Типы солнечных электростанций и принципы их работы
Дата публикации: 28 января 2019
Экономичность и перспективность использования солнечной радиации в качестве альтернативного источника энергии и стали основными причинами широкого распространения гелиостанций. Их применяют как в промышленных целях, так и в частных секторах. Солнечные панели – не единственный метод использования энергии солнца. Сегодня ее преобразуют несколькими способами, которые и определяют типы солнечных электростанций (СЭС).
Пожалуй, солнце уже нельзя отнести в топ-10 необычных источников энергии. Разнообразие СЭС подтверждает изученность этой сферы энергетики. Все солнечные электростанции по конструкции подразделяются несколько видов:
- тарельчатого типа;
- применяющие фотопанели;
- работающие на основе параболоцилиндрических концентраторов;
- с двигателем Стирлинга;
- башенные;
- аэростатные;
- комбинированные.
СЭС тарельчатого типа
Тарельчатые СЭС состоят из модулей, поэтому такие станции могут применяться не только самостоятельно. Их включают в группы, тем самым повышая мощность до нескольких мегаватт. Система имеет конструкторский характер сборки. Каждый модуль такой электростанции на солнечной энергии состоит из нескольких частей:
- Опоры. Она предназначена для крепления фермы, которая служит основанием для остальных элементов.
- Приемника. Выполняет функцию концентрации солнечных лучей. Приемником может выступать двигатель Стирлинга или парогенератор.
- Отражателя. Используется, чтобы сконцентрировать солнечные лучи в генератор, расположенный прямо перед ним. Именно форма отражателя в виде тарелок дала название таким СЭС. Зеркала расположены на ферме по радиусу. Каждое из них индивидуально настроено.
Диаметр зеркал может достигать 2 м. Автономные СЭС работают только на одном модуле. Другой вариант конструкции, когда параллельно работают сразу несколько десятков модулей. Подобные станции особенно распространены на территории Нидерландов и в штате Калифорния в США.
СЭС башенного типа
Башенные гелиостанции работают по тому же принципу, что и тарельчатые. Основу системы составляет башня, достигающая в высоту 18-24 м. Ее располагают по центру всей установки. Составляющие башни:
- Резервуар, наполненный водой. Чтобы поглощать максимум солнечного излучения, он покрашен в черный цвет..
- Насосная группа. Образующийся пар нужно доставить на турбогенератор, что и делает насос.
Вторая составляющая станции – гелиостаты, которые окружают башню. За счет включения в общую систему позиционирования зеркала подстраиваются под положение солнца, меняя свою ориентацию. Температура в резервуаре достигает 700 °C в яркую солнечную погоду, а КПД – 20%.
СЭС с параболическими концентраторами
Электрогенерирующая способность таких СЭС тоже связана с отражательной способностью зеркал. Вместо тарелок в основе конструкции находится параболический цилиндр длиной до 50 м. Его составляют из отдельных модулей. В фокусе такого отражателя расположена трубка, предназначенная для движения жидкого теплоносителя. Чаще всего эту роль выполняет масло. Как работает солнечная электростанция:
- При прохождении всего пути теплоноситель нагревается, передавая свое тепло воде.
- Она преобразуется в пар, который направляют на турбогенератор.
- Устройство преобразует полученную энергию в электричество.
Девять подобных СЭС были построены еще в 80-х годах в Калифорнии. Суммарная мощность установок составила 354 МВт. Но на практике оказалось, что эффективность таких СЭС значительно ниже, чем тарельчатого и башенного типа.
Несмотря на это, гелиостанции с параболическими концентраторами продолжают строиться. Так, в 2016 году подобную установку ввели в эксплуатацию в Марокко. Здесь ее расположили в пустыне Сахара, рядом с Касабланкой. Мощность установки достигла 500 МВт. Ее обеспечивают 0,5 млн зеркал длиной 12 м.
С двигателем Стирлинга
СЭС с двигателем Стирлинга – это разновидность гелиостанций, тоже состоящих из параболических концентраторов. Разница здесь лишь в конструкции, которую помещают в их фокусе. Здесь это именно двигатель Стирлинга, представляющий собой двигатель с маховиком. Система представлена замкнутым рабочим контуром, по которому движется газ или жидкость. В частности, для СЭС применяют водород или гелий.
Главное отличие такой установки – суммарный КПД до 34%. Принцип действия солнечной электростанции:
- Каждый концентратор благодаря альбедо в 95% отражает солнечные лучи.
- Они попадают на двигатель, одна из сторон которого за счет этого нагревается.
- Вторая сторона охлаждается окружающим воздухом, а система в это время двигает поршень Стирлинга туда-сюда, что обеспечивает генерацию до 40 кВт энергии.
- Часть ее тратится на воздухообмен и перемещение зеркал концентраторов, которые поворачиваются вслед за Солнцем.
- Вычтя эти затраты, можно получить величину «чистой» генерации в 33 кВт, что и обеспечивает указанный выше КПД в 34%.
Получается, что станция работает за счет колебаний поршня, которые преобразуются в электроэнергию. КПД оказывается примерно в 2 раза выше, чем у обычных гелиотермальных установок. Это обусловлено также и тем, что при сочетании двигателя Стирлинга и концентраторов параболической формы рабочий зазор будет совсем небольшим. В результате затраты на нагрев воздуха между генератором и зеркалом значительно снижаются.
СЭС на фотоэлектрических модулях
Фотоэлектрические гелиостанции считают классическими. В их основе лежит применение солнечных батарей и модулей. Если электроснабжение требуется для небольших объектов, применяют модули без кремниевых элементов. Их устанавливают на крышах или участке земли.
Для промышленных объектов предусмотрены более мощные фотобатареи, которые занимают значительные площади. Принцип работы такой гелиоэлектростанции прост. Для получения электричества преобразуют энергию фотонов света. Станция может работать на отдельный насос или снабжать электричеством целый поселок. Все зависит от количества и мощности панелей. Они особенно распространены в частном секторе. Правильно выбрать солнечную батарею для дома совсем несложно.
Аэростатные СЭС
Только аэростатные СЭС собирают до 97% всей солнечной энергии. Их преимуществом считают и то, что они занимают сравнительно небольшую площадь. Основа конструкции – громоздкий баллон аэростата, который располагается в воздухе. Независимо от погоды и времени суток он поглощает все солнечные лучи. Это обеспечивается возможностью поднимать и опускать баллон.
Комбинированные СЭС
Уже из названия понятно, что комбинированные СЭС совмещают в себе разные типы гелиостанций. Часто сочетают между собой солнечные батареи и концентраторы – тарельчатые или параболические. Кроме производства энергии на солнечных электростанциях предусмотрена возможность обеспечения населения горячей водой. Ее нагрев осуществляют за счет дополнительно установленных теплообменных конструкций.
Разнообразие видов солнечных электростанций только подтверждает, что сегодня они активно развиваются. В связи с этим крупные компании продолжают вкладывать в строительство таких установок серьезные инвестиции. Гелиостанции окупают себя за несколько лет и остаются рентабельными в отличие от ископаемых ресурсов, цены на которые постепенно растут. Существующие же виды СЭС продолжают совершенствовать, чтобы устранить их основные недостатки. В будущем это позволит использовать солнечную энергию на полную мощность как в промышленных, так и в гражданских целях.
Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.
Как работают солнечные электростанции, на чем они основаны
В поисках альтернативных источников энергии человечество всё чаще обращается к солнцу, и это не удивительно. Именно солнце является неисчерпаемым источником света, тепла и жизни на планете. Попытки использовать его энергию для получения электричества предпринимались людьми давно. Но лишь в ХХ столетии эта идея обрела конкретную форму и вступила в фазу реального воплощения в жизнь. Поэтому сегодня вряд ли кого-то сможет удивить, например, солнечная электростанция для загородного дома или уличные фонари, работающие на солнечных батареях.
Солнце является бесплатным возобновляемым источником энергии, мощности которого могло бы хватить на обеспечение всего земного шара электричеством. Это позволило бы человечеству отказаться от таких дорогих и наносящих вред окружающей среде энергоносителей, как нефть, газ, уголь, радиоактивное топливо. К сожалению, из-за достаточно низкого КПД доступного в настоящий момент оборудования, мощности существующих ныне солнечных электростанций пока недостаточно для их полноценной замены. Сегодня мы стоим у самых истоков развития данной технологии, которой, безусловно, принадлежит будущее.
Все существующие в настоящее время солнечные электростанции можно разделить на две большие группы – промышленные и мобильные энергетические установки для обеспечения жилых домов. Разница между ними заключается не только в масштабах, но во многом и в принципах работы, которые будут рассмотрены ниже.
Принципы работы разных видов промышленных солнечных электростанций
Преобразование солнечной энергии в электрическую может происходить напрямую либо опосредованно – через предварительную выработку тепловой энергии, которая затем преобразуется в электрическую. Все существующие сегодня электростанции базируются на одном из этих принципов. Они бывают следующих видов:
- Башенные солнечные электростанции, которые вырабатывают электричество вторым способом, то есть, путём предварительного преобразования солнечной энергии в тепловую. При достаточном уровне инсоляции в регионе их расположения они могут иметь достаточно большую мощность и КПД порядка 20%. Принцип работы основан здесь на использовании пара, получаемого в результате нагрева солнечными лучами резервуара с водой. При удачном месторасположении, ясной погоде и успешной работе оборудования температура нагрева воды может достигать 700? C. Поэтому в дальнейшем электроэнергия вырабатывается здесь при помощи стандартных паровых турбин, как на обычной ТЭЦ. Достигать таких высоких результатов помогает оригинальная конструкция башенных электростанций. Как видно из названия, в основе её располагается башня. Она может достигать 25 метров и более. В верхней её части устанавливается резервуар с водой чёрного цвета (для увеличения степени поглощения солнечных лучей). Однако простого нахождения на солнце резервуара с водой недостаточно для разогрева её до такой высокой температуры. Поэтому вокруг него по всему периметру устанавливают гелиостаты, улавливающие и перенаправляющие к нему большее количество солнечных лучей. Данные устройства представляют собой вогнутые зеркала площадью в несколько квадратных метров. Специальная регулируемая опора позволяет им менять положение по ходу движения солнца, чтобы максимально эффективно улавливать его лучи и направлять их на нагреваемую ёмкость с водой. На площадке вокруг башни могут быть установлены сотни таких зеркал. Для перекачки воды в башне предусмотрена система насосов. Управление процессом осуществляется при помощи специальной компьютерной программы. Подобная конструкция стационарной солнечной электростанции является на сегодняшний день одной из самых эффективных. Среди минусов – слишком большая площадь, занимаемая гелиостатами, а также невозможность работать круглосуточно.
- Солнечно-вакуумные электростанции, в основании которых также располагается высокая башня. Но принцип её работы другой. Генератором вырабатывается электроэнергия от работы воздушной турбины, которую приводит в действие поток горячего воздуха. Разница температур у основания башни и на её вершине заставляет воздух двигаться. Кроме башни в конструкцию включается покрытый зеркалами участок земли у её основания, нагревающийся под лучами солнца. Воздух движется вверх, вращая турбину. Так как разница температур в такой конструкции сохраняется достаточно долго, данный вид электростанции может функционировать не только днём, но и ночью. Это является её большим преимуществом.
- Используют энергию пара и в так называемых параболо-цилиндических концентраторах. В основе работы данного вида электростанции лежит нагрев масляного теплоносителя до температуры, необходимой для преобразования воды в теплообменнике в пар. А уже пар в свою очередь приводит в действие всё ту же стандартную паровую турбину. Отличие от башенных электростанций состоит в том, что здесь не требуется строительства высокой башни, а нагрев резервуара с водой происходит не непосредственно от направляемых на него лучей солнца, а от искусственного теплоносителя. Просто устанавливается трубка с нагреваемым масляным теплоносителем, на которой фокусируется тепловой луч, создаваемый специальным параболо-целиндрическим зеркалом, закреплённым на постаменте и отражающим солнечный свет в нужном направлении.
- Одной из разновидностей установки, работающей на параболо-цилиндрических концентраторах, является солнечная электростанция, вырабатывающая энергию при помощи так называемого двигателя Стирлинга. В данном устройстве параболо-целиндрическое зеркало фокусирует отраженный солнечный свет на указанном двигателе. Эффективность таких установок может быть чрезвычайно высокой с КПД порядка 30%. Однако их работа требует применения водорода или гелия в качестве охлаждающего элемента.
- Параболо-цилиндические концентраторы используются также в работе одной из самых необычных разновидностей солнечной электростанции – аэростатной СЭС. Здесь концентраторы параболической формы размещаются на аэростате, покрытом прозрачной армированной плёнкой. Безусловным достоинством такой конструкции является возможность стабильно работать на высоте, превышающей 20 км, где отсутствует ветер, облака и осадки. Термопреобразователь, на котором концентрируется луч, может при этом охлаждаться посредством гелия либо водорода. Ориентация параболического концентратора на солнце осуществляется при помощи гироскопа. Каждый аэростат может оснащаться несколькими параболо-цилиндическими концентраторами. Используется и другая разновидность аэростатных солнечных электростанций. В основе их работы лежит преобразование солнечного света при помощи специальных фотоэлементов, о которых будет рассказано ниже.
- Тарельчатые электростанции также используют принцип преобразования тепловой солнечной энергии в электрическую. Они состоят из отдельных модулей. Основным элементом в модулях являются ферменные конструкции, включающие отражатель и приёмник. При этом отражателями являются зеркала диаметром до 2 метров, имеющие форму тарелок и крепящиеся к ферме. Отражаемый ими солнечный свет концентрируется на приёмнике. Промышленные электростанции могут состоять из десятков модулей, каждый из которых в свою очередь включает по нескольку десятков тарельчатых зеркал. Чем больше их количество, тем выше мощность модулей и электростанции в целом.
К сожалению, в настоящее время промышленные солнечные электростанции достаточно эффективны лишь в регионах с большим количеством солнечных дней в году. Многие из них не способны работать вообще либо крайне малопроизводительны в ночное время. Хотя энергия солнца является бесплатной, оборудование для таких электростанций всё ещё довольно дорогое, поэтому их строительство в промышленных масштабах не всегда рентабельно.
Мобильные электростанции для дома
Есть ещё одна сфера, где использование солнечной энергии в последнее время заметно набирает популярность. Это обустройство мобильных электростанций в частном секторе. В отличие от промышленных они предназначены для обеспечения электроэнергией отдельного дома или небольшой группы строений. Такая локальная солнечная электростанция или энергетическая установка, как правило, в своей основе имеет работу солнечных панелей, устанавливаемых на наиболее доступных для солнечной радиации местах – крышах домов, балконах, возвышенностях, открытых лужайках. В её состав входят:
- солнечные панели с оптическими элементами для преобразования солнечных лучей;
- аккумуляторы для обеспечения бесперебойной подачи электричества в тёмное время суток, пасмурную погоду и в случае аварии.
- инверторы, преобразующие ток постоянного напряжения в переменный;
- контроллеры, обеспечивающие контроль над уровнем зарядки батарей.
Частные домовладения могут обеспечиваться электроэнергией и от башенных солнечных электростанций, и от модульных, однако наиболее популярны в данной сфере мобильные панельные электростанции на фотоэлементах. Они позволяют использовать энергию солнечного света даже в пасмурную погоду. Солнечные панели могут приобретаться и устанавливаться в любом количестве в зависимости от нужд конкретного потребителя. Многочисленные фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи устанавливаются на специальные монтажные платы. От их количества и мощности напрямую зависит мощность электростанции. Они довольно просты в монтаже и обслуживании.
Панельные электростанции бывают:
- сетевые, работающие в стационарной электросети и не требующие применения аккумуляторных батарей, так как роль накопителя в данном случае играет сама сеть;
- автономные с накопительными аккумуляторными батареями, преимуществом которых является независимость от внешних источников электроэнергии;
- гибридные, совмещающие сетевой и автономный тип, благодаря чему снижается себестоимость установки и зависимость её от внешних источников.
Существуют также комбинированные варианты, когда солнечная электростанция для коттеджа оборудуется дополнительными теплообменниками, позволяющие использовать в хозяйстве получаемую в процессе выработки электроэнергии горячую техническую воду. На таком принципе часто построены системы отопления частных домов, оборудованных солнечными панелями.
Шаг в будущее, или солнечные электростанции: виды, отличия, достоинства, цена
Для своих нужд человечеству требуется все больше энергии, но, сталкиваясь с проблемами централизованных сетей, снабжающих ею дома, становится понятным, почему необходим поиск альтернативных источников энергии, среди которых главными является солнечная электростанция.
Описание
Производство энергии тепловыми электростанциями сопряжено с использованием дорогого топлива. К тому же, работа подобных электростанций солнечных негативно отражается на экологической ситуации всей планеты.
Меньше загрязняет окружающее пространство гидроэлектростанция. Однако, для ее строительства необходимы значительные затраты финансовые, трудовые и временные.
Все больше внимание поэтому приковано к солнечной энергии.
Топливо же для рассматриваемых электростанций бесплатное. Электростанции солнечные, с экологической точки зрения, также являются идеальны.
Возрастающий интерес к данной энергии объясняется ее экономичностью и неиссякаемостью. Солнечные электростанции применяют в частном секторе и на объектах промышленных, чтобы не допустить перебоев с поставкой электроэнергии.
Решение по установке их принимается часто связано с серьезной изношенностью практически всех подстанций. От случаев отключения электричества солнечная электростанция для дома надежно защитит жилище.
Устройство
Комплект для электростанции включает:
- солнечных модуль батарей;
- инвертор и контроллер;
- аккумулятор энергии.
Первый образован полупроводниковыми ячейками, генерирующими под воздействием солнца электроэнергию, накапливается которая аккумулятором, питающим потребителей и инвертор. Накопленная батареей энергия постоянного тока, последний преобразовывает в ток переменный. Его частота составляет 50 Герц. Именно такой ток необходим бытовым приборам.
Контроллера выполняет функцию управления зарядкой и разрядкой аккумуляторной батареи. Он включает ее в случае необходимости для подзарядки или, чтобы избежать разрядки ее током утечки, отключает.
Принцип действия
Он необычайно прост. Энергия, даруемая природой, преобразуется в электричество благодаря оптическим элементам. Последние обладают способностью концентрировать отраженные лучи в заполненных маслом или водой приемниках.
Под действием высокой температуры, жидкость или маслянистый теплоноситель нагреваются, благодаря чему запускается генератор, вырабатывающий электричество.
Другими словами, воздействующие на солнечные батареи лучи, а точнее на составляющие их кремневые частицы. Последние высвобождают электроны, огромное число которых способствует выработке электричества.
Если отражающие элементы снабжены механизмами, позволяющими следовать за движением солнца, эффективность их возрастает по сравнению с теми, которые таковых не имеют, отчего КПД их сводится к минимуму.
Максимальный сбор солнечной энергии обеспечивает конструкция с вогнутой отражающей поверхностью.
Многие солнечные конструкции оснащаются аккумуляторами, чтобы работа была бесперебойной
Рекомендуем:
Одной батареи солнечной недостаточно, чтобы получить нужное количество энергии, поэтому их монтируют блоками.
Устанавливается система блоков на крыше жилища, но предварительно оборудуют соответствующим образом площадку со специальными опорами.
Выработанная солнечной электростанцией для дачи энергия направляется в агрегат под названием «инвертор». Он установлен внутри помещения. Там из преобразованных электронов вырабатывается ток, который накапливается в аккумуляторе.
Установка фотоэлементов
Устанавливаются они по специальной методике:
- для увеличения производительности выставляется под углом 90 градусов к падающим лучам поверхность блоков;
- допустимая погрешность (учитывая, что Светило движется) от перпендикулярного положения не может превышать 15 градусов;
- при всесезонном пользовании электростанцией, необходимо угол выставить относительно широты в столько же градусов, но со знаком «+», т.е. +15 градусов;
- если предполагается пользоваться станцией только в жаркое время, отталкиваются от значения угла в – 15 градусов.
- Только, установив солнечную батарею под углом в 90 градусов к падающим лучам, можно рассчитывать на максимальную эффективность. Увеличить отдачу до полутора раз возможно, если батарею солнечную закрепить на поворотном устройстве, способном двигаться вслед за перемещением Солнца. Способ рассчитан на небольшие конструкции.
Типы СЭС
Их делят по принципу функционирования на два подвида:
- использующие солнечную энергию для подогрева воды и пара, заставляющего вращаться турбины;
- функционирующие благодаря применению фотоэлементов (прямое преобразование энергии солнца в электрическую).
Конструктивно электростанции бывают:
- башенными;
- тарельчатыми;
- имеющими параболический концентратор.
Общее у них то, что для аккумулирования тепла используют труба или емкость с водой.
Все они используются в промышленности, поскольку окупаются при значительных мощностях. До, и для их установки требуется значительная площадь. Высота башенных, например, зачастую достигает 250 м, а необходимая площадь — 200 га. Понятно, что для использования быту они неприемлемы.
Станции, использующие способность генерировать ЭДС в полупроводниковых переходах, облучаемых солнечным потоком, преобразуют его в энергию электрическую с КПД лежащем в пределах от 10 до 40%. Это высокий показатель подобных станций, даже с учетом суточного неравномерного освещения. Но, и площади для их монтажа тоже большие нужны.
Башенного типа
У таких установок имеется резервуар на вершине, предназначенный для заполнения водой. Ее окрашивают в черный цвет, который обладает максимальной теплопроводностью. Притягивая лучи, вода нагревается и начинает испаряться, образуя конденсат.
Он попадает в парогенератор и идет на обогрев. КПД таких устройств недостаточно большой, поскольку температура нагрева жидкости в жаркие дни может достигать 700 градусов, что для этого. Коэффициент превышает величину характерную для подобного типа устройств. Применяют этот альтернативный источник в промышленности.
Тарельчатые модульные установки
Принцип их действия схож с предыдущей конструкцией, но составляет их не сплошной материал, а зеркальные модули, а также приемник с жидкостью и отражатель. Сложность их монтажа в том, что проводить его приходится на высоте.
Работает это так:
Попавшие на один из имеющихся приемников солнечные лучи перенаправляются на отражатель. Последний, их отражает, и концентрированные лучи формирует в энергию. Очень распространены такие электростанции в Нидерландах и Америке, точнее в Калифорнии — самом солнечном регионе США.
Использующие фотобатареи
В их состав входят: разной мощности и размеров фотоэлементы (а также иных показателей). Подобные солнечные электростанции легко собрать самостоятельно. Они эффективны для снабжения энергией небольших промышленных объектов, дач и загородных домов.
Для каждого конкретного случая важно грамотно подобрать параметры и определиться, какая нужна электростанция — стационарная или переносная. Единственный модуль электростанции подключается к аккумулятору.
Применяющие конденсаторы
Отличаются эти солнечные электростанции наличием инвертора. Используется подобное оборудование в регионах с ограниченным числом ярких и солнечных дней в году. Для увеличения концентрации лучей изменяют угол приемника.
Космические электростанции
Их еще называют аэростатными. Инновационные конструкции стали возможны благодаря уровню развития, который достигла современная наука. В них ходят помимо комплектов модулей, приемники с отражателями, расположены которые за пределами земной орбиты – на станциях орбитальных.
Преимущество электростанций в том, что они способны принимать намного больше солнечных лучей, чем электростанции наземные. К недостаткам относится высокая стоимость.
Комбинированные
Образованы они могут быть электростанциями:
Самое сложное в их установке заключается в способности грамотно разработать проект, который позволит максимально эффективно использовать каждый тип, вошедших в состав электростанций.
Преимущества
Преимущества электростанций, использующих энергию солнца:
- Доступность энергии;
- Неограниченность, или неисчерпаемость;
- Не нанесение экологии вреда;
- Продолжительный (до 25 лет) срок функционирования;
- Независимость от централизованных поставок энергии;
- Не нуждается в регулярном обслуживании;
- Бесшумная работа;
- Дешевизна.
Минусы
- Не высокий КПД. Но, в сравнении с иными альтернативными электростанциями, она считается наиболее эффективной и самой надежной. Да, и КПД можно увеличить, установив вместо одной, несколько панелей. Сохраняемой одним аккумулятором энергии вряд хватит даже для работы компьютера;
- Зависимость времени суток и сюрпризов погоды. Холодной зимой эффективность снижается в 3-10 раз. Емкостная база зависит напрямую от частоты попадания солнечных лучей, т.е. от солнечных дней. В непогоду, понятно, энергии недостаточно для покрытия потребностей пользователей;
- Необходимость в дополнительном оборудовании, включая аккумулятор энергии;
- Высокая первичная цена на закупку и установку оборудования;
- Очистка оптических систем и солнечных элементов.
Обзор цен
Купить солнечную электростанцию можно в Российской Федерации, Казахстане и Белоруссии, а также в других странах СНГ. Но, необходимые ресурсы для установки электростанции есть не везде. Значит и целесообразность в ее установке ставится под сомнение.
Стоимость может варьировать в разных регионах, но в среднем не превышает 950 тысяч рублей.
Покупать такие станции рекомендуется у брендовых компания:
Можно изготовить их и самостоятельно или воспользовавшись помощью опытных инженеров, что, согласно данным статистики, происходит достаточно часто. Это позволяет существенно сэкономить.
Где приобрести | Цена в рублях |
http://satom.ru/t/solnechnye-elektrostancii-1244/?sort=rating&display=gallery | от 3163 |
https://www.avito.ru/rossiya/dlya_doma_i_dachi?q=солнечная+электростанция | от 2550 |
http://gws-energy.ru/solnechnye-elektrostantsii | по запросу |
https://www.pulscen.ru/price/050905-solnechnaya-elektrostantsiya | от 2190 |
https://ru.all.biz/elektrostancii-solnechnye-bgg1094312 | уточнять |
Критерии выбора
Чтобы правильно подобрать электростанцию, важно знать такую характеристику, как мощность планируемых к постоянному использованию приборов, работающих в непрерывном режиме. Поэтому желательно те, которые не относятся к жизненно необходимым. Сауны, сварочное оборудование, не стоит включать в общий список.
Нельзя обойтись без обеспечения водой, сигнализации и освещения жилья, системы отопления и бытовых приборов для кухни.
Просуммировав мощность всех приборов, к ней добавляют запас, обеспечивающий эффективное функционирование бытовой техники – холодильника, телевизора, микроволновки, пылесоса, глубинного насоса и др.
Полученное значение служит определяющим при выборе СЭС.
Выпускаются такие источники дополнительной энергии, многими производителями, в том числе, российской компанией «Солнечная энергия». Мощность солнечных электростанции в России лежит в диапазоне от сотен ватт до десятков киловатт. Понятно, что и цена на них сильно разнится. Она составляет 3500-500000 рублей.
Видео: Как это работает ? Солнечная электростанция
Солнечные электростанции (СЭС)
Солнечная энергетика. Солнечная электростанция. Принцип работы современных солнечных электростанций. Первые опыты использования солнечной энергии. Башенные и модульные электростанции
Солнечная энергетика
Солнечная энергетика – направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций хорошо согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.
Солнечная электростанция
Солнечная электростанция – инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.
Принцип работы современных солнечных электростанций
Принцип работы современных солнечных электростанций (СЭС) основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии при помощи зеркал и отражении солнечных лучей на приемники, которые собирают солнечную энергию и преобразуют его в тепло. Эта тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии с помощью паровой турбины или теплового двигателя, который приводит в действие генератор.
Рис.1. Принцип действия солнечной электростанции
Получение электроэнергии от солнца давно применяется во всем мире. Главной задачей ученых на данный момент является необходимость так усовершенствовать имеющиеся технологии, чтобы как можно больше увеличить их КПД.
Производство электроэнергии из солнечной энергии — тема очень актуальная и интересная для многих государств в сегодняшнее время. Малые солнечные электростанции могут обеспечить электроэнергией дома, предприятия, общественные здания и сохранят богатство глубинных недр земли. Большие солнечные энергетические системы способны вырабатывать неограниченное число электроэнергии и способствовать развитию электроэнергетической отрасли в мировом масштабе.
Фотоэлектрические элементы, названные в ученой среде как солнечные элементы, являются устройствами из полупроводниковых материалов и служат для выработки электричества. Фотоэлектрические элементы бывают разных размеров, объемов и форм. Их чаще всего объединяют между собой в фотоэлектрические модули, а модули — соединяют в фотоэлектрические батареи.
Фотоэлектрические (PV) элементы, фотомодули и устройства преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Понятие фотогальваники или выработки тока из солнечной энергии, можно в буквальном смысле охарактеризовать, как свет и электричество.
Впервые это понятие упоминалось примерно в 1890 году, как «photovoltaic» — фотоэлектрический (фотогальванический) и имело две составляющие: фото, происходит от греческого слова свет и напряжения, связанного с именем пионера Алессандро Вольта в области электричества. Фотоэлектрические материалы и устройства преобразующие энергию света в электрическую энергию, были открыты известным французским физиком Эдмоном Беккерелем еще в 1839 году.
Беккерель смог открыть процесс использования солнечного света для получения электрического тока при помощи твердого материала. Но потребовалось, чтобы прошло больше полувека, чтобы ученые по-настоящему смогли понять этот процесс и узнать, что фотоэлектрический или фотогальванический эффект вызывают только определенные материалы способные преобразовывать энергию света в электрическую энергию на атомном уровне.
Сегодня фотоэлектрические системы стали важной частью нашей повседневной жизни. Мини солнечные электростанции применяются для обеспечения питания у мелких приборов и приспособлений используемых в быту, таких как, калькуляторы, наручные часы или зарядное устройство для сотового телефона. Более сложные — применяются для спутников связи, водяных насосов, уличного освещения, работы бытовых приборов и машин в некоторых домах и на рабочих местах. Многие дороги и дорожные знаки, также теперь работает с помощью фотоэлектрических элементов или модулей.
Впервые на практическую возможность использования людьми огромной энергии Солнца указал основоположник теоретической космонавтики К.Э. Циолковский в 1912 году во второй части своей книги: “Исследования мировых пространств реактивными приборами”. Он писал: “Реактивные приборы завоюют людям беспредельные пространства и дадут солнечную энергию, в два миллиарда раз большую, чем та, которую человечество имеет на Земле”.
Энергия солнца может быть использована как в земных условиях, так и в космосе. Наземные солнечные электростанции следует строить в районах расположенных как можно ближе к экватору с большим количеством солнечных дней. В настоящее время солнечную энергию экономически целесообразно использовать для горячего водоснабжения сезонных потребителей типа спортивно-оздоровительных учреждений, баз отдыха, дачных поселков, а также для обогрева открытых и закрытых плавательных бассейнов.
Первые опыты использования солнечной энергии
В 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик А. Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650 С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1866 г. француз А. Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных концентраторов и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8* 3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м 2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке. В 1885г. Была предложена схема солнечной установки с плоским коллектором для подачи воды, причем он был смонтирован на крыше пристройки к дому.
Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника.
В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000 С.
Преобразование солнечной энергии в теплоту, работу и электричество
Солнце – гигантское светило, имеющее диаметр 1392 тыс. км. Его масса (2*10 30 кг) в 333 тыс. раз превышает массу Земли, а объем в 1,3 млн. раз больше объема Земли. Химический состав Солнца: 81,76 % водорода, 18,14 % гелия и 0,1% азота. Средняя плотность вещества Солнца равна 1400 кг/м3. Внутри Солнца происходят термоядерные реакции превращения водорода в гелий и ежесекундно 4 млрд. кг материи преобразуется в энергию, излучаемую Солнцем в космическое пространство в виде электромагнитных волн различной длины.
Солнечную энергию люди используют с древнейших времен. Еще в 212г. н.э. с помощью концентрированных солнечных лучей зажигали священный огонь у храмов. Согласно легенде Приблизительно в то же время греческий ученый Архимед при защите родного города поджег паруса римского флота.
Солнечная энергия может быть преобразована в тепловую, механическую и электрическую энергию, использована в химических и биологических процессах. Солнечные установки находят применение в системах отопления и охлаждения жилых и общественных зданий, в технологических процессах, протекающих при низких, средних и высоких температурах. Они используются для получения горячей воды, опреснения морской или минерализированной воды, для сушки материалов и сельскохозяйственных продуктов и т.п. Благодаря солнечной энергии осуществляется процесс фотосинтеза и рост растений, происходят различные фотохимические процессы.
Солнечная энергия преобразуется в электрическую на солнечных электростанциях (СЭС), имеющих оборудование, предназначенное для улавливания солнечной энергии и ее последовательного преобразования в теплоту и электроэнергию. Для эффективной работы солнечных электростанций (СЭС) требуется аккумулятор теплоты и система автоматического управления.
Улавливание и преобразование солнечной энергии в теплоту осуществляется с помощью оптической системы отражателей и приемника сконцентрированной солнечной энергии, используемой для получения водяного пара или нагрева газообразного или жидкометаллического теплоносителя (рабочего тела).
Для размещения солнечных электростанций лучше всего подходят засушливые и пустынные зоны.
На поверхность самых больших пустынь мира общей площадью 20 млн.км 2 (площадь Сахары 7 млн. км 2 ) за год поступает около 5*10 16 кВт*ч солнечной энергии. При эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, равной 10%, достаточно использовать всего 1 % территории пустынных зон для размещения СЭС, чтобы обеспечить современный мировой уровень энергопотребления.
Башенные и модульные электростанции
В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции (СЭС) башенного типа и солнечные электростанции (СЭС) распределенного (модульного) типа.
Идея, лежащая в основе работы солнечных электростанций башенного типа, была высказана более 350 лет назад, однако строительство СЭС этого типа началось только в 1965г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах.
В башенных солнечных электростанциях (СЭС) используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 С, воздух и другие газы – до 1000 С, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) – до 100 С, жидкометаллические теплоносители – до 800 С.
Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечных электростанциях мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт – всего 50 га.
Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250м.
В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.
При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В солнечных электростанциях (СЭС) модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.
В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут площадь 13 млн.км2 на суше и 18 млн.км2 в океане.
Как работает солнечная электростанция: что нужно знать
Системы солнечных панелей не требуют особого технического обслуживания. Это связано с тем, что большинство систем не имеют движущихся частей и пока они получают солнечный свет, они служат надежным источником электроэнергии в течение 25-30 лет.
Из-за их простоты использования, большинство людей не думает о фактической настройке системы солнечных панелей. В этой статье мы рассмотрим, что входит в систему солнечной электростанции для вашего дома, как все элементы соединяются между собой для производства электроэнергии. Чтобы получить ответы на эти и другие вопросы – читайте далее в нашей краткой статье.
Принцип работы солнечной электростанции. Основные составляющие которые входят в состав электростанции описаны ниже. На рисунке показана самая простая схема подключения под «Зеленый» тариф.
1 – Солнечная батарея
2 – Сетевой солнечный инвертор
3 – Потребители электроэнергии
4 – Счетчик учета электроэнергии
5 – Продажа электроэнергии в общую сеть
Основные составляющие солнечной электростанции
Краткий перечень основных составляющих солнечной электростанции. Важным этапом в установке всей системы является правильный выбор оборудования.
На сегодняшний день существует множество производителей, которые предлагают широкий ассортимент солнечных панелей и сетевых инверторов. Именно комплект солнечных панелей и сетевой инвертор являются основными компонентами, которые преобразуют энергию солнца в электричество. Поэтому на сегодняшний день, очень выгодным вложением является солнечная электростанция, купить которую вы можете у нас на сайте.
Солнечная батарея
Как мы уже упомянули выше, одна из самых важных составляющих солнечной электростанции – это комплект солнечных панелей. Солнечные панели должны быть направлены на юг для оптимального производства энергии. Панели также могут стоять на востоке или западе и производить большое количество электричества, пока на них попадает солнечный свет.
Когда речь идет о солнечных батареях, у вас есть несколько вариантов относительно типа панели (монокристаллическая, поликристаллическая, тонкопленочная) и их производителя. Выбранная вами технология солнечных панелей должна зависеть от типа установки и ваших предпочтений.
Например, если вы устанавливаете наземную систему, то у вас, вероятно, есть достаточное количество земли. Это означает, что у вас есть место для установки более стандартных панелей и вы понесете меньше расходов.
Если вы устанавливаете систему на крыше с ограниченным пространством, доступным для солнечных батарей, то высокопроизводительные монокристаллические панели могут помочь увеличить количество электричества, чтобы максимизировать ваши сбережения. Многие покупатели будут выбирать панели с высокой эффективностью, даже если таковая не требуется, потому что они предпочитают устанавливать меньше панелей в целом.
Система креплений солнечных батарей
Ваша солнечная батарея будет установлена на крыше при помощи специальной системы креплений. Главной задачей системы креплений, держать солнечные батареи на крыше в неподвижном состоянии.
Все системы крепления на крыше имеют одинаковое функциональное назначение, но они могут отличаться от способа установки. Большинство таких систем имеют стандартный принцип работы, это означает, что в вашей крыше будут просверлены специальные отверстия для их крепления, а к ним уже будут монтироваться солнечные батареи.
Установщики будут использовать специальные герметики в месте соединения с крышей, чтобы предотвратить попадание влаги. Но этот тип крепления может оказаться не самым лучшим вариантом, все зависит от материала кровли.
Для наземной установки имеются также стационарные системы крепления. Некоторые люди могут предпочитать использование специальных трекеров, которые позволят солнечным батареям следить за солнцем на протяжении дня. Недостатки использования трекеров состоят в том, что они дорогостоящие и с течением времени требуют дополнительного обслуживания.
Преимуществом таких систем является то, что солнечные батареи, установленные по системе слежения, будут производить больше электроэнергии, чем установленные на крыше.
Солнечный инвертор
В системе вашей солнечной электростанции также будет установлен солнечный инвертор или даже несколько, в зависимости от требуемой мощности солнечной электростанции, который будет подключен через специальные солнечные кабели к панелям. Целью инвертора является преобразование электричества постоянного тока (DC), полученного от солнечных батарей, в переменный ток (AC) для использования в домашних условиях.
Существую три основных типа солнечного инвертора. Каждый имеет свои преимущества и недостатки. В основном большей популярностью пользуется сетевой инвертор, так как он позволяет осуществить подключение вашей солнечной электростанции к Зеленому тарифу.
Автономные солнечные инверторы, off grid – инверторы, не подключены к внешней электрической сети и предназначены для автономных солнечных электростанций. Такие инверторы работают отдельно и не могут работать по “Зеленому тарифу”, в основном применяются как независимый источник бесперебойного питания.
Гибридный солнечный инвертор, hybrid, еще называют «аккумуляторно-сетевой» преобразователь, совмещающий свойства автономных и сетевых инверторов. Гибридные инверторы имеют большое количество настроек для оптимизации работы солнечной электростанции от общей электрической сети при наличии аккумуляторных батарей.
Сетевые солнечные инверторы, on grid, работают синхронно с внешней сетью электроснабжения. В случае сбоя питания сетевой солнечный инвертор выключается автоматически. Сетевые инверторы подходят для солнечных систем без аккумуляторных батарей. Вся выработанная энергия генерируется в общую сеть по «Зеленому тарифу», что делает его наиболее выгодным для установки в частном доме или даче.
Если Вы уже решили устанавливать самостоятельно солнечную электростанцию или решили купить готовый комплект солнечных батарей в целях источника бесперебойного питания для частного дома или дачи, Вам необходим автономный или гибридный инвертор. Если же Вы хотите продавать электроэнергию по “Зеленому тарифу” и при этом получать прибыль для более быстрой окупаемости солнечной электростанции, Вам необходимо выбрать сетевой солнечный инвертор.
Что нужно для начала установки солнечной электростанции?
Для начала Вам нужно определиться с необходимой мощностью. Очень важно при выборе оборудования понять, сколько электроэнергии вы расходуете за определенный период времени. После этих расчетов нужно определиться с мощностью всего комплекта оборудования для покрытия этих расходов.
В большинстве случаев, при установке солнечных электростанций, люди обращаются в специальные компании. Профессиональные монтажники выполнят весь комплекс работ по установке и настройке в соответствии с требованиями действующих правил устройства электроустановок, а также ветровых нагрузок и особенностей расположения объекта для строительства.
Вы можете получить консультацию по выбору необходимого оборудования в нашей компании. Специалисты компании Green Solar Energy – это команда опытных установщиков, которые являются высококвалифицированными специалистами с области солнечной энергетики.
За время нашей работы мы выполнили множество различных проектов по установке, а также по сопровождению и техническому обслуживанию солнечных электростанций.
Как работает солнечная электростанция?
Принципы функционирования СЭС зависят от их разновидности. Наиболее популярны станции на модулях из фотоэлементов и варианты башенного типа. Первая разновидность активно используется для частных домов и небольших предприятий, вторая предназначена для снабжения энергией целых регионов. Чтобы разобраться, как работают солнечные электростанции, следует изучить их особенности.
Солнечные электростанции — как это работает?
Чтобы узнать, как это работает, начнем с солнечной электростанции, использующей фотоэлектрические модули. Основная деталь батарей – это фотоэлементы, основой которых служит тот или иной полупроводник. Именно они дают возможность преобразовывать солнечную энергию в электричество.
Фотоэлемент состоит из двух (или более) слоев, которые отличаются различной пропускной способностью. Одни слои имеют на внешних орбитах атомов лишние электроны (n-слой), а второму не хватает этих частиц (p-слой).
Солнечная энергия в виде фотонов, попадая на поверхность панели, воздействует на фотоэлементы, благодаря чему электроны из n-слоя выбиваются и перемещаются в открытые ячейки p-слоя. Дальше эти частицы проходят через аккумулятор и возвращаются обратно в n-слой, а в цепи возникает электрический ток. На этом круг замыкается, и процесс начинается сначала.
Первым материалом, который использовали в солнечных батареях, был селен. Но элемент отличался низким коэффициентом поглощения и выдавал КПД около 1%., из-за чего использовать его для экономически выгодной переработки солнечной энергии было нецелесообразно. На замену селену пришел кремний, КПД которого ныне доведено до 20-22%, благодаря чему удалось запустить массовое производство панелей. Сейчас для переработки солнечной энергии используют разные химические элементы – как добываемые из руды, так и синтезируемые искусственно.
Основными из них (в различных комбинациях) на сегодняшний день являются:
- кремний (монокристаллический, поликристаллический или аморфный);
- теллурид кадмия;
- индий;
- медь;
- галлий;
- германий;
- органика.
Чтобы получить достаточную мощность для питания электроприборов, фотоэлементы соединяются в блоки, и образуется солнечная батарея. При поломке одной детали ее легко заменить без вреда для всей конструкции. Для защиты от внешней среды панель запаивается в особо прочное закаленное стекло.
Принцип действия солнечных электростанций башенного типа?
Станции башенного типа отличаются от СЭС на фотоэлементах. Работа конструкции направлена на получение перегретого водяного пара, вращающего турбину, с помощью сфокусированного на ней солнечного излучения. Пар вырабатывается в металлическом баке, на который направляется свет, отраженный от сотен и даже тысяч зеркал. Башня с баком располагается в центре системы, вокруг которой концентрическими кругами размещаются большие и идеально отполированные зеркала.
Бак окрашивается в черный цвет для максимального поглощения излучения, а температура превращающейся в пар воды достигает 600-700 градусов. В башне находятся насосы, которые перемещают воду к турбогенератору – он располагается уже за пределами сооружения.
Большинство обывателей все равно не понимают, как работают солнечные электростанции башенного типа. Особенность таких СЭС — в зеркалах гелиостатах, которые размещаются вокруг башни с соблюдением определенного интервала. Гелиостат – это зеркало, размером в несколько метров, закрепленное на специальном основании. Вся система меняет свое положение в зависимости от места нахождения солнца на небе.
Главная проблема СЭС башенного типа – размещение гелиостатов таким образом, чтобы в любое время лучи от зеркал, отражались строго на бак по законам преломления света. Такие солнечные электростанции обеспечивают высокий КПД до 20 % и хорошую мощность.
Солнечные электростанции в Украине
Эффективные солнечные станции производит компания First Solar – эксклюзивный представитель Green Tech Trade в Украине. Модули функционируют на фотоэлементах, но в том, как работает солнечная электростанция от First Solar, есть несколько нюансов. Основой батарей служит не кремний, а теллурид кадмия. Поэтому тонкопленочные монокристаллические панели способны эффективно генерировать энергию даже в пасмурную погоду, на что их кремниевые конкуренты не способны. Заказать бесплатный расчет и профессиональный монтаж уникальных модулей можно на официальном сайте компании.