Päikeseelektrijaamade tüübid: torn, ketas, parabool-silindriline kontsentraator, päikesevaakum, kombineeritud

Päikese kiirgusenergia muundamiseks ehk teisisõnu — päikesesoojus ja valgus elektrienergiaksPaljud riigid üle maailma on aastaid kasutanud päikeseelektrijaamu. Need on erineva konstruktsiooniga insenerikonstruktsioonid, mis töötavad erinevatel põhimõtetel, olenevalt elektrijaama tüübist.

Kui keegi, kuuldes kombinatsiooni "päikeseelektrijaam", kujutab ette tohutut päikesepaneelidega kaetud ala, pole see üllatav, sest seda tüüpi elektrijaamad, mida nimetatakse fotogalvaanilisteks, on tänapäeval paljudes majapidamistes väga populaarsed. Kuid see pole ainus päikeseelektrijaama tüüp.

Kõik tänapäeval tuntud päikeseelektrijaamad, mis toodavad elektrit tööstuslikus mastaabis, jagunevad kuueks tüübiks: torn-, plaat-, fotogalvaanilised, parabool-silindrilised kontsentraatorid, päikese-vaakum ja kombineeritud.Vaatame üksikasjalikult iga päikeseelektrijaama tüüpi ja pöörame tähelepanu konkreetsetele struktuuridele erinevates riikides üle maailma.

Torni elektrijaamad

Päikeseelektrijaam — päikeseelektrijaam, milles heliostaatide välja moodustatud optilise kontsentreerimissüsteemi kiirgus suunatakse torni paigaldatud päikesevastuvõtjale.

Tornelektrijaamad põhinesid algselt päikesekiirguse mõjul vee aurustamise põhimõttel. Siin kasutatakse töövedelikuna veeauru. Sellise jaama keskel asuva torni peal on veepaak, mis on värvitud mustaks, et neelata kõige paremini nii nähtavat kiirgust kui ka soojust. Lisaks on tornis pumbagrupp, mille ülesanne on varustada veehoidlat. Aur, mille temperatuur ületab 500 ° C, pöörab jaama territooriumil asuva turbiini generaatori.

Maksimaalse võimaliku päikesekiirguse hulga koondamiseks torni tippu on selle ümber paigaldatud sadu heliostaate, mille ülesanne on suunata peegeldunud päikesekiirgus otse veenõusse. Heliostaadid on peeglid, millest igaühe pindala võib ulatuda kümnete ruutmeetriteni.

Heliostaat [heliostaat] – optilise kontsentreerimissüsteemi lame või fokusseeriv peegelelement, millel on individuaalne orientatsiooniseade peegeldunud otsese päikesekiirguse suunamiseks päikesekiirguse vastuvõtjasse.

Automaatse teravustamissüsteemiga varustatud tugedele paigaldatud heliostaadid suunavad peegeldunud päikesekiirguse otse torni tippu, paaki, kuna positsioneerimine toimib vastavalt päikese liikumisele päevasel ajal.

Kõige kuumemal päeval võib tekkiva auru temperatuur tõusta 700 °C-ni, mis on turbiini normaalseks tööks enam kui piisav.

Näiteks Iisraelis Negevi kõrbe territooriumil valmib 2017. aasta lõpuks enam kui 121 MW võimsusega torniga elektrijaam, mille kõrgus on 240 meetrit. (ehitamise ajal maailma kõrgeim päikesetorn). , ja selle ümber saab olema sadade tuhandete heliostaatide põrand, mis paigutatakse Wi-Fi juhtimise kaudu. Auru temperatuur paagis jõuab 540 ° C-ni. 773 miljoni dollari suurune projekt katab 1% Iisraeli elektrivajadusest.

Vesi pole ainus, mida saab päikesekiirgusega tornis soojendada. Näiteks Hispaanias pandi 2011. aastal tööle Gemasolar torn päikeseelektrijaam, milles soojendatakse soola jahutusvedelikku. See lahendus võimaldas kütta ka öösel.

565 ° C-ni kuumutatud sool siseneb spetsiaalsesse paaki, mille järel see edastab soojuse aurugeneraatorisse, mis pöörab turbiini. Kogu süsteemi nimivõimsus on 19,9 MW ja see on võimeline varustama 110 GWh elektrienergiat (aasta keskmine), et toita 27 500 majapidamise võrku, mis töötab täisvõimsusel 24 tundi ööpäevas 9 kuu jooksul.

Palju elektrijaamu

Põhimõtteliselt on seda tüüpi elektrijaamad sarnased tornjaamadega, kuid on struktuurilt erinevad. See kasutab eraldi mooduleid, millest igaüks toodab elektrit. Moodul sisaldab nii helkurit kui ka vastuvõtjat. Toele on paigaldatud helkurit moodustav paraboolne koost peeglitest.

Mirror Amplifier — Peegelkattega päikesekiirguse kontsentraator.Spekulaarne lihvitud kontsentraator – päikesekiirguse spekulaarne kontsentraator, mis koosneb üksikutest lamedate või kumera kujuga peeglitest, mis moodustavad ühise peegeldava pinna.

Vastuvõtja asub paraboloidi fookuses. Helkur koosneb kümnetest peeglitest, millest igaüks on individuaalselt kohandatud. Vastuvõtja võib olla Stirlingi mootor koos generaatoriga või veepaak, mis muundatakse auruks ja aur pöörab turbiini.

Näiteks 2015. aastal katsetas Ripasso Rootsis Lõuna-Aafrikas Stirlingi mootoriga paraboolset helotermilist seadet. Installatsiooni helkuriks on paraboolpeegel, mis koosneb 96 osast ja mille kogupindala on 104 ruutmeetrit.

Fookuses oli hoorattaga varustatud ja generaatoriga ühendatud Stirlingi vesinikmootor. Taldrik pöördus aeglaselt, et päeval päikest järgida. Tulemusena oli kasutegur 34% ja iga selline "plaat" suutis anda kasutajale 85 MWh elektrienergiat aastas.

Ausalt öeldes märgime, et seda tüüpi päikeseelektrijaama "plaadi" fookuses võib asuda õlimahuti, mille soojuse saab üle kanda aurugeneraatorisse, mis omakorda pöörab elektrigeneraatori turbiin.

Parabooltoruga päikeseelektrijaamad

Siingi soojendatakse küttekeskkonda kontsentreeritud peegeldunud kiirgusega. Peegel on kuni 50 meetri pikkuse paraboolsilindri kujuline, paikneb põhja-lõuna suunas ja pöörleb päikese liikumist järgides. Peegli fookuses on fikseeritud toru, mida mööda liigub vedel jahutusaine.Kui jahutusvedelik on piisavalt soe, kandub soojus soojusvahetis olevale veele, kus aur pöörab generaatori uuesti ümber.

Paraboolkoridori kontsentraator — Päikesekiirguse peegelkontsentraator, mille kuju moodustab iseendaga paralleelselt liikuv parabool.

1980. aastatel ehitas Luz International Californias 9 sellist elektrijaama koguvõimsusega 354 MW. Kuid pärast mitmeaastast praktikat on eksperdid jõudnud järeldusele, et tänapäeval jäävad paraboolelektrijaamad nii tasuvuse kui ka efektiivsuse poolest alla torn- ja plaatpäikeseelektrijaamadele.

2016. aastal avastati aga Casablanca lähedal Sahara kõrbes elektrijaam. päikese kontsentraatorid, võimsusega 500 MW. Pool miljonit 12-meetrist peeglit soojendavad jahutusvedelikku temperatuurini 393 ° C, et muuta vesi auruks generaatoriturbiinide pöörlemiseks. Öösel jätkab soojusenergia tööd, säilitades seda sulasoolas. Nii plaanib Maroko osariik järk-järgult lahendada keskkonnasõbraliku energiaallika probleemi.

Fotogalvaanilised elektrijaamad

Fotogalvaanilistel moodulitel, päikesepaneelidel põhinevad jaamad. Need on kaasaegses maailmas väga populaarsed ja laialt levinud. Ränielementidel põhinevaid mooduleid kasutatakse laialdaselt väikeste objektide, nagu sanatooriumide, eravillade ja muude hoonete toiteks, kus vajaliku võimsusega jaam monteeritakse eraldi osadest kokku ja paigaldatakse katusele või sobiva ala krundile. Tööstuslikud fotogalvaanilised elektrijaamad on võimelised varustama elektriga väikelinnu.

Päikeseelektrijaam (SES) [päikeseelektrijaam] – elektrijaam, mis on loodud päikesekiirguse energia muundamiseks elektriks.

Näiteks Venemaal käivitati 2015. aastal riigi suurim fotogalvaaniline elektrijaam. 100 000 päikesepaneelist koosnev Aleksandr Vlažnevi päikeseelektrijaam koguvõimsusega 25 MW asub 80 hektarit Orski ja Gai linnade vahel. Jaama võimsus on piisav, et varustada elektriga pool Orski linna, sealhulgas äri- ja eluhooneid.

Selliste jaamade tööpõhimõte on lihtne. Valgusfootonite energia muundatakse räniplaadis vooluks; selle pooljuhi sisemist fotoelektrilist efekti on päikesepatareide tootjad pikka aega uurinud ja aktsepteerinud. Kuid kristalne räni, mille efektiivsus on 24%, pole ainus võimalus. Tehnoloogia paraneb pidevalt. Nii saavutasid Sharpi insenerid 2013. aastal indium-gallium-arseniidi elemendi efektiivsuse 44,4% ja teravustamisläätsede kasutamine võimaldab saavutada kõik 46%.

Päikese vaakumelektrijaamad

Täiesti ökoloogilist tüüpi päikesejaamad. Põhimõtteliselt kasutatakse loomulikku õhuvoolu, mis tekib temperatuuride erinevuse tõttu (maapinna õhk kuumeneb ja tormab ülespoole). 1929. aastal patenteeriti see idee Prantsusmaal.

Ehitamisel on kasvuhoone, mis on klaasiga kaetud maatükk. Kasvuhoone keskelt ulatub välja torn, kõrge toru, millesse on paigaldatud generaatori turbiin. Päike kütab kasvuhoonet soojaks ja toru kaudu üles tormav õhk pöörab turbiini.Süvis püsib konstantsena seni, kuni päike soojendab õhku suletud klaasmahus ja isegi öösel, kuni maa pind hoiab soojust.

Seda tüüpi katsejaam ehitati 1982. aastal Madridist 150 kilomeetrit lõuna pool Hispaanias. Kasvuhoone läbimõõt oli 244 meetrit ja toru kõrgus 195 meetrit. Maksimaalne arendatud võimsus on vaid 50 kW. Turbiin töötas aga 8 aastat, kuni rooste ja tugeva tuule tõttu üles ütles. 2010. aastal lõpetas Hiina päikesevaakumjaama ehituse, mis suutis anda 200 kW. Selle pindala on 277 hektarit.

Kombineeritud päikeseelektrijaamad

Need on jaamad, kus sooja vee ja küttekommunikatsioonid on ühendatud soojusvahetitega, üldiselt soojendavad need vett erinevateks vajadusteks. Kombineeritud jaamade alla kuuluvad ka kombineeritud lahendused, kui kontsentraatorid töötavad paralleelselt päikesepaneelidega. Kombineeritud päikeseelektrijaamad on sageli ainsaks lahenduseks eramajade alternatiivseks toiteallikaks ja kütteks.