Файл: Производственной практике (проектнотехнологической).docx
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 92
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СЭС тарельчатого типа использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца. Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал - нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью).
СЭС, использующие фотобатареи, в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого посёлка.
Принцип работы СЭС, использующие параболические концентраторы заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.
Параболические установки на сегодняшний день наиболее развитая из солнечных энергетических технологий и именно они, вероятнее всего, будут применяться в ближайшем будущем в крупных проектах.
СЭС, использующие двигатель Стирлинга, представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25%. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.
Комбинированные электростанции могут совмещать в себе несколько типов солнечных электростанций. Так, например, на одной территории станции будут распараллелены установки тарельчатого или параболического типа и солнечных батарей. Также, другим примером может служить то, когда на солнечной электростанции дополнительно устанавливают теплообменные конструкции для получения горячей воды, которая может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или технических потребностей.
Часто на солнечных электростанциях (СЭС) различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.
Солнечные аэростатные электростанции самые энергоэффективные электростанции, они способны собрать до 97% солнечной энергии, при этом этот тип сооружений занимает малые территории поверхности, так как расположенное на поверхности земли оборудование занимает слишком мало места, а громоздкий баллон аэростата с фотоэлектрическим слоем, расположен в воздухе и способен поглощать солнечные лучи практически полностью в любое время суток, независимо от погодных условий за счет способности подниматься и опускаться на необходимую высоту.
Особо стоит отметить, факт того, что расположение таких электростанций не ограничивается поверхностью земли и воды. Китайский ученый Ван Ли предположил такой вид электростанций для использования в горах Тибета, с расположением баллонов аэростатов выше слоя облаков, при этом электроэнергией по расчетам ученого обеспечатся не только высокогорные районы, но и близ лежащие Китайские провинции.
Впервые на связь электричества и света указал Максвелл. В дальнейшем эта связь была доказана профессором МГУ А. Г. Столетовым, в экспериментальной установке которого (1888 г.) потек электрический ток, рожденный световыми лучами. В 1954 г. Пирсон, Чепмен и Фуллер осветили лучами две различные кремниевые пластины, соединенные вместе наподобие бутерброда. Образовалась электрическая цепь, в которой в результате внутреннего фотоэффекта возник ток.
Прямое преобразование солнечной радиации в электроэнергию осуществляется полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП). Российские ученые являются признанными лидерами в сфере конструирования материалов для полупроводниковых элементов. Исследователям во главе с нобелевским лауреатом академиком Ж. Алферовым удалось создать совершенно новые структуры полупроводниковых материалов для фотоэлементов.
В настоящее время наибольшее распространение получили ФЭП на основе кремния, легированного элементами III и V групп для получения так называемого p–n-перехода. Применяются ФЭП из монокристаллического, поликристаллического и аморфного кремния. Основой ФЭП являются солнечные элементы, имеющие форму круга диаметром до 100 мм или многогранника. Элементы собираются в модули, имеющие при стандартной инсоляции мощность до 100 Вт (рисунок 2). Из таких модулей набираются батареи в ряде случаев мощностью до нескольких МВт.
Преимуществом ФЭП является то, что он использует как прямое, так и рассеянное излучение, не требует слежения за Солнцем и практически не нуждается в обслуживании. Лучшие серийно производимые модули из монокристаллического кремния имеют КПД около 18% и стоимость 3,5–4 $/Вт.
По данным МЭА в 20 индустриально развитых странах суммарная установленная мощность ФЭП к концу 2003 г. составила 1,8 ГВт, причем только за 2003 г. она возросла на 0,43 ГВт.
В 2005 г. в мире было произведено ФЭП суммарной мощностью 1,727 ГВт, а к концу 2010 г. предполагается увеличение производства в 3,5 раза.
Несмотря на высокие темпы наращивания установленной мощности ФЭП как в развитых, так и в развивающихся странах, за счет высокой стоимости материалов и технологии изготовления, стоимость электроэнергии от ФЭП все еще высока — в благоприятных условиях около 0,20 цент. /(кВт · ч).
Некоторую перспективу удешевления электроэнергии связывают с работой ФЭП на концентрированном солнечном излучении. При этом уменьшается удельная стоимость собственно ФЭП, но добавляется стоимость концентрирующего устройства. В этом случае оказывается целесообразным применять вместо кремния более дорогие материалы и структуры, обеспечивающие более высокий КПД. Однако такие системы пока не нашли распространения.
На юго-востоке Испании в Caravaca de la Cruz ведутся работы по созданию 5-мегаваттной СЭС (рисунок 3). Новое солнечное предприятие объединит 500 установок по 10 кВт каждая, с общей поверхностью солнечных панелей около 350 тыс. м2. Благодаря применению двуосной системы слежения за Солнцем, индивидуальные фотоэлектрические системы будут постоянно повернуты к светилу, что позволит максимально использовать его энергию от рассвета до заката. Согласно предварительным расчетам, применение следящей системы в сравнении с неподвижными модулями позволит повысить выработку электроэнергии на 40–45 %. Это увеличит производство электроэнергии примерно на 2000 кВт · ч/год с каждого киловатта установленной мощности СЭС, что даст ежегодную прибавку в выработке электроэнергии до 10 ГВт · ч.
Создание нового фотоэлектрического предприятия происходит на фоне принятого в Испании плана развития возобновляемой энергетики, в котором правительство поставило цель установить 400 МВт фотоэлектрических солнечных систем к 2010 г.
В Германии, возле города Prenzlau, введено в действие крупнейшее из созданных когда-либо предприятий для производства солнечных панелей. Оно построено неподалеку от уже действующего аналогичного предприятия Aleo/SMO. Его производственная мощность составляет 90 МВт, что соответствует примерно 550 тыс. модулей в год. Это количество ежегодно производимых фотоэлементов обеспечит электроэнергией около 45 тыс. человек.
Создание предприятия явилось ответом не только на быстрый рост внутреннего рынка фотоэлектрических технологий Германии, но также на стремительный рост мирового рынка этих технологий.
Сегодня в России имеются достаточная научная база для развития фотоэнергетики и мощное производство, которое способно создавать любые современные солнечные фотоэлектрические установки.
Экономический потенциал солнечной энергии в России сравнительно невелик, из чего следует, что сооружение СЭС с термодинамическим циклом вряд ли целесообразно. Вместе с тем условия для создания солнечных водонагревательных установок (СВУ) для горячего водоснабжения существуют практически повсеместно, особенно в теплое полугодие. Солнечное отопление с помощью систем подогрева теплоносителя в СК для России экономически нецелесообразно. Малая плотность потока солнечной радиации, поступающей в холодное время года, потребовала бы непомерно больших размеров СК в расчете на единицу отапливаемой площади. Однако представляет интерес пассивное использование солнечного тепла за счет разумной архитектуры зданий.
Наряду с СВУ солнечную энергию целесообразно использовать для производства электроэнергии с помощью ФЭП в установках небольшой мощности (в системах связи, сигнализации, навигации, для бытовых нужд в труднодоступных районах и др.).
Особый интерес представляют автономные системы электроснабжения малой мощности (до 6 кВт), которые могут использоваться на небольших предприятиях, фермерских хозяйствах, в индивидуальных жилых домах с использованием солнечной и ветровой энергий (рисунок 4).
Автономная система электрснабжения на базе ветрогенератора и фотоэлектрического преобразователя
Недостатком такого электропитания является несогласованность величины и времени поступления электроэнергии от источника к потребителю. Так, при отсутствии Солнца перестает работать солнечная батарея и потребитель обесточивается. То же самое происходит с ветроэнергетической установкой, если скорость ветра ниже 3 м/с.
Добавив к системе электропитания аккумулятор, можно избавиться от указанных недостатков. Избыток электроэнергии, вырабатываемой различными источниками, может запасаться аккумуляторной батареей (АБ). Инвертор преобразует постоянное напряжение 24 В в переменное напряжение 220 В. К выходу инвертора подключаются потребители электроэнергии.
В заключение отметим, что высокая стоимость электроэнергии от ФЭП сдерживает их более широкое применение. Эта высокая стоимость обусловлена дороговизной кремния высокой чистоты и технологического процесса. В мире и в России ведутся интенсивные исследования и разработки, направленные на удешевление ФЭП.
-
Достоинства и недостатки солнечных электростанций
У солнечной энергии много преимуществ, но солнечная энергия по-прежнему вызывает много вопросов относительно ее экологической ценности, как и сейчас. Но давайте сначала посмотрим на экологические и финансовые преимущества солнечной энергии:
Интенсивность солнечного излучения изменяется в течение дня из-за относительного движения солнца, а также зависит от облачности. Например, в полдень, в ясную солнечную погоду, количество солнечной энергии может достигать 1000 Вт/м2, а при облачности даже в полдень может опуститься до 100 Вт/м2 и ниже. Выработка электроэнергии солнечными фотоэлектрическими батареями зависит от угла падения солнечных лучей и максимальна, когда этот угол составляет 90 градусов.
Важно правильно ориентировать поверхность солнечных модулей и установить нужный угол наклона.
Наибольшей эффективностью, в том числе экономической, и надежностью обладают комбинированные (гибридные) автономные системы, например, ветроэлектростанция и фотоэлектрическая система. Полностью автономные системы обладают более низкой производительностью, поскольку размер и количество модулей подбираются из расчета достаточного получения энергии в зимнее время, несмотря на неизбежное ее перепроизводство летом. Комбинированные системы имеют более высокий КПД, поскольку размеры фотоэлементов подбираются, исходя из требуемой нагрузки в летний период, а зимой и в пасмурную погоду дополнительное количество электроэнергии вырабатывается газопоршневыми станциями или ветроустановками.
Несмотря на развитие технологий, солнечная энергия остается наиболее дорогим из известных видов ВИЭ. Развитие солнечной энергетики в перспективе приведет к удешевлению солнечной энергии и фотоэлементов. В настоящее же время использование фотоэлектрических элементов для нужд автономного электроснабжения рентабельно лишь в удаленных от централизованного электроснабжения районах или при невозможности использования других автономных источников энергии по экологическим причинам.