Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции.

Краткие факты Солнечная электростанция, Углеродный след ...
Солнечная электростанция
Thumb
Углеродный след 48 удельный выброс углекислого газа[1]
Источник энергии солнечная энергия
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Закрыть

Типы солнечных электростанций

Thumb

Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:

  • СЭС башенного типа;
  • СЭС тарельчатого типа;
  • СЭС, использующие фотоэлектрические модули (фотобатареи);
  • СЭС, использующие параболические концентраторы;
  • Комбинированные СЭС;
  • Аэростатные солнечные электростанции;
  • Солнечно-вакуумные электростанции.

СЭС башенного типа

Thumb
Модель солнечной электростанции башенного типа в Политехническом музее (г.Москва)

Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации, являются термодинамическими солнечными электростанциями, основанными на тепловом двигателе (фактически это разновидность тепловой электростанции), используется классический цикл Ренкина на водяном паре. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров[источник не указан 3236 дней] (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится особым образом сконструированный паровой котëл, предназначенный для преобразования энергии излучения в тепловую энергию. Поверхности нагрева этого котла покрашены в чёрный цвет для поглощения теплового и видимого излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая воду в котёл от конденсатора турбогенератора, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров[источник не указан 3236 дней], закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отражённые лучи от них попали на поверхности нагрева котла. В ясную солнечную погоду температура котла может достигать 700 °C0 [источник не указан 3236 дней]. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %)[источник не указан 3236 дней] и высокие мощности.

СЭС тарельчатого типа

Данный тип термодинамических СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции, и самым главным отличием является в том числе использование другого термодинамического цикла для получения работы. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приёмник расположен примерно в области концентрации отражённого солнечного света. Отражатель состоит из зеркал в форме, напоминающей тарелки (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров[источник не указан 3211 дней], а количество зеркал — нескольких десятков[источник не указан 3211 дней] (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью). Приёмник излучения состоит из двигателя Стирлинга с зачернëнной поверхностью цилиндра, системой охлаждения (установлен вентилятор, прогоняющий воздух через оребрение цилиндра) и синхронного генератора.

СЭС, использующие фотоэлектрические модули

Thumb
Кош-Агачская СЭС

СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Фотоэлектрические модули и массивы производят электричество постоянного тока. Они могут быть подключены как в последовательном, так и в параллельном электрическом устройстве к инвертору для получения любой требуемой комбинации напряжения и тока.[2] Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов.

Балконная электростанция
Thumb
Балконная электростанция.

Наиболее распространены дешёвые балконные электростанции для одной-двух панелей общей мощностью 600—800 Вт. Если балконная СЭС подключается через микроинвертор к квартирной государственной сети, то требуется регистрация:

  • микроинвертор должен автоматически отключать фото-панели при отключении сети 220В (при потере внешней синхронизации)
  • электросчетчик должен иметь блокировку обратного хода, или быть двунаправленным в случае продажи энергии в сеть (микрогенерация)

В Австрии эксплуатация регулируется стандартом ÖNORM (ÖNORM E 8001-4-712[23]). В Германии — VDE (VDE-AR-N 4105).

СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы

Thumb

Принцип работы данных термодинамических СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе, точно так же как и на башенных СЭС, в них используется цикл Ренкина.

Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается длинное параболоцилиндрическое зеркало, а в фокусе параболы устанавливается трубка с зачернëнной поверхностью и прозрачной вакуумированной оболочкой (необходима, чтобы исключить теплопотери от контакта с атмосферным воздухом), по которой течет высокотемпературный жидкий теплоноситель (чаще всего термомасло[источник не указан 3211 дней]). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в парогенераторе отдаёт теплоту воде, которая при повышенном давлении превращается в пар и поступает на турбогенератор, где совершает работу.

СЭС, использующие двигатель Стирлинга

Thumb

Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25 %[3]. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.

Аэростатные СЭС

Аэростатные солнечные станции (СЭС) бывают 2 типов: первый — солнечные элементы располагаются на поверхности аэростата. При этом КПД не превышает КПД солнечных батарей и составляет около 15 % (в пределе может достигать 40 %). В конструкции второго типа в качестве рефлектора используется параболическая, вогнутая давлением газа, металлизированная плёнка, которая служит для концентрации солнечной энергии. Стоимость квадратного метра которой мала в сравнении с солнечными батареями и любыми отражающими поверхностями. Располагаясь на высоте более 20 км аэростат не боится затенения при облачной погоде, а двигаясь с воздушными потоками не испытывает ветровых нагрузок. Верхняя часть выполнена из прозрачной плёнки с армировкой, посредине парабола пленочного концентратора из армированной металлизированной плёнки, а в фокусе — термопреобразователь, охлаждаемый легким газом-водород, для системы с разложением воды, либо гелий в случае наличия системы дистанционной передачи энергии- например радио- или свч-излучением. Ориентировка шара на солнце осуществляется за счёт перекачки балластной жидкости(вода для водородного цикла), точная ориентировка — гироскопами. При необходимости в одном дирижабле может находиться несколько плавающих шаровидных модулей.

Комбинированные СЭС

Часто[источник не указан 3211 дней] на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

Солнечно-вакуумные электростанции

Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путём использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стёклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с электрогенератором. Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом[4].

Крупнейшие солнечно-тепловые электростанции на Земле

Подробнее Мощность МВт, Название ...
Крупнейшие солнечные тепловые электростанции в мире
Мощность МВтНазваниеСтранаМестоположениеКоординатыТипПримечание
510СЭС УарзазатМароккоДраа — Тафилалет30°59′ с. ш. 6°51′ з. д.HGЯONoor I, Noor II — параболоцилиндрический концентратор; Noor III — башенный гелиоконцентраторс тремя хранилищами[5][6]
1-я очередь закончена в 2016 году
392СТЭС АйвонпаСоединённые Штаты АмерикиСан-Бернардино, Калифорния35°34′ с. ш. 115°28′ з. д.HGЯOбашенныйВведена в эксплуатацию 13 февраля 2014[7][8][9]
354Solar Energy Generating Systems[англ.]Соединённые Штаты АмерикиПустыня Мохаве, Калифорния35°01′54″ с. ш. 117°20′53″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
СЭС состоит из 9-ти очередей[10][11][12][13][14][15][16][17][18]
280Mojave Solar Project[англ.]Соединённые Штаты АмерикиБарстоу, Калифорния35°00′40″ с. ш. 117°19′30″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
Строительство завершено в декабре 2014 года[19][20][21]
280Solana Generating Station[англ.]Соединённые Штаты АмерикиАризона32°55′ с. ш. 112°58′ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
Строительство завершено в октябре 2013 года[22][23]
250Genesis Solar Energy Project[англ.]Соединённые Штаты АмерикиБлайт, Калифорния33°38′37″ с. ш. 114°59′16″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
В эксплуатации с 24 апреля 2014 года[24][25]
200Solaben Solar Power Station[26]ИспанияЛогросан, Испания39°13′29″ с. ш. 5°23′26″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
3-я очередь закончена в июне 2012[27]
2-я очередь закончена в октябре 2012[27]
1-я и 6-я очереди закончены в сентябре 2013[28]
150Solnova Solar Power Station[англ.]ИспанияСанлукар-ла-Майор, Испания37°25′00″ с. ш. 06°17′20″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
1-я и 3-я очереди завершены в мае 2010
4-я очередь завершена в августе 2010[29][30][31][32][33]
150Andasol Solar Power Station[англ.]ИспанияГуадикс, Испания37°13′42″ с. ш. 3°04′06″ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
Заверено строительство: Andasol 1 (2008), Andasol 2 (2009), Andasol 3 (2011). Каждый имеет тепловой резервуар рассчитанный на 7,5 часов работы.[34][35]
150Extresol Solar Power Station[англ.]ИспанияТорре-де-Мигель-Сесмеро, Испания38°39′ с. ш. 6°44′ з. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
Строительство завершено: Extresol 1 и 2 (2010), Extresol 3 (2012). Каждый имеет тепловое хранилище рассчитанное на 7,5 часов работы[27][36][37]
110Crescent DunesСоединённые Штаты АмерикиНай, Невада38°14′ с. ш. 117°22′ з. д.HGЯOбашенныйв эксплуатации с сентября 2015[38]
100KaXu Solar One[англ.]Южно-Африканская РеспубликаЮАР28°53′40″ ю. ш. 19°35′53″ в. д.HGЯOпараболоцилиндрический
концентратор
с хранилищем на 2,5 часа[39]
Мощность МВтНазваниеСтранаМестоположениеКоординатыТипПримечание
Закрыть

Крупнейшие фотоэлектростанции на Земле

Thumb
Солнечная генерация по странам, 2021[40]

[уточнить]

Подробнее Пиковая мощность, МВт, Местонахождение ...
Крупнейшие фотоэлектрические установки в мире
Пиковая мощность, МВт Местонахождение Описание МВт·ч / год
2245Индия Джодхпур, ИндияКрупнейшая в мире солнечная электростанция
1170Объединённые Арабские Эмираты Абу-Даби, ОАЭ[41][42]3 200 000 солнечных модулей
550Соединённые Штаты Америки Калифорния, США9 000 000 солнечных модулей
550Соединённые Штаты Америки пустыня Мохаве, Калифорния, США
300Соединённые Штаты Америки Калифорния, США>1 700 000 солнечных модулей
290[43]Соединённые Штаты Америки Агуа-Калиенте, Аризона, США5 200 000 солнечных модулей 626 219
250Соединённые Штаты Америки Сан-Луис-Обиспо, Калифорния, США
213Индия Чаранка, Гуджарат, ИндияКомплекс из 17 отдельных электростанций,
самая крупная из которых имеет мощность 25 МВт.
206Соединённые Штаты Америки округ Империал, Калифорния, США>3 000 000 солнечных модулей
Самая мощная станция в мире, использующая технологию
ориентации модулей по Солнцу.
200Китай Голмуд, Китай317 200
200Соединённые Штаты Америки округ Империал, Калифорния, США
170Соединённые Штаты Америки округ Империал, Калифорния, США
166Германия Шипкау, Германия
150Соединённые Штаты Америки округ Кларк, Невада, США
150Соединённые Штаты Америки округ Марикопа, Аризона, США800 000 солнечных модулей413 611
145Германия Нойхарденберг, Германия600 000 солнечных модулей
143Соединённые Штаты Америки округ Керн, Калифорния, США
139Соединённые Штаты Америки округ Империал, Калифорния, США2 300 000 солнечных модулей
130Соединённые Штаты Америки округ Империал, Калифорния, США2 000 000 солнечных модулей
125Соединённые Штаты Америки округ Марикопа, Аризона, США> 600 000 солнечных модулей
105,56Крым Перово, Крым[44]455 532 солнечных модулей132 500 [45]
100Чили Пустыня Атакама, Чили> 310 000 солнечных модулей
97Канада Сарния, Канада>1 000 000 солнечных модулей120 000
84,7Германия Эберсвальде, Германия317 880 солнечных модулей82 000
84,2Италия Монтальто-ди-Кастро, Италия
82,65 Крым Охотниково, Крым[44] 355 902 солнечных модулей 100 000[46]
80,7Германия Финстервальде, Германия
75 Россия Самарская СЭС, Самарская область
73Таиланд Лопбури, Таиланд540 000 солнечных модулей105 512
69,7 Крым Николаевка, Крым[44] 290 048 солнечных модулей
55 Белоруссия Речица, Белоруссия[47][48] почти 218 тысяч солнечных модулей
54,8Украина Килия, Украина227 744 солнечных модулей
49,97 Флаг КазахстанаСЭС «Бурное» с Нурлыкент, Казахстан 192 192 солнечных модулей 74000
46,4Португалия Амарележа, Португалия>262 000 солнечных модулей
43Украина Долиновка, Украина182 380 солнечных модулей54 399
43Украина Староказачье, Украина185 952 солнечных модулей
40 Россия Орска СЭС, Оренбургская область
34Испания Арнедо, Испания172 000 солнечных модулей49 936
33Франция Кюрбан, Франция145 000 солнечных модулей43 500
31,55Крым Митяево, Крым[44]134 288 солнечных модулей40 000 [49]
18,48Белоруссия Соболи, Белоруссия84 164 солнечных модулей
11Португалия Серпа, Португалия52 000 солнечных модулей
10,1Украина Ирлява, Украина11 000
10Украина Ралевка, Украина10 000 солнечных модулей8 820
9,8Украина Лазурное, Украина40 000 солнечных модулей10 934
7,5Крым Родниково, Крым[44]30 704 солнечных модулей9 683
1Россия Батагай, Якутия[50][51]3 360 солнечных модулей

крупнейшая СЭС за полярным кругом[50]

Пиковая мощность, МВт Местонахождение Описание МВт·ч / год
Закрыть
Подробнее Год(a), Название станции ...
Рост пиковых мощностей фотовольтаических станций
Год(a)Название станцииСтранаМощность
МВт
1982LugoСША1
1985Carrisa PlainСША5,6
2005Bavaria Solarpark (Mühlhausen)Германия6,3
2006Erlasee Solar ParkГермания11,4
2008Olmedilla Photovoltaic ParkИспания60
2010Sarnia Photovoltaic Power PlantКанада97
2011Huanghe Hydropower Golmud Solar ParkКитай200
2012Agua Caliente Solar ProjectСША290
2014Topaz Solar FarmСША550
2020Bhadla Solar Park[англ.]Индия2245
(a) по году окончательного ввода в эксплуатацию
Закрыть

Влияние на окружающую среду

По некоторым сведениям, птицы регулярно погибают в воздухе над СЭС башенного типа, если они оказываются слишком близко к зоне концентрации солнечного света вокруг башни[52], к примеру, на СЭС Айвонпа, в Калифорнии, в среднем одно насекомое или птица погибает каждые 2 минуты[53].

См. также

Примечания

Литература

Wikiwand in your browser!

Seamless Wikipedia browsing. On steroids.

Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.

Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.