Солнечные электростанции

Производство электричества 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.

Солнечные электростанции также называют гелиоэлектростанциями (в переводе с древнегреческого gelios – cолнце).

Солнечные электростанции

Обслуживающий персонал на солнечной электростанции

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.

Фотоэлектрические элементы

Погрузка фотоэлектрических элементов на складе Solarworld

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 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.  Солнечные миниэлектростанции применяются для обеспечения питания 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.

Принцип работы современных солнечных электростанций (СЭС) основан на сборе сконцентрированной солнечной энергии (CSP) при помощи зеркал и отражении солнечных лучей на приемники, которые собирают солнечную энергию и преобразуют ее в тепло. Эта тепловая энергия может быть использована для производства электроэнергии с помощью паровой турбины или теплового двигателя, который приводит в действие генератор.

В зависимости от расположения зеркал, приемников и способов преобразования энергии в мире известно 7 разновидностей СЭС: башенного, тарельчатого, параболического типа, с использованием фотоэлектрических батарей, комбинированные, аэростатные и мобильные.

Солнечная электросанция башенного типа

Схема солнечной электростанции башенного типа

Солнечные электростанции башенного и с концентратором параболического типа продуктивно работают в составе объемных соединений с сетью электростанций мощностью 30-200 МВт, между тем конструкции тарельчатого вида состоят из модулей и могут использоваться как самостоятельно, так и группами общей мощностью в несколько мегаватт. Современные автономные солнечные электростанции могут получить гораздо большее распространение в индивидуальной электрификации частных домов и небольших общественных зданий из-за своей мобильности и небольших размеров.

Параболические установки на сегодняшний день наиболее развитая из солнечных энергетических технологий, и именно они, вероятнее всего, будут применяться в ближайшем будущем в крупных проектах.

Солнечная электростанция параболического типа

Схема солнечной электростанции параболического типа

Электростанции башенного и тарелочного типа позволяют получить более высокое КПД преобразования солнечной энергии в электрическую при меньший стоимости оборудования, чем у параболических, поэтому они также имеют все шансы стать электростанциями близкого будущего.

СЭС с использованием модулей, состоящих из фотоэлектрических батарей, в настоящее время очень распространены. Они применяются для энергообеспечения различных объектов как жилого, общественного, так и промышленного предназначения. Главным преимуществом этого вида электростанций является простота монтажа, их легко можно установить повсюду, где есть свободное пространство: на крышах, фасадах домов, на стойках, площадках, на воде и прочих сооружениях.

Солнечная электростанция спутникового типа

Схема солнечной электростанции спутникового типа

Солнечные аэростатные электростанции самые энергоэффективные, они способны собрать до 97% солнечной энергии, при этом данный тип сооружений занимает малые территории поверхности, так как расположенное на поверхности земли оборудование занимает слишком мало места, а громоздкий баллон аэростата с фотоэлектрическим слоем расположен в воздухе и способен поглощать солнечные лучи практически полностью в любое время суток, независимо от погодных условий за счет способности подниматься и опускаться на необходимую высоту.

Особо стоит отметить тот факт, что расположение таких электростанций не ограничивается поверхностью земли и воды. Китайский ученый Ван Ли предположил такой вид электростанций для использования в горах Тибета с расположением баллонов аэростатов выше слоя облаков, при этом электроэнергией, по расчетам ученого, обеспечатся не только высокогорные районы, но и близлежащие китайские провинции.

Комбинированные электростанции могут совмещать в себе несколько типов солнечных электростанций. Так, например, на одной территории станции будут запараллелены установки тарельчатого или параболического типа и солнечных батарей. Также другим примером может служить то, когда на солнечной электростанции дополнительно устанавливают теплообменные конструкции для получения горячей воды, которая может быть использована для горячего водоснабжения, отопления или технических потребностей.

Мобильная солнечная система

На фотографии мобильная солнечная система

Мобильные солнечные электростанции – это полностью укомплектованное и готовое к эксплуатации оборудование. Оно бывает различной мощности, размера и объема. Оно легко и быстро монтируется там, где необходимо. Все компоненты у этих устройств находятся в собранном виде и готовы к работе. Они легко транспортируются и применяются как временное энергообеспечение в походных, дачных, временных условиях. Может быть установлено на крыше строений или хорошо освещенных солнечных местах. Миниатюрная электростанция размещена в дачных уличных светильниках.

Первая солнечная электростанция в России крупного масштаба заработала 29 сентября 2010 года в Белгородской области. Общая мощность вырабатываемой электроэнергии составила около 100 кВт с напряжением генерируемого тока 380 Вт. Эта электростанция снабжает электроэнергией крупный агропромышленный комплекс и обеспечивает бесперебойную работу основных технологичных процессов при минимальной подпитке аппаратуры из централизованных электрических сетей.

В конструкции данной электростанции солнечная электроэнергия вырабатывается и направляется сразу же напрямую к потребителю (агрокомплексу), она не запасается в аккумуляторах, так как это признано самым эффективным способом для потребностей технологических процессов. Все оборудование привезено было из-за рубежа. К сожалению, российские предприятия пока не производят современные солнечные модули, комплектующие и электронику, способные конкурировать по цене и качеству с западными аналогами.

Если говорить в целом, в масштабах мирового сообщества, то солнечные электростанции в мире появились гораздо раньше и получили гораздо большее развитие за рубежом. Большое их скопление находится в Германии, Португалии, США, Италии, Украине, Канаде. Солнечные электростанции в Украине и Европе на фоне нехватки основных теплоносителей – нефти и газа – стали в последнее время наиболее востребованы.

Солнечные тепловые испытания

Солнечные тепловые испытания национального теплового фонда

 

Проект удачно реализованной экспериментальной солнечной электростанции в Крыму (Крымская СЭС) рижским институтом «Атомтеплоэлектропроект» под патронажем правительства СССР, башенного типа, созданный в 80-е годы прошлого века и исправно функционирующий до сегодняшних дней, и дает основание развивать Украине этот вид альтернативной энергетики.

Солнечная энергетика и солнечные электростанции в России набирают популярность как в среде ученых, так и простых потребителей. Неисчерпаемый источник энергии, экологически чистый и доступный практически во всех регионах страны, за исключением крайнего севера, подталкивает бизнесменов и правительство вкладывать средства в развитие этой перспективной и малоизученной отрасли. Кто знает, может быть, строительство солнечных электростанций в ближайшем будущем получит зеленый свет и сбережет богатства нашей земли.

Стоит заметить, что самая крупная солнечная электростанция на сегодняшний день находится в Объединенных Арабских Эмиратах. Жаркий климат, большое обилие солнечных дней и благоприятные погодные условия позволили в 75 милях к юго-западу от Абу-Даби в «Мадинат Зайед» построить электростанцию Шамс. Эта электростанция производит до 100 МВт электроэнергии и занимает площадь 1,6 км². Для выработки электричества на этой станции применяются 768 современных параболических зеркал. В дальнейшем регион намерен развивать этот вид экологически чистой энергетики.