Электростанции солнечно-ветровые

Солнечно ветровые электростанции — энергетически более выгодная и более стабильная система. В пасмурную погоду или ночью, когда нет солнца, ветровые установки являются основными поставщиками электричества. В солнечную же погоду ветер стихает, при этом увеличивается выработка электроэнергии солнечной составляющей электростанции.

к содержанию ↑

На службе человечества

Использовать солнечное излучение и силу ветра люди научились уже давно. Но не всегда дует ветер и светит солнце, к тому же эти факторы могут зависеть от времени года и суток, поэтому была создана гибридная система, в которую входят ветровые электростанции и солнечные батареи, позволяющая получать электричество круглосуточно целый год. Ветрогенератор является главным звеном, от которого заряжаются батареи. Чтобы работа такой ветроустановки была стабильной и эффективной, к ней добавлены солнечные панели, заряд от которых также поступает на аккумуляторы.

Такая система солнечные батареи плюс ветрогенераторы рассчитана на то, чтобы, при отсутствии одного или обоих энергетических источников, подача электричества не прекращалась. Когда нет ветра или солнца подача электричества осуществляется от батарей аккумуляторов, а на случай того, что заряд иссякнет, обычно делается резервное подключение к генератору или централизованному источнику. В этом случае батареи снова берут заряд, а потребители обеспечиваются электричеством.

Гибридные электростанции имеют перспективу использования только в районах, где солнечные и ветровые потенциалы достаточно высоки. Совместная энергия солнца и ветра может быть использована только в тех климатических и географических зонах, где она достаточно высока.

Когда проектируются комбинированные солнечно-ветровые установки, то обязательно учитывается потенциальная энергия, которую могут давать солнечные батареи и ветрогенераторы. От конкретных условий климата зависит, какая часть такой электростанции будет основной, а какая – вспомогательной. При монтаже такой установки может быть использовано несколько ветрогенераторов и фотоэлектрических модулей.

к содержанию ↑

Использование энергии

На сегодняшний день альтернативная энергетика в России только начинает развиваться, однако, все чаще люди хотят использовать неиссякаемые источники энергии, которые не загрязняют атмосферу и природу, не вредят экологии, и при этом дают свет и тепло. В научных кругах давно подсчитано, что недельное количество поступающей энергии Солнца в несколько раз превышает мировые запасы топливных ресурсов планеты. Однако используется этот потенциал в мизерных количествах, считается чуть ли не экзотическим, а промышленное применение такой энергии – это отдаленное будущее.

Для создания современных ветро-солнечных установок необходимы не только финансы и материальные затраты, нужны разработки научно-технического плана. Сейчас выпускаются солнечные электростанции, работающие в вакуумном режиме, способные давать энергию в любой климатической зоне при любой погоде. Однако из стоимость достаточно высока и установка окупается не так быстро. Ветровые станции, собирающие энергию на батареи, тоже не всегда могут обеспечить необходимым электричеством. Использование альтернативной энергетики, когда работает энергия солнца и ветро-энергия, может решить этот вопрос.

Все электростанции, работающие по традиции на углеводородном топливе, загрязняют атмосферу, атомные станции – вообще очень опасный вид выработки электричества.

А солнечно-ветровая энергетика способна полностью решить вопрос с экологией, дать необходимое количество электричества, при этом она абсолютно безопасна. Использовать такие ветро-солнце-электростанции можно в любой точке планеты, потому что плотность потока солнечного излучения достаточно высока. Есть географические места, где солнце светит практически круглый год, добавив к такому потоку силу ветра, и установив ветрогенераторы, можно получить невероятную по мощи энергию.

к содержанию ↑

Комплектация

Когда энергия солнца и ветра используется совместно для выработки электричества, система становится более надежной. При использовании нескольких энергетических источников аккумуляторные батареи можно уменьшить в размере. В отличие от солнечных модулей, ветрогенераторы вырабатывают более дешевое электричество. В такие гибридные ветровые электростанции устанавливаются ветро-стояки, фотоэлектрические модули и другие компоненты высокого качества, которые надежны и долговечны.

Использовать такие установки можно для любых объектов, причем эти системы рассчитаны так, что их можно объединять с дизельными генераторами и централизованной подачей электричества. В стандартную комплектацию гибридной электростанции входит:

• ветрогенератор
• башня
• солнечные панели
• солнечный контроллер (МРРТ)
• инвертор с зарядным устройством
• автоматический выключатель
• гелиевые аккумуляторы
• кабель для соединения с аккумуляторами
• кабель для ветрогенератора
• кабель для фотоэлектрических модулей
• температурный батарейный датчик

к содержанию ↑

Новые разработки

Сегодня самой мощной в мире ветростанцией является Jaisalmer Wind Park, расположенная в Индии, штат Раджастхан, производительностью 1064 Мвт, второй по мощности ветровой электростанцией стала RoscoeWindFarm в Техасе. Ее производительность 781,5 МВт, а работают там 627 ветротурбин.

Среди солнечных установок, обеспечивающих энергией население, в 2013 году заняла первое место Agua Caliente Solar Project, расположенная в США, штат Аризона, а второй по мощности стала индийская фотоэлектрическая станция, построенная в 2012 году, но уже через год выдающая 214 МВт энергии.

Последний проект, стоимость которого равна 1,5 миллиарда долларов – это разработка компании SWET. Это абсолютно новый взгляд на альтернативную энергетику, позволяющий увеличить вырабатываемую мощность до 435 МВт в год. Эта установка рассчитана на работу солнца и ветра, однако, зависит от их капризов намного меньше, чем обычные электростанции.

Внешне эта система напоминает очень высокую башню атомной электростанции (685 м) при диаметре 60 м. Строят это сооружение в пустыне, где очень жарко и сухо, причем солнце светит почти круглый год. За счет таких условий прогрев башни будет очень сильным, поэтому энергия солнца будет преобразовываться в энергию тепла. Весь периметр башни – это клапаны с распыляемой водой, которая необходима для охлаждения воздуха. В результате холодные воздушные потоки будут со скоростью 80 км/час устремляться вниз, вращая ветрогенераторы. Однако рентабельность такой установки в северных климатических зонах остается под вопросом.

Ветросолнечная электростанция 3 кВт (220В)

Каждый из нас привык к постоянному энергообеспечению. Сейчас уже невозможно представить, как жили наши предки, пользуясь свечами и керосиновыми лампами. Но вместе с тем отсутствие электричества дома или на рабочем месте — явление, случающееся все чаще и чаще. Перебои с электроснабжением происходят не только из-за изношенности оборудования, но и вследствие большой нагрузки. Ни одно домовладение уже не застраховано от резких перепадов напряжения, из-за которых приходит в неисправность техника и горит дорогое оборудование. Для того чтобы снизить нагрузку на общие сети, во многих странах активно внедряются технологии получения электроэнергии с использованием экологичных источников энергии — ветра и солнца.

Несмотря на широкое распространение и активное внедрение альтернативных источников энергии, все они не лишены слабых сторон. Применение гибридной системы позволяет использовать все преимущества автономных электростанций, нивелируя их недостатки. Комбинация ветряной и солнечной электростанций — это одно из наиболее эффективных решений обрести независимость от центральных коммуникаций. Сочетание двух источников энергии обеспечат вас электричеством и позволят использовать оборудование наиболее рационально.

В ветросолнечной электростанции главным источником энергии является ветряной двигатель. Он позволяет системе работать беспрерывно, пока дует хотя бы слабый ветерок. Набор солнечных панелей является вспомогательным элементом. С их помощью в безветренные дни заряжаются аккумуляторы, которые накапливают энергию для дальнейшего использования. Это позволяет избежать полной разрядки АКБ, что приводит к быстрой изнашиваемости оборудования и сокращению срока службы аккумуляторов.

Ветросолнечная электростанция, мощность которой составляет 3 кВт, может быть использована как в индивидуальных целях, так и в производственных. Силы природы в совокупности с высокотехнологичным оборудованием позволяют получить от 450 до 720 кВт*ч в месяц. Мощности 3-киловаттной ветросолнечной электростанции достаточно для обеспечения электричеством офисного здания на 10 рабочих мест или жилого дома площадью 150 м². Система обеспечит не только освещение и работу маломощной техники, но и позволит использовать бытовые и промышленные электроприборы. Единственное ограничение касается пиковой мощности электрооборудования. Желательно, чтобы оно не превышало 3 кВт. Для обеспечения большей мощности установленный комплект можно расширить дополнительным оборудованием — ветряком или солнечными панелями.

Важно! После установки ветряной электростанции необходимо периодически проводить профилактический осмотр. Первый осмотр желательно провести через три месяца после установки, затем — хотя бы раз в год. Раз в три года необходимо обновлять смазку в системе. Правильная эксплуатация и контроль за состоянием оборудования позволят увеличить срок службы ветрогенератора в два раза.

Применение электростанций:

Автономные электростанции в первую очередь востребованы там, где нет возможности использовать общедоступную электросеть. Несмотря на повсеместное проникновение цивилизации, в России еще очень много населенных пунктов, где электричество, а вместе с ним и воду, подают в ограниченном порядке. В таких поселках ветросолнечные электростанции позволят сократить расходы на топливо, поддерживающее работу генераторных электростанций, или вовсе отказаться от дополнительного оборудования.

Кроме того, альтернативные источники энергии высоко ценятся людьми, не равнодушными к антропогенному загрязнению окружающего мира. Экотехнологии обеспечивают тот же комфорт, к которому привык любой из нас, но при этом не наносят окружающей среде никакого вреда. Как говорят экологи, использование энергии солнца и ветра для выработки электричества позволяет достигнуть баланса в отношениях человека и природы. Для того чтобы обеспечить себя благами цивилизации, больше не нужно разрушать окружающий мир. Достаточно внедрить новые технологии.

Солнечная тепловая электростанция Crescent Dunes закрылась

Еще в 2014 году я вам рассказывал, что на юге штата Невада заработала новая солнечная электростанция которая может вырабатывать энергию как в течение дня, так и в ночное время, преодолевая то, что традиционно является одним из самых больших недостатков солнечной энергии.

Солнечная электростанция использует более 10 000 зеркальных гелиостатов, установленных на 1600 акрах, чтобы сосредоточить солнечный свет на центральной башне, высотой в 195 метров и заполненной расплавленной солью. Эта соль нагревается солнечными лучами до почти 1000 градусов по Фаренгейту; это тепло хранится, а затем используется для преобразования воды в пар и для работы генераторов, производящих электричество.

При этом тогда же генеральный директор SolarReserve рассказывал в СМИ, что приемник расплавленной соли работает даже лучше, чем первоначально ожидалось. Если эта технология будет показывать такой же эффективный результат, то может стать примером более стабильной солнечной энергии, и, возможно, наконец, превзойдет преимущества угля или газа.

Но в реальности все оказалось совсем не так радужно…

Солнечная тепловая (CSP) электростанция Crescent Dunes в штате Невада (США) мощностью 110 МВт была призвана стать знаковым проектом, символом новой энергетики, меняющий мировой энергетический ландшафт.

Солнечная электростанция, которую разрабатывала американская компания SolarReserve, должна была вырабатывать электроэнергию 24 часа в сутки и быть способной поставлять её в пиковые часы благодаря системе хранения тепловой энергии в расплавленной соли.

Инициаторы проекта стоимостью $1 млрд, начатого в 2011 году, привлекли инвестиции от Citibank и других финансовых организаций, а также добились правительственных гарантий по кредитам.

Однако по причине конструктивных просчетов и некачественных работ и компонентов электростанция так и не вышла на проектную мощность, оказалась неспособной вырабатывать запланированное количество энергии.

По информации Bloomberg, соучредитель SolarReserve Билл Гулд обвиняет подрядчика, испанскую компанию ACS Cobra, которая нарушала сроки работ и разработала дефектный солевой резервуар, что привело к остановке электростанции.

Объект был введён в эксплуатацию в сентябре 2015 года, однако уже в октябре 2016-го его пришлось остановить из-за протечки резервуара с расплавленной солью. Возобновить выработку электроэнергии удалось только в июле 2017 года, но ненадолго.

В прошлом году электростанция потеряла единственного клиента-покупателя энергии, компанию NV Energy, входящую в империю Уоррена Баффета, которая упрекала Crescent Dunes в недостаточной надёжности и неспособности обеспечить поставку требуемых объёмов электроэнергии. В результате этой потери объект был остановлен. Задолженность перед государством оценивается в $737 млн.

Теперь электростанция ищет покупателя, который бы её реанимировал каким-то образом. Второй вариант — разобрать её.

Конструктивные дефекты явились не единственной причиной неудачи SolarReserve. Проблема в самой технологии, её экономике. В начале 2010-х годов, когда затевался проект, другая технология солнечной генерации — фотоэлектрическая — была намного дороже СSP. Сегодня же фотоэлектрическая солнечная энергетика в 3-4 раза дешевле. Bloomberg приводит следующий график, на котором сравнивается в динамике стоимость единицы энергии, производимой Crescent Dunes и фотоэлектрической станцией.

Crescent Dunes вырабатывала энергию по $135/МВт*ч, фотовольтаика способна делать это в Неваде по $30/МВт*ч.

Солнечные модули дешевы и продолжают дешеветь, солнечные тепловые электростанции конструктивно сложны, дороги и не имеют сравнимого потенциала снижения затрат.

Можно сказать, что CSP постигла та же участь, что и многие другие появляющиеся «многообещающие» технологии — она не выдержала конкуренции с альтернативами и стала жертвой падения затрат на кремниевые солнечные элементы.

Стоит ли ставить на CSP крест? Утверждать однозначно пока рано. Будем следить за ситуацией.

А вот я вам еще показывал крупнейшую термальную солнечную электростанцию в мире

Ветросолнечная установка

Ветроэлектрические установки (ВЭУ) используют для преобразования энергии ветра в электрическую энергию переменного тока  через механическое вращение ротора.  Электроэнергия посредством контроллера заряда поступает в аккумуляторный блок и далее через преобразователь напряжения к потребителю. 

Солнечная электростанция это система, состоящая из одной или нескольких солнечных батарей и всех необходимых комплектующих, обеспечивающих ее работу: контроллера заряда, аккумуляторов, преобразователя напряжения. В данных комплектах контроллер заряда объединен и преобразователем в моноблок. 

Выработка ветрогенератора в автономной системе при определенных допущениях не имеет ярко выраженной зависимости от сезонов, хотя сильные ветра, как правило,  наблюдаются в пасмурную погоду. Солнечные батареи хорошо генерируют летом и плохо зимой, поэтому совместное применение ветрогенераторов и солнечных панелей хороший выход для повышения  надежности энергообеспечения

Общие  абсолютные характеристики системы.

• Теоретическая мощность ветрогенератора – 600 ватт ( 12 м/с)

• Выработка при средней скорости ветра 8 м/с – 5 кВт*ч/сутки

• Установленная мощность солнечных батарей — 750 ватт

• Выработка в ясный летний день — 3,5 — 3,8 кВт*ч

• Номинальная мощность инвертора – 2400 ватт

• Энергоемкость аккумуляторного блока при разряде до напряжения отсечки инвертора – 2,7 кВт*ч

   В состав системы входит:

   Генерирующее оборудование.

— Пяти лопастной ветрогенератор HY-600L с контроллером заряда

— Три солнечные батареи по 250 ватт каждая

  Накопительное оборудование

— два необслуживаемых герметичных  гелевых аккумулятора по 150 ач

  Преобразующее оборудование

— Гибридный инвертор с солнечным контроллером – преобразователь напряжения 24 вольт постоянного тока в  220 вольт напряжения переменного тока

  Оборудование для мониторинга и контроля состояния аккумуляторов

— аккумуляторный монитор VICTRON BMV 700

Принцип работы очень прост.  Скорость ветра влияет на количество вырабатываемой энергии ветрогенератором.  Солнечные фотоэлектрические батареи это устройства, преобразующие солнечный свет (радиацию) в электрическую энергию. Энергия посредством контроллера заряда также поступает в аккумуляторный блок. Если аккумуляторы заряжены и есть процессы генерации, то гибридный инвертор пускает эту энергию напрямую в нагрузку

 Подключая к инвертору потребителей мы расходуем полученную энергию.  Таким образом  состав оборудования именно для Вас как для потребителя будет определяться планируемым ежедневным расходом электроэнергии. А этот расход определяется киловатт-часами.  Если не соблюдается паритет  ГЕНЕРАЦИЯ ( ветер, солнце) – ПОТРЕБЛЕНИЕ, то аккумуляторный блок будет находиться в хроническом недозаряде и  постепенно будет сокращаться его полезная энергоотдача.

Чтобы этого избежать ( помимо соблюдения вышеуказанного паритета) в систему введено средство визуального контроля за остаточной емкостью аккумуляторов – в процентах, по напряжению, по длительности оставшегося времени , по израсходованным ампер-часам и прочее

---

Ветрогенератор с ветроконтроллером – 88 400 руб

Гелевый аккумулятор 150 ач 2 штуки – 20 100 * 2 = 40 200 р

Инвертор STARK COUNTRY 3000 MPPT – 33 900 руб

Солнечная батарея 250 ватт монокристаллическая — 15 200 * 3 = 45 600 руб

Комплект креплений солнечных панелей — 5 600 руб

Монитор контроля емкости с боксом – 11 700 руб

                            Итого основное оборудование  225 400 руб

---

---

Гибридные ветро-солнечные электростанции в Казахстане

Гибридные ветро-солнечные электростанции в Казахстане. Сравнить цены, купить потребительские товары на маркетплейсе Satu.kz //

Гибридные ветро-солнечные электростанции: найдено 18 наименований

+7 показать номер

ТОО «GreenDem»

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

от 3 000 000 Тг./комплект

Автономная гибридная (ветро-солнечная) электростанция на 5 кВт/час (3 кВт/час — ВЭС и 2кВт/час-СЭС)

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

(18 отзывов)

от 1 450 990 Тг.

Автономная гибридная (ветро-солнечная) электростанция на 1,6 кВт/час (1 кВт/час — ВЭС и 0,6 кВт/час-СЭС)

Доставка из г. Алматы

100% положительных отзывов

(6 отзывов)

+7 показать номер

ТОО «GreenDem»

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

от 1 350 000 Тг./комплект

Автономная гибридная (ветро-солнечная) электростанция на 1,6 кВт/час (1 кВт/час — ВЭС и 0,6 кВт/час-СЭС)

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

(18 отзывов)

630 000 Тг.

Гибридная Ветро-Солнечная Электростанция 600 ватт .

Доставка из г. Алматы

71% положительных отзывов

(8 отзывов)

945 000 Тг.

Гибридная Ветро-Солнечная Электростанция 1500 ватт/48В в час (12 кВт в день). Инвертор 4000 ватт.

Доставка из г. Алматы

71% положительных отзывов

(8 отзывов)

790 000 Тг.

Гибридная Ветро-Солнечная Электростанция 1500 ватт/48В в час (12 кВт в день)

Доставка из г. Алматы

71% положительных отзывов

(8 отзывов)

+7 показать номер

ТОО «GreenDem»

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

от 6 000 000 Тг./комплект

Под заказ, 3 дня

Автономная гибридная (ветро-солнечная) электростанция на 53 кВт/день (10,1 кВт/час)

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

(18 отзывов)

+7 показать номер

ТОО «GreenDem»

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

от 4 276 000 Тг./комплект

Под заказ, 3 дня

Автономная гибридная (ветро-солнечная) электростанция на 13 кВт/час (10 кВт/час — ВЭС и 3 кВт/час — СЭС)

Доставка из г. Алматы

76% положительных отзывов

(18 отзывов)

440 000 Тг.

Ветро-Солнечная Электростанция (Комплект-Киловатник)

Доставка из г. Алматы

93% положительных отзывов

(75 отзывов)

Как работают электростанции на солнечной энергии

Экономичность и перспективность использования солнечной радиации в качестве альтернативного источника энергии и стали основными причинами широкого распространения гелиостанций. Их применяют как в промышленных целях, так и в частных секторах. Солнечные панели – не единственный метод использования энергии солнца. Сегодня ее преобразуют несколькими способами, которые и определяют типы солнечных электростанций (СЭС).

Пожалуй, солнце уже нельзя отнести в топ-10 необычных источников энергии. Разнообразие СЭС подтверждает изученность этой сферы энергетики. Все солнечные электростанции по конструкции подразделяются несколько видов:

• тарельчатого типа;
• применяющие фотопанели;
• работающие на основе параболоцилиндрических концентраторов;
• с двигателем Стирлинга;
• башенные;
• аэростатные;
• комбинированные.

СЭС тарельчатого типа

Тарельчатые СЭС состоят из модулей, поэтому такие станции могут применяться не только самостоятельно. Их включают в группы, тем самым повышая мощность до нескольких мегаватт. Система имеет конструкторский характер сборки. Каждый модуль такой электростанции на солнечной энергии состоит из нескольких частей:

• Опоры. Она предназначена для крепления фермы, которая служит основанием для остальных элементов.
• Приемника. Выполняет функцию концентрации солнечных лучей. Приемником может выступать двигатель Стирлинга или парогенератор.
• Отражателя. Используется, чтобы сконцентрировать солнечные лучи в генератор, расположенный прямо перед ним. Именно форма отражателя в виде тарелок дала название таким СЭС. Зеркала расположены на ферме по радиусу. Каждое из них индивидуально настроено.

Диаметр зеркал может достигать 2 м. Автономные СЭС работают только на одном модуле. Другой вариант конструкции, когда параллельно работают сразу несколько десятков модулей. Подобные станции особенно распространены на территории Нидерландов и в штате Калифорния в США.

СЭС башенного типа

Башенные гелиостанции работают по тому же принципу, что и тарельчатые. Основу системы составляет башня, достигающая в высоту 18-24 м. Ее располагают по центру всей установки. Составляющие башни:

• Резервуар, наполненный водой. Чтобы поглощать максимум солнечного излучения, он покрашен в черный цвет..
• Насосная группа. Образующийся пар нужно доставить на турбогенератор, что и делает насос.

Вторая составляющая станции – гелиостаты, которые окружают башню. За счет включения в общую систему позиционирования зеркала подстраиваются под положение солнца, меняя свою ориентацию. Температура в резервуаре достигает 700 °C в яркую солнечную погоду, а КПД – 20%.

СЭС с параболическими концентраторами

Электрогенерирующая способность таких СЭС тоже связана с отражательной способностью зеркал. Вместо тарелок в основе конструкции находится параболический цилиндр длиной до 50 м. Его составляют из отдельных модулей. В фокусе такого отражателя расположена трубка, предназначенная для движения жидкого теплоносителя. Чаще всего эту роль выполняет масло. Как работает солнечная электростанция:

1. При прохождении всего пути теплоноситель нагревается, передавая свое тепло воде.
2. Она преобразуется в пар, который направляют на турбогенератор.
3. Устройство преобразует полученную энергию в электричество.

Девять подобных СЭС были построены еще в 80-х годах в Калифорнии. Суммарная мощность установок составила 354 МВт. Но на практике оказалось, что эффективность таких СЭС значительно ниже, чем тарельчатого и башенного типа.

Несмотря на это, гелиостанции с параболическими концентраторами продолжают строиться. Так, в 2016 году подобную установку ввели в эксплуатацию в Марокко. Здесь ее расположили в пустыне Сахара, рядом с Касабланкой. Мощность установки достигла 500 МВт. Ее обеспечивают 0,5 млн зеркал длиной 12 м.

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 фотоэлектрических модулях

Фотоэлектрические гелиостанции считают классическими. В их основе лежит применение солнечных батарей и модулей. Если электроснабжение требуется для небольших объектов, применяют модули без кремниевых элементов. Их устанавливают на крышах или участке земли.

Для промышленных объектов предусмотрены более мощные фотобатареи, которые занимают значительные площади. Принцип работы такой гелиоэлектростанции прост. Для получения электричества преобразуют энергию фотонов света. Станция может работать на отдельный насос или снабжать электричеством целый поселок. Все зависит от количества и мощности панелей. Они особенно распространены в частном секторе. Правильно выбрать солнечную батарею для дома совсем несложно.

Аэростатные СЭС

Только аэростатные СЭС собирают до 97% всей солнечной энергии. Их преимуществом считают и то, что они занимают сравнительно небольшую площадь. Основа конструкции – громоздкий баллон аэростата, который располагается в воздухе. Независимо от погоды и времени суток он поглощает все солнечные лучи. Это обеспечивается возможностью поднимать и опускать баллон.

Комбинированные СЭС

Уже из названия понятно, что комбинированные СЭС совмещают в себе разные типы гелиостанций. Часто сочетают между собой солнечные батареи и концентраторы – тарельчатые или параболические. Кроме производства энергии на солнечных электростанциях предусмотрена возможность обеспечения населения горячей водой. Ее нагрев осуществляют за счет дополнительно установленных теплообменных конструкций.

Разнообразие видов солнечных электростанций только подтверждает, что сегодня они активно развиваются. В связи с этим крупные компании продолжают вкладывать в строительство таких установок серьезные инвестиции. Гелиостанции окупают себя за несколько лет и остаются рентабельными в отличие от ископаемых ресурсов, цены на которые постепенно растут. Существующие же виды СЭС продолжают совершенствовать, чтобы устранить их основные недостатки. В будущем это позволит использовать солнечную энергию на полную мощность как в промышленных, так и в гражданских целях.

Солнечные электростанции. СЭС. Солнечная энергетика. Принцип работы солнечных электростанций

Солнечная энергетика. Солнечная электростанция. Принцип работы современных солнечных электростанций. Первые опыты использования солнечной энергии. Башенные и модульные электростанции

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.

Солнечная электростанция

Солнечная электростанция — инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Принцип работы современных солнечных электростанций

Принцип работы современных солнечных электростанций (СЭС) основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии при помощи зеркал и отражении солнечных лучей на приемники, которые собирают солнечную энергию и преобразуют его в тепло. Эта тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии с помощью паровой турбины или теплового двигателя, который приводит в действие генератор.

Рис.1. Принцип действия солнечной электростанции

Получение электроэнергии от солнца давно применяется во всем мире. Главной задачей ученых на данный момент является необходимость так усовершенствовать имеющиеся технологии, чтобы как можно больше увеличить их КПД.

Производство электроэнергии из солнечной энергии — тема очень актуальная и интересная для многих государств в сегодняшнее время. Малые солнечные электростанции могут обеспечить электроэнергией дома, предприятия, общественные здания и сохранят богатство глубинных недр земли. Большие солнечные энергетические системы способны вырабатывать неограниченное число электроэнергии и способствовать развитию электроэнергетической отрасли в мировом масштабе.

Фотоэлектрические элементы, названные в ученой среде как солнечные элементы, являются устройствами из полупроводниковых материалов и служат для выработки электричества. Фотоэлектрические элементы бывают разных размеров, объемов и форм. Их чаще всего объединяют между собой в фотоэлектрические модули, а модули — соединяют в фотоэлектрические батареи.

Фотоэлектрические (PV) элементы, фотомодули и устройства преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Понятие фотогальваники или выработки тока из солнечной энергии, можно в буквальном смысле охарактеризовать, как свет и электричество.

Впервые это понятие упоминалось примерно в 1890 году, как «photovoltaic» — фотоэлектрический (фотогальванический) и имело две составляющие: фото, происходит от греческого слова свет и напряжения, связанного с именем пионера Алессандро Вольта в области электричества. Фотоэлектрические материалы и устройства преобразующие энергию света в электрическую энергию, были открыты известным французским физиком Эдмоном Беккерелем еще в 1839 году.

Беккерель смог открыть процесс использования солнечного света для получения электрического тока при помощи твердого материала. Но потребовалось, чтобы прошло больше полувека, чтобы ученые по-настоящему смогли понять этот процесс и узнать, что фотоэлектрический или фотогальванический эффект вызывают только определенные материалы способные преобразовывать энергию света в электрическую энергию на атомном уровне.

Сегодня фотоэлектрические системы стали важной частью нашей повседневной жизни. Мини солнечные электростанции применяются для обеспечения питания у мелких приборов и приспособлений используемых в быту, таких как, калькуляторы, наручные часы или зарядное устройство для сотового телефона. Более сложные — применяются для спутников связи, водяных насосов, уличного освещения, работы бытовых приборов и машин в некоторых домах и на рабочих местах. Многие дороги и дорожные знаки, также теперь работает с помощью фотоэлектрических элементов или модулей.

Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: “Исследования мировых пространств реактивными приборами”. Он писал: “Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле”.

Энергия солнца может быть использована как в земных условиях, так и в космосе. Наземные солнечные электростанции следует строить в районах расположенных как можно ближе к экватору с большим количеством солнечных дней. В настоящее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, дачных поселков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов.

Первые опыты использования солнечной энергии

В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885г. Была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.

Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.

В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 С.

Преобразование солнечной энергии в теплоту, работу и электричество

Солнце — гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2*10 30 кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м3. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.

Солнечную энергию люди используют с древнейших времен. Еще в 212г. н.э. с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде Приблизительно в то же время греческий ученый Архимед при защите родного города поджег паруса римского флота.

Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализированной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т.п. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процессы.

Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы солнечных электростанций (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 для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела).

Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны.
На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн.км 2 (площадь Сахары 7 млн. км 2 ) за год поступает около 5*10 16 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.

Башенные и модульные электростанции

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

Идея, лежащая в основе работы солнечных электростанций башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах.

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

Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечных электростанциях мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га.
Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250м.

В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, 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 солнечных электростанциях (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.