Солнечные тепловые электростанции

Солнечные электростанции преобразующие тепловую энергию наряду с фотоэлектрическими станциями производят электроэнергию в промышленных масштабах. Принцип работы солнечной тепловой электростанции и фотоэлектрической различны. Солнечные батареи, из которых состоит фотоэлектрическая станция, напрямую преобразовывают солнечную энергию в электричество. А тепловые электростанции имеют промежуточную стадию.

Сначала солнечная энергия преобразовывается в тепло и передает его рабочей жидкости (теплоносителю) преобразовывая жидкость в пар. Затем пар подается на парогенератор, где уже происходит процесс получения электроэнергии схожий с другими тепловыми электростанциями ТЭЦ, АЭС и т.д.
Если сравнивать эти два вида преобразования солнечной энергии в электричество, то оба этих способа имеют ряд преимуществ и недостатков.

Солнечные фотоэлектрические станции

Преимущества:
— себестоимость оборудования ниже и имеет мировую динамику снижения цен на солнечные батареи;
— простота и быстрота установки;
— более высокая надежность оборудования;

Недостатки:
— производство фотоэлементов связано с вредной для атмосферы химической промышленностью;
— в процессе эксплуатации падает эффективность;
— невозможность аккумулировать энергию;

Солнечные тепловые электростанции

Преимущества:
— высокая эффективность (КПД в пределах 30-40%)
— способность аккумулировать тепло, что позволяет работать станции почти круглосуточно;
Недостатки:
— более высокая себестоимость;
— сложные процессы эксплуатации, которые снижают надежность оборудования;

В мировой солнечной промышленности нет четкого ответа, какие же типы электростанций более востребованы. Многие инвесторы вкладывают ресурсы в оба направления. Множество особенностей этих станций создают более привлекательные условия для реализации проектов в определенных регионах Мира по отношению друг к другу.

Общий основной принцип работы солнечных  электростанций основан на  принципе концентрации солнечной энергии на теплоприемник. В теплоприемнике концентрированное излучение преобразовывается в тепловую энергию при температурах от 200 до 1000 °С (В зависимости от системы). Как и в обычных тепловых электростанциях, эта тепловая энергия  может быть преобразована в электричество с помощью паровой или газовой турбины. Это энергия  также может быть использована для других промышленных процессов, таких как опреснение воды, охлаждения или, в ближайшем будущем, производство водорода.

Bсе солнечные электростанции оснащены следящими системами, которые позволяют концентрировать солнечное излучение на протяжении всего дня в одном направлении.

Солнечные электростанции: основные типы

Существует четыре основных типа солнечных тепловых электростанций. Их можно разделить на два подтипа: системы с линейным концентратором, такие как параболические желоба и концентраторы Фринеля.  И   системы с точечной фокусировкой:  станции башенного типа и параболоидные концентраторы.
Солнечные электростанции с параболическими концентраторами состоят из многочисленных расположенных параллельно рядов концентраторов, которые являются параболическими отражателями. Эти отражатели концентрируют солнечное излучение вдоль теплоприёмной трубки. В данной трубке циркулирует теплоноситель на основе масла, разогреваясь до 400 °C. Разогретая жидкость поступает на теплообменный аппарат, где  вода преобразовывается в пар при температуре около 390 °C. Этот пар поступает на парогенератор, где происходит процесс преобразования электроэнергии так же, как обычных электростанциях.

Концентраторы Фринеля имеют отражатели с слегка изогнутой формой. Эти отражатели так же фокусируют излучение на трубчатый абсорбер, оснащенный дополнительным отражателем. Вода нагревается и испаряется непосредственно в трубке теплоприемника. Это способствует повышению эффективности станции по сравнению с параболическими концентраторами за счет снижения себестоимости, однако среднегодовая выработка электричества у станций такого типа меньше.

В солнечных электростанциях башенного типа, солнечное излучение концентрируется на центральный теплоприемник при помощи огромного количество плоских отражателей (зеркал), которые в течение светового дня автоматически изменяют угол установки. Это позволяет достичь значительно более высокую концентрацию по сравнению с системами с линейными концентраторами. При этом температура на теплоприемнике превышает 1000°С. Такие температуры значительно увеличивают эффективность работы станции. По данной типу конструкции была построена в 1985 году в Крыму солнечная станция СЭС 5. Более подробно о станции можно прочитать тут.

Параболоидные концентраторы еще их называют электростанциями тарельчатого типа напоминают по форме тарелку. Солнечное излучение концентрируется на приемник, к которому подключен «двигатель Стирлинга». Двигатель может преобразовывать тепловую энергию непосредственно в механическую работу или электричество.

Такие системы могут достичь КПД более 30%.Хотя эти системы предназначены для работы в автономном режиме, они так же имеют возможность объединения нескольких систем в одну солнечную электростанцию.