Vrste sončnih elektrarn: stolpna, diskasta, parabolično-cilindrični koncentrator, solarno-vakuumska, kombinirana

Za pretvorbo energije sončnega sevanja ali z drugimi besedami — sončno toploto in svetlobo v električno energijo, že vrsto let številne države po svetu uporabljajo sončne elektrarne. To so inženirske strukture z različno zasnovo, ki delujejo na različnih principih, odvisno od vrste elektrarne.

Če si kdo ob besedi sončna elektrarna predstavlja ogromno površino, pokrito s sončnimi paneli, ni presenetljivo, saj je ta vrsta elektrarn, imenovana fotovoltaika, danes zelo priljubljena v mnogih gospodinjstvih. A to ni edina vrsta sončne elektrarne.

Vse danes znane sončne elektrarne, ki proizvajajo električno energijo v industrijskem obsegu, delimo na šest vrst: stolpne, ploščne, fotovoltaične, parabolično-cilindrične koncentratorje, solarno-vakuumske in kombinirane.Oglejmo si podrobneje vsako vrsto sončne elektrarne in posvetimo pozornost specifičnim strukturam v različnih državah po svetu.

Stolpne elektrarne

Sončna elektrarna — sončna elektrarna, v kateri je sevanje iz optičnega koncentrirajočega sistema, ki ga tvori polje heliostatov, usmerjeno na sončni sprejemnik, nameščen na stolpu.

Stolpne elektrarne so prvotno temeljile na principu izhlapevanja vode pod vplivom sončnega sevanja. Tu se kot delovna tekočina uporablja vodna para. Stolp, ki se nahaja v središču takšne postaje, ima na vrhu rezervoar za vodo, ki je pobarvan v črno, da najbolje absorbira vidno sevanje in toploto. Poleg tega ima stolp črpalno skupino, katere funkcija je dovajanje vode v rezervoar. Para, katere temperatura presega 500 ° C, vrti turbinski generator, ki se nahaja na ozemlju postaje.

Da bi koncentrirali največjo možno količino sončnega sevanja na vrhu stolpa, je okoli stolpa nameščenih na stotine heliostatov, katerih naloga je usmeriti odbito sončno sevanje neposredno v posodo z vodo. Heliostati so ogledala, katerih površina lahko doseže več deset kvadratnih metrov.

Heliostat [heliostat] — ploski ali fokusni zrcalni element optičnega koncentrirajočega sistema, ki ima individualno orientacijsko napravo za usmerjanje odbitega neposrednega sončnega sevanja na sprejemnik sončnega sevanja.

Vsi heliostati, nameščeni na nosilce, opremljene s sistemom za samodejno ostrenje, usmerjajo odbito sončno sevanje neposredno na vrh stolpa, v rezervoar, saj pozicioniranje deluje glede na gibanje sonca čez dan.

V najbolj vročem dnevu lahko temperatura proizvedene pare naraste tudi do 700 °C, kar je več kot dovolj za normalno delovanje turbine.

Na primer, v Izraelu, na ozemlju puščave Negev, bo do konca leta 2017 končana gradnja elektrarne s stolpom z močjo več kot 121 MW, višina stolpa bo 240 metrov. (najvišji solarni stolp na svetu v času gradnje). , okoli njega pa bo nadstropje stotisočev heliostatov, ki bodo nameščeni prek Wi-Fi nadzora. Temperatura pare v rezervoarju bo dosegla 540 ° C. Projekt v vrednosti 773 milijonov dolarjev bo pokril 1 % izraelskih potreb po električni energiji.

Voda ni edina stvar, ki jo lahko v stolpu segreva sončno sevanje. Na primer, v Španiji je leta 2011 začela delovati stolpna sončna elektrarna Gemasolar, v kateri se segreva solno hladilno sredstvo. Ta rešitev je omogočila ogrevanje tudi ponoči.

Sol, segreta na 565 ° C, vstopi v poseben rezervoar, po katerem prenaša toploto na generator pare, ki vrti turbino. Celoten sistem ima nazivno moč 19,9 MW in je sposoben dobaviti 110 GWh električne energije (letno povprečje) za napajanje omrežja 27.500 gospodinjstev, ki delujejo s polno zmogljivostjo 24 ur na dan 9 mesecev.

Veliko elektrarn

Načeloma so tovrstne elektrarne podobne stolpnim elektrarnam, vendar se strukturno razlikujejo. Uporablja ločene module, od katerih vsak proizvaja električno energijo. Modul vključuje tako reflektor kot sprejemnik. Na nosilcu je nameščen parabolični sklop ogledal, ki tvorijo reflektor.

Zrcalni ojačevalnik — Koncentrator sončnega sevanja z zrcalnim premazom.Zrcalni fasetirani koncentrator — zrcalni koncentrator sončnega sevanja, sestavljen iz posameznih zrcal ravnih ali ukrivljenih oblik, ki tvorijo skupno odbojno površino.

Sprejemnik se nahaja v središču paraboloida. Reflektor je sestavljen iz več deset ogledal, vsako posebej prilagojeno. Sprejemnik je lahko Stirlingov motor v kombinaciji z generatorjem ali rezervoar z vodo, ki se pretvori v paro in para vrti turbino.

Na primer, leta 2015 je Ripasso na Švedskem testiral parabolično helotermalno enoto s Stirlingovim motorjem v Južni Afriki. Reflektor instalacije je parabolično ogledalo, sestavljeno iz 96 delov in skupne površine 104 kvadratnih metrov.

Poudarek je bil na Stirlingovem vodikovem motorju, opremljenem z vztrajnikom in priključenim na generator. Plošča se je čez dan počasi obračala, da je sledila soncu. Posledično je bil izkoristek 34-odstoten, vsaka taka "plošča" pa je lahko uporabniku zagotovila 85 MWh električne energije na leto.

Po pravici povedano ugotavljamo, da je v središču "plošče" tovrstne sončne elektrarne lahko nameščena posoda z oljem, katere toplota se lahko prenese na generator pare, ta pa vrti turbina električnega generatorja.

Parabolične cevne sončne elektrarne

Tudi tu se ogrevalni medij segreva s koncentriranim odbitim sevanjem. Zrcalo je v obliki do 50 metrov dolgega paraboličnega valja, ki se nahaja v smeri sever-jug in se vrti po gibanju sonca. V središču zrcala je fiksna cev, po kateri se premika tekoče hladilno sredstvo.Ko je hladilno sredstvo dovolj segreto, se toplota prenese na vodo v toplotnem izmenjevalniku, kjer para ponovno vrti generator.

Parabolični koridorni koncentrator — zrcalni koncentrator sončnega sevanja, katerega obliko tvori parabola, ki se giblje vzporedno sama s seboj.

V osemdesetih letih prejšnjega stoletja je Luz International v Kaliforniji zgradil 9 tovrstnih elektrarn s skupno močjo 354 MW. Po večletni praksi pa so strokovnjaki prišli do zaključka, da so parabolične elektrarne danes tako po dobičkonosnosti kot učinkovitosti slabše od stolpnih in ploščatih sončnih elektrarn.

Vendar pa so leta 2016 v puščavi Sahara blizu Casablance odkrili elektrarno. sončni koncentratorji, z zmogljivostjo 500 MW. Pol milijona 12-metrskih ogledal segreje hladilno tekočino na 393 °C, da spremeni vodo v paro za vrtenje generatorskih turbin. Ponoči toplotna energija še naprej deluje tako, da je shranjena v staljeni soli. Na ta način namerava država Maroko postopoma rešiti problem okolju prijaznega vira energije.

Fotovoltaične elektrarne

Postaje na osnovi fotovoltaičnih modulov, solarnih kolektorjev. V sodobnem svetu so zelo priljubljeni in razširjeni. Moduli, ki temeljijo na silicijevih celicah, se pogosto uporabljajo za napajanje majhnih območij, kot so sanatoriji, zasebne vile in druge zgradbe, kjer je postaja z zahtevano močjo sestavljena iz ločenih delov in nameščena na strehi ali na parceli primernega območja. Industrijske fotovoltaične elektrarne so sposobne oskrbovati majhna mesta z električno energijo.

Sončna elektrarna (SES) [sončna elektrarna] — Elektrarna, namenjena pretvarjanju energije sončnega sevanja v električno energijo.

Na primer, v Rusiji je bila leta 2015 zagnana največja fotonapetostna elektrarna v državi. Sončna elektrarna "Alexander Vlazhnev", sestavljena iz 100.000 sončnih panelov, s skupno močjo 25 MW, se nahaja na območju 80 hektarjev med mestoma Orsk in Gai. Zmogljivost postaje zadostuje za oskrbo z električno energijo polovice mesta Orsk, vključno s poslovnimi in stanovanjskimi zgradbami.

Načelo delovanja takšnih postaj je preprosto. Energija svetlobnih fotonov se v silicijevi rezini pretvori v tok; intrinzični fotoelektrični učinek v tem polprevodniku so že dolgo proučevali in sprejeli proizvajalci sončnih celic. Toda kristalni silicij, ki daje učinkovitost 24%, ni edina možnost. Tehnologija se nenehno izboljšuje. Tako so leta 2013 Sharpovi inženirji dosegli 44,4-odstotno učinkovitost elementa indij-galij-arzenid, uporaba fokusirnih leč pa omogoča doseganje vseh 46%.

Solarne vakuumske elektrarne

Absolutno ekološki tip sončnih postaj. Načeloma se uporablja naravni tok zraka, ki nastane zaradi temperaturne razlike (zrak na površini zemlje se segreje in drvi navzgor). Leta 1929 so to idejo patentirali v Franciji.

Gradi se rastlinjak, ki je kos zemlje, pokrit s steklom. Iz središča rastlinjaka štrli stolp, visoka cev, v kateri je nameščena generatorska turbina. Sonce ogreva rastlinjak, zrak, ki drvi skozi cev, pa vrti turbino.Vlek ostaja konstanten, dokler sonce segreva zrak v zaprti stekleni prostornini in tudi ponoči, dokler površina zemlje zadržuje toploto.

Eksperimentalna postaja tega tipa je bila zgrajena leta 1982, 150 kilometrov južno od Madrida v Španiji. Premer rastlinjaka je bil 244 metrov, cev pa je bila visoka 195 metrov. Največja razvita moč je le 50 kW. Vendar pa je turbina delovala 8 let, dokler ni odpovedala zaradi rje in močnega vetra. Leta 2010 je Kitajska dokončala gradnjo solarne vakuumske postaje, ki je lahko zagotovila 200 kW. Zavzema površino 277 hektarjev.

Kombinirane sončne elektrarne

To so postaje, kjer so toplovodne in ogrevalne komunikacije povezane s toplotnimi izmenjevalniki, na splošno ogrevajo vodo za različne potrebe. Kombinirane postaje vključujejo tudi kombinirane rešitve, ko koncentratorji delujejo vzporedno s solarnimi paneli. Kombinirane sončne elektrarne so pogosto edina rešitev za alternativno oskrbo z električno energijo in ogrevanje zasebnih hiš.