Typy solárních elektráren: věžové, kotoučové, parabolicko-cylindrický koncentrátor, solární vakuové, kombinované

Převést energii slunečního záření nebo jinými slovy — sluneční teplo a světlo na elektrickou energii, již mnoho let mnoho zemí po celém světě využívá solární elektrárny. Jedná se o inženýrské stavby s různým designem, pracující na různých principech, podle typu elektrárny.

Pokud si někdo, slyšící spojení „solární elektrárna“, představí obrovskou plochu pokrytou solárními panely, není se čemu divit, protože tento typ elektráren, nazývaných fotovoltaické, je dnes v mnoha domácnostech velmi oblíbený. Nejde ale o jediný typ solární elektrárny.

Všechny dnes známé solární elektrárny, které vyrábějí elektřinu v průmyslovém měřítku, jsou rozděleny do šesti typů: věžové, deskové, fotovoltaické, parabolicko-cylindrické koncentrátory, solárně-vakuové a kombinované.Pojďme se podrobně podívat na jednotlivé typy solárních elektráren a věnovat pozornost konkrétním stavbám v různých zemích světa.

Věžové elektrárny

Solární elektrárna — Solární elektrárna, ve které je záření z optického koncentračního systému tvořeného polem heliostatů směrováno do solárního přijímače namontovaného na věži.

Věžové elektrárny byly původně založeny na principu odpařování vody vlivem slunečního záření. Zde se jako pracovní tekutina používá vodní pára. Věž se nachází ve středu takové stanice a má nahoře nádrž na vodu, která je natřena černou barvou, aby co nejlépe absorbovala viditelné záření i teplo. Věž má navíc čerpací skupinu, jejíž funkcí je dodávat vodu do vodojemu. Pára, jejíž teplota přesahuje 500 °C, roztáčí turbínový generátor umístěný na území stanice.

Aby se na vrcholu věže soustředilo maximální možné množství slunečního záření, jsou kolem ní instalovány stovky heliostatů, jejichž funkcí je směřovat odražené sluneční záření přímo do nádoby s vodou. Heliostaty jsou zrcadla, jejichž plocha každého může dosáhnout desítek metrů čtverečních.

Heliostat [heliostat] — Plochý nebo zaostřovací zrcadlový prvek optického koncentračního systému s individuálním orientačním zařízením pro směrování odraženého přímého slunečního záření do přijímače slunečního záření.

Všechny heliostaty namontované na podpěrách vybavených automatickým zaostřovacím systémem směřují odražené sluneční záření přímo na vrchol věže, do nádrže, protože polohování funguje podle pohybu slunce během dne.

V nejteplejším dni může teplota vyrobené páry stoupnout až na 700 °C, což je pro běžný provoz turbíny více než dostatečné.

Například v Izraeli na území Negevské pouště bude do konce roku 2017 dokončena stavba elektrárny s věží o výkonu více než 121 MW.Výška věže bude 240 metrů (nejvyšší solární věž na světě v době výstavby). , a kolem ní bude patro stovek tisíc heliostatů, které budou umístěny přes Wi-Fi ovládání. Teplota páry v nádrži dosáhne 540 °C. Projekt za 773 milionů dolarů pokryje 1 % izraelské spotřeby elektřiny.

Voda není jediná věc, kterou lze ve věži ohřát slunečním zářením. Například ve Španělsku byla v roce 2011 uvedena do provozu věžová solární elektrárna Gemasolar, ve které se ohřívá solné chladivo. Toto řešení umožňovalo topit i v noci.

Sůl zahřátá na 565 °C vstupuje do speciální nádrže, poté předá teplo parogenerátoru, který roztáčí turbínu. Celý systém má jmenovitý výkon 19,9 MW a je schopen dodat 110 GWh elektřiny (roční průměr) pro napájení sítě 27 500 domácností pracujících na plný výkon 24 hodin denně po dobu 9 měsíců.

Spousta elektráren

Elektrárny tohoto typu jsou v zásadě podobné věžovým elektrárnám, ale konstrukčně se liší. Využívá samostatné moduly, z nichž každý vyrábí elektřinu. Modul obsahuje jak reflektor, tak přijímač. Na podpěře je upevněna parabolická sestava zrcadel tvořících reflektor.

Mirror Amplifier — Koncentrátor slunečního záření se zrcadlovým povlakem.Zrcadlový koncentrátor slunečního záření — Zrcadlový koncentrátor slunečního záření sestávající z jednotlivých zrcadel plochého nebo zakřiveného tvaru tvořících společnou odraznou plochu.

Přijímač je umístěn v ohnisku paraboloidu. Reflektor se skládá z desítek zrcadel, každé individuálně přizpůsobené. Přijímačem může být Stirlingův motor kombinovaný s generátorem nebo nádrž s vodou, která se přeměňuje na páru a pára roztáčí turbínu.

Například v roce 2015 švédské Ripasso testovalo v Jižní Africe parabolickou helotermální jednotku se Stirlingovým motorem. Reflektorem instalace je parabolické zrcadlo skládající se z 96 dílů a celkové ploše 104 metrů čtverečních.

Středem zájmu byl Stirlingův vodíkový motor vybavený setrvačníkem a připojený ke generátoru. Talíř se pomalu otáčel, aby sledoval slunce během dne. Ve výsledku byl faktor účinnosti 34 % a každý takový „talíř“ byl schopen poskytnout uživateli 85 MWh elektřiny ročně.

Abychom byli spravedliví, poznamenáváme, že v ohnisku „talíře“ solární elektrárny tohoto typu může být umístěna nádoba s olejem, jehož teplo lze přenášet do parogenerátoru, který zase otáčí turbína elektrického generátoru.

Solární elektrárny s parabolickými trubicemi

Zde je opět topné médium ohříváno koncentrovaným odraženým zářením. Zrcadlo má podobu až 50 metrů dlouhého parabolického válce, který je umístěn ve směru sever-jih a otáčí se podle pohybu slunce. V ohnisku zrcadla je pevná trubice, po které se pohybuje kapalné chladivo.Jakmile je chladicí kapalina dostatečně teplá, teplo se předá vodě ve výměníku tepla, kde pára opět roztáčí generátor.

Parabolický koridorový koncentrátor — Zrcadlový koncentrátor slunečního záření, jehož tvar tvoří parabola pohybující se rovnoběžně sama se sebou.

V 80. letech minulého století v Kalifornii Luz International postavila 9 takových elektráren s celkovou kapacitou 354 MW. Po několika letech praxe však odborníci došli k závěru, že dnes jsou parabolické elektrárny z hlediska ziskovosti i účinnosti horší než věžové a deskové solární elektrárny.

V roce 2016 však byla v saharské poušti poblíž Casablanky objevena elektrárna. solární koncentrátory, s výkonem 500 MW. Půl milionu dvanáctimetrových zrcadel ohřívá chladicí kapalinu na 393 °C, aby přeměnila vodu na páru pro roztočené turbíny generátorů. V noci tepelná energie pokračuje v práci tím, že je uložena v roztavené soli. Stát Maroko tímto způsobem plánuje postupně vyřešit problém ekologického zdroje energie.

Fotovoltaické elektrárny

Stanice na bázi fotovoltaických modulů, solárních panelů. V moderním světě jsou velmi oblíbené a rozšířené. Moduly na bázi křemíkových článků jsou široce používány pro napájení malých lokalit, jako jsou sanatoria, soukromé vily a další budovy, kde je stanice s požadovaným výkonem sestavena ze samostatných částí a instalována na střechu nebo na pozemek o vhodné ploše. Průmyslové fotovoltaické elektrárny jsou schopny zásobovat elektřinou i malá města.

Solární elektrárna (SES) [solární elektrárna] — Elektrárna určená k přeměně energie slunečního záření na elektřinu.

Například v Rusku byla v roce 2015 spuštěna největší fotovoltaická elektrárna v zemi. Solární elektrárna „Alexander Vlažněv“ sestávající ze 100 000 solárních panelů o celkovém výkonu 25 MW se nachází na ploše 80 hektarů mezi městy Orsk a Gai. Kapacita stanice je dostatečná pro zásobování elektřinou poloviny města Orsk, včetně obchodních a obytných budov.

Princip fungování takových stanic je jednoduchý. Energie světelných fotonů se přeměňuje na proud v křemíkové destičce; vlastní fotoelektrický jev v tomto polovodiči byl dlouho studován a akceptován výrobci solárních článků. Ale krystalický křemík, který dává účinnost 24 %, není jedinou možností. Technologie se neustále zlepšuje. V roce 2013 tedy inženýři Sharpu dosáhli 44,4% účinnosti z prvku indium-gallium-arsenid a použití zaostřovacích čoček umožňuje dosáhnout všech 46%.

Solární vakuové elektrárny

Naprosto ekologický typ solárních stanic. Principiálně se využívá přirozené proudění vzduchu, ke kterému dochází vlivem teplotního rozdílu (vzduch na povrchu země se ohřívá a spěchá nahoru). Již v roce 1929 byl tento nápad patentován ve Francii.

Staví se skleník, což je pozemek krytý sklem. Ze středu skleníku vyčnívá věž, vysoká trubka, ve které je namontována generátorová turbína. Slunce ohřívá skleník a vzduch proudící potrubím roztáčí turbínu.Průvan zůstává konstantní, dokud slunce ohřívá vzduch v uzavřeném skleněném prostoru a dokonce i v noci, dokud zemský povrch zadržuje teplo.

Experimentální stanice tohoto typu byla postavena v roce 1982, 150 kilometrů jižně od Madridu, ve Španělsku. Skleník měl průměr 244 metrů a potrubí bylo vysoké 195 metrů. Maximální vyvinutý výkon je pouze 50 kW. Turbína však běžela 8 let, dokud nevypadla kvůli rzi a silnému větru. V roce 2010 Čína dokončila výstavbu solární vakuové stanice, která byla schopna poskytnout 200 kW. Rozkládá se na ploše 277 hektarů.

Kombinované solární elektrárny

Jedná se o stanice, kde jsou teplovodní a topné komunikace napojeny na výměníky tepla, obecně ohřívají vodu pro různé potřeby. Kombinované stanice také zahrnují kombinovaná řešení, kdy koncentrátory pracují paralelně se solárními panely. Kombinované solární elektrárny jsou často jediným řešením pro alternativní napájení a vytápění soukromých domů.