Сонячні концентратори

Сонячні ставки

Основні терміни і визначення

Сонячні електростанції

Лекція № 7. Сонячна енергетика.

Сонячний ставок – водойма, яка поглинає і акумулює сонячну енергію протягом року.

Фотоелемент – електронний пристрій, що перетворює енергію фотонів на електричну енергію.

Сонячні ставки – спеціальні водойми з солоною водою, концентрація солей в яких поступово зростає від поверхні до дна. Сонячне проміння вільно проходить через поверхневі прісні шари води і віддає свою енергію темному дну водойми, яке нагріває придонні шари води. Через більшу концентрацію солей у придонних шарах, вони мають більшу густину, що усуває явище конвекції. Тому нагріта вода придонного шару не перемішується з холодною поверхневою водою. Це дозволяє нагріти придонні шари води до температури 70-90°С. Прісний поверхневий шар водойми виконує роль теплового ізолятора, тому сонячний ставок також можна використовувати як тепловий акумулятор енергії, який дозволяє зберігати теплову енергію протягом зимового періоду. Для створення штучного сонячного ставка глибиною 1-3 м необхідно 500 – 1 000 кг повареної солі або хлориду магнію на 1 м² площі. Ефективність перетворення сонячної енергії у теплову складає 15-25 %. Відбір теплоти від сонячних ставків здійснюється з придонного шару за допомогою теплообмінника. Нагрітий теплоносій використовується в системі опалення чи ГВП, рідше – в термодинамічному циклі для виробництва електроенергії.

Сонячні ставки доцільно експлуатувати в тропічних широтах. Промислові зразки сонячних ставків експлуатуються в США і Ізраїлі. Через низький ККД сонячні ставки не знайшли широкого використання.

Принцип дії сонячних концентраторів полягає у фокусуванні сонячного випромінювання на ємності з теплоносієм. Існує три типи сонячних концентраторів:

- параболоциліндричні;

- параболічний;

- баштові.

Параболоциліндричні концентратори мають форму параболи, витягнутої вздовж прямої, рис. 1. Вони фокусують сонячне випромінювання у пряму лінію з мінімум стократною концентрацією. В фокусі розміщується трубка з теплоносієм, який нагрівається до 300-400 °С. Нагрітий теплоносій подається у теплообмінник для утворення пари, яка використовується для виробництва електроенергії. Для зменшення простоїв у несприятливу погоду в системах передбачена система теплових акумуляторів – термоізольованих баків. В них зберігається нагрітий теплоносій і у разі потреби подається до теплообмінників. Потужність СЕС баштового типу складає 10-100 МВт, ККД – 10-20 %.

Існують варіанти параболо-циліндричних сонячних електростанцій (СЕС) з фотоелементами. Це дозволяє спростити конструкцію станції і зменшити площу фотоелементів. Однак ККД таких систем не перевищує 10 %.

Рис.1. Пароболоциліндричний концентратор

Параболічний концентратор – це параболічне дзеркало з приймачем, встановленим у його фокусі, рис. 2. У приймачі знаходиться двигун Стірлінга. В якості робочого тіла двигуна використовується водень або гелій. Потужність однієї установки складає 10-25 кВт. ККД системи може досягати 25-30 %.

Концентратори баштового типу розміщуються навколо центрального приймача і фокусують на нього сонячне випромінювання, рис. 3.

Рис. 2. Параболічний концентратор Рис. 3. Баштова СЕС

В кожний концентратор інтегрована система руху за Сонцем, тому відбиті сонячні промені завжди направлені на центральний приймач. Концентрація сонячного випромінювання в 1 000 разів більша за звичайну. В баштовому приймачі розташована парова турбіна, в якості робочого тіла використовується водяна пара, повітря, масло. Температура теплоносія 500-1500 °С. Додатково в таких СЕС встановлюють теплові акумулятори. Потужність СЕС баштового типу складає 10-100 МВт, ККД – 10-20 %

В результаті огляду різних видів СЕС можна зробити такі висновки:

- баштові, пароболоциліндричні СЕС доцільно використовувати для живлення промислових об’єктів потужністю від одиниць до десятків мегават;

- параболічні концентратори можливо використовувати в побутовому секторі;

- для експлуатації СЕС необхідно відводити значно більші території, ніж для електростанцій на викопному паливі.

Дата добавления: 2014-01-04