teplota produkovanej pary stúpnuť až na 700 °C, čo je na bežnú prevádzku turbíny viac než dosť.

Napríklad v Izraeli na území Negevskej púšte bude do konca roku 2017 dokončená výstavba elektrárne s vežou s výkonom viac ako 121 MW. Výška veže bude 240 metrov (najvyššia solárna veža na svete v čase výstavby). , a okolo nej bude poschodie stoviek tisíc heliostatov, ktoré budú umiestnené cez Wi-Fi ovládanie. Teplota pary v nádrži dosiahne 540 ° C. Projekt v hodnote 773 miliónov dolárov pokryje 1 % izraelských potrieb elektriny.

Voda nie je jediná vec, ktorá sa dá vo veži ohrievať slnečným žiarením. Napríklad v Španielsku bola v roku 2011 uvedená do prevádzky vežová solárna elektráreň Gemasolar, v ktorej sa ohrieva soľné chladivo. Toto riešenie umožnilo vykurovať aj v noci.

Soľ zahriata na 565 ° C vstupuje do špeciálnej nádrže, po ktorej odovzdáva teplo parnému generátoru, ktorý otáča turbínu. Celý systém má menovitý výkon 19,9 MW a je schopný dodávať 110 GWh elektriny (ročný priemer) na napájanie siete 27 500 domácností pracujúcich na plný výkon 24 hodín denne počas 9 mesiacov.

Veľké elektrárne

Elektrárne tohto typu sú v princípe podobné vežovým elektrárňam, ale sú konštrukčne odlišné. Využíva samostatné moduly, z ktorých každý vyrába elektrinu. Modul obsahuje reflektor aj prijímač. Na podpere je namontovaná parabolická zostava zrkadiel tvoriacich reflektor.

Zrkadlový zosilňovač — Koncentrátor slnečného žiarenia so zrkadlovým povlakom.Zrkadlový koncentrátor slnečného žiarenia – zrkadlový koncentrátor slnečného žiarenia pozostávajúci z jednotlivých zrkadiel plochého alebo zakriveného tvaru tvoriacich spoločnú odraznú plochu.

Prijímač je umiestnený v ohnisku paraboloidu. Reflektor pozostáva z desiatok zrkadiel, z ktorých každé je individuálne prispôsobené. Prijímačom môže byť Stirlingov motor kombinovaný s generátorom alebo nádrž s vodou, ktorá sa premieňa na paru a para roztáča turbínu.

Napríklad v roku 2015 švédske Ripasso testovalo v Južnej Afrike parabolickú helotermálnu jednotku so Stirlingovým motorom. Reflektorom inštalácie je parabolické zrkadlo pozostávajúce z 96 dielov a celkovej plochy 104 metrov štvorcových.

V centre pozornosti bol Stirlingov vodíkový motor vybavený zotrvačníkom a spojený s generátorom. Tanier sa pomaly otáčal, aby sledoval slnko počas dňa. Vďaka tomu bol faktor účinnosti 34 % a každá takáto „platnička“ dokázala poskytnúť užívateľovi 85 MWh elektriny ročne.

Spravodlivo poznamenávame, že v ohnisku „dosky“ solárnej elektrárne tohto typu môže byť umiestnená nádoba s olejom, ktorej teplo sa môže prenášať do parogenerátora, ktorý zase otáča turbína elektrického generátora.

Parabolické trubicové solárne elektrárne

Tu sa opäť zahrieva vykurovacie médium koncentrovaným odrazeným žiarením. Zrkadlo má tvar parabolického valca dlhého až 50 metrov, nachádza sa v smere sever-juh a otáča sa podľa pohybu slnka. V ohnisku zrkadla je pevná trubica, pozdĺž ktorej sa pohybuje kvapalné chladivo.Keď sa chladiaca kvapalina dostatočne zahreje, teplo sa prenesie do vody vo výmenníku tepla, kde para opäť roztáča generátor.

Parabolický koridorový koncentrátor — Zrkadlový koncentrátor slnečného žiarenia, ktorého tvar tvorí parabola pohybujúca sa rovnobežne sama so sebou.

V 80. rokoch minulého storočia v Kalifornii Luz International postavila 9 takýchto elektrární s celkovým výkonom 354 MW. Po niekoľkých rokoch praxe však odborníci dospeli k záveru, že dnes sú parabolické elektrárne z hľadiska ziskovosti aj účinnosti podradné ako vežové a doskové solárne elektrárne.

V roku 2016 však bola v saharskej púšti pri Casablance objavená elektráreň. solárne koncentrátory, s výkonom 500 MW. Pol milióna 12-metrových zrkadiel ohrieva chladiacu kvapalinu na 393 °C, aby premenili vodu na paru pre roztočené turbíny generátorov. V noci tepelná energia pokračuje v práci skladovaním v roztavenej soli. Štát Maroko plánuje týmto spôsobom postupne vyriešiť problém ekologického zdroja energie.

Fotovoltaické elektrárne

Stanice na báze fotovoltaických modulov, solárnych panelov. V modernom svete sú veľmi obľúbené a rozšírené. Moduly na báze kremíkových článkov sú široko používané na napájanie malých lokalít, ako sú sanatóriá, súkromné ​​vily a iné budovy, kde je stanica s požadovaným výkonom zostavená zo samostatných častí a inštalovaná na streche alebo na pozemku vhodnej plochy. Priemyselné fotovoltaické elektrárne sú schopné zásobovať elektrinou aj malé mestá.

Solárna elektráreň (SES) [solárna elektráreň] — Elektráreň určená na premenu energie slnečného žiarenia na elektrickú energiu.

Napríklad v Rusku bola v roku 2015 spustená najväčšia fotovoltická elektráreň v krajine. Solárna elektráreň „Alexander Vlazhnev“ pozostávajúca zo 100 000 solárnych panelov s celkovým výkonom 25 MW sa nachádza na ploche 80 hektárov medzi mestami Orsk a Gai. Kapacita stanice postačuje na zásobovanie elektrinou polovice mesta Orsk vrátane obchodných a obytných budov.

Princíp fungovania takýchto staníc je jednoduchý. Energia svetelných fotónov sa premieňa na prúd v kremíkovej doštičke; vlastný fotoelektrický efekt v tomto polovodiči bol dlho študovaný a akceptovaný výrobcami solárnych článkov. Ale kryštalický kremík, ktorý dáva účinnosť 24 %, nie je jedinou možnosťou. Technológia sa neustále zlepšuje. V roku 2013 teda inžinieri Sharpu dosiahli 44,4 % účinnosť z prvku indium-gálium-arzenid a použitie zaostrovacích šošoviek umožňuje dosiahnuť všetkých 46 %.

Solárne vákuové elektrárne

Absolútne ekologický typ solárnych staníc. V zásade sa využíva prirodzené prúdenie vzduchu, ku ktorému dochádza v dôsledku teplotného rozdielu (vzduch na povrchu zeme sa ohrieva a ženie sa nahor). V roku 1929 bol tento nápad patentovaný vo Francúzsku.

Buduje sa skleník, čo je pozemok pokrytý sklom. Zo stredu skleníka vyčnieva veža, vysoká rúra, v ktorej je namontovaná generátorová turbína. Slnko ohrieva skleník a vzduch prúdiaci potrubím roztáča turbínu.Prievan zostáva konštantný, pokiaľ slnko ohrieva vzduch v uzavretom sklenenom objeme a dokonca aj v noci, pokiaľ zemský povrch zadržiava teplo.

Experimentálna stanica tohto typu bola postavená v roku 1982, 150 kilometrov južne od Madridu, v Španielsku. Skleník mal priemer 244 metrov a potrubie bolo vysoké 195 metrov. Maximálny vyvinutý výkon je len 50 kW. Turbína však bežala 8 rokov, kým nezlyhala v dôsledku hrdze a silného vetra. V roku 2010 Čína dokončila výstavbu solárnej vákuovej stanice, ktorá bola schopná poskytnúť 200 kW. Rozkladá sa na ploche 277 hektárov.

Kombinované solárne elektrárne

Sú to stanice, kde sú teplovodné a vykurovacie komunikácie napojené na výmenníky tepla, vo všeobecnosti ohrievajú vodu pre rôzne potreby. Kombinované stanice zahŕňajú aj kombinované riešenia, keď koncentrátory pracujú paralelne so solárnymi panelmi. Kombinované solárne elektrárne sú často jediným riešením alternatívneho napájania a vykurovania súkromných domov.