Saulės elektrinių tipai: bokštas, diskinis, parabolinis-cilindrinis koncentratorius, saulės-vakuuminis, kombinuotas

Paversti saulės spinduliuotės energiją arba kitaip – saulės šilumą ir šviesą, į elektros energiją, daugelį metų daugelis pasaulio šalių naudoja saulės elektrines. Tai skirtingos konstrukcijos inžineriniai statiniai, dirbantys skirtingais principais, priklausomai nuo elektrinės tipo.

Jeigu kas nors, išgirdęs derinį „saulės elektrinė“, įsivaizduoja didžiulį saulės baterijomis uždengtą plotą, tai nenuostabu, nes tokio tipo elektrinės, vadinamos fotovoltinėmis, šiandien yra labai populiarios daugelyje namų ūkių. Tačiau tai ne vienintelis saulės elektrinių tipas.

Visos šiandien žinomos saulės elektrinės, gaminančios elektrą pramoniniu mastu, skirstomos į šešis tipus: bokštinės, plokštelinės, fotovoltinės, parabolinės-cilindrinės koncentratorių, saulės-vakuuminės ir kombinuotosios.Išsamiai pažvelkime į kiekvieną saulės elektrinių tipą ir atkreipkime dėmesį į konkrečias struktūras įvairiose pasaulio šalyse.

Bokštinės elektrinės

Saulės elektrinė – saulės elektrinė, kurioje heliostatų lauko suformuotos optinės koncentracijos sistemos spinduliuotė nukreipiama į bokšte sumontuotą saulės energijos imtuvą.

Bokštinės elektrinės iš pradžių buvo pagrįstos vandens išgarinimo, veikiant saulės spinduliuotei, principu. Čia kaip darbinis skystis naudojami vandens garai. Tokios stoties centre esantis bokštas turi vandens rezervuarą, kuris yra nudažytas juodai, kad geriausiai sugertų matomą spinduliuotę ir šilumą. Be to, bokšte yra siurblių grupė, kurios funkcija yra tiekti vandenį į rezervuarą. Garai, kurių temperatūra viršija 500 ° C, suka stoties teritorijoje esantį turbinos generatorių.

Siekiant sutelkti didžiausią įmanomą saulės spinduliuotės kiekį bokšto viršuje, aplink jį sumontuoti šimtai heliostatų, kurių funkcija – nukreipti atsispindėjusią saulės spinduliuotę tiesiai į vandens talpą. Heliostatai yra veidrodžiai, kurių kiekvieno plotas gali siekti dešimtis kvadratinių metrų.

Heliostatas [heliostatas] – optinio koncentravimo sistemos plokščias arba fokusuojantis veidrodinis elementas, turintis individualų orientavimo įtaisą, nukreipiantį atspindėtą tiesioginę saulės spinduliuotę į saulės spinduliuotės imtuvą.

Sumontuoti ant atramų su automatine fokusavimo sistema, visi heliostatai nukreipia atsispindėjusią saulės spinduliuotę tiesiai į bokšto viršų, į rezervuarą, nes padėties nustatymas veikia pagal saulės judėjimą dienos metu.

Karščiausią dieną gaminamo garo temperatūra gali pakilti iki 700 °C, o tai yra daugiau nei pakankamai normaliam turbinos darbui.

Pavyzdžiui, Izraelyje, Negevo dykumos teritorijoje, iki 2017 metų pabaigos bus baigta statyti elektrinė su bokštu, kurios galia didesnė nei 121 MW. Bokšto aukštis sieks 240 metrų. (statymo metu aukščiausias saulės bokštas pasaulyje). , o aplink jį bus šimtai tūkstančių heliostatų, kurie bus išdėstyti naudojant Wi-Fi valdymą, aukštas. Garų temperatūra bake sieks 540 ° C. 773 milijonų dolerių vertės projektas padengs 1% Izraelio elektros poreikių.

Vanduo nėra vienintelis dalykas, kurį bokšte gali šildyti saulės spinduliuotė. Pavyzdžiui, Ispanijoje 2011 metais buvo pradėta eksploatuoti Gemasolar bokšto saulės elektrinė, kurioje šildomas druskos aušinimo skystis. Šis sprendimas leido šildyti net naktį.

Druska, įkaitinta iki 565 ° C, patenka į specialų baką, po kurio perduoda šilumą garo generatoriui, kuris suka turbiną. Visos sistemos vardinė galia yra 19,9 MW ir ji gali tiekti 110 GWh elektros energijos (metinis vidurkis) 27 500 namų ūkių tinklui, veikiančiam visu pajėgumu 24 valandas per parą 9 mėnesius.

Daug elektrinių

Iš esmės tokio tipo elektrinės yra panašios į bokšto elektrines, tačiau skiriasi savo struktūra. Jame naudojami atskiri moduliai, kurių kiekvienas gamina elektros energiją. Modulis apima ir atšvaitą, ir imtuvą. Ant atramos sumontuotas parabolinis veidrodžių rinkinys, sudarantis atšvaitą.

Veidrodinis stiprintuvas – saulės spinduliuotės koncentratorius su veidrodine danga.Veidrodinis briaunotas koncentratorius – veidrodinis saulės spinduliuotės koncentratorius, sudarytas iš atskirų plokščių arba išlenktų veidrodžių, sudarančių bendrą atspindintį paviršių.

Imtuvas yra paraboloido židinyje. Atšvaitą sudaro dešimtys veidrodžių, kurių kiekvienas yra individualiai pritaikytas. Imtuvas gali būti Stirlingo variklis, sujungtas su generatoriumi, arba vandens bakas, kuris paverčiamas garais, o garai suka turbiną.

Pavyzdžiui, 2015 metais Ripasso (Švedija) Pietų Afrikoje išbandė parabolinį heloterminį įrenginį su Stirlingo varikliu. Instaliacijos atšvaitas – parabolinis veidrodis, susidedantis iš 96 dalių, kurių bendras plotas 104 kvadratiniai metrai.

Pagrindinis dėmesys buvo skirtas Stirlingo vandeniliniam varikliui, turinčiam smagratį ir prijungtą prie generatoriaus. Lėkštė lėtai pasuko sekdama saulę dieną. Dėl to naudingumo koeficientas siekė 34 proc., o kiekviena tokia „lėkštė“ vartotojui galėjo suteikti 85 MWh elektros energijos per metus.

Sąžiningai pažymime, kad tokio tipo saulės elektrinės „plokštės“ židinyje gali būti talpykla su alyva, kurios šilumą galima perduoti garo generatoriui, kuris savo ruožtu sukasi elektros generatoriaus turbina.

Parabolinės vamzdinės saulės elektrinės

Čia vėl šildymo terpė šildoma koncentruota atspindėta spinduliuote. Veidrodis yra iki 50 metrų ilgio parabolinio cilindro formos, išdėstytas šiaurės-pietų kryptimi ir sukasi judant saulei. Veidrodžio židinyje yra fiksuotas vamzdis, kuriuo juda skystas aušinimo agentas.Kai aušinimo skystis yra pakankamai šiltas, šiluma perduodama vandeniui šilumokaityje, kur garai vėl pasuka generatorių.

Parabolinis koridoriaus koncentratorius – veidrodinis saulės spinduliuotės koncentratorius, kurio formą sudaro lygiagrečiai sau judanti parabolė.

Devintajame dešimtmetyje Kalifornijoje Luz International pastatė 9 tokias elektrines, kurių bendra galia – 354 MW. Tačiau po kelerių metų praktikos ekspertai priėjo prie išvados, kad šiandien parabolinės jėgainės tiek pelningumu, tiek efektyvumu nusileidžia bokštinėms ir plokštelinėms saulės elektrinėms.

Tačiau 2016 metais Sacharos dykumoje netoli Kasablankos buvo aptikta elektrinė. saulės koncentratoriai, kurio galia 500 MW. Pusė milijono 12 metrų veidrodžių įkaitina aušinimo skystį iki 393 °C, kad vanduo virstų garais, kad sukasi generatoriaus turbinos. Naktį šiluminė energija toliau veikia, kaupdama išlydytoje druskoje. Tokiu būdu Maroko valstybė planuoja palaipsniui spręsti aplinkai nekenksmingo energijos šaltinio problemą.

Fotovoltinės elektrinės

Stotys, paremtos fotovoltiniais moduliais, saulės baterijomis. Jie yra labai populiarūs ir plačiai paplitę šiuolaikiniame pasaulyje. Silicio elementų pagrindu pagaminti moduliai plačiai naudojami maitinti mažas aikšteles, tokias kaip sanatorijos, privačios vilos ir kiti pastatai, kur iš atskirų dalių surenkama reikiamos galios stotis ir įrengiama ant stogo arba tinkamo ploto sklype. Pramoninės fotovoltinės elektrinės gali tiekti elektros energiją mažiems miesteliams.

Saulės elektrinė (SES) [saulės elektrinė] – jėgainė, skirta saulės spinduliuotės energijai paversti elektros energija.

Pavyzdžiui, Rusijoje 2015 m. pradėjo veikti didžiausia šalyje fotovoltinė elektrinė. Saulės elektrinė „Aleksandras Vlažnevas“, kurią sudaro 100 000 saulės baterijų, kurios bendra galia 25 MW, yra 2015 m. 80 hektarų tarp Orsko ir Gajaus miestų. Stoties galios pakanka tiekti elektros energiją pusei Orsko miesto, įskaitant verslo ir gyvenamuosius pastatus.

Tokių stočių veikimo principas yra paprastas. Silicio plokštelėje šviesos fotonų energija paverčiama srove; vidinis fotoelektrinis efektas šiame puslaidininkyje jau seniai buvo ištirtas ir priimtas saulės elementų gamintojų. Tačiau kristalinis silicis, kurio efektyvumas yra 24%, nėra vienintelė galimybė. Technologijos nuolat tobulėja. Taigi 2013 metais Sharp inžinieriai iš indžio-galio-arsenido elemento pasiekė 44,4 % efektyvumo, o naudojant fokusuojančius lęšius galima pasiekti visus 46 %.

Saulės vakuuminės elektrinės

Visiškai ekologiškas saulės stočių tipas. Iš esmės naudojamas natūralus oro srautas, kuris atsiranda dėl temperatūrų skirtumo (oras žemės paviršiuje įkaista ir veržiasi aukštyn). Dar 1929 metais ši idėja buvo užpatentuota Prancūzijoje.

Statomas šiltnamis, tai stiklu dengtas žemės sklypas. Iš šiltnamio centro kyšo bokštas, aukštas vamzdis, kuriame sumontuota generatoriaus turbina. Saulė šildo šiltnamį, o oras, besiveržiantis pro vamzdį, apverčia turbiną.Trauka išlieka pastovi tol, kol saulė šildo orą uždarame stikliniame tūryje ir net naktį, kol žemės paviršius išlaiko šilumą.

Tokio tipo eksperimentinė stotis buvo pastatyta 1982 m., 150 kilometrų į pietus nuo Madrido, Ispanijoje. Šiltnamio skersmuo buvo 244 metrai, o vamzdis – 195 metrų aukščio. Didžiausia išvystyta galia yra tik 50 kW. Tačiau turbina veikė 8 metus, kol sugedo dėl rūdžių ir didelio vėjo. 2010 metais Kinija baigė statyti saulės vakuuminę stotį, kuri galėjo tiekti 200 kW. Jis užima 277 hektarų plotą.

Kombinuotosios saulės elektrinės

Tai stotys, kuriose karšto vandens ir šildymo komunikacijos prijungiamos prie šilumokaičių, apskritai jose šildomas vanduo įvairiems poreikiams. Kombinuotosios stotys apima ir kombinuotus sprendimus, kai koncentratoriai veikia lygiagrečiai su saulės kolektoriais. Kombinuotosios saulės elektrinės dažnai yra vienintelis sprendimas alternatyviam privačių namų elektros tiekimui ir šildymui.