Солнечно-вакуумная электростанция / Новости электротехники / Элек.ру

Тульский изобретатель предлагает интересное решение энергетической проблемы: небольшая солнечно-вакуумная электростанция может удовлетворить потребности поселков и даже небольших городков.

«Экологически чистым и надежным источником энергии» называет свое детище автор изобретения, защищенного патентом РФ. Его установка способна работать независимо от времени года, суток и погодных условий, преобразуя силу Солнца и ветра в электрическую энергию.

По сути, это башня с дефлектором (устройство, подсасывающее газ в трубе за счет энергии ветра) в верхней части для использования энергии ветра и аккумулятор солнечной энергии. Башня покрывается черным, проводящим тепло покрытием, чтобы использовать энергию Солнца. В ее ствол встроены аэродинамические устройства для создания вакуума у сопла генератора. Они выполнены в виде труб Вентури (названное по имени итальянского ученого устройство, которое обеспечивает местное сужение потока жидкости, газа или пара). Меньшая из труб своим узким сечением соединяется с турбогенератором, который размещен в зале со звукоизоляцией в основании станции.

Устойчивая тяга в трубе создается следующим образом: большую часть земли вокруг основания башни покрывают полиэтиленовой пленкой на каркасных опорах, это так называемые теплицы. Солнце нагревает землю и воздух под пленкой. Возникающая ровная постоянная тяга не прекращается в пасмурные дни и ночью. Генератор вращает встроенный в трубу дефлектор.

Расчеты Юрия Безрукова показывают, что высота башни для такой солнечно-вакуумной станции на 150 киловатт должна составлять сорок-пятьдесят метров, а на 6000 киловатт — около ста метров. Площадь теплиц — примерно десять квадратных метров на каждый киловатт установленной мощности. Причем на такой станции можно развивать мощность от 75 киловатт до 75 мегаватт. Например, стоимость такой солнечно-вакуумной станции мощностью в 6 мегаватт равняется 24 миллиона евро, но окупится она уже через 10-15 лет.

По мнению разработчика, такая станция оказалась бы очень полезной на фоне растущих цен на нефть и газ. Ежегодно на Землю проливается огромное количество солнечного тепла, в тысячи раз превышающее объемы мировой выработки энергии.

Остается добавить, что сырьем для такой станции служат экологически чистые и возобновляемые источники энергии — солнце и ветер, которые к тому же пока не облагаются налогом.

Типы солнечных электростанций (СЭС)

Энергетика будущего. Какая она? Какое топливо она использует, или же производство и передача энергии в будущем будет автономным, чистым и безотходным? Хотя насчет будущего можно только догадываться, вопрос снижения негативного воздействия на окружающую среду достаточно остро стоит уже сейчас. Альтернативная энергетика, о которой уже рассказывалось в одной из наших статей, как раз призвана решить эту проблему.

Как отмечалось, альтернативная энергетика использует возобновляемые источники энергии, к которым относятся ветра, течения, тепло земли и солнечное излучение. Приглядевшись к ним внимательно, можно заметить, что только один из этих источников находится за пределами земли, а влияя на три остальных, мы непосредственно влияем на саму планету. После таких рассуждений кажется вполне разумным делать упор на получение энергии из излучения солнца, ведь огромные площади планеты пустуют, получая колоссальные количества тепла и света, из-за которых жизнь человека там крайне затруднительна.

Электростанции на солнечных батареях — фотоэлектрических преобразователях, пожалуй, известны каждому. В этой статье рассказывается о других, менее популярных, но не менее эффективных солнечных электростанциях (СЭС).

СЭС тарельчатого типа представляют собой большие — до нескольких метров — параболические зеркала, закрепленные на специально сконструированных опорах с трекерами – электромеханическими устройствами, которые позволяют похожим на тарелки зеркалам вращаться в двух плоскостях вслед за солнцем. Необходимость использования трекеров вызвана суточным и годичным изменением положения Солнца по отношению к точке, в которой находится зеркало.

Фото 1. СЭС тарельчатого типа

Точно отлить отражатель большого диаметра и заданной кривизны из металла или стекла технологически крайне сложно, так как поверхность зеркала будет деформироваться из-за собственного веса, поэтому коллекторы выполняют из большого количества отдельных маленьких зеркал. В фокусе (т. е. в области наибольшей концентрации излучения) находится приемник с рабочим телом, которое, испаряясь, может вращать лопасти турбины, соединенной с генератором. Роль приемника может успешно выполнять водородный двигатель Стирлинга – двигатель, преобразующий постоянно поступающую тепловую энергию в электрическую.  

Подобным образом работают и СЭС с параболическими концентраторами, разве что в этом случае зеркало сильно «растянуто» (до 50 метров) в горизонтальном направлении, а трекеры вращают зеркала в одной плоскости.

Фото 2. СЭС с параболическими концентраторами

В фокусе концентраторов расположены приемники – трубки из стекла с большой светопропускаемостью. Внутри этих трубок находятся черные трубы с теплоносителем, чаще всего — маслом. Внутри трубок c маслом расположены трубки с водой. Между внешними и средними трубками находится воздух или вакуум, эта прослойка необходима для уменьшения тепловых потерь вследствие конвекции. Масло в средней черной трубке нагревается до температур порядка 400 °C и превращает воду во внутренней трубке в пар, далее все происходит как на обычных электростанциях.

Принцип работы СЭС башенного типа не сильно отличается от двух предыдущих типов электростанций. Отличаются масштабы. Теперь диаметр зеркала – гелиостата – может достигать сотен метров. Гелиостат образован из множества плоских зеркал площадью больше 1 м², управляемых теми же трекерами.

Фото 3. СЭС башенного типа

В фокусе (на фото вверху – не в фокусе) огромного «зеркала», раскинувшегося на земле, располагается секция башни с теплоносителем – водой, натрием, или расплавами солей. Такая конструкция позволяет добиться температур пара около 700 °С, а чтобы экономить воду, для охлаждения может использоваться воздух.

Пытливый читатель наверняка смекнул, что при увеличении размера гелиостата на пути отраженного луча света, идущего от крайних зеркал к башне, будут находиться внутренние зеркала, что ограничивает его размер. Поэтому предлагаются проекты создания СЭС башенного типа в закрытых карьерах и горных выработках, что позволит увеличить генерируемую мощность и рационально использовать пространство.

Хотя такие электростанции очень энергоэффективны, при их эксплуатации гибнут сотни птиц в год.

Солнечно-вакуумные электростанции бывают двух типов. Первые представляют собой закрытое пространство, воздух в котором, нагреваясь, поднимается вверх. Единственный выход для разогретого воздуха – через трубу в центре парника, в которой находится воздушная турбина и генератор.

Фото 4. Солнечно-вакуумная электростанция

Второй тип подразумевает распрыскивание холодной воды наверху большой трубы, в результате чего воздух внутри трубы становится холоднее, чем снаружи. Более тяжелый холодный воздух, опускаясь вниз и вытекая из трубы, вращает лопасти турбогенераторов.

Космические СЭС планируют запустить на орбиту китайские инженеры после 2021 года. Солнечные панели будут получать энергию на высоте 36 000 км над землей и передавать ее посредством излучения, не подверженного ослаблению из-за атмосферных явлений.

Фото 5. Космическая СЭС

Далее сравнивается эффективность реализованных проектов по производству электроэнергии из света:

Различные солнечные электростанции – перспективное направление развития энергетики. Многие варианты безопасны для окружающей среды и фактически делают производство электроэнергии безопасным, безотходным и эффективным. Будущее — в наших руках. 

Солнечно-вакуумная электростанция

Изобретение относится к малой энергетике, использующей возобновляемые источники энергии — солнце, ветер, подъем теплого воздуха вверх, разность атмосферного давления по высоте. Электростанция состоит из аккумулятора солнечной энергии и башни, которая оснащена аэродинамическими устройствами для преобразования солнечной и ветровой энергии в электрическую энергию. Создание, строительство и эксплуатация солнечно-вакуумных электростанций в малых городах и населенных пунктах, взамен дизельных и котельных на твердом топливе, перевод с водяного отопления на электрическое, через электросети, с доступной ценой за электроэнергию для населения и местного производства, позволит оживить экономику этих поселений. 1 ил.

Изобретение относится к малой энергетике, использующей возобновляемые источники энергии — солнце, ветер, подъем теплого воздуха вверх, разность атмосферного давления по высоте.

Известна воздушно-вакуумная электростанция, включающая парник и трубу высотой 1 км, в виде усеченного конуса, в верхнем узком конце которой помещен турбогенератор. Эта электростанция использует энергию теплого воздуха поднимающегося вверх по трубе (Газета «На грани невозможного» №11(264) 2001 г.).

К недостаткам следует отнести узкую область использования нетрадиционных источников энергии, большую высоту трубы, трудность помещения и эксплуатации многотонных генераторов на большой высоте и большой шум.

Задача изобретения — расширение использования в одной установке нескольких нетрадиционных источников, дополняющих друг друга и преобразующих энергию солнца и ветра в электрическую энергию одновременно, или независимо друг от друга.

Решение, на которое направлено изобретение, достигается тем, что солнечно-вакуумная электростанция выполнена в виде теплицы и заполнена материалом, аккумулирующим солнечную энергию, а труба выполнена в виде башни из помещенных друг в друга трубок Вентури, каждая из которых состоит из двух полых усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями, и установлена вертикально так, что верхнее широкое основание внутренней трубки помещено с зазором в узком сечении наружной, причем наружные стены башни выполнены в виде остекленных «теплых» ящиков с черной теплопроводной поверхностью — для использования энергии солнца, и в верхней части башня оснащена дефлектором — для использования энергии ветра, а в нижней части вакуумной трубой, в виде усеченного конуса, широкое основание которого помещено с зазором в узком сечении внутренней трубки Вентури, а меньшее основание соединено с одним или несколькими турбогенераторами, которые помещены в зале у основания электростанции.

На чертеже показана принципиальная схема электростанции.

Обозначены: 1 — теплица, 2 — материал — аккумулятор солнечной энергии, 3 — внутренняя трубка Вентури, 4 — наружная трубка Вентури — стены башни, 5 — остекленная поверхность стен башни 4 в виде «теплых» ящиков, 6 — черная теплопроводная поверхность башни 4, 7 — дефлектор, 8 — вакуумная труба, 9 — турбогенераторы, 10 — глушитель шума.

Солнечно-вакуумная электростанция выполнена в виде теплицы 1 и заполнена материалом 2, аккумулирующим солнечную энергию, а труба выполнена в виде башни из помещенных друг в друга трубок Вентури, каждая из которых состоит из двух полых усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями, и установлена вертикально так, что верхнее широкое основание внутренней трубки 3 помещено с зазором в узком сечении наружной 4, причем наружные стены башни 4 выполнены в виде остекленных 5 «теплых» ящиков с черной теплопроводной поверхностью 6 — для использования энергии солнца, а в верхней части башня оснащена дефлектором 7 — для использования энергии ветра, а в нижней — вакуумной трубой 8, в виде полого усеченного конуса, широкое основание которого помещено с зазором в узком сечении внутренней трубки 3, а меньшее основание соединено с одним или несколькими турбогенераторами 9, которые помещены в зале у основания электростанции.

Для защиты от шума электростанция оснащается известными пассивными и активными системами шумопоглощения 10, размещенными вблизи источника шума.

Работа электростанции (вращение турбогенераторов 9) осуществляется за счет вакуума в трубе 8, создаваемого в трубках Вентури 3 и 4 при подъеме теплого воздуха, который образуется при нагреве солнцем воздуха внутри башни через теплопроводную поверхность 6 в остекленных ящиках 5, подъема теплого воздуха, поступаемого в башню из аккумуляторов солнечной энергии 1 и 2, а также за счет отсоса воздуха из башни, при ветре, дефлектором 7.

Создание, строительство и эксплуатация Солнечно-вакуумных электростанций в малых городах и населенных пунктах с доступной ценой за потребляемую электроэнергию не только для бытовых нужд, но и для отопления и для производства — позволит оживить экономику этих поселений.

Солнечно-вакуумная электростанция, включающая трубу с турбогенератором, а также теплицу, заполненную аккумулирующим солнечную энергию материалом, при этом труба выполнена в виде башни из помещенных друг в друга трубок Вентури, каждая из которых состоит из двух полых усеченных конусов, соединенных меньшими основаниями, и установлена вертикально так, что верхнее широкое основание внутренней трубки помещено с зазором в узком сечении наружной, причем наружные стены башни выполнены в виде «теплых» остекленных ящиков с черной теплопроводной поверхностью для использования энергии солнца, и в верхней части башня оснащена дефлектором для использования энергии ветра, а в нижней — вакуумной трубой в виде полого усеченного конуса, широкое основание которого помещено с зазором в узком сечении внутренней трубки, а меньшее основание соединено с одним или несколькими турбогенераторами, которые помещены в зале у основания электростанции.

Солнечные электростанции для дома

6 лет назад

Основная сфера применения солнечных электростанций для дома и их особенности

Итак, что же такое солнечные электростанции для дома? Это специальное, современное инженерное сооружение, которое служит для преобразования всей солнечной радиации в полезную электрическую энергию. Современные способы преобразования радиации самые разные и они все зависят непосредственно от конструкции той или иной электростанции.

Весь принцип работы батарей, применяемых в электростанциях, невероятно простой. В результате активного воздействия светом на специальный фотоэлемент батареи, энергия, которая вырабатывается, высвобождает со своей орбиты необходимые электроны, а все возникающие электрические поля после выстраивают в нужный электрический ток данные электроны.

Основные виды солнечных электростанций

Существуют самые основные виды таких электростанций. Это:

• СЭС башенного типа;
• тарельчатого типа;
• СЭС, которые используют непосредственно фотобатареи;
• также СЭС, которые используют специальные параболические концентраторы;
• комбинированные варианты;
• и солнечно-вакуумные электростанции.

Как видим, вариантов таких станция для дома имеется довольно много. Как говорилось уже, принцип работы зависит конкретно от типа электростанции и ее особенностей.

Преимущества использования солнечных электростанций для дома

Итак, так какими же преимуществами обладают такие станции? Можно сейчас назвать такие из них, как качество, производительность, эффективность и надежность солнечной батареи. Кроме того, такие батареи еще отличаются общедоступностью, а также неисчерпаемостью источника энергии, то есть солнца.

Данные батареи почти не изнашиваются, они качественные. Потому что они не содержат каких-либо движущихся частей. Более того, они крайне редко выходят из строя и все время работают безотказно. Довольно долгий срок службы такой продукции – это также одно из существенных ее плюсов. Многолетняя практика применения солнечных батарей для дома показывает, что их средний эксплуатационный срок составляет 26 лет. Показатель, действительно впечатляющий.

Кроме того, само функционирование батарей не зависит от всех технических неполадок любых энергопоставщиков. Таким батареям не нужно топливо, они качественные. А это немаловажно. Не стоит забывать и о том, что такие батареи полностью бесшумны, они тем самым невероятно выгодно отличаются от ветровых вариантов. Энергия, которая вырабатывается, практически бесплатная. Кроме того, одно из значимых плюсов таких батарей – это их модульность. Нет никакой необходимости в непосредственном проведении трудоемкого технического обслуживания. Кроме того, возможность простого подключения. При непосредственном увеличении энергопотребления любой домовладелец, применяющий батареи, может заметно увеличивать мощность за счет самого добавления разных фотоэлектрических модулей. В общем, вариант просто отличный.

Что необходимо учитывать при эксплуатации солнечных батарей для дома

Что же необходимо помнить при эксплуатации таких батарей? Это сезонная разность инсоляции. Например, в июне такие батареи при несоблюдении всех несложных правил очень легко снимают проблемы водоснабжения, также освещения и телевидения.

Но зимой для таких же потребителей нужно существенно увеличить мощность солнечных модулей. Примерно до показателя в 300 ватт. Так как система является модульной, то можно увеличить, а также снизить мощность по мере необходимости.

Кроме того, еще рекомендуется непосредственно проводить плановые работы по современному обслуживанию всех солнечных панелей и основных элементов не меньше двух раз в год. Помним об этом обязательно. Многие, к сожалению, просто забывают об этом.

В общем, современные солнечные электростанции для дома – это превосходная возможность добиться отличных результатов в энергосбережении и экономии денег на оплату электроэнергии.

Подробная статья о всех типах и видах солнечных электростанций

19.07.2019

Содержание:

1. Солнечное электричество: доступное и разнообразное.
2. Как устроены фотоэлектрические электростанции.
3. Что такое параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции.
4. Башенные электростанции.
5. Чем отличаются тарельчатые электростанции.
6. Солнечно-вакуумные электростанции: 100% экологические.
7. Что такое комбинированные солнечные электростанции.

При словосочетании “солнечная электростанция” большинство читателей представляет систему из черных, прямоугольных панелей, расположенных в пустыне или на крыше дома. Однако в широком смысле солнечной электростанцией может называться любое устройство, способное тем или иным образом трансформировать тепло и свет солнца в электричество. Именно поэтому существуют разные виды солнечных электростанций, использующих различные способы такой трансформации. 

Солнечное электричество: доступное и разнообразное

Извлекать пригодную для бытового использования электроэнергию из солнечных лучей можно различными методами, технология не ограничивается фотоэлектрическими панелями. Конечно, большинство конструкций слишком сложны или дорогостоящие, чтобы применять их в домашних СЭС, но в некоторых регионах мира на их основе работают полноценные промышленные генераторы. Ниже мы расскажем, как устроены солнечные электростанции: преимущества, недостатки и принцип работы.

Как устроены фотоэлектрические электростанции

Фотоэлектрические электростанции наиболее узнаваемы и распространены по всему миру. Это те самые “черные, прямоугольные панели”, которыми обвешаны крыши европейских домов и усеяна Невада. 

Как работает солнечная электростанция такого типа объясняют на уроках физики — в основе фотоэлектрической технологии лежат кремниевые полупроводники, способные извлекать энергию фотонов из потока света, которая затем трансформируется в электрическую. За счет этого СЭС может эффективно работать даже зимой — температура воздуха не важна, достаточно только солнечного света. 

Благодаря компактности и дешевизне технологии, купить солнечную станцию можно практически в любом регионе мира по доступной для среднестатистического покупателя стоимости. Из недостатков фотоэлектрических модулей можно назвать:

• Деградацию полупроводников — со временем они разрушаются и КПД фотоэлектрической СЭС будет постоянно падать; 
• Относительно невысокую эффективность — большинство панелей выдает 20-24% КПД.

Правда, в защиту фотоэлектрических панелей можно сказать, что технология постоянно развивается, поэтому их стоимость устойчиво падает, а КПД растет — уже есть прототипы с производительностью до 44-46%. 

Что такое параболоцилиндрические концентраторные солнечные электростанции

В основе параболоцилиндрической солнечной станции лежит большое по площади параболическое (полукруглое) зеркало с внутренней отражающей поверхностью. Зеркало фокусирует солнечные лучи на специальный цилиндрический резервуар с тепловым агентом. За счет концентрации лучший теплоагент нагревается и испаряет воду, пар крутит турбину генератора. 

Как работает солнечная электростанция с парабольными зеркалами проверяли в Калифорнии в 80-х, но позже от нее отказались как от нерентабельной и малоэффективной. Однако в регионах с более высокими температурами параболоцилиндрические СЭС используются до сих пор.

Такая станция на 500 мВт и с полумиллионом зеркал работает в марокканской Сахаре. 

Башенные электростанции

Башенные СЭС появились как дальнейшее развитие применения зеркал в получении и трансформации солнечной энергии. Это крупные солнечные электростанции, принцип работы которых построен на кипячении воды: в центре СЭС стоит башня, на вершине которой резервуар с водой, вокруг нее расположены сотни (или тысячи) отражающих солнечный свет гелиостатов. Гелиостаты автоматически корректируют угол наклона, чтобы концентрировать свет на резервуаре с водой, при нагревании вода испаряется, а пар крутит турбину генератора. 

Особенности:

• Как и в параболоцилиндрических, КПД башенных СЭС зависит от температуры окружающей среды.
• Для нормальной работы требуется большая площадь и сложные системы авторегулирования отражателей.

Крупнейшая башенная электростанция построена на территории Израиля. При высоте башни в 240 м и 500 зеркалах она может вырабатывать до 121 мВт электроэнергии. В 2011-м в Испании тестировалась усовершенствованная технология с соляным теплоносителем вместо воды, такое нововведение позволяет СЭС работать круглосуточно, а не только на протяжении светового дня. 

Чем отличаются тарельчатые электростанции

Тарельчатые электростанции используют тот же принцип работы, что и башенные, но в их конструкции нет центрального элемента — башни. Вместо нее на каждом гелиостате в точке фокуса солнечных лучей установлен фотонный двигатель Стирлинга. То есть солнечная электроэнергия вырабатывается не централизованно, а каждой зеркальной “тарелкой”, после чего подается в общую сеть. 

Технология относительно новая и тестировалась швейцарскими разработчиками в 2015-м на юге Африки. Несмотря на то, что тарельчатые СЭС имеют те же недостатки, что и башенные, их КПД за счет применения фотонных двигателей возросло до 34% — больше, чем у средних фотоэлектрических панелей. 

В более простых и дешевых аналогах двигатель Стирлинга заменяется на резервуар с теплоносителем, который испаряет воду, а пар крутит турбину генератора. Однако КПД в таких моделях ниже. 

Солнечно-вакуумные электростанции: 100% экологические

Вообще, принцип работы солнечной электростанции данного типа был запатентован во Франции еще в 29-м году прошлого века. Такая СЭС генерирует энергию за счет естественного движения теплого воздуха вверх (в область низкого атмосферного давления). Работает это так: 

1. Стеклянным куполом накрывается большой участок земли. В центре купола устанавливается высокая труба с турбиной. 
2. При попадании солнечных лучей температура внутри купола растет, а разогретый воздух устремляется вверх через трубу.
3. Этот поток воздуха крутит турбину генератора, установленную в трубе.

Как можно понять, конструкция максимально проста и не может повлиять на окружающую среду. Однако распространения солнечно-вакуумные электростанции не получили, поскольку:

• Требуется высокая температура окружающей среды;
• Купол должен накрывать большую площадь, а это сложно и дорого; 
• У таких СЭС невысокий КПД.

Экспериментировать с технологией попытались в Китае, где в 2010-м возвели крупнейшую в мире солнечно-вакуумную электростанцию. В результате, чтобы получить 200 кВт энергии, потребовалось накрыть куполом почти 280 Га земли. 

Что такое комбинированные солнечные электростанции

Комбинированными СЭС называют системы, которые используются не только для генерации электричества, но и обеспечения других видов энергоснабжения (как правило, для подогрева воды). Комбинированная станция может включать фотоэлектрические панели и гелиоконцентраторы, которые справляются с подогревом эффективнее. 

Правильно выбранная и установленная комбинированная солнечная электростанция (отзывы подтверждают это) может обеспечить:

• электроэнергию;
• горячее водоснабжение;
• отопление дома.

При наличии достаточного количества модулей и уровня солнечной активности в регионе комбинированные СЭС способны сделать частный дом полностью энергоавтономным или как минимум сократить коммунальные расходы. 

Солнечная электростанция на дом площадью 200 м² своими руками — Техника на vc.ru

Частенько в сети проскакивают сообщения о борьбе за экологию, развитие альтернативных источников энергии. Иногда даже проводят репортажи о том, как в заброшенной деревне сделали солнечную электростанцию, чтобы местные жители могли пользоваться благами цивилизации не два-три часа в сутки, пока работает генератор, а постоянно.

83 678

просмотров

Но это всё как-то далеко от нашей жизни, поэтому я решил на своём примере показать и рассказать, как устроена и как работает солнечная электростанция для частного дома.

Расскажу обо всех этапах: от идеи до включения всех приборов, а также поделюсь опытом эксплуатации. Статья получится немаленькая, поэтому кто не любит много букв, может посмотреть ролик. Там я постарался рассказать то же самое, но будет видно, как я всё это сам собираю.

Исходные данные: частный дом площадью около 200 м² подключён к электросетям. Трёхфазный ввод, суммарной мощностью 15 кВт. В доме стандартный набор электроприборов: холодильник, телевизоры, компьютеры, стиральные и посудомоечные машинки и так далее.

Стабильностью электросеть не отличается: зафиксированный мною рекорд — отключение шесть дней подряд на период от двух до восьми часов.

Что хочется получить: забыть о перебоях электроэнергии и пользоваться электричеством, невзирая ни на что.

Какие могут быть бонусы: максимально использовать энергию солнца, чтобы дом приоритетно питался солнечной энергией, а недостаток добирал из сети. Как бонус — после принятия закона о продаже частными лицами электроэнергии в сеть начать компенсировать часть своих затрат, продавая излишки выработки в общую электросеть.

С чего начать

Всегда есть минимум два пути для решения любой задачи: учиться самому или поручить решение задачи кому-то другому. Первый вариант предполагает изучение теоретических материалов, чтение форумов, общение с владельцами солнечных электростанций, борьбу с внутренне жабой и, наконец, покупку оборудования, а после — установку.

Второй вариант: позвонить в специализированную фирму, где зададут много вопросов, подберут и продадут нужное оборудование, а могут и установить за отдельные деньги.

Я решил совместить эти два способа. Отчасти потому, что мне это интересно, а отчасти для того, чтобы не напороться на продавцов, которым надо просто заработать, продав не совсем то, что мне нужно. Теперь пришло время теории, чтобы понять, как я делал выбор.

На фото пример «освоения» денег на строительстве солнечной электростанции. Обратите внимание, солнечные панели установлены за деревом — так свет на них не попадает, и они просто не работают.

Типы солнечных электростанций

Сразу отмечу, что говорить я буду не о промышленных решениях и не о сверхмощных системах, а об обычной потребительской солнечной электростанции для небольшого дома. Я не олигарх, чтобы разбрасываться деньгами, но я придерживаюсь принципа достаточной разумности.

То есть я не хочу греть бассейн «солнечным» электричеством или заряжать электромобиль, которого у меня нет, но я хочу, чтобы в моём доме все приборы постоянно работали, без оглядки на электросети.

Теперь расскажу про типы солнечных электростанций для частного дома. По большому счёту, их всего три, но бывают вариации. Расположу по росту стоимости каждой системы.

Сетевая солнечная электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе невысокую стоимость и максимальную простоту эксплуатации. Состоит всего из двух элементов: солнечных панелей и сетевого инвертора. Электричество от солнечных панелей напрямую преобразуется в 220 В или 380 В в доме и потребляется домашними энергосистемами.

Но есть существенный недостаток: для работы ССЭ необходима опорная сеть. В случае отключения внешней электросети солнечные батареи превратятся в «тыкву» и перестанут выдавать электричество, так как для функционирования сетевого инвертора нужна опорная сеть, то есть само наличие электричества.

Кроме того, со сложившейся инфраструктурой электросети работа сетевого инвертора не очень выгодна. Пример: у вас солнечная электростанция на 3 кВт, а дом потребляет 1 кВт. Излишки будут «перетекать» в сеть, а обычные счётчики считают энергию «по модулю», то есть отданную в сеть энергию счётчик посчитает как потреблённую, и за неё ещё придётся заплатить.

Тут логично подходит вопрос: куда девать лишнюю энергию и как этого избежать? Переходим ко второму типу солнечных электростанций.

Гибридная солнечная электростанция — этот тип электростанции сочетает в себе достоинства сетевой и автономной электростанций. Состоит из четырёх элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, аккумуляторы и гибридный инвертор.

Основа всего — гибридный инвертор, который способен в потребляемую от внешней сети энергию подмешивать энергию, выработанную солнечными панелями. Более того, хорошие инверторы имеют возможность настройки приоритизации потребляемой энергии.

В идеале дом должен потреблять сначала энергию от солнечных панелей и только при её недостатке — добирать из внешней сети. В случае исчезновения внешней сети инвертор переходит в автономную работу и пользуется энергией от солнечных панелей и энергией, запасённой в аккумуляторах.

Таким образом, даже если электроэнергию отключат на продолжительное время и будет пасмурный день (или электричество отключат ночью), в доме всё будет функционировать. Но что делать, если электричества нет вообще, а жить как-то надо? Тут я перехожу к третьему типу электростанции.

Автономная солнечная электростанция — этот тип электростанции позволяет жить полностью независимо от внешних электросетей. Она может включать в себя больше четырёх стандартных элементов: солнечные панели, солнечный контроллер, АКБ, инвертор.

Дополнительно к этому, а иногда вместо солнечных панелей, может быть установлена гидроэлектростанция малой мощности, ветряная электростанция, генератор (дизельный, газовый или бензиновый). Как правило, на таких объектах присутствует генератор, поскольку может не быть солнца и ветра, а запас энергии в аккумуляторах не бесконечен — в этом случае генератор запускается и обеспечивает энергией весь объект, попутно заряжая АКБ.

Такая электростанция легко трансформируется в гибридную при подключении внешней электросети, если инвертор обладает этими функциями. Основное отличие автономного инвертора от гибридного — это то, что он не умеет подмешивать энергию от солнечных панелей к энергии из внешней сети.

При этом гибридный инвертор, наоборот, умеет работать в качестве автономного, если внешняя сеть будет отключена. Как правило, гибридные инверторы соразмерны по цене с полностью автономными, а если и отличаются, то несущественно.

Что такое солнечный контроллер

Во всех типах солнечных электростанций присутствует солнечный контроллер. Даже в сетевой солнечной электростанции он есть, просто входит в состав сетевого инвертора. Да и многие гибридные инверторы выпускаются с солнечными контроллерами на борту.

Что же это такое и для чего он нужен? Буду говорить о гибридной и автономной солнечных электростанциях, поскольку это как раз мой случай, а с устройством сетевого инвертора могу ознакомить детальнее в комментариях, если будут вопросы.

Солнечный контроллер — это устройство, которое полученную от солнечных панелей энергию преобразует в перевариваемую инвертором энергию. Например, солнечные панели изготавливаются с напряжением кратно 12 В. И АКБ изготавливаются кратно 12 В, так уж повелось.

Простые системы на 1–2 кВт мощности работают от 12 В. Производительные системы на 2–3 кВт уже функционируют от 24 В, а мощные системы на 4–5 кВт и более работают на 48 В. Сейчас я буду рассматривать только «домашние» системы, потому что знаю, что есть инверторы, работающие на напряжениях в несколько сотен вольт, но для дома это уже опасно.

Итак, допустим, у нас есть система на 48 В и солнечные панели на 36 В (панель собрана кратно 3 х 12 В). Как получить искомые 48 В для работы инвертора? Конечно, к инвертору подключаются АКБ на 48 В, а к этим аккумуляторам подключается солнечный контроллер с одной стороны и солнечные панели с другой.

Солнечные панели собираются на заведомо большее напряжение, чтобы суметь зарядить АКБ. Солнечный контроллер, получая заведомо большее напряжение с солнечных панелей, трансформирует это напряжение до нужной величины и передаёт в АКБ. Это упрощённо.

Есть контроллеры, которые могут со 150–200 В от солнечных панелей понижать до 12 В аккумуляторов, но тут протекают очень большие токи, и контроллер работает с худшим КПД. Идеальный случай, когда напряжение с солнечных панелей вдвое больше напряжения на АКБ.

Солнечных контроллеров существует два типа: PWM (ШИМ — широтно-импульсная модуляция) и MPPT (Maximum Power Point Tracking — отслеживание точки максимальной мощности).

Принципиальная разница между ними в том, что ШИМ-контроллер может работать только со сборками панелей, не превышающими напряжения АКБ. MPPT-контроллер может работать с заметным превышением напряжения относительно АКБ. Кроме того, MPPT-контроллеры обладают заметно большим КПД, но и стоят дороже.

Как выбрать солнечные панели

На первый взгляд, все солнечные панели одинаковы: ячейки солнечных элементов соединены между собой шинками, а на задней стороне есть два провода: плюс и минус.

Но есть в этом деле масса нюансов. Солнечные панели бывают из разных элементов: аморфных, поликристаллических, монокристаллических. Я не буду агитировать за тот или иной тип элементов. Скажу просто, что сам предпочитаю монокристаллические солнечные панели.

Но и это не всё. Каждая солнечная батарея — это четырёхслойный пирог: стекло, прозрачная EVA-плёнка, солнечный элемент, герметизирующая плёнка. И вот тут каждый этап крайне важен.

Стекло подходит не любое, а со специальной фактурой, которое снижает отражение света и преломляет падающий под углом свет таким образом, чтобы элементы были максимально освещены, ведь от количества света зависит количество выработанной энергии.

От прозрачности EVA-плёнки зависит, сколько энергии попадёт на элемент и сколько энергии выработает панель. Если плёнка окажется бракованной и со временем помутнеет, то и выработка заметно упадёт.

Далее идут сами элементы, и они распределяются по типам в зависимости от качества: Grade A, B, C, D и далее. Конечно, лучше иметь элементы качества А и хорошую пайку, ведь при плохом контакте элемент будет греться и быстрее выйдет из строя.

Ну и финишная плёнка должна также быть качественной и обеспечивать хорошую герметизацию. В случае разгерметизации панелей очень быстро на элементы попадёт влага, начнётся коррозия, и панель выйдет из строя.

Как правильно выбрать солнечную панель? Основной производитель для нашей страны — это Китай, хотя на рынке присутствуют и Российские производители. Есть масса OEM-заводов, которые наклеят любой заказанный шильдик и отправят панели заказчику.

А есть заводы, которые обеспечивают полный цикл производства и способны проконтролировать качество продукции на всех этапах производства. Как узнать о таких заводах и брендах? Есть пара авторитетных лабораторий, которые проводят независимые испытания солнечных панелей и открыто публикуют результаты этих испытаний.

Перед покупкой вы можете вбить название и модель солнечной панели и узнать, насколько солнечная панель соответствует заявленным характеристикам. Первая лаборатория — это Калифорнийская энергетическая комиссия, а вторая лаборатория европейская — TUV.

Если производителя панелей в этих списках нет, то стоит задуматься о качестве. Это не значит, что панель плохая. Просто бренд может быть OEM, а завод-производитель выпускает и другие панели. В любом случае присутствие в списках этих лабораторий уже свидетельствует о том, что вы покупаете солнечные батареи не у производителя-однодневки.

Мой выбор солнечной электростанции

Перед покупкой стоит очертить круг задач, которые ставятся перед солнечной электростанцией, чтобы не заплатить за ненужное и не переплатить за неиспользуемое. Тут я перейду к практике, как и что делал я сам.

Цель и исходные: в деревне периодически отключают электроэнергию на период от получаса до восьми часов. Возможны отключения как раз в месяц, так и подряд несколько дней. Задача: обеспечить дом электроснабжением в круглосуточном режиме с некоторым ограничением потребления на период отключения внешней сети.

При этом основные системы безопасности и жизнеобеспечения должны функционировать, то есть: должны работать насосная станция, система видеонаблюдения и сигнализации, роутер, сервер и вся сетевая инфраструктура, освещение и компьютеры, холодильник.

Вторично: телевизоры, развлекательные системы, электроинструмент (газонокосилка, триммер, насос для полива огорода). Можно отключить: бойлер, электрочайник, утюг и прочие греющие и много потребляющие устройства, работа которых сиюминутно не важна. Чайник можно вскипятить на газовой плите, а погладить позже.

Как правило, солнечную электростанцию можно купить в одном месте. Продавцы солнечных панелей продают всё сопутствующее оборудование, поэтому я начал поиск, отталкиваясь от солнечных батарей.

Один из солидных брендов — TopRay Solar. О нём есть хорошие отзывы и реальный опыт эксплуатации в России, в частности, в Краснодарском крае, где знают толк в солнце. В РФ есть официальный дистрибьютор и дилеры по регионам, на вышеозначенных сайтах с лабораториями для проверки солнечных панелей этот бренд присутствует, и далеко не на последних местах, то есть можно брать.

Кроме того, фирма-продавец солнечных панелей TopRay также занимается собственным производством контроллеров и электроники для дорожной инфраструктуры: системы управления трафиком, светодиодные светофоры, мигающие знаки, солнечные контроллеры и прочее. Ради любопытства даже напросился на их производство — вполне технологично и даже есть девушки, которые знают, с какой стороны подходить к паяльнику. Бывает же!

Со своим списком хотелок я обратился к ним и попросил собрать мне пару комплектаций: подороже и подешевле для моего дома. Мне задали ряд уточняющих вопросов насчёт резервируемой мощности, наличия потребителей, максимальной и постоянной потребляемой мощности.

Последнее вообще оказалось для меня неожиданным: дом в режиме энергосбережения, когда работают только системы видеонаблюдения, охраны, связь с инетом и сетевая инфраструктура, потребляет 300–350 Вт. То есть даже если дома никто не пользуется электричеством, на внутренние нужды уходит до 215 кВт⋅ч в месяц.

Вот тут и задумаешься над проведением энергетического аудита. И начнёшь выключать из розеток зарядки, телевизоры и приставки, которые в режиме ожидания потребляют по чуть-чуть, а набегает прилично.

Не буду томить, остановился я на более дешёвой системе, так как зачастую до половины суммы за электростанцию может занимать стоимость аккумуляторов. Список оборудования получился следующим:

Дополнительно мне предложили купить профессиональную систему крепления солнечных панелей на крышу, но я, посмотрев фотографии, решил обойтись самодельными креплениями и тоже сэкономить.

Но я решил собирать систему сам и не жалел сил и времени, а монтажники работают с этими системами постоянно и гарантируют быстрый и качественный результат. Так что решайте сами: с заводскими креплениями работать гораздо приятнее и проще, а моё решение просто дешевле.

Что даёт солнечная электростанция

Этот комплект может выдать до 5 кВт мощности в автономном режиме — именно такой мощности я выбрал однофазный инвертор. Если докупить такой же инвертор и модуль сопряжения к нему, то можно нарастить мощность до 5 кВт + 5 кВт = 10 кВт на фазу. Или можно сделать трёхфазную систему, но я пока довольствуюсь и этим.

Инвертор высокочастотный, а потому достаточно лёгкий (около 15 кг) и занимает немного места — легко монтируется на стену. В него уже встроено 2 MPPT-контроллера мощностью 2,5 кВт каждый, то есть я могу добавить ещё столько же панелей без покупки дополнительного оборудования.

Солнечных панелей у меня на 2520 Вт по шильдику, но из-за неоптимального угла установки они выдают меньше — максимум я видел 2400 Вт. Оптимальный угол — это перпендикулярно солнцу, что в наших широтах составляет примерно 45 градусов к горизонту. У меня панели установлены под 30 градусов.

Сборка АКБ составляет 100 А⋅ч 48 В, то есть запасено 4,8 кВт⋅ч, но забирать энергию полностью крайне нежелательно, поскольку тогда их ресурс заметно сокращается. Желательно разряжать такие АКБ не более чем на 50%. Это литий-железофосфатные или литий-титанатные можно заряжать и разряжать глубоко и большими токами, а свинцово-кислотные, будь то жидкостные, гелевые или AGM, лучше не насиловать.

Итак, у меня есть половина ёмкости, а это 2,4 кВт⋅ч, то есть около восьми часов в полностью автономном режиме без солнца. Этого хватит на ночь работы всех систем, и ещё останется половина ёмкости АКБ на аварийный режим.

Утром уже встанет солнце и начнёт заряжать АКБ, параллельно обеспечивая дом энергией. То есть дом может функционировать и автономно в таком режиме, если снизить энергопотребление и погода будет хорошей. Для полной автономии можно было бы добавить ещё аккумуляторов и генератор. Ведь зимой солнца совсем мало, и без генератора будет не обойтись.

Начинаю собирать

Перед покупкой и сборкой необходимо просчитать всю систему, чтобы не ошибиться с расположением всех систем и прокладкой кабелей. От солнечных панелей до инвертора у меня около 25–30 метров, и я заранее проложил два гибких провода сечением 6 мм², так как по ним будет передаваться напряжение до 100 В и ток 25–30 А.

Такой запас по сечению был выбран, чтобы минимизировать потери на проводе и максимально доставить энергию до приборов. Сами солнечные панели я монтировал на самодельные направляющие из алюминиевых уголков и притягивал их самодельными же креплениями.

Чтобы панель не сползала вниз, на алюминиевом уголке напротив каждой панели смотрит вверх пара 30 мм болтов, они — своеобразный «крючок» для панелей. После монтажа их не видно, но они продолжают нести нагрузку.

Солнечные панели были собраны в три блока по три панели в каждом. В блоках панели подключаются последовательно — так напряжение удалось поднять до 115 В без нагрузки и снизить ток, а значит, можно выбрать провода меньшего сечения.

Блоки между собой подключены параллельно специальными коннекторами, обеспечивающими хороший контакт и герметичность соединения — называются MC4. Их же я использовал для подключения проводов к солнечному контроллеру, так как они обеспечивают надёжный контакт и быстрое замыкание и размыкание цепи для обслуживания.

Далее переходим к монтажу в доме. АКБ предварительно заряжены «умной» автомобильной зарядкой, чтобы выровнять напряжение, и подключены последовательно для обеспечения напряжения 48В. Далее они подключены к инвертору кабелем с сечением 25 мм².

Кстати, во время первого подключения АКБ к инвертору будет заметная искра на контактах. Если вы не спутали полярность, то всё нормально — в инверторе установлены довольно ёмкие конденсаторы, и они начинают заряжаться в момент подключения к аккумуляторам.

Максимальная мощность инвертора — 5000 Вт, а значит, ток, который может проходить по проводу от АКБ, будет составлять 100–110 А. Выбранного кабеля хватает для безопасной эксплуатации. После подключения АКБ можно подключать внешнюю сеть и нагрузку дома. К клеммным колодкам цепляются провода: фаза, ноль, заземление. Тут всё просто и наглядно, но если для вас починить розетку небезопасно, то подключение этой системы лучше доверить опытным электромонтажникам.

Ну и последним элементом подключаю солнечные панели: тут тоже надо быть внимательным и не перепутать полярность. При мощности в 2,5 кВт и неправильном подключении солнечный контроллер сгорит моментально. Да что там говорить: при такой мощности от солнечных панелей можно заниматься сваркой напрямую, без сварочного инвертора.

Здоровья это солнечным панелям не добавит, но мощь солнца действительно велика. Так как я дополнительно использую разъемы MC4, перепутать полярность просто невозможно при первоначальном правильном монтаже.

Всё подключено, один щелчок выключателя — и инвертор переходит в режим настройки: тут надо выставить тип АКБ, режим работы, зарядные токи и прочее. Для этого есть вполне понятная инструкция, и если вы можете справиться с настройкой роутера, то настройка инвертора тоже не будет очень сложной. Надо только знать параметры АКБ и правильно их настроить, чтобы они прослужили как можно дольше. После этого, хм. После этого наступает самое интересное.

Эксплуатация гибридной солнечной электростанции

После запуска солнечной электростанции я и моя семья пересмотрели многие привычки. Например, если раньше стирка или посудомоечная машина запускались после 23 часов, когда работал ночной тариф в электросетях, то теперь эти энергозатратные работы перенесены на день, потому что стиралка потребляет 500–2100 Вт во время работы, посудомоечная машина потребляет 400–2100 Вт.

Почему такой разброс? Потому что насосы и моторы потребляют немного, а вот нагреватели воды крайне прожорливы. Гладить оказалось тоже «выгоднее» и приятнее днём: в комнате гораздо светлее, а энергия солнца полностью покрывает потребление утюга.

На скриншоте продемонстрирован график выработки энергии солнечной электростанцией. Хорошо виден утренний пик, когда работала стиральная машинка и потребляла много энергии — эта энергия была выработана солнечными панелями.

Первые дни я по несколько раз подходил к инвертору, чтобы взглянуть на экран выработки и потребления. После поставил утилиту на домашний сервер, который в реальном времени отображает режим работы инвертора и все параметры электросети. К примеру, на скриншоте видно, что дом потребляет больше 2 кВт энергии (пункт AC output active power) и вся эта энергия заимствуется от солнечных батарей (пункт PV1 input power).

То есть инвертор, работая в гибридном режиме с приоритетом питания от солнца, полностью покрывает энергопотребление приборов за счёт солнца. Это ли не счастье? Каждый день в таблице появлялся новый столбик выработки энергии, и это не могло не радовать. А когда во всей деревне отключили электричество, я узнал об этом только по писку инвертора, который оповещал о работе в автономном режиме. Для всего дома это означало только одно: живём, как прежде, пока соседи ходят за водой с вёдрами.

Но есть в наличии дома солнечной электростанции и нюансы:

1. Я начал замечать, что птицы любят солнечные панели и, пролетая над ними, не могут сдержаться от счастья наличия технологичного оборудования в деревне. То есть иногда всё же солнечные панели надо мыть от следов и пыли. Думаю, что при установке под 45 градусов все следы просто смывались бы дождями.

Выработка от нескольких птичьих следов вообще не падает, но если затенена часть панели, то падение выработки становится ощутимым. Это я заметил, когда солнце пошло к закату и тень от крыши начала накрывать панели одну за другой. То есть лучше располагать панели вдали от всех конструкций, способных их затенить. Но даже вечером, при рассеянном свете, панели выдавали несколько сотен ватт.

2. При большой мощности солнечных панелей и подкачке от 700 Ватт и более инвертор включает вентиляторы активнее, и их становится слышно, если дверь в техническое помещение открыта. Тут либо закрывать дверь, либо крепить инвертор на стену через демпфирующие прокладки. В принципе ничего неожиданного: любая электроника греется при работе. Просто надо учитывать, что инвертор не стоит вешать там, где он может мешать звуком своей работы.

3. Фирменное приложение умеет отправлять оповещения по электронной почте или в SMS, если произошло какое-либо событие: включение и отключение внешней сети, разряд АКБ и подобное. Вот только приложение работает по незащищённому 25 порту SMTP, а все современные почтовые сервисы вроде Gmail или Mail.ru работают по защищённому порту 465. То есть сейчас фактически оповещения по почте не приходят, а хотелось бы.

Не сказать, что эти пункты как-то огорчают, ведь всегда надо стремиться к совершенству, но имеющаяся энергонезависимость того стоит.

Заключение

Полагаю, что это не последний мой рассказ о собственной солнечной электростанции. Опыт эксплуатации в различных режимах и в разное время года однозначно будет отличаться, но я точно знаю, что даже если в Новый год отключат электричество, в моём доме будет светло. По результатам эксплуатации установленной солнечной электростанции могу отметить, что оно того стоило.

Несколько отключений внешней сети прошли незаметно. О нескольких я узнал только по звонкам соседей с вопросом «У тебя тоже нет света?». Бегущие числа выработки электричества безмерно радуют, а возможность убрать от компа UPS, зная, что даже при отключении электроэнергии всё продолжит работать, — это приятно.

А когда у нас наконец-то примут закон о возможности продажи электроэнергии частными лицами в сеть, я первый подам заявку на эту функцию, ведь в инверторе достаточно изменить один пункт и всю выработанную, но не потребленную домом энергию, я буду продавать в сеть и получать за это деньги.

В общем, это оказалось довольно просто, эффективно и удобно. Готов ответить на ваши вопросы и выдержать натиск критиков, убеждающих всех, что в наших широтах солнечная электростанция — это игрушка.

Как работают солнечные электростанции, на чем они основаны

В поисках альтернативных источников энергии человечество всё чаще обращается к солнцу, и это не удивительно. Именно солнце является неисчерпаемым источником света, тепла и жизни на планете. Попытки использовать его энергию для получения электричества предпринимались людьми давно. Но лишь в ХХ столетии эта идея обрела конкретную форму и вступила в фазу реального воплощения в жизнь. Поэтому сегодня вряд ли кого-то сможет удивить, например, солнечная электростанция для загородного дома или уличные фонари, работающие на солнечных батареях.

Солнце является бесплатным возобновляемым источником энергии, мощности которого могло бы хватить на обеспечение всего земного шара электричеством. Это позволило бы человечеству отказаться от таких дорогих и наносящих вред окружающей среде энергоносителей, как нефть, газ, уголь, радиоактивное топливо. К сожалению, из-за достаточно низкого КПД доступного в настоящий момент оборудования, мощности существующих ныне солнечных электростанций пока недостаточно для их полноценной замены. Сегодня мы стоим у самых истоков развития данной технологии, которой, безусловно, принадлежит будущее.

Все существующие в настоящее время солнечные электростанции можно разделить на две большие группы – промышленные и мобильные энергетические установки для обеспечения жилых домов. Разница между ними заключается не только в масштабах, но во многом и в принципах работы, которые будут рассмотрены ниже.

Принципы работы разных видов промышленных солнечных электростанций

Преобразование солнечной энергии в электрическую может происходить напрямую либо опосредованно – через предварительную выработку тепловой энергии, которая затем преобразуется в электрическую. Все существующие сегодня электростанции базируются на одном из этих принципов. Они бывают следующих видов:

• Башенные солнечные электростанции, которые вырабатывают электричество вторым способом, то есть, путём предварительного преобразования солнечной энергии в тепловую. При достаточном уровне инсоляции в регионе их расположения они могут иметь достаточно большую мощность и КПД порядка 20%. Принцип работы основан здесь на использовании пара, получаемого в результате нагрева солнечными лучами резервуара с водой. При удачном месторасположении, ясной погоде и успешной работе оборудования температура нагрева воды может достигать 700? C. Поэтому в дальнейшем электроэнергия вырабатывается здесь при помощи стандартных паровых турбин, как на обычной ТЭЦ. Достигать таких высоких результатов помогает оригинальная конструкция башенных электростанций. Как видно из названия, в основе её располагается башня. Она может достигать 25 метров и более. В верхней её части устанавливается резервуар с водой чёрного цвета (для увеличения степени поглощения солнечных лучей). Однако простого нахождения на солнце резервуара с водой недостаточно для разогрева её до такой высокой температуры. Поэтому вокруг него по всему периметру устанавливают гелиостаты, улавливающие и перенаправляющие к нему большее количество солнечных лучей. Данные устройства представляют собой вогнутые зеркала площадью в несколько квадратных метров. Специальная регулируемая опора позволяет им менять положение по ходу движения солнца, чтобы максимально эффективно улавливать его лучи и направлять их на нагреваемую ёмкость с водой. На площадке вокруг башни могут быть установлены сотни таких зеркал. Для перекачки воды в башне предусмотрена система насосов. Управление процессом осуществляется при помощи специальной компьютерной программы. Подобная конструкция стационарной солнечной электростанции является на сегодняшний день одной из самых эффективных. Среди минусов – слишком большая площадь, занимаемая гелиостатами, а также невозможность работать круглосуточно.
• Солнечно-вакуумные электростанции, в основании которых также располагается высокая башня. Но принцип её работы другой. Генератором вырабатывается электроэнергия от работы воздушной турбины, которую приводит в действие поток горячего воздуха. Разница температур у основания башни и на её вершине заставляет воздух двигаться. Кроме башни в конструкцию включается покрытый зеркалами участок земли у её основания, нагревающийся под лучами солнца. Воздух движется вверх, вращая турбину. Так как разница температур в такой конструкции сохраняется достаточно долго, данный вид электростанции может функционировать не только днём, но и ночью. Это является её большим преимуществом.
• Используют энергию пара и в так называемых параболо-цилиндических концентраторах. В основе работы данного вида электростанции лежит нагрев масляного теплоносителя до температуры, необходимой для преобразования воды в теплообменнике в пар. А уже пар в свою очередь приводит в действие всё ту же стандартную паровую турбину. Отличие от башенных электростанций состоит в том, что здесь не требуется строительства высокой башни, а нагрев резервуара с водой происходит не непосредственно от направляемых на него лучей солнца, а от искусственного теплоносителя. Просто устанавливается трубка с нагреваемым масляным теплоносителем, на которой фокусируется тепловой луч, создаваемый специальным параболо-целиндрическим зеркалом, закреплённым на постаменте и отражающим солнечный свет в нужном направлении.
• Одной из разновидностей установки, работающей на параболо-цилиндрических концентраторах, является солнечная электростанция, вырабатывающая энергию при помощи так называемого двигателя Стирлинга. В данном устройстве параболо-целиндрическое зеркало фокусирует отраженный солнечный свет на указанном двигателе. Эффективность таких установок может быть чрезвычайно высокой с КПД порядка 30%. Однако их работа требует применения водорода или гелия в качестве охлаждающего элемента.
• Параболо-цилиндические концентраторы используются также в работе одной из самых необычных разновидностей солнечной электростанции – аэростатной СЭС. Здесь концентраторы параболической формы размещаются на аэростате, покрытом прозрачной армированной плёнкой. Безусловным достоинством такой конструкции является возможность стабильно работать на высоте, превышающей 20 км, где отсутствует ветер, облака и осадки. Термопреобразователь, на котором концентрируется луч, может при этом охлаждаться посредством гелия либо водорода. Ориентация параболического концентратора на солнце осуществляется при помощи гироскопа. Каждый аэростат может оснащаться несколькими параболо-цилиндическими концентраторами. Используется и другая разновидность аэростатных солнечных электростанций. В основе их работы лежит преобразование солнечного света при помощи специальных фотоэлементов, о которых будет рассказано ниже.
• Тарельчатые электростанции также используют принцип преобразования тепловой солнечной энергии в электрическую. Они состоят из отдельных модулей. Основным элементом в модулях являются ферменные конструкции, включающие отражатель и приёмник. При этом отражателями являются зеркала диаметром до 2 метров, имеющие форму тарелок и крепящиеся к ферме. Отражаемый ими солнечный свет концентрируется на приёмнике. Промышленные электростанции могут состоять из десятков модулей, каждый из которых в свою очередь включает по нескольку десятков тарельчатых зеркал. Чем больше их количество, тем выше мощность модулей и электростанции в целом.

К сожалению, в настоящее время промышленные солнечные электростанции достаточно эффективны лишь в регионах с большим количеством солнечных дней в году. Многие из них не способны работать вообще либо крайне малопроизводительны в ночное время. Хотя энергия солнца является бесплатной, оборудование для таких электростанций всё ещё довольно дорогое, поэтому их строительство в промышленных масштабах не всегда рентабельно.

Мобильные электростанции для дома

Есть ещё одна сфера, где использование солнечной энергии в последнее время заметно набирает популярность. Это обустройство мобильных электростанций в частном секторе. В отличие от промышленных они предназначены для обеспечения электроэнергией отдельного дома или небольшой группы строений. Такая локальная солнечная электростанция или энергетическая установка, как правило, в своей основе имеет работу солнечных панелей, устанавливаемых на наиболее доступных для солнечной радиации местах – крышах домов, балконах, возвышенностях, открытых лужайках. В её состав входят:

• солнечные панели с оптическими элементами для преобразования солнечных лучей;
• аккумуляторы для обеспечения бесперебойной подачи электричества в тёмное время суток, пасмурную погоду и в случае аварии.
• инверторы, преобразующие ток постоянного напряжения в переменный;
• контроллеры, обеспечивающие контроль над уровнем зарядки батарей.

Частные домовладения могут обеспечиваться электроэнергией и от башенных солнечных электростанций, и от модульных, однако наиболее популярны в данной сфере мобильные панельные электростанции на фотоэлементах. Они позволяют использовать энергию солнечного света даже в пасмурную погоду. Солнечные панели могут приобретаться и устанавливаться в любом количестве в зависимости от нужд конкретного потребителя. Многочисленные фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи устанавливаются на специальные монтажные платы. От их количества и мощности напрямую зависит мощность электростанции. Они довольно просты в монтаже и обслуживании.

Панельные электростанции бывают:

• сетевые, работающие в стационарной электросети и не требующие применения аккумуляторных батарей, так как роль накопителя в данном случае играет сама сеть;
• автономные с накопительными аккумуляторными батареями, преимуществом которых является независимость от внешних источников электроэнергии;
• гибридные, совмещающие сетевой и автономный тип, благодаря чему снижается себестоимость установки и зависимость её от внешних источников.

Существуют также комбинированные варианты, когда солнечная электростанция для коттеджа оборудуется дополнительными теплообменниками, позволяющие использовать в хозяйстве получаемую в процессе выработки электроэнергии горячую техническую воду. На таком принципе часто построены системы отопления частных домов, оборудованных солнечными панелями.

Power Generation — Edwards Vacuum

Пионер в отрасли, расширяющий пределы конструкции вакуумных насосов

Наша новаторская работа в электроэнергетике по разработке оборудования для первых электростанций стала основой для нашего нынешнего лидирующего положения на рынке.

Сегодня мы поставляем сложные вакуумные системы для тепловых, атомных и даже солнечных электростанций.Обладая почти 100-летним опытом и инновациями, на которые можно положиться, мы можем раздвинуть границы конструкции вакуумных систем для удовлетворения ваших конкретных требований к производству электроэнергии.

Опыт, на который можно положиться

Конструкция вашей вакуумной системы играет решающую роль в общей производительности электростанции. Разработанные в соответствии с мировыми и отраслевыми стандартами, мы можем предложить вам стандартные пакеты, которые можно настроить в соответствии с вашими конкретными приложениями.

Полностью автоматизированные пакеты CEP

Наши пакеты CEP полностью автоматизированы и разработаны в соответствии с типичными техническими требованиями для крупных паротурбинных установок, разработанными крупными коммунальными предприятиями и независимыми производителями энергии.

Пакеты SCP малой емкости

Наши пакеты SCP соответствуют требованиям заводов малой мощности для промышленного и морского применения.Если ваши требования более сложные, возможно, включая гибридные системы со специальными системами рециркуляции или комбинацию жидкостных кольцевых насосов, воздушных или паровых эжекторов, мы можем разработать индивидуальную систему, отвечающую вашим конкретным требованиям.

Для получения подробной информации и обсуждения ваших требований, пожалуйста, свяжитесь с вашим местным офисом Edwards.

Выработка термоэлектрической энергии с базовой нагрузкой с использованием вакуумного солнечного коллектора и резервуара для хранения воды

Концепция использования низкотемпературной воды, нагреваемой солнечными батареями, для производства электроэнергии не нова, но до сих пор было предпринято очень мало попыток для производства непрерывной энергии (24 часа — 7 дней) от низкокачественных солнечных тепловых систем.В этом исследовании мы рассматриваем непрерывное производство электроэнергии не только в солнечные дни, но и в ночное время или в пасмурные дни.

Термоэлектрическая технология имеет хороший потенциал для надежного производства электроэнергии из низкотемпературных источников тепла, таких как горячая вода, нагреваемая солнечными батареями.

Серия « ele ctricity g eneration a pparatus i n side t hermoelectric», сокращенно ELEGANT, была спроектирована и изготовлена, и последняя, ​​ELEGANT-24, которая производит почти 22 Вт (e ) и включает 24 имеющихся на рынке модуля Пельтье, работающих как генератор, успешно проработавших два месяца.

Восемь солнечных коллекторов с вакуумными трубками используются для нагрева воды и ее хранения в изолированном резервуаре для хранения в дневное время. В этот период ЭЛЕГАНТ-24 использует отводную горячую воду солнечных коллекторов в качестве источника тепла. Холодная вода из неизолированного накопительного бака проходит через ЭЛЕГАНТ-24 в качестве теплоносителя, предварительно нагревается и через тот же неизолированный бак попадает в солнечные коллекторы. Эта предварительно нагретая вода, поступающая в коллектор, помогает повысить общую эффективность преобразования энергии всей системы.Благодаря этому процессу тепло преобразуется в электричество с минимальными потерями тепла.

Этот процесс может продолжаться в ночное время, пока горячая вода подается через циркуляционный изотермический резервуар.

Помимо решения проблемы выработки электроэнергии при базовой нагрузке, вышеуказанная конфигурация значительно увеличивает эффективность преобразования тепла в электричество с помощью термоэлектрической технологии. Это связано с тем, что тепло, рассеиваемое с холодной стороны ТЭГ, не тратится впустую и возвращается в контур нагрева.Это означает, что кроме очень малых потерь тепла через стенки ELEGANT-24 и трубопроводы других потерь тепла нет.

Обречены ли солнечные тепловые электростанции?

Солнечные тепловые электростанции, вырабатывающие энергию за счет солнечного тепла, остаются одной из наших любимых технологий возобновляемой энергии, но с ней могут возникнуть серьезные проблемы.

И на этот раз виноват вовсе не дешевый природный газ, братья Кох или защитники пустынных черепах.

На этот раз противник — вторая половина солнечного семейства.

Фотоэлектрические панели резко упали в цене за последние несколько лет, в то время как такие компании, как First Solar и SunPower, разработали стратегии для строительства крупномасштабных электростанций с использованием технологий, которые в прошлом могли использоваться на крышах или в небольших наземных проектах. Компании с относительно новыми тепловыми концепциями, такими как вышки, утверждают, что они могут подорвать проекты фотоэлектрических систем. Тепловые электростанции также могут обеспечивать хранение энергии. Но безжалостной экономики фотоэлектрической отрасли в сочетании с проблемами получения разрешений и планирования, присущими тепловым проектам, будет трудно избежать.

Индустрия солнечной тепловой энергии, или концентрирующей солнечной энергии (CSP), начала процветать в конце 1980-х — начале 90-х годов в Калифорнии, когда в пустыне Мохаве были построены параболические желобные электростанции мощностью 354 мегаватта.

Затем государство разрешило прекратить действие освобождения от налога на недвижимость, изменение закона, которое, как предупреждали компании, подобные Solel и Luz, убьет их. Сразу после того, как у Луса закончились деньги, губернатор Пит Уилсон подписал продление закона.

Вторая волна деятельности CSP началась примерно в 2004 году с возрождения зеленых технологий в штате.Основатель Luz Арнольд Голдман собрал старую команду, нанял новых руководителей и основал BrightSource Energy. Питер Ле Ливр и группа австралийцев придумали Ausra и построили завод в Лас-Вегасе.

Защитники заявили, что солнечные тепловые электростанции мощностью 500 мегаватт или больше могут соперничать с природным газом по стоимости киловатт-часа. Вырисовывался еще один недостаток в освобождении от налога на имущество, но в конечном итоге его удалось избежать.

Затем ударил финансовый кризис 2008 года. Внезапное сокращение финансирования особенно сильно ударило по отрасли, учитывая, что демонстрационная установка стоит около 25 миллионов долларов, а коммерческая установка требует где-то к северу от 250 миллионов долларов.Ausra и eSolar пришлось переоснастить свои стратегии, а BrightSource пришлось продать Bechtel часть своего первого проекта в Иванпа.

Если этого было недостаточно, экологи и сенатор США Дайан Файнштейн настаивали на том, чтобы объявить миллион акров Мохаве охраняемой зоной. Опасения по поводу пустынных черепах вынудили BrightSource уменьшить мощность Иванпы до 370 мегаватт. Казалось, шахтеры девятнадцатого века винили свою судьбу в стандартах чистоты кашицы, которые были наложены на столовые в шахтерских лагерях.

Но в последние недели проекты начали получать необходимые одобрения от Калифорнийской энергетической комиссии и Бюро землеустройства, как раз вовремя, чтобы претендовать на участие в программе грантов казначейства.

Утверждения делают ближайшую перспективу для CSP довольно радужной, поскольку Ivanpah из BrightSource, Solana от Abengoa и Imperial от Tessera, похоже, в этом году выйдет из строя.

Пока вы не начнете смотреть на тенденции цен на фотоэлектрические панели.

Эта проблема проиллюстрирована на следующей диаграмме капитальных затрат на ватт (мы удалили метки оси Y, поскольку это отрывок из предстоящего отчета CSP GTM Research ).В 2010 году стоимость строительства парка CSP с желобами, вышками питания или тарелочными двигателями будет составлять от 5 до 6,55 долларов за ватт (переменного тока). С другой стороны, фотоэлектрические проекты для коммунальных предприятий могут стоить менее 3,50 долларов за ватт (постоянного тока).

К 2020 году ожидается, что стоимость решений CSP будет в диапазоне от 2,40 до 3,80 долларов за ватт (переменного тока), но к тому времени стоимость фотоэлектрических станций может быть ниже 2 долларов за ватт (постоянного тока). Желоба и башни отстают от фотоэлектрических систем и вряд ли их догонят.

Лучшее сравнение — это приведенная стоимость энергии (LCOE), поскольку она корректирует преобразование постоянного тока в переменное, с которым должна иметь дело фотоэлектрическая система, различия в эксплуатации и техобслуживании, а также различные количества кВтч, генерируемых на ватт установленного оборудования (как доходность). варьируются в зависимости от технологии).На этой второй диаграмме показана LCOE в разрезе «яблоки к яблокам» (то же местоположение, тот же размер завода, те же условия финансирования). Опять же, фотоэлектрическая энергия сегодня дешевле и, как ожидается, расширит свои преимущества в течение следующего десятилетия. К 2020 году ожидается, что технологии CSP будут находиться в диапазоне 0,10–0,12 доллара США / кВтч, тогда как PV прогнозируется в пределах 0,07–0,08 доллара США / кВтч.

Мрачный прогноз?

Как знамение времени, NRG Energy решила, что вместо строительства электростанций CSP с использованием eSolar Towers, она будет использовать площадки для фотоэлектрических станций.Они сделали это как в Калифорнии (Alpine SunTower), так и в Нью-Мексико.

Такого рода вспять не ожидалось в 2006 или 2007 году, но с тех пор китайцы увеличили производство солнечных фотоэлектрических систем, стоимость поликремния резко упала, а общая стоимость фотоэлектрических модулей значительно снизилась. И Solon, и SunPower теперь производят солнечные электростанции «в коробке», которые могут генерировать 1 мегаватт. Они идут прямо с завода на больших установках.

Если вы согласитесь со следующими двумя предпосылками, будущее CSP выглядит довольно мрачным.

1) PV теперь дешевле, чем CSP, на основе нормированной стоимости, и в будущем сократит свои затраты быстрее, чем CSP.

2) При заключении договоров купли-продажи солнечной энергии (PPA) коммунальные предприятия выберут вариант с самой низкой ценой.

Так что же могло помешать реализации этого сценария?

Одна из возможностей заключается в том, что коммунальные предприятия готовы платить надбавку за установки CSP по одной из двух причин:

i) Установки CST производят более стабильную выходную мощность (меньше «шипов»).Эти электростанции могут вырабатывать электроэнергию довольно стабильно в течение дня из-за инерции турбины и способности сжигать природный газ при накатывании облаков. Когда облака накрывают фотоэлектрическую установку, мощность может упасть с обрыва. В последний раз солнечные тепловые электростанции в Мохаве испытали поразительное падение мощности, потому что Mt. Пинатубо взорвался.

ii) Электростанции CST естественным образом сочетаются с системами хранения и могут даже продолжать вырабатывать энергию в ночное время. На данный момент, если коммунальные предприятия хотят использовать солнечную энергию с накоплением, единственный экономичный вариант — это CST (желоб, башня или CLFR).Возможно, в какой-то момент в будущем новые технологии, такие как натриевые батареи и сухие аккумуляторные батареи от Xtreme Power, могут помочь разработчикам фотоэлектрических систем сравнять дефицит памяти.

Готовы ли коммунальные предприятия учитывать качество или объем хранилища? Судя по всему, на данный момент нет.

«Коммунальные предприятия не готовы платить за согласованность и хранение данных», — сказал Брэд Фризен, вице-президент направления возобновляемых источников энергии в компании Fluor, одной из крупнейших в мире фирм EPC (инжиниринг, снабжение и строительство).По его словам, большинство коммунальных предприятий озабочены удовлетворением требований своего портфеля возобновляемых источников энергии. Он добавил, что через пять лет коммунальные предприятия могут поставить под сомнение их мнение, но сейчас этим соображениям не придается особого значения.

И цена — не единственная область, где заводы CST находятся в невыгодном положении.

Отсутствие модульности

Электростанции с желобом, CLFR и башни требуют для работы больших турбин, а экономичность паровых турбин работает только с электростанциями мощностью 50 МВт +.Таким образом, модульность не подходит для заводов CST. Одно заметное исключение — это аугментация. Если они разместят солнечную батарею рядом с существующей угольной или газовой установкой, и в этом случае она будет действовать как усилитель для существующего энергоблока, тогда экономика для электростанций CST мощностью менее 50 МВт может сработать.

Разработчики выяснили, что гораздо проще (и быстрее) разместить, разрешить и организовать передачу для электростанции мощностью менее 20 МВт, чем для более крупного проекта. Это эффективно исключает желоб, CLFR и башню, но позволяет использовать традиционные плоские PV, CPV и, возможно, варианты с тарелочным двигателем.

Ограниченная география

Экономика CST требует, чтобы они располагались в более ограниченном географическом диапазоне.

Заключение

Солнечная энергия по-прежнему очень привлекательна. Некоторые из новых технологий (например, башни, CLFR и тарелочные двигатели) только появляются и могут удивить нас своей способностью снизить затраты. Другие технологии, такие как велосипедная соль SolarReserve, могут еще больше снизить эффективность. (Фризен, например, является поклонником SolarReserve.) Когда требуются качество и хранение, солнечная тепловая энергия оказывается дешевле, чем ядерная. Капитальные затраты на атомные электростанции составляют 6000 долларов за киловатт, или 6 долларов за ватт или больше, не включая хранение отходов, и часто превышают ожидаемые. Тепловые установки могут не работать всю ночь, но они обеспечивают постоянную мощность днем, когда это необходимо. Вопрос в том, сможет ли отрасль CST выжить до тех пор, пока ее конкурентные преимущества не будут по-настоящему оценены коммунальными предприятиями.

«Солнечная энергия играет определенную роль.Если это Северная Африка, это просто фантастика, — сказал Трэвис Брэдфорд, основатель Института Прометея и профессор Чикагского университета. солнечные тепловые и фотоэлектрические будут как минимум на порядок. Может быть, два ». То есть, если в середине этого десятилетия ФЭ установит 20 000 МВт в год, возможно, CST будет больше в области от 200 до 2 000 МВт в год.Не особо радужные перспективы.

Это похоже на старую болезненную аксиому в полупроводниках: не ставьте против кремния.

(Для пояснения нашей схемы категоризации см. Диаграмму ниже.)

Солнечные технологии отопления и охлаждения | Возобновляемое отопление и охлаждение: преимущество тепловой энергии

Солнечные тепловые технологии поглощают солнечное тепло и передают его на полезные цели, такие как отопление зданий или водоснабжение. Используется несколько основных типов гелиотермических технологий:

В дополнение к солнечным тепловым технологиям, описанным выше, такие технологии, как солнечные фотоэлектрические модули , могут производить электричество, а здания могут быть спроектированы так, чтобы улавливать пассивное солнечное тепло .

Солнечная энергия считается возобновляемым ресурсом, потому что она постоянно поступает на Землю от Солнца. Посетите веб-сайт EPA Clean Energy, чтобы узнать больше о нетепловых солнечных технологиях, а также о преимуществах и влиянии солнечной энергии на окружающую среду.

Солнечные коллекторы неглазурованные

Неостекленный солнечный коллектор на крыше бассейна и фитнес-центра.
Кредит: Альберт Нуньес, NREL 10651

Неглазурованный солнечный коллектор — одна из самых простых форм солнечной тепловой технологии.Теплопроводящий материал, обычно темный металл или пластик, поглощает солнечный свет и передает энергию жидкости, проходящей через теплопроводную поверхность или за ней. Этот процесс похож на то, как садовый шланг, лежащий на открытом воздухе, поглощает солнечную энергию и нагревает воду внутри шланга.

Эти коллекторы описаны как «неглазурованные», потому что они не имеют стеклянного покрытия или «остекления» на коллекторной коробке для улавливания тепла. Отсутствие остекления создает компромисс. Неглазурованные солнечные коллекторы просты и недороги, но, не имея возможности удерживать тепло, они теряют тепло обратно в окружающую среду и работают при относительно низких температурах.Таким образом, неглазурованные коллекторы обычно лучше всего работают с небольшими или умеренными системами отопления или в качестве дополнения к традиционным системам отопления, где они могут снизить топливную нагрузку за счет предварительного нагрева воды или воздуха.

Солнечные коллекторы для обогрева бассейнов — это наиболее часто используемая неглазурованная солнечная технология в Соединенных Штатах. В этих устройствах часто используются черные пластиковые трубчатые панели, установленные на крыше или другой опорной конструкции. Водяной насос обеспечивает циркуляцию воды в бассейне непосредственно через трубчатые панели, а затем возвращает воду в бассейн с более высокой температурой.Хотя эти коллекторы используются в основном для обогрева бассейнов, они также могут предварительно нагревать большие объемы воды для других коммерческих и промышленных применений.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темный материал в коллекторе, который нагревается.
2. Циркуляция: Холодная жидкость (вода) или воздух циркулирует через коллектор, поглощая тепло.
3. Использование: Более теплая жидкость используется для таких применений, как обогрев бассейна.

Узнайте больше о неглазурованных солнечных коллекторах

Начало страницы

Солнечные коллекторы Transpired

На южной стене этого склада установлен солнечный коллектор.
Кредит: Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США

Солнечные коллекторы прозрачного воздуха обычно состоят из перфорированного металлического облицовочного материала темного цвета, установленного на существующей стене на южной стороне здания.Вентилятор втягивает наружный воздух через перфорацию в пространство за металлической обшивкой, где воздух нагревается до температуры на 30–100 ° F выше температуры окружающего воздуха. Затем вентилятор втягивает воздух в здание, где он распределяется через систему вентиляции здания.

Солнечный коллектор — это проверенная, но все еще развивающаяся технология солнечного отопления. Этот вид техники лучше всего подходит для обогрева воздуха и вентиляции помещений. Его также можно применять в различных производственных и сельскохозяйственных целях, например, для сушки сельскохозяйственных культур.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на темную перфорированную металлическую облицовку, которая нагревается.
2. Циркуляция: Циркуляционный вентилятор втягивает воздух через отверстия за металлической обшивкой, нагревая воздух, который затем втягивается в здание для распределения.

Подробнее о солнечных коллекторах воздуха Transpired

Начало страницы

Плоские солнечные коллекторы

Набор плоских солнечных коллекторов на крыше школы.
Кредит: Джо Райан, NREL 19690

Большинство плоских коллекторов состоят из медных трубок и других теплопоглощающих материалов внутри изолированного каркаса или корпуса, покрытого прозрачным остеклением (стеклом). Теплопоглощающие материалы могут иметь специальное покрытие, которое поглощает тепло более эффективно, чем поверхность без покрытия.

Плоские остекленные коллекторы могут эффективно работать в более широком диапазоне температур, чем неглазурованные коллекторы. Плоские коллекторы часто используются в дополнение к традиционным водогрейным котлам, предварительно нагревая воду, чтобы снизить потребность в топливе.Они также могут быть эффективны для обогрева помещений. Используя систему теплообмена, они могут надежно производить горячий воздух для больших зданий в светлое время суток.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет проходит через стекло и попадает на темный материал внутри коллектора, который нагревается.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Циркуляция: Холодная вода или другая жидкость циркулирует через коллектор, поглощая тепло.

Узнайте больше о плоских солнечных коллекторах

Начало страницы

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Вакуумный трубчатый солнечный коллектор на крыше.
Кредит: NREL PIX 09501

Вакуумные трубчатые коллекторы представляют собой тонкие медные трубки, заполненные жидкостью, например водой, помещенные внутри более крупных герметичных прозрачных стеклянных или пластиковых трубок.

Вакуумные трубки более эффективно используют солнечную энергию и могут производить более высокие температуры, чем плоские коллекторы, по нескольким причинам. Во-первых, конструкция трубки увеличивает доступную для солнца площадь поверхности, эффективно поглощая прямой солнечный свет под разными углами. Во-вторых, внутри прозрачного стеклянного корпуса трубок также создается частичный вакуум, что значительно снижает потери тепла во внешнюю среду.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает в темный цилиндр, эффективно нагревая его под любым углом.
2. Отражение тепла: Прозрачный стеклянный или пластиковый корпус улавливает тепло, которое в противном случае могло бы излучаться. Это похоже на то, как теплица улавливает тепло внутри.
3. Конвекция: Медная трубка, проходящая через каждый цилиндр, поглощает накопленное в цилиндре тепло, в результате чего жидкость внутри трубки нагревается и поднимается к верхней части цилиндра.
4. Циркуляция: Холодная вода циркулирует через верхнюю часть цилиндров, поглощая тепло.

Системы с вакуумированными трубками обычно дороже плоских коллекторов, но они более эффективны и могут обеспечивать более высокие температуры. Вакуумные трубы могут надежно производить очень горячую воду для периодического нагрева воды или нагрева воды по запросу, а также для многих промышленных процессов, и они могут производить достаточно тепла для решения практически любых задач отопления или охлаждения помещений.

Подробнее о солнечных коллекторах с вакуумными трубками

Начало страницы

Концентрирующие солнечные системы

Этот набор концентрирующих солнечных коллекторов с параболическим желобом на крыше обеспечивает технологическое тепло для винодельни.Эти коллекторы имеют уникальную конструкцию, которая позволяет им вырабатывать не только тепло, но и электричество.
Кредит: SunWater Solar

Концентрирующие солнечные системы работают, отражая и направляя солнечную энергию с большой площади на маленькую. Меньшие светоотражающие решетки в форме чаши могут производить воду с температурой в несколько сотен градусов для промышленных или сельскохозяйственных процессов или для нагрева больших объемов воды, таких как бассейны курортных комплексов. Некоторые массивы работают с длинными параболическими желобами, которые концентрируют солнечный свет на трубе, проходящей по всей длине желоба, по которой переносится теплоноситель.Даже в более крупных системах используются поля зеркал для отражения солнечного света на центральную башню. Эти типы массивов производят пар высокого давления или другие перегретые жидкости для различных видов деятельности, от теплоемкой химической обработки до выработки электроэнергии.

Как это работает

1. Солнечный свет: Солнечный свет попадает на отражающий материал (т. Е. На зеркальную поверхность), обычно имеющий форму желоба (показанного здесь) или тарелки.
2. Отражение солнца: Отражающий материал перенаправляет солнечный свет в одну точку (для тарелки) или трубу (для желоба).
3. Циркуляция: Холодная вода или специальный жидкий теплоноситель циркулирует по трубе, поглощая тепло.

Концентрационные системы способны производить чрезвычайно горячие жидкости для различных процессов, и они могут производить относительно большое количество энергии на каждый вложенный доллар. Однако эти системы, как правило, намного больше и сложнее, чем другие типы солнечных коллекторов, описанных выше, с более высокой общей ценой. Таким образом, концентрированная солнечная технология имеет тенденцию быть наиболее эффективной для крупномасштабных высокотемпературных применений, хотя более низкотемпературные применения могут по-прежнему быть рентабельными при определенных обстоятельствах.

Узнайте больше о концентрирующих солнечных системах

Начало страницы

Солнечное тепловое и водяное отопление

Солнечная тепловая энергия — это технология, предназначенная для использования солнечного света для получения тепловой энергии (тепла). Это тепло часто используется для нагрева воды, используемой в домах, на предприятиях, в плавательных бассейнах, а также для отопления внутренних помещений зданий (обогрев помещений).

Чтобы нагреть воду солнечным светом, солнечный тепловой коллектор нагревает жидкость, которая прокачивается через него.Когда жидкость перекачивается через коллектор, она нагревается. Теперь нагретая жидкость откачивается из коллектора через теплообменник.

Теплообменники обычно состоят из меди и обычно находятся внутри резервуара для хранения солнечной энергии. Это позволяет теплу в жидкости передаваться — или обмениваться, отсюда и название — в воду в резервуаре для хранения.

Накопительный бак является важным элементом любой солнечной тепловой системы, поскольку он позволяет сохранять все тепло, вырабатываемое солнечным тепловым коллектором, для использования в любое время, когда это необходимо.

Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением энергетической информации (EIA) как коллекторы с высокой, средней или низкой температурой.

Коллекторы высокотемпературные

Высокотемпературные коллекторы — также называемые концентрирующими коллекторами — используют зеркала и / или линзы для концентрирования солнечного света для достижения очень высоких температур (от 750F до 1000F). Этот метод называется Concentrated Solar Power, или CSP. Эти высокие температуры используются в крупномасштабном производстве энергии, обычно для вращения паровых турбин.

Системные проекты

Параболический желоб — Электростанции с параболическим желобом используют изогнутое зеркало для отражения солнечного света на центральную точку фокусировки — обычно стеклянную трубку, содержащую теплоноситель. Эта трубка проходит по длине желоба и расположена в фокусе зеркал, чтобы собирать большое количество тепловой энергии.

Эта технология используется и полностью работает во всем мире. В Калифорнии система SEGS использует эту технологию на 9 различных электростанциях для выработки электроэнергии мощностью более 350 мВт.На заводе Nevada Solar One также используется этот тип коллектора мощностью 64 МВт.

Power Tower — также известные как электростанции с центральной башней — генерируют большое количество тепловой энергии, используя тысячи зеркал с системами слежения, чтобы постоянно улавливать и фокусировать тепловую энергию солнца на центральной фокальной башне. Внутри башни концентрированный солнечный свет нагревает передающую среду — обычно расплавленную соль — до температуры более 1000F. Эта расплавленная соль затем поступает в большой резервуар для хранения, где накапливается энергия, и в конечном итоге перекачивается в парогенератор.Затем парогенератор вырабатывает электричество.

Solar Two была одной из таких электростанций, использующих эту технологию, и многие другие электростанции в настоящее время строятся по всему миру с использованием этой технологии.

Дизайн посуды

Система солнечных тарелок использует большую отражающую параболическую тарелку для фокусировки солнечного света в одну точку фокусировки. В этой фокусной точке приемник улавливает тепловую энергию и преобразует ее в электричество, используя паровой двигатель или двигатель Стирлинга.

Эта система используется из-за высоких температур, которых она может достичь из-за высокой концентрации света. Более высокие температуры позволяют лучше преобразовывать электричество.

Эта технология в настоящее время используется для производства большого количества электроэнергии в Калифорнии компаниями Southern California Edison и San Diego Gas & Electric, общая мощность которых превышает 750 МВт.

Коллекторы среднетемпературные

Коллекторы средней температуры часто относятся к солнечным водонагревательным системам в виде плоских пластин или вакуумных трубчатых коллекторов.Эти коллекторы используются для сбора, хранения, использования тепла для горячего водоснабжения (например, для душа, стирки или технологических процессов, среди прочего), для обогрева помещений и для охлаждения помещений (с использованием различных типов систем охлаждения с тепловым приводом, таких как как абсорбционный чиллер.

Коллекторы вакуумные

Вакуумные трубчатые коллекторы (ETC) очень эффективны при удержании большого процента тепла, собираемого от солнца. Каждая трубка работает независимо от других и окружена стеклянной трубкой с двойными стенками.Между двойными стенками находится глубокий вакуум, создающий эффект «термоса», который значительно увеличивает его теплоизоляцию. Такая конструкция позволяет солнечному свету проходить через стекло, но не пропускает тепло.

Во многих вакуумных трубчатых коллекторах, таких как SPP-30A, используется технология тепловых трубок. Медная тепловая трубка находится внутри вакуумной трубки и удерживается на месте тонкими металлическими пластинами, называемыми ребрами теплопередачи. Тепловая трубка также находится под вакуумом, что позволяет воде внутри кипеть при гораздо более низкой температуре.

Когда вода закипает, пар поднимается к верхней части тепловой трубы, которая находится внутри коллектора. Вода или жидкий теплоноситель (обычно смесь воды и гликоля) проходит через коллектор, где входит в контакт с верхними частями тепловых трубок, тем самым быстро нагреваясь. Затем оно проходит через теплообменник, обычно являющийся частью резервуара для хранения, где тепло сохраняется для немедленного или будущего использования.

Плоские коллекторы

Плоские коллекторы обычно состоят из ряда медных трубок в очень хорошо изолированной стеклянной коробке.Солнечный свет падает на стекло, а тепло удерживается внутри прочной изоляцией. Когда вода или теплоноситель проходит через коллектор, тепло, улавливаемое солнцем, передается жидкости.

Эта жидкость затем нагревается и циркулирует обратно через теплообменник, где тепло накапливается для немедленного или последующего использования в системах горячего водоснабжения или отопления помещений.

Коллекторы низкотемпературные

Под низкотемпературными коллекторами обычно понимают неглазурованные или неизолированные плоские панели для обогрева бассейна.Эти коллекторы в значительной степени зависят от прямого солнечного света и теплых погодных условий для эффективной работы.

Панели солнечных батарей

Солнечные тепловые коллекторы, используемые для обогрева бассейнов, часто изготавливаются из ПВХ или других пластиковых композитов. Вода в бассейне обычно циркулирует напрямую через эти панели бассейна с использованием существующего фильтра бассейна. Иногда может потребоваться дополнительный «бустерный насос», особенно в более крупных коммерческих системах.

Дифференциальный контроллер часто используется для отвода воды в бассейне в теплых и благоприятных условиях, а также для предотвращения попадания воды из бассейна в коллекторы при понижении температуры, например, ночью или при неблагоприятных погодных или неблагоприятных погодных условиях.

Моделирование и оценка производительности солнечных электростанций с параболическим желобом

Аннотация

Девять солнечных электростанций (SEGS), построенных в южной Калифорнии в период с 1984 года.
и 1990 г. продолжают производить 14-80 [МВтэ] электроэнергии в коммунальном масштабе каждый из солнечных
подвод тепловой энергии. Системы собирают энергию с помощью синтетического жидкого теплоносителя.
прокачивается через трубки поглотителя в фокальной линии параболических желобных коллекторов. С подогревом
Жидкость обеспечивает тепловой ресурс для запуска паросилового цикла Ренкина.Модель солнечного поля была разработана с использованием программы моделирования TRNSYS. В
Энергетический цикл Ренкина был смоделирован отдельно с помощью программного обеспечения для одновременного решения уравнений.
(EES). Производительность в установившемся энергетическом цикле была снижена с точки зрения теплопередачи.
температура жидкости, массовый расход теплоносителя и давление конденсации, и
реализовано в TRNSYS. Компонентные модели TRNSYS для конденсатора пара и охлаждения
Башня также была реализована в симуляции.И солнечное поле, и энергетический цикл
модели были проверены с использованием данных измерения температуры и расхода на установке SEGS VI.
с 1998 по 2005 годы. Комбинированные модели солнечного поля и энергетического цикла использовались для
оценить влияние деградации коллектора солнечного поля, стратегии управления расходом и
альтернативные конструкции конденсатора в зависимости от производительности установки.

Сравнение измеренных температур на выходе из солнечного поля в период с 1998 по 2005 гг.
некоторая деградация полевых характеристик.Ухудшение производительности с течением времени может быть
отчасти это связано с потерей вакуума в кольцевом пространстве, окружающем трубку абсорбера. Другой
потенциальный вклад в деградацию солнечного поля — накопление водорода в кольцевых
космос; водород может отделяться от синтетического теплоносителя и проникать через
ii
трубку абсорбера в затрубное пространство. Тепловые потери и результирующие температуры на выходе равны
моделируется исходя из предположения, что 50% коллекторов испытывают некоторую потерю вакуума и / или водорода.
проникновение.Потери электроэнергии из цикла количественно оцениваются как функция
преобладание потери вакуума и накопления водорода в полевых условиях.

Выходная электрическая мощность системы при данном падающем излучении зависит от
КПД системы, определяемый как произведение КПД солнечного поля и цикла мощности
эффективность. Эффективность солнечного поля будет уменьшаться с увеличением температуры на выходе, в то время как
КПД силового цикла будет увеличиваться с увеличением температуры на выходе.Величина
из этих конкурирующих тенденций такова, что чистое изменение эффективности системы с выходом
температура небольшая.

На заводах SEGS для отвода тепла используются градирни с вытяжной тягой. Градирни обеспечивают
эффективное средство отвода тепла, но требует подпиточной воды для компенсации испарения
убытки. Использование конденсаторов с воздушным охлаждением может снизить потребление воды заводом; тем не мение,
эффективность системы страдает из-за более высокого давления конденсации.Оптимальный размер эфира
охлаждаемый конденсаторный агрегат, его производительность оценивается и сравнивается с производительностью
существующая система конденсатора / градирни.

Субъект

Диссертация (MS) — Университет Висконсина — Мэдисон, 2006.

Диссертации Академическое машиностроение.

Университет Висконсина — Мэдисон. Инженерный колледж.

Солнечный коллектор — Energy Education

Рисунок 1. Солнечный коллектор. ^[1]

A Солнечный коллектор — это устройство, которое собирает и / или концентрирует солнечное излучение от Солнца.Эти устройства в основном используются для активного солнечного нагрева и позволяют нагревать воду для личного пользования. ^[2] Эти коллекторы обычно устанавливаются на крыше и должны быть очень прочными, поскольку они подвергаются воздействию различных погодных условий. ^[2]

Использование этих солнечных коллекторов представляет собой альтернативу традиционному нагреву воды для бытовых нужд с помощью водонагревателя, потенциально снижая затраты на электроэнергию с течением времени. Как и в домашних условиях, большое количество этих коллекторов можно объединить в массив и использовать для выработки электроэнергии на солнечных тепловых электростанциях.

Типы солнечных коллекторов

Существует много разных типов солнечных коллекторов, но все они сконструированы с учетом одной и той же основной предпосылки. В общем, есть материал, который используется для сбора и фокусировки энергии Солнца и использования ее для нагрева воды. В простейшем из этих устройств используется черный материал, окружающий трубы, по которым течет вода. Черный материал очень хорошо поглощает солнечное излучение и, поскольку материал нагревает воду, он окружает. Это очень простой дизайн, но коллекционеры могут стать очень сложными.Абсорбирующие пластины можно использовать, если нет необходимости в повышении температуры, но обычно устройства, в которых используются отражающие материалы для фокусировки солнечного света, приводят к большему повышению температуры.

Плоские коллекторы

Рисунок 2. Схема плоского солнечного коллектора. ^[3]

Эти коллекторы представляют собой просто металлические коробки с каким-то прозрачным стеклом в качестве крышки поверх темной поглощающей пластины. Боковые стороны и дно коллектора обычно покрываются изоляцией, чтобы минимизировать тепловые потери в другие части коллектора.Солнечное излучение проходит через прозрачное остекление и попадает на пластину поглотителя. ^[4] Эта пластина нагревается, передавая тепло воде или воздуху, находящимся между стеклом и пластиной-поглотителем. Иногда эти абсорбирующие пластины окрашиваются специальными покрытиями, которые лучше поглощают и удерживают тепло, чем традиционная черная краска. Эти пластины обычно делают из металла, который является хорошим проводником — обычно из меди или алюминия. ^[4]

Коллекторы вакуумные

Рисунок 3.Схема вакуумного трубчатого солнечного коллектора. ^[5]

В этом типе солнечных коллекторов используется серия откачанных труб для нагрева воды. ^[2] В этих трубках используется вакуум, или откачанное пространство, для улавливания солнечной энергии при минимизации потерь тепла в окружающую среду. У них есть внутренняя металлическая трубка, которая действует как пластина-поглотитель, которая соединена с тепловой трубкой для передачи тепла, собираемого от Солнца, к воде. Эта тепловая труба, по сути, представляет собой трубу, в которой жидкое содержимое находится под очень определенным давлением. ^[6] При этом давлении на «горячем» конце трубы находится кипящая жидкость, а на «холодном» конце — конденсирующийся пар. Это позволяет тепловой энергии более эффективно перемещаться от одного конца трубы к другому. Как только тепло от Солнца переходит от горячего конца тепловой трубы к конденсирующему концу, тепловая энергия переносится в воду, которая нагревается для использования. ^[2]

Коллекторы Line Focus

Рисунок 4. Схема солнечного коллектора с линейным фокусом. ^[7]

В этих коллекторах, иногда называемых параболическими желобами, используются материалы с высокой отражающей способностью для сбора и концентрации тепловой энергии солнечного излучения. ^[8] Эти коллекторы состоят из отражающих секций параболической формы, соединенных в длинный желоб. ^[2] Труба, по которой течет вода, помещается в центре этого желоба, так что солнечный свет, собираемый отражающим материалом, фокусируется на трубе, нагревая ее содержимое. Это коллекторы очень высокой мощности, поэтому они обычно используются для выработки пара для солнечных тепловых электростанций и не используются в жилых помещениях.Эти желоба могут быть чрезвычайно эффективными для выработки тепла от Солнца, особенно те, которые могут поворачиваться, отслеживая Солнце в небе для обеспечения максимального сбора солнечного света. ^[2]

Коллекторы точечного фокуса

Рисунок 5. Точечный солнечный коллектор. ^[9]

Эти коллекторы представляют собой большие параболические тарелки, состоящие из некоторого отражающего материала, которые фокусируют энергию Солнца в одной точке. Тепло от этих коллекторов обычно используется для привода двигателей Стирлинга. ^[2] Хотя они очень эффективны для сбора солнечного света, они должны активно отслеживать Солнце по небу, чтобы иметь какую-либо ценность. Эти тарелки могут работать по отдельности или быть объединены в группу, чтобы собрать еще больше энергии от Солнца. ^[10]

Коллекторы точечной фокусировки и аналогичные устройства также могут использоваться для концентрирования солнечной энергии для использования с концентрированной фотоэлектрической системой. В этом случае вместо производства тепла энергия Солнца преобразуется непосредственно в электричество с помощью высокоэффективных фотоэлектрических элементов, специально разработанных для использования концентрированной солнечной энергии.

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Flatplate.png
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6} G. Boyle. Возобновляемые источники энергии: энергия для устойчивого будущего , 2-е изд. Оксфорд, Великобритания: Издательство Оксфордского университета, 2004.
3. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Плоский остекленный коллектор [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/40/Flat_plate_glazed_collector.gif
4. ↑ ^{4.0 4.1} Flasolar. (10 августа 2015 г.). Плоские солнечные коллекторы [Онлайн]. Доступно: http://www.flasolar.com/active_dhw_flat_plate.htm
5. ↑ Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/47/Evacuated_tube_collector.gif
6. ↑ RedSun. (10 августа 2015 г.). Коллектор откачанных труб [Онлайн]. Доступно: http://www.redsunin.com/products/evacuated-tube-collector-solar-water-heaters/
7. ↑> Wikimedia Commons. (10 августа 2015 г.). Коллектор линейного фокуса [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Solarpipe-scheme.svg/2000px-Solarpipe-scheme.svg.png
8. ↑ Министерство энергетики США.(10 августа 2015 г.). Солнечный коллектор Line Focus [Онлайн]. Доступно: https://www.eeremultimedia.energy.gov/solar/photographs/line_focus_solar_collector
9. ↑ Wikimedia Commons.