Tipuri de centrale solare: turn, disc, concentrator parabolic-cilindric, solar-vacuum, combinat

Pentru a converti energia radiației solare sau, cu alte cuvinte, căldură și lumină solară, în energie electrică, de mulți ani multe țări din întreaga lume folosesc centrale solare. Acestea sunt structuri de inginerie cu un design diferit, care funcționează pe principii diferite, în funcție de tipul de centrală electrică.

Dacă cineva, auzind combinația „centrală solară”, își imaginează o suprafață uriașă acoperită cu panouri solare, acest lucru nu este de mirare, deoarece acest tip de centrale, numite fotovoltaice, este foarte popular astăzi în multe gospodării. Dar acesta nu este singurul tip de centrală solară.

Toate centralele solare cunoscute astăzi care produc energie electrică la scară industrială sunt împărțite în șase tipuri: turn, plăci, fotovoltaice, concentratoare parabolico-cilindrice, solar-vid și combinate.Să aruncăm o privire detaliată asupra fiecărui tip de centrală solară și să acordăm atenție structurilor specifice din diferite țări din lume.

Centrale electrice turn

Centrală de energie solară — O centrală de energie solară în care radiația dintr-un sistem optic de concentrare format dintr-un câmp de heliostate este direcționată către un receptor solar montat pe turn.

Centralele electrice din turn s-au bazat inițial pe principiul evaporării apei sub influența radiației solare. Aici vaporii de apă sunt folosiți ca fluid de lucru. Situat în centrul unei astfel de stații, turnul are deasupra un rezervor de apă vopsit în negru pentru a absorbi cel mai bine atât radiația vizibilă, cât și căldura. În plus, turnul are un grup de pompe a cărui funcție este de a furniza apă la rezervor. Aburul, a cărui temperatură depășește 500 ° C, transformă un generator cu turbină situat pe teritoriul stației.

Pentru a concentra cantitatea maximă posibilă de radiație solară în vârful turnului, în jurul acestuia sunt instalate sute de heliostate, a căror funcție este de a direcționa radiația solară reflectată direct către recipientul de apă. Heliostatele sunt oglinzi, a căror suprafață poate ajunge la zeci de metri pătrați.

Heliostat [heliostat] — Un element de oglindă plat sau de focalizare al unui sistem optic de concentrare având un dispozitiv individual de orientare pentru direcționarea radiației solare directe reflectate către un receptor de radiație solară.

Montate pe suporturi dotate cu sistem automat de focalizare, toate heliostatele direcționează radiația solară reflectată direct spre vârful turnului, spre rezervor, întrucât poziționarea funcționează în funcție de mișcarea soarelui în timpul zilei.

În cea mai fierbinte zi, temperatura aburului produs poate crește până la 700 °C, ceea ce este mai mult decât suficient pentru funcționarea normală a turbinei.

De exemplu, în Israel, pe teritoriul deșertului Negev, până la sfârșitul anului 2017, va fi finalizată construcția unei centrale electrice cu un turn cu o capacitate de peste 121 MW. Înălțimea turnului va fi de 240 de metri. (cel mai înalt turn solar din lume la momentul construcției). , iar în jurul lui va fi un etaj de sute de mii de heliostate care vor fi poziționate prin control Wi-Fi. Temperatura aburului din rezervor va atinge 540 ° C. Proiectul de 773 de milioane de dolari va acoperi 1% din necesarul de electricitate al Israelului.

Apa nu este singurul lucru care poate fi încălzit prin radiația solară din turn. De exemplu, în Spania, în 2011, a fost pusă în funcțiune centrala solară din turnul Gemasolar, în care se încălzește un lichid de răcire cu sare. Această soluție a făcut posibilă încălzirea chiar și noaptea.

Sarea, încălzită la 565 ° C, intră într-un rezervor special, după care transmite căldură generatorului de abur, care întoarce turbina. Întregul sistem are o capacitate nominală de 19,9 MW și este capabil să furnizeze 110 GWh de energie electrică (medie anuală) pentru a alimenta o rețea de 27.500 de gospodării care funcționează la capacitate maximă 24 de ore pe zi timp de 9 luni.

Centrale de lot

În principiu, centralele electrice de acest tip sunt similare cu centralele turn, dar sunt diferite din punct de vedere structural. Utilizează module separate, fiecare dintre ele generând energie electrică. Modulul include atât un reflector, cât și un receptor. Pe suport este montat un ansamblu parabolic de oglinzi care formează un reflector.

Mirror Amplifier — Un concentrator de radiație solară cu un strat de oglindă.Concentrator specular cu fațete — Un concentrator specular al radiației solare constând din oglinzi individuale de formă plană sau curbă care formează o suprafață reflectorizantă comună.

Receptorul este situat în centrul paraboloidului. Reflectorul este format din zeci de oglinzi, fiecare personalizată individual. Receptorul poate fi un motor Stirling combinat cu un generator sau un rezervor de apă care este transformat în abur, iar aburul transformă turbina.

De exemplu, în 2015, Ripasso, Suedia, a testat o unitate helotermală parabolică cu un motor Stirling în Africa de Sud. Reflectorul instalației este o oglindă parabolică formată din 96 de părți și o suprafață totală de 104 metri pătrați.

Accentul s-a pus pe un motor cu hidrogen Stirling echipat cu un volant și conectat la un generator. Farfuria se întoarse încet pentru a urma soarele în timpul zilei. Drept urmare, factorul de eficiență a fost de 34%, iar fiecare astfel de „placă” a fost capabilă să ofere utilizatorului 85 MWh de energie electrică pe an.

Pentru dreptate, observăm că în centrul „plăcii” unei centrale solare de acest tip poate fi amplasat un recipient cu ulei, a cărui căldură poate fi transferată la generatorul de abur, care, la rândul său, rotește turbina generatorului electric.

Centrale solare cu tub parabolic

Aici, din nou, mediul de încălzire este încălzit prin radiație reflectată concentrată. Oglinda este sub forma unui cilindru parabolic de pana la 50 de metri lungime, situat in directia nord-sud si se roteste in urma miscarii soarelui. În centrul oglinzii se află un tub fix de-a lungul căruia se mișcă agentul de răcire lichid.Odată ce lichidul de răcire este suficient de cald, căldura este transferată în apă din schimbătorul de căldură, unde aburul întoarce generatorul din nou.

Concentrator de coridor parabolic — Un concentrator în oglindă al radiației solare, a cărui formă este formată de o parabolă care se mișcă paralel cu ea însăși.

În anii 1980, în California, Luz International a construit 9 astfel de centrale electrice, cu o capacitate totală de 354 MW. Cu toate acestea, după câțiva ani de practică, experții au ajuns la concluzia că astăzi centralele parabolice sunt inferioare atât din punct de vedere al rentabilității, cât și al eficienței față de centralele solare cu turnuri și plăci.

Cu toate acestea, în 2016, în deșertul Sahara, lângă Casablanca, a fost descoperită o centrală electrică. concentratoare solare, cu o capacitate de 500 MW. O jumătate de milion de oglinzi de 12 metri încălzesc lichidul de răcire la 393 ° C pentru a transforma apa în abur pentru turbinele generatoare de rotire. Noaptea, energia termică continuă să funcționeze, fiind stocată în sare topită. În acest fel, statul Maroc plănuiește să rezolve treptat problema unei surse de energie ecologice.

Centrale fotovoltaice

Statii bazate pe module fotovoltaice, panouri solare. Sunt foarte populare și răspândite în lumea modernă. Modulele bazate pe celule de siliciu sunt utilizate pe scară largă pentru alimentarea site-urilor mici, cum ar fi sanatorie, vile private și alte clădiri, unde o stație cu puterea necesară este asamblată din părți separate și instalată pe acoperiș sau pe o parcelă dintr-o zonă adecvată. Centralele fotovoltaice industriale sunt capabile să furnizeze energie electrică orașelor mici.

Centrală de energie solară (SES) [centrală de energie solară] — O centrală electrică concepută pentru a transforma energia radiației solare în electricitate.

De exemplu, în Rusia, cea mai mare centrală fotovoltaică din țară a fost lansată în 2015. Centrala solară „Alexander Vlazhnev”, formată din 100.000 de panouri solare, cu o capacitate totală de 25 MW, este situată pe o suprafață de 80 de hectare între orașele Orsk și Gai. Capacitatea stației este suficientă pentru a furniza energie electrică la jumătate din orașul Orsk, inclusiv clădiri de afaceri și rezidențiale.

Principiul de funcționare a unor astfel de stații este simplu. Energia fotonilor de lumină este convertită în curent într-o placă de siliciu; efectul fotoelectric intrinsec al acestui semiconductor a fost mult timp studiat și acceptat de producătorii de celule solare. Dar siliciul cristalin, care oferă o eficiență de 24%, nu este singura opțiune. Tehnologia se îmbunătățește constant. Așadar, în 2013, inginerii Sharp au obținut o eficiență de 44,4% dintr-un element de indiu-galiu-arseniură, iar utilizarea lentilelor de focalizare face posibilă atingerea tuturor celor 46%.

Centrale solare cu vid

Stații solare de tip absolut ecologic. În principiu, se folosește fluxul natural de aer, care apare din cauza diferenței de temperatură (aerul de la suprafața pământului se încălzește și se repezi în sus). În 1929, această idee a fost brevetată în Franța.

Se construiește o seră, care este o bucată de pământ acoperită cu sticlă. Din centrul serei iese un turn, o conductă înaltă în care este montată o turbină generatoare. Soarele încălzește sera, iar aerul care urcă prin țeavă transformă turbina.Tirajul rămâne constant atâta timp cât soarele încălzește aerul într-un volum de sticlă închis și chiar și noaptea atâta timp cât suprafața pământului reține căldura.

O stație experimentală de acest tip a fost construită în 1982, la 150 de kilometri sud de Madrid, în Spania. Sera avea 244 de metri în diametru, iar conducta avea 195 de metri înălțime. Puterea maximă dezvoltată este de numai 50 kW. Cu toate acestea, turbina a funcționat timp de 8 ani până când a eșuat din cauza ruginii și a vântului puternic. În 2010, China a finalizat construcția unei stații solare de vid care era capabilă să furnizeze 200 kW. Ocupă o suprafață de 277 de hectare.

Centrale solare combinate

Acestea sunt statiile in care comunicatiile de apa calda si incalzire sunt conectate la schimbatoare de caldura, in general acestea incalzesc apa pentru diverse nevoi. Stațiile combinate includ și soluții combinate atunci când concentratoarele funcționează în paralel cu panourile solare. Centralele solare combinate sunt adesea singura soluție pentru alimentarea alternativă cu energie și încălzirea caselor private.