Подробный разбор вопроса, что такое термосолнечные батареи, необходимо начать с рассмотрения существующих технологий улавливания и преобразования солнечного света. Первые эффективные устройства, предназначенные для этой цели, появились более полувека назад. За это время учеными и инженерами было разработано и опробовано несколько десятков разновидностей панелей, которые объединяют два крупных класса – фотоэлектрический и термосолнечный.

Для первого типа СЭС важен поток фотонов, проходящий через слои полупроводников для возбуждения в цепи электрического тока. Во втором применяется схема промежуточного нагрева отраженными лучами того или иного теплоносителя.

Станции, использующие подобный механизм, принято разделять на четыре типа:

• солнечно-вакуумные;
• параболоцилиндрические концентрирующие;
• тарельчатые;
• башенные.

В каждом из них преимущества термосолнечных батарей реализованы по-разному.

Солнечно-вакуумные СЭС

Строятся по несколько усовершенствованной технологии, применявшейся владельцами теплиц во Франции со времен Наполеона-Бонапарта. Станции отличаются 100%-ной экологической безопасностью, поскольку используют энергию солнца исключительно для нагрева воздуха в закрытом помещении с прозрачными стенами и потолком. Современным нововведением является встроенная в стеклянный куб высокая труба, поднимающийся по которой вверх нагретый воздух вращает турбины, вырабатывающие электричество.

1. Приемник излучения – стеклянные панели.
2. Теплоноситель – воздух.
3. КПД – менее 1%.

Плюсы и минусы термосолнечных батарей данного типа очевидны. Несмотря на чрезвычайно низкую эффективность, система обладает рядом важных преимуществ:

• минимумом затрат на возведение;
• отсутствием необходимости в обслуживании;
• способностью вырабатывать энергию даже в темное время суток за счет остаточного нагрева;
• абсолютной экологической чистотой.

Наиболее известные станции

1. Испания, 1982 г. Застекленная площадь – 8 000 м2. Высота трубы – 194,5 м. Мощность – 51 кВт.
2. КНР, 2010 г. Площадь – 277 000 м2. Мощность – 220 кВт.

Параболоцилиндрические концентрирующие солнечные электростанции

Вторыми по времени создания и несколько возросшему уровню эффективности стали параболоцилиндрические концентрирующие СЭС. Что такое термосолнечные батереи со столь труднопроизносимым названием, легко понять, взглянув на их конструкцию. Улавливающим излучение элементом является длинный прозрачный цилиндр с частично зеркальной поверхностью параболической формы. Геометрия отражателя позволяет концентрировать лучи в центре цилиндра, на размещенной в фокусе длинной полой трубке, наполненной жидкостью.

При нагреве до высоких температур вода превращается в пар под высоким давлением, поступающий на лопасти вращающихся турбин.

1. Приемник излучения – параболические зеркала-концентраторы.
2. Теплоноситель – перенасыщенный соляной раствор.
3. КПД – 11-12%.

Плюсы и минусы термосолнечных батарей параболоцилиндрического типа

К достоинствам следует отнести:

• полню экологическую безопасность;
• возможность выработки энергии ночью, за счет долгого сохранения тепла расплавленной солью;
• сравнительно невысокие затраты на производство.

Среди недостатков:

• эффективность, уступающая тарельчатым и башенным конструкциям;
• значительная площадь.

Преимущества термосолнечных зеркальных панелей в прошлом столетии значительно превосходили аналогичные у распространенных ныне фотоэлектрических батарей. В жарких и солнечных регионах их установка проводилась повсеместно – в одной только Калифорнии с 1980 по 1990 годы было возведено девять крупных СЭС совокупной мощностью 355 МВт.

Наиболее известные станции

Сегодня, ввиду нерентабельности, все развитые страны от их строительства отказались. Тем не менее, в 2016 году заработала огромная СЭС в Марокко, включающая 510 000 зеркальных цилиндров на 500 МВт, снабжающая экологически чистой энергией всю юго-восточную часть страны.

Тарельчатые электростанции

Следующим этапом развития термосолнечной энергетики стало появление электростанций тарельчатого типа, основу которых являли поля зеркальных «тарелок» параболической формы. Фокусируя отраженные лучи на резервуарах с жидкостью (или двигателем Стирлинга), составляющих единое целое с параболой, инженеры добились повышение КПД системы до 30-35%.

Отвечая на вопрос, что такое термосолнечные батереи подобной конструкции, требуется отметить конструктивную сложность таких установок. Каждая парабола представляет собой не простую, а составную зеркальную поверхность. Количество ячеек-элементов в «тарелке», смонтированной на опоре, может достигать 80-100 единиц, а площадь поверхности – 100 и более квадратных метров.

1. Приемник излучения – система ячеистых поворотных зеркал.
2. Теплоноситель – вода и/или масло.
3. КПД – не менее 30%.

Плюсы и минусы термосолнечных батарей тарелочного типа

Наиболее значимые преимущества:

• высокий коэффициент полезного действия;
• отсутствие в конструкции вредных веществ;
• долговечность и надежность.

Недостатки:

• дороговизна и технологическая сложность;
• обязательное использование трекеров с компьютерным управлением для слежения за солнцем.

Наиболее известные станции

1. Ripasso, Южная Африка, 2015 г. Мощность – 85 МВт.

Несмотря на ряд преимуществ термосолнечных панелей данного вида в сравнении с предыдущими разновидностями, они практически полностью уступили пальму первенства станциям башенного типа.

Башенные солнечные электростанции

Сохранившаяся по сегодняшний день популярность подобных станций базируется на выгодности их размещения в жарких пустынных местностях. Что такое термосолнечные батереи башенного типа? Основой их конструкции является большой резервуар с жидкостью, смонтированный на опоре высотой в 200 и более метров. Благодаря кольцевой системе зеркал с постоянно меняющимся углом наклона, тепловая энергия излучения позволяет нагревать воду или концентрированный солевой раствор до температур 550-700°С. Высвобождающаяся энергия пара, вращающего лопасти турбин генератора, настолько велика, что эффективность системы превышает таковую у любых других типов современных панелей, включая фотоэлектрические.

1. Приемник излучения – концентрические круги зеркал с башней в центре.
2. Теплоноситель – вода либо раствор соли.
3. КПД – 40%.

Плюсы и минусы термосолнечных батарей башенного типа

Основные достоинства:

• максимальная эффективность;
• отсутствие вреда для экологии, включая этап утилизации оборудования с истекшим сроком службы.

Недостатки:

• необходимость наличия свободных площадей от нескольких десятков гектаров и более;
• опасность для птиц, попадающих под отражаемые на резервуары высокотемпературные лучи.

Наиболее известные станции

1. Израиль, 2017г., пустыня Негев. Высота опоры – 242 м. К-во гелиостатов – 50 400 шт. Позиционирование зеркал – удаленно по Wi-Fi. Температура нагрева носителя – до 700°С. Мощность СЭС – 120,8 МВт.
2. Испания, 2011 г., Gemasolar. Башня – 160 м. Годовая производительность – 111 ГВт*ч. Полностью обеспечивает энергией 27,5 тыс. домохозяйств.

Альтернативные варианты СЭС

Несмотря на многочисленные преимущества термосолнечных панелей, конкурировать с инновационными фотоэлектрическими батареями последних лет выпуска они не могут. Практически повсеместно США, Германия, Китай, Австралия, ОАЭ и многие другие страны переходят на легкие, универсальные, гораздо более многофункциональные и стремительно дешевеющие тонкопленочные модели панелей.

Одной из лучших по соотношению цена/качество/производительность на сегодня является продукция компании First Solar, США (официальный представитель в Украине – фирма Green Tech Trade). Панели на базе редкоземельного теллурида кадмия CdTe от американского производителя идеально работают в рассеянном свете и значительно превосходят любые кремниевые аналоги. На сайте компании можно ознакомиться с ассортиментом продукции и сделать бесплатный расчет СЭС.