Солнечные концентраторы

Фотоэлектрические электростанции

Более широкую известность, в том числе и среди хозяев частного сектора, получили фотоэлектрические электростанции. Основным конструктивным элементом этих установок являются солнечные панели на основе кремния или других полупроводниковых материалов. Их физические свойства позволяют получать электрический ток путем преобразования солнечной энергии. В настоящее время средняя производительность батарей составляет примерно 120 ватт с 1 квадратного метра солнечного элемента.

Стабильная работа фотоэлектрических преобразователей заявляется многими производителями, а срок службы, при соблюдении правил эксплуатации, ничем не ограничивается. В своей работе они используют энергию не только прямых, но и рассеянных солнечных лучей. Конструкции модульного типа дают возможность создать электроустановку с требуемой мощностью для конкретного объекта. Существенным недостатком таких устройств считается их довольно низкий КПД, составляющий в среднем 15%, и высокая стоимость комплектующих изделий.

Солнечные батареи могут быть дополнены следящим или фиксированным фотоприемником, с концентратором солнечных лучей или без него. Эти дополнительные устройства имеют свои конструктивные особенности, технические характеристики и обладают различной эффективностью. С целью повышения производительности установок рекомендуется использование концентраторов, увеличивающих плотность радиационного потока.

Эффективность фотоэлектрических станций повышается за счет систем слежения за движением солнца. Их применение позволяет сократить площадь фотоэлементов в 1,7 раза, сохраняя при этом первоначальную мощность.

В последнее время солнечные батареи становятся все более привлекательными для владельцев частного сектора. Их установка делает хозяев дач и загородных домов полностью независимыми от централизованного электроснабжения. Конструкция таких электростанций несложная и вполне может быть собрана самостоятельно.

Она состоит из следующих элементов:

  • Солнечные панели – фотоэлектрические преобразователи. Их основой служит моно- или поликристаллический кремний. В первом случае КПД составляет 17-18%, во втором – не более 15%. Важнейшей характеристикой является полезная мощность, определяемая выходным током и напряжением. На эти параметры влияет интенсивность светового потока, улавливаемого батареей. Для увеличения выходных параметров применяются соединения модулей по параллельной и последовательной схеме. В первом случае возрастает выходной ток, во втором – выходное напряжение. Каждый элемент батареи шунтируется диодами, защищающими от выхода из строя в случае затемнения одного из них.
  • Аккумулятор для солнечной электростанции, в котором изначально накапливается вся полученная энергия. Заряд батареи возможен лишь тогда, когда приложенный потенциал превышает напряжение аккумулятора. Величина нагрузочного тока АКБ должна обеспечивать необходимый зарядный ток. С наступлением темноты или уменьшением солнечного света днем, заряд начинает поступать к потребителям. То есть аккумулятор постоянно работает в режиме зарядки и разрядки.
  • Контроллер обеспечивает управление циклическими процессами заряда-разряда. Он отключает батарею при полной зарядке и включает ее в случае сильного разряда.
  • Инвертор для солнечной электростанции преобразует постоянное напряжение АКБ в переменный ток, обеспечивая работу потребителей, используемых в быту. Без инвертора питание подается лишь к приемникам, работающим от постоянного напряжения. Это мелкие портативные устройства, светодиодные лампы и т.д.

Устройство и принципы работы

Слои в стопке могут быть отдельными параллельными пластинами или чередующимися пластами в твердой структуре. В принципе, если эффективная площадь входа достаточно велика по сравнению с эффективной площадью выхода, выход будет соответственно выше. сияние чем вход, как измерено в Вт за квадратный метр. Фактор концентрации — это соотношение выходной и входной освещенности всего устройства.

Например, представьте квадратный стеклянный лист (или стопку) со стороной 200 мм и толщиной 5 мм. Его входная площадь (например, поверхность одной поверхности листа, ориентированная в сторону источника энергии) в 10 раз больше, чем выходная площадь (например, поверхность четырех открытых сторон) — 40000 квадратных мм (200×200) по сравнению с 4000 квадратных мм. (200x5x4). В первом приближении коэффициент концентрации такого LSC пропорционален площади входных поверхностей, деленной на площадь краев, умноженную на эффективность отвода падающего света к выходной области. Предположим, что стеклянный лист может отводить падающий свет от лица к краям с эффективностью 50%. Гипотетический лист стекла в нашем примере будет давать выходную освещенность света в 5 раз больше, чем падающий свет, что дает коэффициент концентрации 5.

Точно так же может оказаться полезным оптическое волокно с переменным показателем преломления в поперечном сечении 1 квадратный мм и длиной 1 метр с люминесцентным покрытием.

Коэффициент концентрации в зависимости от эффективности

Коэффициент концентрации влияет на эффективность устройства для определения общей производительности.

  • Коэффициент концентрации — это соотношение между входящей и излучаемой энергетической освещенностью. Если входная освещенность составляет 1 кВт / м2, а выходная освещенность составляет 10 кВт / м2, это обеспечит коэффициент концентрации 10.
  • Эффективность — это соотношение между входящими лучистый поток (измеряется в ваттах) и исходящая мощность, или доля входящей энергии, которую устройство может выдавать в качестве полезной выходной энергии (не то же самое, что свет или электричество, некоторые из которых могут быть непригодными для использования). В предыдущем примере половина полученной мощности повторно излучается, что подразумевает эффективность 50%.

Большинство устройств (таких как солнечные элементы) для преобразования поступающей энергии в полезную выходную мощность относительно малы и дороги, и они лучше всего работают при преобразовании направленного света с высокой интенсивностью и узким частотным диапазоном, тогда как входное излучение имеет тенденцию к диффузным частотам относительно низкая освещенность и насыщенность. Соответственно, концентрация потребляемой энергии является одним из вариантов повышения эффективности и экономии.

Люминесценция

Приведенное выше описание охватывает более широкий класс концентраторов (например, простые оптические концентраторы), чем просто люминесцентные солнечные концентраторы. Существенным атрибутом LSC является то, что они включают люминесцентные материалы, которые поглощают падающий свет в широком диапазоне частот и повторно излучают энергию в виде света в узком диапазоне частот. Чем уже частотный диапазон (т.е. чем выше насыщенность), тем проще фотоэлектрический клетка может быть сконструирован для преобразования его в электричество.

Подходящие оптические конструкции улавливают свет, излучаемый люминесцентным материалом, во всех направлениях, перенаправляя его так, чтобы мало что могло ускользнуть от света. фотоэлектрические преобразователи. Методы перенаправления включают внутреннее отражение, показатель преломления градиенты и, где это возможно, дифракция. В принципе, такие LSC могут использовать свет облачного неба и подобных рассеянных источников, которые мало используются для питания обычных солнечных элементов или для концентрации с помощью обычных оптических отражателей или преломляющих устройств.

Люминесцентный компонент может быть присадка в материале части или всего прозрачного носителя, или он может быть в форме люминесцентного тонкие пленки на поверхности некоторых прозрачных компонентов.

Популярные статьи  Как правильно снимать показания счетчиков электроэнергии?

Применение

Солнечный водонагреватель на жилом доме. Мальта. Солнечные коллекторы применяются для отапливания промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется тёплая и горячая вода (30—90 °C), проходят в пищевой и текстильной промышленности, которые таким образом имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов.

В Европе в 2000 году общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн , а во всём мире — 71,341 млн м².

Солнечные коллекторы — концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов или двигателя Стирлинга.

Солнечные коллекторы могут использоваться в установках для опреснения морской воды. По оценкам Германского аэрокосмического центра (DLR) к 2030 году себестоимость опреснённой воды снизится до 40 евроцентов за кубический метр воды

В России

По исследованиям ОИВТ РАН в тёплый период (с марта—апреля по сентябрь) на большей части территории России средняя дневная сумма солнечного излучения составляет 4,0-5,0 кВтч/м² (на юге Испании — 5,5-6,0 кВтч/м², на юге Германии — до 5 кВтч/м²). Это позволяет нагревать для бытовых целей около 100 л воды с помощью солнечного коллектора площадью 2 м² с вероятностью до 80 %, то есть практически ежедневно. По среднегодовому поступлению солнечной радиации лидерами являются Забайкалье, Приморье и Юг Сибири. За ними идут юг европейской части (приблизительно до 50º с.ш.) и значительная часть Сибири.

Использование солнечных коллекторов в России составляет 0,2 м²/1000 чел.. В Германии эксплуатируется 140 м²/1000 чел., в Австрии 450 м²/1000 чел., на Кипре около 800 м²/1000 чел..

В летнем периоде, большинство районов России вплоть до 65º с.ш. характеризуются высокими значениями среднедневной радиации. В зимнее время количество поступающей солнечной энергии снижается в зависимости от широтного расположения установки в разы.

Для всесезонного применения установки должны иметь большую поверхность, два контура с антифризом, дополнительные теплообменники. В таком случае применяется вакуумированные коллекторы или плоские коллекторы с высокоселективным покрытием, поскольку больше разность температур между нагреваемым теплоносителем и наружным воздухом. Однако такая конструкция выше по стоимости.

Сооружение коллекторов в настоящее время осуществляется, в основном, в Краснодарском крае, Бурятии, в Приморском и Хабаровском краях.

Выбор комплекта солнечных коллекторов для отопительной системы

Выбор устройства зависит от целей, на которые будет направлена работа конструкция. Гелиосистема применяется для поддержки воздуха, обеспечения горячего водоснабжения, подогрева воды для бассейна.

Мощность

Чтобы рассчитать возможную мощность гелиосистемы, следует знать 2 параметра: солнечной инсоляции в определенном регионе в нужное время года и эффективную площадь поглощения коллектора. Эти цифры необходимо перемножить.

Можно ли использовать коллектор в зимний период

Вакуумные устройства справляются с работой в холодном климате. Плоские показывают низкую производительность в морозы и лучше подойдёт для южных областей.

Меньше других для функционирования в холоде подходит воздушная конструкция так, как ночью она не способна нагревать воздух.

Неудобства доставляют сильные осадки, ведь зимой оборудование часто засыпает снегом и требуется регулярная чистка. Морозный воздух отбирает накопленное тепло, а сам коллектор может быть поврежден градом.

Учёт сферы применения

В промышленности использование гелиосистем более распространено. Энергию солнца применяют в работе электростанций, парогенераторов, опреснителей воды. Для нагрева воды, обогрева дачи или бани в бытовых условиях чаще устанавливают вакуумные коллекторы, реже — плоские. Воздушные системы помогают снизить стоимость отопления, благодаря обогреву воздуха в дневное время.

Работа вакуумных коллекторов на треть более эффективнее, чем функционирование плоских. За год экономия составляет на 20—25% больше. К подбору и установке трубчатых коллекторов следует отнестись серьезно, поскольку по сравнению с другими они более подвержены разрушительному действию осадков.

Техническая информация

При покупке коллекторов обращают внимание на условия эксплуатации. Наиболее важными параметрами будут общая площадь отопления, активная площадь, показатели теплопотерь, угловой коэффициент, параметры КПД

Знание этих данных позволит рассчитать производительность работы конкретного агрегата. Покупатель имеет право потребовать у продавцов соответствующие расчеты и имеющиеся сертификаты.

Солнечный концентратор

Прибор для аккумулирования энергии лучей солнца, имеет функцию теплоносителя. Служит для фокусирования энергии на приемнике излучателя внутри изделия.

Существуют следующие виды:

  • параболоцилиндрические концентраторы;
  • концентраторы на плоских линзах (линзы Френеля);
  • на сферических линзах;
  • параболические концентраторы;
  • солнечные башни.

Концентраторы отражают излучение с большой плоскости на маленькую, что помогает достичь высоких температур. Жидкость вбирает тепло и перемещает к объекту обогрева.

Важно!

Цена приборов — недешевая, а такжеони требуют постоянного квалифицированного обслуживания. Используется такое оборудование в гибридных системах, чаще всего в промышленных масштабах и позволяет увеличить производительность коллектора.

С двигателем Стирлинга

СЭС с двигателем Стирлинга – это разновидность гелиостанций, тоже состоящих из параболических концентраторов. Разница здесь лишь в конструкции, которую помещают в их фокусе. Здесь это именно двигатель Стирлинга, представляющий собой двигатель с маховиком. Система представлена замкнутым рабочим контуром, по которому движется газ или жидкость. В частности, для СЭС применяют водород или гелий.

Главное отличие такой установки – суммарный КПД до 34%. Принцип действия солнечной электростанции:

  1. Каждый концентратор благодаря альбедо в 95% отражает солнечные лучи.
  2. Они попадают на двигатель, одна из сторон которого за счет этого нагревается.
  3. Вторая сторона охлаждается окружающим воздухом, а система в это время двигает поршень Стирлинга туда-сюда, что обеспечивает генерацию до 40 кВт энергии.
  4. Часть ее тратится на воздухообмен и перемещение зеркал концентраторов, которые поворачиваются вслед за Солнцем.
  5. Вычтя эти затраты, можно получить величину «чистой» генерации в 33 кВт, что и обеспечивает указанный выше КПД в 34%.

Получается, что станция работает за счет колебаний поршня, которые преобразуются в электроэнергию. КПД оказывается примерно в 2 раза выше, чем у обычных гелиотермальных установок. Это обусловлено также и тем, что при сочетании двигателя Стирлинга и концентраторов параболической формы рабочий зазор будет совсем небольшим. В результате затраты на нагрев воздуха между генератором и зеркалом значительно снижаются.

СЭС на параболических концентраторах

Основное предназначение солнечного параболического концентратора состоит в фокусировании солнечных лучей, попадающих на приемник излучателя. Он расположен на линии или в точке фокуса коллектора солнечной энергии.

Типовой параболический концентратор включает в себя следующие компоненты:

  • Отражатели (линзы), непосредственно концентрирующие солнечные лучи.
  • Основание для установки и крепления отражателей.
  • Солнечный коллектор, воспринимающий тепловую энергию.
  • Трубопроводы для подводки и отведения теплоносителя.
  • Система слежения с механизмом привода. Состоит из датчика направления на солнце, электронного преобразователя сигналов и электродвигателя с редуктором для поворотов концентратора в нужное положение. Ориентация может производится в одной плоскости – с востока на запад, или в двух плоскостях, когда добавляется движение с севера на юг. В последнем случае ориентация относительно Солнца происходит в течение всего года.
  • Различные конструкции могут быть дополнены регулирующим вентилем, термометром, циркуляционным насосом, контуром отопительной системы и другими деталями.

Как работает солнечная электростанция на параболических концентраторах, какая схема при этом используется? Чтобы добиться высокой температуры в концентраторе, необходимо обеспечить отражение солнечных лучей с большой поверхности на меньшую площадь приемника. Через этот приемник проходит жидкий теплоноситель, поглощающий максимальное количество тепла и передающий его потребителю.

Популярные статьи  Клемма заземления: назначение и применение

Система концентраторов позволяет фокусировать лишь прямые солнечные лучи, поэтому они становятся менее эффективными при пасмурной погоде. Такие установки демонстрируют наивысший КПД в районах с высокой солнечной активностью, расположенных ближе к экватору.

При промышленном использовании параболических установок, зеркальные концентраторы фокусируют солнечное излучение более чем в 100 раз превосходящее первоначальное значение. Это дает возможность разогревать жидкость до 400 градусов, после чего она проходит через теплообменники и производит пар, вращающий турбины парогенераторов. Во избежание тепловых потерь, приемная труба заключается в прозрачную стеклянную оболочку на протяжении всей фокусной линии.

Что такое селективное покрытие

Данное покрытие не только непонятно, это – важнейший элемент коллектора. Покрытие вбирает в себя солнечную энергию и превращает ее в тепловую (последняя аккумулируется и транспортируется). Эта «губка» черного цвета называется селективной (англ. Select – выбирать, избирать), потому что излучает в несколько раз меньше тепла, чем поглощает.

Интересно то, что подобное покрытие можно запросто купить (оно продается в жестяных банках) и нанести на любой материал за исключением алюминия. Сплошной слой площадью в 1 м² этого вещества стоит примерно 1800 рублей. И если добавить к этому стоимость аккумулятора, то становится очевидным, что гелиосистема – это не настолько дорогостоящее удовольствие, каковым его преподносят неосведомленным покупателям.

Самодельная печь концентратор на солнечном излучении

Для начала стоит выявить место концентрации, для этого оденьте солнцезащитные очки. Возьмите деревянную доску и плотные варежки. Направьте отражатель в сторону солнца и сфокусируйте пойманные лучи на доске, далее регулируйте расстояние пока не получите максимально эффективный, концентрированный пучок энергии, делайте это до тех пор, пока не получите его самый малый размер. Одетые вами варежки предохранят кожу рук от солнечного ожога, если вы случайно подставите руки в зону фокуса лучей. После того как вы определите точку концентрации, вам останется только зафиксировать конструкцию и закончить ее монтаж в оптимальное место. Как говорят в кругах изобретателей: «Остается только получить патент». Пользуйтесь результатами своего труда, получая неиссякаемый и бесплатный источник энергии.

Двигатель Стирлинга можно собрать, используя подручные, распространенные материалы

Существует множество вариантов изготовления концентраторов на основе солнечного излучения. Таким же образом вы сможете сами, используя подручные, распространенные материалы, собрать двигатель Стирлинга (это действительно возможно, хоть, на первый взгляд, и кажется недостижимым), а уж использовать возможности этого двигателя для самых разных целей вы сможете на протяжении длительного времени. Все ограничения зависят только от вашего терпения и наличия фантазии.

Вдохновением для постройки этого агрегата послужила программа «Разрушители легенд» на канале Дискавери . В этой программе «разрушители» проверяли миф о том, как Архимед сжег Римский флот с помощью зеркал. Дважды этот миф был разрушен. Но тем не менее построить простое фокусирующее зеркало, способное поджечь доску или приготовить обед, можно.

Для этого потребуется совсем немного.

1. Самоклеющаяся зеркальная пленка (можно купить в магазинах торгующими обоями). Пленка для окон не подойдет.

2. Лист ДСП и такой же оргалита.

3. Тонкий шланг и герметик.

Солнечные концентраторы

Из ДСП вырезается кольцо. В последствии мне понадобилось два кольца. Иначе луч будет фокусироваться слишком далеко. Кольцо выпиливается лобзиком.

Солнечные концентраторы

Под размер кольца вырезается круг из оргалита.

Солнечные концентраторы

Кольцо приклеивается к оргалиту

Важно хорошо все промазать герметиком. Конструкция должна быть герметичной и не пропускать воздух. Сбоку делаем дырку и вставляем шланг

Сбоку делаем дырку и вставляем шланг.

Солнечные концентраторы

И наконец сверху натягиваем зеркальную пленку.

Солнечные концентраторы

Затем воздух из корпуса откачивается и получается сферическое зеркало. Шланг перегибается и зажимается прищепкой.

Для этого агрегата желательно сделать подставку.

Солнечные концентраторы

Шпарит эта штука будь здоров.

Солнечные концентраторы

Получилось достичь хорошей фокусировки. Единственное что плохо, это зеркало нельзя направлять в произвольную точку. Только на солнце.

Схема сборки и подключения

Солнечная электростанция своими руками собирается так:

  • Найдите выходные клеммы контроллера заряда, к нему подключите АКБ. После этого проводники, которые отходят от каждой панели, присоедините к входной клемме устройства для контроля над зарядом. Если к панелям прилагается в комплекте кабель, этот шаг не нужен.
  • Присоединять проводники требуется по схеме «+» к «+», а также «-» к «-». После этого на клеммы, расположенные у входа инвертора, подается питание от АКБ.
  • Включив контроллер за зарядом и инвертор, вы увидите, что электричество, которое начнет вырабатывать панель, будет заряжать аккумулятор.

Солнечные концентраторы

Схема подключения солнечных панелей и бытовой нагрузки

Расчет облучателя

В качестве облучателя будем применять диэлектрический стержень. Диаграмму направленности диэлектрического стержня можно рассчитать при помощи следующих приближенных соотношений:

где — длинна стержня в метрах, — коэффициент замедления. выбираемый по графикам рис. 5.2 ч.1 в зависимости от поперечного сечения стержня и длинный волны, — диаметр стрежня.

k — волновое число и считается по формуле: k = 2р/л = 209.4395 м-1

диэлектрическая проницаемость выбирается вкупе с таким параметром как: длинна волны, по следующим зависимостям:

Для обеспечения необходимой ширины ДН диэлектрического стержня, то есть выбрав необходимые параметры антенны, мы в программе ANT-4 меняя степень аппроксимирующего полинома, добиваемся необходимых показателей эффективности антенны, подобрав необходимый полном, мы выбрав удовлетворяющую нас длину стержня, меняя параметр k1, коэффициент замедления, получаем необходимую ширину ДН, а затем подбираем по этим графикам материал стержня.

— максимальный диаметр стержня

— диаметр стержня выбранный для данной антенны, от этого параметра зависит диэлектрическая проницаемость и ширина ДН.

— радиус стержня

— длина стержня от этого параметра, так же зависит ширина ДН и выбор диэлектрика.

— коэффициент замедления выбирается в соответствии с графиками приведенными выше.

— коэффициент затухания

— коэффициент полезного действия

Для получения максимального значения КНД зеркальной антенны главный лепесток ДН диэлектрического облучателя в пределах сектора облучения малого зеркала должен быть симметричным. Для этого в пределах угла облучения ДН в плоскостях Е и Н должна быть симметрична:

— коэффициент перехвата энергии малым зеркалом.

Фазовый центр: для цилиндрического стержня он приближённо берется в середине стрежня.

Для возбуждения волновода будем использовать электрический вибратор, который подведем к волноводу с помощью коаксиальной линии с ТЕМ волной. Внешний проводник подсоединяется к волноводу, а внутренний размещается непосредственно в волноводе. Структура поля возбуждаемого в волноводе данным вибратором, будет иметь такое же распределение, как и в линии, следовательно, будут, возбуждается волны, у которых в центре находятся пучности, это волны типа и т.д. волны с первым не четным индексом, а волны типа не будут возбуждаться, для одно волнового режима, необходима соответствующим образом подобрать размеры волновода, при котором волны высших типов будут угасать, для работы с волной необходимое условие: . Для того чтобы наша антенна работала на заданном типе волны и в нее не попадали высшие типы волн расстояние от вибратора до диэлектрического стержня должно быть больше (длинна волны в волноводе). Т.к. вибратор излучает волну в обе стороны, то для улучшения согласования вибратор будем вводить в волновод на расстоянии , при таком расположении набег фаз у отражённой волны от задней стенки будет равен р и она сложится с волной, бегущей к стержню.

Популярные статьи  Радиоуправление кран-балкой и мостовым краном - примущества, работа, нюансы дистанционного управления

Для получения горизонтальной поляризации в прямоугольном волноводе, есть два способа, либо вводить вибратор в волновод со стороны малой стенки, либо возбудить в прямоугольном волноводе волну , а за тем плавно повернуть волновод на 90 градусов. Воспользуемся вторым способом, т.к. этот метод прост в исполнении, и не требует покупать волновод с дополнительным вводом со стороны малой стенки. Требование к секции поворота, ее длинна, должна быть больше чем длинна волны в волноводе, т.к. там возбуждаются волны высших порядков и они должны успеть затухнуть.

Расчет волновода:

Питание диэлектрического стержня осуществляется с помощью прямоугольного волновода, в котором распространяется волна Н10. Для того, чтобы в волноводе не возбуждались волны высших типов необходимо выбрать его размеры таким образом, чтобы .

Размеры прямоугольного волновода:

EIA-62

Переход от волновода к стержню осуществим с помощью конусообразной шайбы, которая перейдет от диметра 15.8мм к диаметру стержня 8мм

Структура поля выбранного поля волны в данном волноводе:

Рисунки волновода и стержня см. в конце работы.

Виды

По типу преобразования и конструкции, солнечные электростанции (СЭС) подразделяются:

  • башенный тип;
  • тарельчатый вид;
  • фотобатареи;
  • концентраторы;
  • станции с использованием двигателя Стирлинга.

Башенная СЭС

Таким названием станция обязана центральной башне, расположенной посреди гелиостатов, — зеркал с площадью в несколько квадратных метров, каждое. В течение светового дня, система управления позиционирует зеркало относительно солнца так, чтобы использовался наилучший угол отражения, принятого солнечного излучения на котёл, зафиксированный на самом верху башни.

Температура в ясный солнечный день может достигать внутри резервуара более 700°C. Теплоноситель, — вода, превратившаяся в пар, посредством насосов подаётся на типовую турбину, которая вращает электрогенератор. Такая схема позволяет добиться до 20% КПД и используется для производства электроэнергии в промышленных масштабах.

Тарельчатый вид СЭС

Принцип преобразования солнечного излучения такой же, как и у башенной конструкции, но имеются отличия в самой схеме станции. Здесь заложен модульный вид, — отдельно смонтированных отражателя в виде тарелки и приёмника для собранных лучей. Зеркало выполняют до двух метров в диаметре. Отдельные модули могут объединяться в единую сеть.

Такой тип станции может быть выполнен в стационарном и мобильном варианте. Последнее удобно, например, для различных поисковых экспедиций, осуществляющих свои работы в местах с высоким количеством солнечных дней.

Фотобатареи

Конструкция панельных СЭС собирается из отдельных полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей, собранных на платах. Соединяя их в единую сеть можно собрать источник энергии мощностью до нескольких десятков мегаватт. Панели монтируются везде, — на крышах зданий и автомобилей, в космосе и на воде.

Такой вид электростанции очень удобен для использования в бытовых нуждах: от зарядки мобильного телефона до частичного или полного снабжения электроэнергией собственного дома.

СЭС с параболоцилиндрическим концентратором

Представляет собой изогнутый в виде параболы цилиндрический отражатель, который концентрирует солнечное излучение в фокусе.

Вдоль последнего протянута труба с теплоносителем, — чаще всего с техническим маслом, которое нагреваясь, отдаёт своё тепло воде, превращая её в пар. Дальнейшее преобразование энергии осуществляется в парогенераторе.

Двигатель Стирлинга

Этот механизм представляет собой поршневой агрегат, работающий на теплоносителе, получающим энергию от солнечной радиации. То есть, принцип работы похож на двигатель внутреннего сгорания, но нет необходимости осуществлять процесс подачи топлива с дальнейшим его сжиганием, — рабочее тело уже нагрето солнцем.

Теплоноситель нагревается в приёмнике, смонтированном в фокусе параболического концентратора, и подаётся сразу в поршневую группу. За счёт специальной конструкции двигателя Стирлинга, происходит преобразование механического движения поршня непосредственно в электрическую энергию.

Самая удобная, на сегодняшний день, для эксплуатации в домашних условиях – это СЭС на фотоэлементах.

Особенности аэростатных электростанций

Важнейший фактор, сдерживающий развитие данного направления, заключается в проблеме наиболее оптимального места, где можно разместить солнечную электростанцию.

Солнечное излучение, попадающее на земную поверхность, выдает мощность примерно 1 кВт на 1 м2 при условии ясной безоблачной погоды. Следовательно, для солнечных электростанций с их довольно низким КПД, потребуются огромные площади в несколько десятков квадратных километров. Кроме того, такие площадки должны иметь ровную поверхность, быть свободными от хозяйственной деятельности, обеспечивать свободный доступ для ремонта и обслуживание систем.

В настоящее время найти такую площадку практически невозможно. Теоретически для этих целей подходят моря и океаны, однако сами конструкции солнечных электростанций совершенно не годятся для размещения на морских водных поверхностях.

Данная проблема получила удачное разрешение после того как была создана аэростатная солнечная электростанция. Эти установки, оборудованные паровыми турбинами, действуют следующим образом. Поверхность аэростатного баллона поглощает солнечные лучи, которые разогревают водяной пар, находящийся внутри. Вся площадь аэростата покрывается современными селективными материалами с высокой степенью поглощения. Даже неконцентрированные солнечные лучи способны произвести нагрев до температуры 200 градусов и выше.

Оболочка аэростатного баллона изготовлена из двух слоев. Внешняя сделана из прозрачного материала и способна пропускать солнечные лучи. Внутреннюю оболочку покрывает поглощающий селективный слой, разогреваемый солнечными лучами до 160-180 градусов. Воздушная прослойка между оболочками выполняет функцию изолятора, снижающего тепловые потери.

Внутри баллона пар разогревается до 120-150 градусов, а внутреннее давление соответствует атмосферному. Нагретый пар подается в гибкий трубопровод и далее попадает внутрь паровой турбины. Пройдя через нее, он собирается в конденсаторе, откуда в виде воды с помощью насоса вновь закачивается в баллон. Здесь вода вступает в контакт с паром, и сама превращается в пар.

Основное преимущество аэростатных установок заключается в обеспечении работы паровой турбины в ночное время за счет запасов пара внутри аэростата. Работа ночью приводит к снижению подъемной силы аэростата примерно на 15%, что не нарушает его общего положения в воздухе и не влияет на последующую производительность. Недостаток пара восполняется днем за счет его генерации под действием солнечного излучения.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: