Солнечный коллектор
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Солнечный коллектор – устройство для сбора энергии солнца.
Содержание |
[править] Типы солнечных коллекторов
[править] Плоские
Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент связан с теплопроводящей системой.
Плоские коллекторы способны нагреть воду до 70-75 С. Один квадратный метр солнечного коллектора вырабатывает в российских условиях в среднем за год около 0,8 кВт.ч. -1,25 кВт.ч. тепловой энергии.
[править] Вакуумные
Возможно повышение температур плоских коллекторов до 80-120°С. Добиться этого можно за счет уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.
[править] Солнечные коллекторы – концентраторы
Дальнейшее повышение температур (120-250°С) возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких температур требуются устройства слежения за солнцем.
[править] Применение
Солнечные коллекторы применяются для отопления промышленных и бытовых помещений, для горячего водоснабжения производственных процессов и бытовых нужд. Наибольшее количество производственных процессов, в которых используется низкотемпературная вода (30-90°С), применяется в пищевой и текстильной промышленности, и они имеют самый высокий потенциал для использования солнечных коллекторов. В Европе в 2000 г. общая площадь солнечных коллекторов составляла 14,89 млн. м2, а во всем мире — 71,341 млн. м2. Солнечные коллекторы – концентраторы могут производить электроэнергию с помощью фотоэлектрических элементов, или двигателя Стирлинга.
[править] Солнечные башни
Впервые идея создания солнечной электростанции промышленного типа была выдвинута советским инженером Н.В. Линицким в 30-х г. Тогда же им была предложена схема солнечной станции с центральным приемником на башне. В ней система улавливания солнечной радиации состояла из поля гелиостатов — плоских отражателей, управляемых по двум координатам. Каждый гелиостат отражает лучи солнца на поверхность центрального приемника, который для устранения влияния взаимного затенения поднят над полем гелиостатов. По своим размерам и параметрам приемник аналогичен паровому котлу обычного типа.
Экономические оценки показали целесообразность использования на таких станциях крупных турбогенераторов мощностью 100 МВт. Для них типичными параметрами являются температура 500°С и давление 15 МПа. С учетом потерь для обеспечения таких параметров требовалась концентрация порядка 1000. Такая концентрация достигалась с помощью управления гелиостатами по двум координатам. Станции должны были иметь тепловые аккумуляторы для обеспечения работы тепловой машины при отсутствии солнечного излучения.
В США с 1982 г. было построено несколько станций башенного типа мощностью от 10 до 100 МВт. Подробный экономический анализ систем этого типа показал, что с учетом всех затрат на сооружение 1 кВт. установленной мощности стоит примерно $1150. Один кВт.ч. электроэнергии стоил около $0,15.
[править] Параболоцентрические концентраторы
Параболоцентрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300-390°С.
Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север-юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.
С 1984 по 1991 г. в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцентрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт.ч.
Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт. к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.
В июне 2006 г. в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт. электростанций с параболоцентрическими концентраторами.
Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.
Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.
[править] Параболические концентраторы
Параболические концентраторы имеют форму спутниковой тарелки. На англ. Dish/engine systems. Параболический отражатель управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92% падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплен двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стерлинга используется, как правило, водород, или гелий.
В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9 кВт.-25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22%-24%, что выше, чем у фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий, и т.д без использования дефицитного кремния.
В 2001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $0,09-$0,12 за кВт.ч. Департамент Энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $0,04-$0,05 к 2015-2020 г.
Компания Stirling Solar Energy разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров – до 150 кВт. с двигателями Стирлинга. Компания строит в Южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. До 2010 г. будет построено 20 000 параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.
[править] Линзы Френеля
[править] Ссылки
Новый Полюс – российский производитель
Альтэн – российский производитель
