Vrste solarnih elektrana: tornjaste, diskaste, parabolično-cilindrične koncentratorske, solarno-vakuumske, kombinirane

Pretvoriti energiju sunčevog zračenja ili drugim riječima — sunčevu toplinu i svjetlost, u električnu energiju, već dugi niz godina mnoge zemlje diljem svijeta koriste solarne elektrane. To su inženjerske građevine različitog dizajna, koje rade na različitim principima, ovisno o vrsti elektrane.

Ako netko, čuvši kombinaciju "solarna elektrana", zamisli ogromnu površinu prekrivenu solarnim pločama, to ne čudi, jer je ova vrsta elektrana, nazvana fotonaponskim, danas vrlo popularna u mnogim kućanstvima. Ali ovo nije jedina vrsta solarne elektrane.

Sve danas poznate solarne elektrane koje proizvode električnu energiju u industrijskim razmjerima dijele se u šest tipova: tornjaste, pločaste, fotonaponske, parabolično-cilindrične koncentratore, solarno-vakuumske i kombinirane.Pogledajmo detaljnije svaku vrstu solarne elektrane i obratimo pozornost na specifične strukture u različitim zemljama svijeta.

Toranjske elektrane

Solarna elektrana — solarna elektrana u kojoj se zračenje iz optičkog koncentrirajućeg sustava formiranog od polja heliostata usmjerava na solarni prijemnik montiran na tornju.

Toranjske elektrane izvorno su bile bazirane na principu isparavanja vode pod utjecajem sunčevog zračenja. Ovdje se kao radni fluid koristi vodena para. Smješten u središtu takve postaje, toranj ima spremnik vode na vrhu koji je obojen u crno kako bi najbolje apsorbirao vidljivo zračenje i toplinu. Osim toga, toranj ima pumpnu grupu čija je funkcija opskrba vodom rezervoara. Para, čija temperatura prelazi 500 ° C, pokreće turbinski generator koji se nalazi na području stanice.

Kako bi se maksimalna moguća količina sunčevog zračenja koncentrirala na vrhu tornja, oko njega su postavljene stotine heliostata čija je funkcija usmjeriti reflektirano sunčevo zračenje izravno na spremnik s vodom. Heliostati su zrcala, čija površina može doseći desetke četvornih metara.

Heliostat [heliostat] — Ravni ili fokusirajući zrcalni element optičkog koncentrirajućeg sustava koji ima individualni orijentacijski uređaj za usmjeravanje reflektiranog izravnog sunčevog zračenja na prijemnik sunčevog zračenja.

Postavljeni na nosače opremljene automatskim sustavom fokusiranja, svi heliostati usmjeravaju reflektirano sunčevo zračenje izravno na vrh tornja, na spremnik, jer pozicioniranje funkcionira u skladu s kretanjem sunca tijekom dana.

Za najtoplijih dana temperatura proizvedene pare može porasti i do 700 °C, što je više nego dovoljno za normalan rad turbine.

Na primjer, u Izraelu, na području pustinje Negev, do kraja 2017. godine bit će dovršena izgradnja elektrane s tornjem snage veće od 121 MW.Visina tornja bit će 240 metara. (najviši solarni toranj na svijetu u vrijeme izgradnje). , a oko njega će biti kat od stotina tisuća heliostata koji će biti postavljeni putem Wi-Fi kontrole. Temperatura pare u spremniku dosegnut će 540 °C. Projekt vrijedan 773 milijuna dolara pokrit će 1% izraelskih potreba za električnom energijom.

Voda nije jedino što se u tornju može zagrijati sunčevim zračenjem. Na primjer, u Španjolskoj je 2011. godine puštena u rad solarna elektrana na tornju Gemasolar u kojoj se zagrijava solna rashladna tekućina. Ovo rješenje omogućilo je grijanje i noću.

Sol, zagrijana na 565 ° C, ulazi u poseban spremnik, nakon čega prenosi toplinu na generator pare, koji okreće turbinu. Cjelokupni sustav ima nazivni kapacitet od 19,9 MW i sposoban je isporučiti 110 GWh električne energije (godišnji prosjek) za napajanje mreže od 27.500 kućanstava koja rade punim kapacitetom 24 sata dnevno tijekom 9 mjeseci.

Lot elektrane

U principu, elektrane ovog tipa slične su postrojenjima u tornjevima, ali su strukturno različite. Koristi zasebne module od kojih svaki proizvodi električnu energiju. Modul uključuje i reflektor i prijemnik. Na nosaču je postavljen parabolični sklop zrcala koji čine reflektor.

Mirror Amplifier — Koncentrator sunčevog zračenja sa zrcalnim premazom.Zrcalni fasetirani koncentrator — Zrcalni koncentrator sunčevog zračenja koji se sastoji od pojedinačnih zrcala ravnog ili zakrivljenog oblika koji tvore zajedničku reflektirajuću površinu.

Prijemnik se nalazi u žarištu paraboloida. Reflektor se sastoji od desetaka zrcala, svako pojedinačno prilagođeno. Prijemnik može biti Stirlingov motor u kombinaciji s generatorom ili spremnik vode koji se pretvara u paru, a para pokreće turbinu.

Na primjer, 2015. Ripasso, Švedska, testirao je paraboličnu helotermalnu jedinicu sa Stirlingovim motorom u Južnoj Africi. Reflektor instalacije je parabolično zrcalo koje se sastoji od 96 dijelova ukupne površine 104 kvadratna metra.

Fokus je bio na Stirlingovom vodikovom motoru opremljenom zamašnjakom i spojenom na generator. Ploča se polako okretala da prati sunce tijekom dana. Kao rezultat toga, faktor učinkovitosti bio je 34%, a svaka takva "ploča" mogla je korisniku osigurati 85 MWh električne energije godišnje.

Iskreno radi, napominjemo da se u središtu "ploče" solarne elektrane ove vrste može nalaziti spremnik ulja, čija se toplina može prenijeti na generator pare, koji zauzvrat okreće turbina električnog generatora.

Sunčane elektrane s paraboličnom cijevi

Ovdje se opet grijaći medij zagrijava koncentriranim reflektiranim zračenjem. Zrcalo je u obliku paraboličnog cilindra dužine do 50 metara, smješteno u smjeru sjever-jug i rotira prateći kretanje sunca. U fokusu zrcala je fiksna cijev po kojoj se kreće tekući rashladni agens.Nakon što je rashladno sredstvo dovoljno toplo, toplina se prenosi na vodu u izmjenjivaču topline, gdje para ponovno pokreće generator.

Koncentrator paraboličnog koridora — Zrcalni koncentrator sunčevog zračenja, čiji oblik tvori parabola koja se kreće paralelno sa samom sobom.

U 1980-ima u Kaliforniji je Luz International izgradio 9 takvih elektrana, ukupne snage 354 MW. Međutim, nakon višegodišnje prakse stručnjaci su došli do zaključka da su parabolične elektrane danas inferiorne i po isplativosti i po učinkovitosti u odnosu na tornjaste i pločaste solarne elektrane.

Međutim, 2016. godine otkrivena je elektrana u pustinji Sahara u blizini Casablance. solarni koncentratori, snage 500 MW. Pola milijuna zrcala od 12 metara zagrijavaju rashladnu tekućinu na 393 °C kako bi pretvorili vodu u paru za okretanje turbina generatora. Noću, toplinska energija nastavlja s radom pohranjujući se u rastaljenu sol. Na ovaj način država Maroko planira postupno riješiti problem ekološki prihvatljivog izvora energije.

Fotonaponske elektrane

Stanice temeljene na fotonaponskim modulima, solarnim panelima. Vrlo su popularni i rašireni u suvremenom svijetu. Moduli temeljeni na silicijskim ćelijama naširoko se koriste za napajanje malih mjesta, kao što su sanatoriji, privatne vile i druge zgrade, gdje se stanica s potrebnom snagom sastavlja iz zasebnih dijelova i postavlja na krov ili na parcelu odgovarajuće površine. Industrijske fotonaponske elektrane sposobne su opskrbljivati ​​električnom energijom male gradove.

Solarna elektrana (SES) [solarna elektrana] — Elektrana namijenjena pretvaranju energije sunčevog zračenja u električnu energiju.

Na primjer, u Rusiji je 2015. godine puštena u rad najveća fotonaponska elektrana u zemlji. Solarna elektrana "Aleksandar Vlažnev", koja se sastoji od 100.000 solarnih panela, ukupnog kapaciteta 25 MW, nalazi se na površini od 80 hektara između gradova Orsk i Gai. Kapacitet stanice dovoljan je za opskrbu električnom energijom polovice grada Orska, uključujući poslovne i stambene zgrade.

Princip rada takvih stanica je jednostavan. Energija svjetlosnih fotona pretvara se u struju u silicijskoj pločici; intrinzični fotoelektrični učinak u ovom poluvodiču dugo je proučavan i prihvaćen od strane proizvođača solarnih ćelija. Ali kristalni silicij, koji daje učinkovitost od 24%, nije jedina opcija. Tehnologija se stalno poboljšava. Tako su 2013. Sharpovi inženjeri postigli 44,4% učinkovitosti od elementa indij-galij-arsenida, a korištenje leća za fokusiranje omogućuje postizanje svih 46%.

Solarne vakuumske elektrane

Apsolutno ekološki tip solarnih stanica. U principu se koristi prirodno strujanje zraka koje nastaje zbog temperaturne razlike (zrak na površini zemlje se zagrijava i juri prema gore). Davne 1929. godine ova je ideja patentirana u Francuskoj.

Gradi se staklenik, koji je komad zemlje prekriven staklom. Iz središta staklenika strši toranj, visoka cijev u koju je ugrađena generatorska turbina. Sunce grije staklenik, a zrak koji juri kroz cijev pokreće turbinu.Propuh ostaje konstantan sve dok sunce zagrijava zrak u zatvorenom staklenom volumenu, pa čak i noću sve dok površina zemlje zadržava toplinu.

Eksperimentalna stanica ovog tipa izgrađena je 1982. godine, 150 kilometara južno od Madrida, u Španjolskoj. Staklenik je bio promjera 244 metra, a cijev je bila visoka 195 metara. Maksimalna razvijena snaga je samo 50 kW. Međutim, turbina je radila 8 godina dok nije otkazala zbog hrđe i jakih vjetrova. Kina je 2010. dovršila izgradnju solarne vakuumske stanice koja je mogla dati 200 kW. Zauzima površinu od 277 hektara.

Kombinirane solarne elektrane

To su stanice u kojima su tople vode i toplinske komunikacije povezane s izmjenjivačima topline, općenito zagrijavaju vodu za razne potrebe. Kombinirane stanice također uključuju kombinirana rješenja kada koncentratori rade paralelno sa solarnim panelima. Kombinirane solarne elektrane često su jedino rješenje za alternativno napajanje i grijanje privatnih kuća.