Сонячні теплові електростанції

Сонячні електростанції, що перетворюють теплову енергію, поряд з фотоелектричними станціями виробляють електроенергію в промислових масштабах. Принцип роботи сонячної теплової та фотоелектричної електростанції різні. Сонячні батареї, з яких складається фотоелектрична станція, безпосередньо перетворюють сонячну енергію на електрику. А теплові електростанції мають проміжну стадію.

Спочатку сонячна енергія перетворюється на тепло і передає його робочої рідини (теплоносію) перетворюючи рідину на пару. Потім пара подається на парогенератор, де відбувається процес отримання електроенергії схожий з іншими тепловими електростанціями ТЕЦ, АЕС і т.д. Якщо порівнювати ці два види перетворення сонячної енергії в електрику, то обидва способи мають ряд переваг і недоліків.

Сонячні фотоелектричні станції

Переваги:

• собівартість обладнання нижча та має світову динаміку зниження цін на сонячні батареї;
• простота та швидкість установки;
• вища надійність устаткування.

Недоліки:

• виробництво фотоелементів пов’язане із шкідливою для атмосфери хімічною промисловістю;
• у процесі експлуатації падає ефективність;
• неможливість акумулювати енергію.

Сонячні теплові електростанції

Переваги:

• висока ефективність (ККД у межах 30-40%);
• здатність акумулювати тепло, що дозволяє працювати станції майже цілодобово.

Недоліки:

• більш висока собівартість;
• складні процеси експлуатації, що знижують надійність устаткування.

У світовій сонячній промисловості немає чіткої відповіді, які типи електростанцій більш затребувані. Багато інвесторів вкладають ресурси в обидва напрями. Багато особливостей цих станцій створюють більш привабливі умови для реалізації проектів у певних регіонах Світу по відношенню один до одного.

Загальний принцип роботи сонячних електростанцій заснований на принципі концентрації сонячної енергії на теплоприймач. У теплоприймачі концентроване випромінювання перетворюється на теплову енергію при температурах від 200 до 1000 °С (залежно від системи). Як і в звичайних теплових електростанціях, ця теплова енергія може бути перетворена в електрику за допомогою парової або газової турбіни. Ця енергія також може бути використана для інших промислових процесів, таких як опріснення води, охолодження або, в найближчому майбутньому, виробництво водню.

Всі сонячні електростанції оснащені системами стеження, які дозволяють концентрувати сонячне випромінювання протягом усього дня в одному напрямку.

Сонячні електростанції: основні типи

Існує чотири основні типи сонячних теплових електростанцій. Їх можна розділити на два підтипи: системи з лінійним концентратором, такі як параболічні жолоби та концентратори Фрінеля. І системи з точковим фокусуванням: станції баштового типу та параболоїдні концентратори.

Сонячні електростанції з параболічними концентраторами складаються з численних розташованих паралельно рядів концентраторів, які є параболічними відбивачами. Ці відбивачі концентрують сонячне випромінювання вздовж теплоприймальної трубки. У цій трубці циркулює теплоносій на основі олії, розігріваючись до 400 °C. Розігріта рідина надходить на теплообмінний апарат, де вода перетворюється на пару при температурі близько 390 °C. Ця пара надходить на парогенератор, де відбувається процес перетворення електроенергії так само, як у звичайних електростанціях.

Концентратори Фрінеля мають відбивачі із злегка вигнутою формою. Ці відбивачі також фокусують випромінювання на трубчастий абсорбер, оснащений додатковим відбивачем. Вода нагрівається та випаровується безпосередньо в трубці теплоприймача. Це сприяє підвищенню ефективності станції порівняно з параболічними концентраторами за рахунок зниження собівартості, проте середньорічне вироблення електрики станцій такого типу менше.

У сонячних електростанціях баштового типу сонячне випромінювання концентрується на центральний теплоприймач за допомогою величезної кількості плоских відбивачів (дзеркал), які протягом світлового дня автоматично змінюють кут установки. Це дозволяє досягти значно більшої концентрації порівняно з системами з лінійними концентраторами. У цьому температура на теплоприймачі перевищує 1000°С. Такі температури значно підвищують ефективність роботи станції. По даному типу конструкції було побудовано 1985 року у Криму сонячна станція СЭС 5.

Параболоїдні концентратори ще їх називають електростанціями тарілчастого типу нагадують за формою тарілку. Сонячне випромінювання концентрується на приймач, якого підключений «двигун Стірлінга». Двигун може перетворювати теплову енергію безпосередньо на механічну роботу або електрику.

Такі системи можуть досягти ККД більше 30%. Хоча ці системи призначені для роботи в автономному режимі, вони також мають можливість об’єднання кількох систем в одну сонячну електростанцію.