Солнечные электрические станции

Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию (рис. 6.1).

Рисунок 6.1

Для эффективной работы СЭС требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления. Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя.

Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны. На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн км² (площадь Сахары 7 млн км²) за год поступает около 5∙10¹⁶ кВт∙ч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, равной 10 %, достаточно использовать всего 1 % территории пустынных зон для размещения СЭС, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления.

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа (рис. 6.1) и СЭС распределенного (модульного)типа.

В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем очень сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 ⁰С, воздух и другие газы - до 1000 ⁰С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) - до 100 °С, жидкометаллические теплоносители - до 800 °С.

Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га.

В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения, позволяющий системе «следить» за положением солнца на небосводе и приемник (плоский или трубчатый теплообменник, зачерненный снаружи), расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны, чем башенные. В СЭС модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн км² на суше и 18 млн. км² в океане.