Солнечная энергетика. Солнечная энергетика
 Скачать 3.49 Mb.
|
|
СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА Из всех возобновляемых источников энергии на Земле Солнце является самым мощным. Однако солнечная энергия имеет малую концентрацию (ну просто с гулькин клюв). Общее количество солнечной радиации, достигающей атмосферы Земли (100 %) Верхние слои атмосферы Поверхность земли 27% 23% 25% 20 % 5% а б в г д Распределение энергии Солнца, падающей перпендикулярно поверхности Земли : а – отражение от атмосферы; б – отражение облаками; в – поглощение атмосферой; г – рассеивание атмосферой с достижением земной поверхности; д – доля прямого излучения, достигающая поверхности Земли; - альбедо (отражательная способность поверхности Земли, равная 0,2 для лета и 0,7 для зимы). Солнечное излучение на поверхность земли зависит от многих факторов: широты и долготы местности; географических и климатических особенностей; состояния атмосферы; высоты Солнца над горизонтом; размещения приемника солнечного излучения на Земле; размещения приемника солнечного излучения по отношению к Солнцу. Суммарная солнечная радиация (за год) Классификация солнечных энергетических установок: по виду преобразования солнечной энергии в другие виды энергии – тепло или электричество; по концентрированию энергии с концентраторами и без концентраторов; по технической сложности – простые (нагрев воды, сушилки, нагревательные печи, опреснители) и сложные. Сложные солнечные энергетические установки 1 группа 2 группа Базируется в основном на системе преобразования солнечного излучения в тепло, которое далее чаще всего используется в обычных схемах тепловых электростанций: - башенные солнечные станции; - солнечные пруды; - солнечные энергетические установки с параболоцилиндрическими концентраторами; - солнечные коллекторы, в которых происходит нагрев воды с помощью солнечного излучения. Базируется на прямом преобразовании солнечного излучения в электроэнергию с помощью солнечных термоэлектрических или фотоэлектрических установок: - Безмашинные солнечные энергетические установки (в которых нет турбины и электрогенератора, процесс идет с помощью термоэлектрического преобразователя). Конструкция солнечного элемента Солнечный элемент состоит из двух соединенных между собой кремниевых пластинок. Свет, падающий на верхнюю пластинку, выбивает из нее электроны, посылая их на нижнюю пластинку. Так создается ЭДС элемента. Последовательно соединенные элементы являются источником постоянного тока. Несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей представляют собой солнечную батарею. Наиболее эффективными ( с энергетической точки зрения) устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) с прямым переходом энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших образцов до 25%. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43,5 %. Значение КПД фотоэлемента определяется потерями энергии, которые зависят от: - применяемых материалов; - конструкции фотоэлемента; - режима работы фотоэлемента (сопротивления нагрузки, освещенности, температуры). Энергия теряется на: - отражении от поверхности (20%); - фотоэлектрическом неактивном поглощении (10-20%); - рекомбинации созданных светом пар носителей (до 25%) и т.д. Основной недостаток солнечной энергии для индивидуального использования – высокая стоимость оборудования, чувствительность к температурным перепадам и загрязнениям. В зонах с недостаточной инсоляцией – применение солнечных преобразователей возможно только для декоративного освещения придомовой территории при относительно небольших затратах. Плоский солнечный коллектор В качестве рабочего тела может быть использована не только вода, но и воздух, низкокипящие жидкости. Температура в таких системах не более 100 ºС, η = 0,4. Солнечная печь с параболическим зеркалом Солнечные печи являются сложными устройствами – в таких концентраторах температура нагреваемого объекта поднимается выше 1000ºС. В таких устройствах возможно плавление тугоплавких металлов. Для получения высоких температур обычно устанавливается несколько зеркал. В Испании создана солнечная печь, параболическое зеркало которой имело диаметр 50м, оно было изготовлено из 8 000 плоских зеркал общей площадью 1000м 2 . Эти зеркала отражали излучение на большое зеркало, которое фокусировало излучение на рабочее пространство. В фокусе этой печи достигалась температура выше 3000 ºС, а тепловая мощность равнялась 1200кВт. Солнечные башни Альтернативный вариант состоит в использовании расположенных на большой площади следящих за Солнцем плоских зеркал, отражающих солнечные лучи на центральный приемник, помещенный на вершине башни. Оптическая система состоит из набора зеркал-гелиостатов. Приемник излучения располагается на вершине башни над полем гелиостатов. Он оснащен экранными панелями, по внутренним каналам которых циркулирует теплоноситель. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни. Сама схема очень похожа на схему тепловой станции, только вместо процесса горения присутствует процесс нагревания. Основная и самая трудоемкая задача – это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар. В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 °С. КПД преобразования энергии – 10-20%. Солнечная энергетика в цифрах Мощность, МВт Название Страна Тип 510 СЭС Уарзазат Марокко 1 и 2 очереди – параболические концентраторы; 3 очередь – башенный гелиоконцентратор 392 СТЭС Айвонпа Калифорния, США Башенная СЭС 354 Solar Energy Generating Systems Пустыня Мохаве, Калифорния, США Параболоцилиндрический концентратор Солнечно-тепловые электрические станции Фотоэлектрические станции Мощность, МВт Страна Состав 1170 ОАЭ 3 200 000 солнечных модулей 550 Калифорния, США 9 000 000 солнечных модулей 300 Калифорния, США 1 700 000 солнечных модулей Солнечная энергетика в России № Название Мощность, МВт Область 1 Перово 105,6 Республика Крым 2 Самарская СЭС 75 Самарская 3 Николаевка 69,7 Республика Крым 4 Ахтубинская СЭС 60,0 Астраханская 5 Фунтовская СЭС 60,0 Астраханская В России 35 действующих СЭС (N Σ =835,9 МВт), 2 относятся к изолированным энергосистемам – Багатай (1,0 МВт, Якутия) и СЭС Менза (0,12 МВт, Забайкальский край) . СЭС «Перово», село Ключи Самая крупная в России. Введена в эксплуатацию в 2011 году. Состоит из 440 000 (!) кристаллических фотоэлектрических модулей, установленных на более 200 га (равно 259 футбольным полям). Вырабатывает 132,5 млн кВт·ч в год. Солнечная энергия 1. Применение в солнечной энергетике низкокипящих жидкостей и возможность их утечки. Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, это высокотоксичные вещества. Также в некоторых системах используются жидкости, содержащие нитраты, сульфаты, гидроксид натрия, нитриты калия и др., которые представляют опасность для организма человека. 2. Опасность перегрева и возгорания систем, использующих солнечные концентраторы. При перегреве могут выделиться токсичные газы – пары аммония, соляной и фторной кислот. 3. Затемнение солнечными концентраторами больших территорий земли ведет к ее деградации – отчуждение земельных площадей. 4. Нагрев воздуха над солнечными станциями может привести к локальному изменению теплового баланса, влажности, направления ветров. 5. Создание помех телевизионной связи. |