Солнечные электростанции (СЭС)

Электростанции, работающие на солнечной энергии, вырабатывают электричество либо при помощи тепла солнечного. В наше время существует четыре основных типа СЭС, которые, помимо всего, могут также и комбинироваться друг с другом.

 Крупнейшими СЭС являются солнечные электростанции башенного типа (Б-СЭС). Башенные СЭС представляют из себя, как следует из названия, башню. Вокруг этой башни расположено большое число управляемых зеркал(на крупнейших СЭС — до сотен тысяч). Эти зеркала перенаправляют солнечные лучи на вершину башни, где расположенырезервуары с водой. Вода под действием лучей превращается в пар и вращает турбогенератор, который и вырабатывает электроэнергию.

Несмотря на значительную экологическую чистоту, строительство подобных СЭС всё равно ставит вопросы относительно вреда для окружающей среды. Так, например, некоторые птицы, пролетающие сквозь насыщенную теплом область вокруг башен, где температура может достигать 600 градусов цельсия, вследствие этого они умирают или опаляют свои перья. Поэтому исследование негативных эффектов башенных СЭС продолжается.

Второй тип СЭС — тарельчатый (Т-СЭС). Принцип работы Т-СЭС, такой же как и у башенных, но при этом они значиетельно отличаются в общей конструкции. Т-СЭС используют отдельные модули, каждый из которых самостоятельно генерирует электроэнергию. Модуль включает в себя и отражатель и приемник. На опоре устанавливается параболическая сборка из многочисленных зеркал, формирующих отражатель.

В фокусе параболоида расположен приемник. Приемником же может быть двигатель Стирлинга, совмещенный с генератором, либо резервуар с водой, которая превращается в пар, а пар вращает турбину.

Параболо-цилиндрические концентрационные СЭС (К-СЭС) работают по такому же принципу, что и тарельчатые и башенные СЭС, а различия, опять же, заключаются в строении конструкции. К-СЭС представляют из себя комплексы из большого количества зеркал в форме параболического цилиндра. В фокусе зеркал располагается трубка с теплоносителем. Под воздействием солнечного света теплоноситель расплавляется и разогревает воду, которая в свою очередь вращает турбогенератор и вырабатывает электроэнергию. Так же отличие К-СЭС от других типов состоит в том, что она способна вырабатывать электричество не только днём, но и в ночное время. Это связано с тем, что солевой расплав, состоящий из смеси натриевой и калиевой селитр, постепенномнакапливается, что позволяет производить энергию круглосуточно.

Фотоэлектрические СЭС (Ф-СЭС) уже координально отличаются не только конструкционными особенностями, но и самим принципом работы. Этот принцип довольно прост - энергия фотонов преобразуется в ток в кремниевой пластине. Но КПД данных солнечных батарей с кремниевыми пластинами довольно низкий - ~24%. 

Сейчас также ведутся разработки более эффективных фотоэлементов. Так, компания Sharp, в 2013 году объявила о создании концентрирующего солнечный свет фотоэлемента, КПД которого составляет 44,4%. Данный фотоэлемент имеет довольно сложное многослойное строение. Первый слой — фосфид индия-галлия. Второй слой — арсенид галлия. Третий слой — арсенид индия-галлия. Слои разделены диэлектриком. На каждом таком фотоэлементе концентрируется свет, посредством так называемой линзы Френеля (т.н. ступенчатая линза). При этом размер самой линзы не превышает размер фотоэлемента.

Солнечные электростанции, при оптимальном географическом расположении и погодных условиях, способны выдавть мощность равносильную мощности крупных ГЭС. Так К-СЭС Уарзазат в Марокко имеет мощность 580 МВт, что сравнимо с Камской ГЭС в Пермском крае, а мощность крупнейшей СЭС в мире — китайского солнечного парка Тэнгэр — 1547 МВт.

При всём этом солнечные электростанции имеют ряд значиетльных недостатков. Во-первых, это сильная зависимость СЭС от климатических условий, что препятствует их повсеместному использованию, и крупные рентабельные СЭС возможно строить только в регионах снизкой влажностью и малым уровнем осаднок, например в пустыне Гоби, Аравийской пустыне, Сахаре. Второй недостаток СЭС для полноценной полномасштабной работы необходимы большие рабочие территории. Так вышеупомянутый комплекс солнечного парка Тэнгэр занимает целых 43 квадратных километра. Третим основным минусом СЭС является малый коофицент полезного действия при значительной стоиости оборудования, а новые фотоэлементы с большим КПД также не могут похвастаться низкой стоимстью.