Автономные электростанции на солнечных батареях

Сегодня российские власти все больше внимания уделяют развитию возобновляемых энергоисточников и, в частности, гелиопроектам. И, несмотря на то, что лидерами в этой области по-прежнему остаются страны Европы, солнечные электростанции возводятся во многих регионах РФ. Например, совсем недавно в Дагестане была запущена гелиостанция проектной мощностью 5МВт. На текущий момент это самая крупная солнечная станция в России. Альтернативная энергетика востребована и в соседней Украине, особенно в Крыму.

Сегодня российские власти все больше внимания уделяют развитию возобновляемых энергоисточников и, в частности, гелиопроектам. И, несмотря на то, что лидерами в этой области по-прежнему остаются страны Европы, солнечные электростанции возводятся во многих регионах РФ. Например, совсем недавно в Дагестане была запущена гелиостанция проектной мощностью 5МВт. На текущий момент это самая крупная солнечная станция в России. Альтернативная энергетика востребована и в соседней Украине, особенно в Крыму.

Преимущества гелиостанций

Преимущества подобных объектов неоспоримы. Не говоря уже об общедоступности и неисчерпаемости такой энергии, ее использование не наносит никакого вреда окружающей среде (в отличие от той же нефти, атомных или угольных ресурсов).

Электростанции на солнечных батареях отличаются:

• автономностью, так как не требуют подключений к внешним энергоисточникам;
• экономичностью, поскольку средства затрачиваются только на возведение объекта;
• длительным рабочим ресурсом (не менее 25 лет);
• простотой обслуживания, которое сводится главным образом к периодической очистке отражающих поверхностей от загрязнений;
• стабильностью энергоснабжения, так как в силу их специфики отсутствуют скачки напряжения.

При этом строительство солнечных электростанций можно вести даже в труднодоступных и удаленных областях, главное условие – наличие достаточного количество солнечного света. А поскольку такие станции зависимы от погодных условий, то они обязательно должны иметь специальные накопители для аккумуляции энергии.

На сегодняшний день все крупные солнечные электростанции сосредоточены в жарких, южных регионах планеты. Однако в последнее время все больше гелиоустановок появляется и в других областях, например, недавно был полностью завершен проект по электрификации Тибета при помощи солнечных батарей.

Принципы работы

Все автономные солнечные электростанции подразделяются на фототермические и фотоэлектрические.

Фототермические

Это наиболее простой тип солнечных станций. В этом случае теплоноситель (антифриз или вода) нагревается в системе светопоглощающих трубок до нужной температуры и далее используется для ГВС или отопления. При этом часть полученной энергии накапливается в специальных тепловых или химических аккумуляторах. Чаще всего подобная схема реализуется в мини солнечных электростанциях, предназначенных для жизнеобеспечения одного или нескольких домов.

Фотоэлектрический

Станции этого типа напрямую преобразуют энергию солнца в электроток. Их главные элементы – солнечные батареи на основе полупроводниковых материалов (чаще всего – кремния). Их принцип работы основан на возникновении тока на границе двух полупроводников разной проводимости под действием УФ-лучей. Эффективность кремниевых станций в среднем достигает 20%, однако уже разработаны фотоэлементы с гораздо большей производительностью (порядка 40%).

Виды солнечных станций

Сегодня в мире используются различные типы гелиостанций, каждый из которых обладает своей спецификой.

Башенный

Их принцип действия основан на получении разогретого водяного пара при помощи солнечных лучей. В центре станции располагается башня высотой порядка 20м, а на ее вершине помещается резервуар с водой, покрытый светопоглощающей краской. Кроме того, внутри сооружения находится насосное оборудование, доставляющее пар на внешний турбогенератор. Вокруг башни по концентрическим окружностям устанавливаются зеркальные гелиостаты, направляющие лучи на резервуар. Все гелиостаты включаются в общую систему позиционирования. Такие солнечные электростанции имеют КПД порядка 20%, главный же недостаток – трудоемкость позиционирования зеркал и их очистка.

Тарельчатый

Основной элемент такой станции – объединенная конструкция отражателя и приемника энергии. Отражатель представляет собой тарелкообразное зеркало, размещенное на несущей ферме. На некотором удалении от центра зеркала находится энергоприемник, в котором и концентрируются солнечные лучи. Количество таких отражающих концентраторов, их диаметр и радиус кривизны варьируются в зависимости от требуемой мощности.

Параболический

Принцип работы таких гелиостанций основан на нагреве теплоносителя до температуры, позволяющей использовать его в турбогенераторе. На несущей ферме размещается параболическое зеркало значительной длины. В его фокусе устанавливается особая трубка с теплоносителем (как правило, это – масло). Теплоноситель разогревается до нужных параметров и отдает накопленную энергию воде, которая испаряется и вращает турбогенераторы.

Солнечные электростанции этого типа могут снабжаться и дополнительным оборудованием, например, двигателем Стирлинга. Он размещается в фокусе установки и значительно повышают производительность всей системы.

На фотобатареях

Эти станции состоят из большого количества фотоэлектрических модулей (на базе полупроводников) и широко используются для энергообеспечения коттеджей, пансионатов, торговых центров, промышленных зданий и т.д. Схема соединения таких блоков, а также их количество и габариты зависят от требуемой мощности.

Аэростатный

Аэростатные солнечные электростанции, по сути, являются самыми энергоэффективными, они поглощают до 97% солнечных лучей. При этом они очень компактны и мобильны. Их основной элемент – большой баллон аэростата, покрытый фотоэлектрическим слоем и заполненный водяным паром. Он поднимается высоко в атмосферу (в некоторых проекта – выше облаков) и поглощает лучевую энергию практически в любых условиях. На земле же находятся насосное оборудование и турбины. Разогретый в шаре пар по гибким паропроводам поступает на турбины. На выходе из турбины он конденсируется, а образовавшаяся вода насосами подается обратно в аэростат. Распыляемая внутри баллона вода испаряется при контакте с перегретым паром внутри шара и цикл повторяется.

Комбинированный

Комбинированные солнечные электростанции совмещают в себе несколько вышеперечисленных конструкций. Особенно часто объединяют фотоэлектрические установки с системами, производящими горячую воду.

Также широко распространены и станции, использующие несколько природных энергоисточников. Например, солнечно-ветровые модули. Такое сочетание позволяет наиболее полно реализовывать потенциал альтернативной энергии вне зависимости от погодных условий. Особенно актуальны такие конструкции для труднодоступных, удаленных регионов.