Термосонячні батареї: що це таке і які їхні сильні сторони
Розглядаючи питання, що таке термосонячні батареї, необхідно почати з розгляду існуючих технологій уловлювання та перетворення сонячного світла. Перші ефективні пристрої, призначені для цієї мети, з’явилися понад півстоліття тому. За цей час вченими і інженерами було розроблено та випробувано кілька десятків різновидів панелей, які розділяють на два великих класи – фотоелектричні і термосонячні.
Для першого типу СЕС важливий потік фотонів, що проходить через шари напівпровідників для збудження в ланцюзі електричного струму. У другому застосовується схема проміжного нагріву відбитими променями того чи іншого теплоносія.
Станції, що використовують подібний механізм, заведено розділяти на чотири типи:
- сонячно-вакуумні;
- параболоциліндричні концентруючі;
- тарілчасті;
- баштові.
У кожному з них переваги термосонячних батарей реалізовані по-різному.
Сонячно-вакуумні СЕС
Будуються по дещо вдосконаленій технології, яку застосовували ще власники теплиць у Франції за часів Наполеона-Бонапарта. Станції відрізняються 100% екологічною безпекою, оскільки використовують енергію сонця виключно для нагріву повітря в закритому приміщенні з прозорими стінами і стелею. Сучасним нововведенням є вбудована в скляний куб висока труба, по якій нагріте повітря піднімається вгору обертає турбіни, що виробляють електрику.
- Приймач випромінювання – скляні панелі.
- Теплоносій – повітря.
- ККД – менше 1%.
Плюси і мінуси термосонячних батарей даного типу очевидні. Попри надзвичайно низьку ефективність, система має низку важливих переваг:
- мінімум витрат на зведення;
- відсутність необхідності в обслуговуванні;
- здатність виробляти енергію навіть в темний час доби за рахунок залишкового нагріву;
- абсолютна екологічна чистота.
Найбільш відомі станції
- Іспанія, 1982 р. Засклена площа – 8 000 м2. Висота труби – 194,5 м. Потужність – 51 кВт.
- КНР, 2010 р. Площа – 277 000 м2. Потужність – 220 кВт.
Параболоциліндричні концентруючі сонячні електростанції
Другими за часом створення і дещо вищим рівнем ефективності стали параболоциліндричні концентруючі СЕС. Що таке термосонячні батереї з настільки складною назвою, легко зрозуміти, поглянувши на їх конструкцію. Уловлює випромінювання довгий прозорий циліндр з частково дзеркальною поверхнею параболічної форми. Геометрія відбивача дозволяє концентрувати промені в центрі циліндра, на розміщеній у фокусі довгій порожнистій трубці, яка наповнена рідиною.
При нагріванні до високих температур вода перетворюється в пар під високим тиском, який надходить до турбіни.
- Приймач випромінювання – параболічні дзеркала-концентратори.
- Теплоносій – перенасичений соляний розчин.
- ККД – 11-12%.
Плюси і мінуси термосонячних батарей параболоциліндричні типу
До переваг слід віднести:
- повну екологічність;
- можливість вироблення енергії вночі, завдяки довгому збереженню тепла розплавленою сіллю;
- порівняно невисокі витрати на виробництво.
Серед недоліків:
- ефективність, поступається тарілчастим і баштовим конструкціям;
- значна площа для СЕС.
Ефективність термосонячних дзеркальних панелей в минулому столітті значно перевершувала показники поширених нині фотоелектричних батарей. У жарких і сонячних регіонах їх установка проводилася повсюдно – в одній тільки Каліфорнії з 1980 по 1990 роки було зведено дев’ять великих СЕС загальною потужністю 355 МВт.
Найбільш відомі параболоциліндричні концентруючі станції
Сьогодні, зважаючи на нерентабельність, всі розвинені країни від їх будівництва відмовилися. Проте, в 2016 році запрацювала величезна СЕС в Марокко, що включає 510 000 дзеркальних циліндрів на 500 МВт, яка забезпечує екологічно чистою енергією всю південно-східну частину країни.
Тарілчасті електростанції
Наступним етапом розвитку термосонячної енергетики стала поява електростанцій тарілчастого типу, основу яких являють поля дзеркальних «тарілок» параболічної форми. Фокусуючи відбиті промені на резервуарах з рідиною (або двигуном Стірлінга), що становлять єдине ціле з параболою, інженери домоглися підвищення ККД системи до 30-35%.
Відповідаючи на питання, що таке термосонячні батареї подібної конструкції, потрібно відзначити конструктивну складність таких установок. Кожна парабола є не складною дзеркальною поверхнею. Кількість осередків-елементів в «тарілці», яка змонтована на опорі, може досягати 80-100 одиниць, а площа поверхні – 100 і більше квадратних метрів.
- Приймач випромінювання – система пористих поворотних дзеркал.
- Теплоносій – вода і/або масло.
- ККД – не менше 30%.
Плюси та мінуси термосонячних батарей тарілчастого типу
Найбільш значущі переваги:
- високий коефіцієнт корисної дії;
- відсутність в конструкції шкідливих речовин;
- довговічність і надійність.
Недоліки:
- дорожнеча і технологічна складність;
- обов’язкове використання трекерів з комп’ютерним управлінням для стеження за сонцем.
- Найбільш відома СЕС такого типу – Ripasso в Південній Африці, запущена у 2015 році. Потужність станції – 85 МВт.
Попри ряд переваг термосонячних панелей даного виду в порівнянні з попередніми різновидами, вони практично повністю поступаються станціям баштового типу.
Баштові термосонячні електростанції
Популярність подібних станцій базується на вигідності їх розміщення в жарких пустельних місцевостях. Що таке термосонячні батереї баштового типу? Основою їх конструкції є великий резервуар з рідиною, змонтований на опорі заввишки у 200 і більше метрів. Завдяки кільцевій системі дзеркал з мінливим кутом нахилу, теплова енергія випромінювання дозволяє нагрівати воду або концентрований сольовий розчин до температур 550-700 ° С. Енергія пари, що обертає лопаті турбін генератора, настільки велика, що ефективність системи перевищує показники будь-яких інших типів сучасних панелей, включаючи фотоелектричні.
- Приймач випромінювання – концентричні кола дзеркал з вежею в центрі.
- Теплоносій – вода або розчин солі.
- ККД – 40%.
Плюси та мінуси термосонячних батарей баштового типу
Основні переваги:
- максимальна ефективність;
- відсутність шкоди для екології, включаючи етап утилізації обладнання з вичерпаним терміном служби.
Недоліки:
- необхідність наявності вільних площ від декількох десятків гектарів і більше;
- небезпека для птахів, що потрапляють під високотемпературні промені, що направлені на резервуари.
Найбільш відомі станції
- Ізраїль, 2017р., Пустеля Негев. Висота опори – 242 м. К-сть геліостатів – 50 400 шт. Позиціонування дзеркал – віддалено по Wi-Fi. Температура нагріву носія – до 700 ° С. Потужність СЕС – 120,8 МВт.
- Іспанія, 2011 р, Gemasolar. Вежа – 160 м. Річна продуктивність – 111 ГВт*год. Повністю забезпечує енергією 27,5 тис. Домогосподарств.
Альтернативні варіанти СЕС
Попри численні переваги термосонячних панелей, конкурувати з інноваційними фотоелектричними батареями останніх років випуску вони не можуть. Практично повсюдно США, Німеччина, Китай, Австралія, ОАЕ і багато інших країн переходять на легкі, універсальні, набагато більш багатофункціональні тонкоплівкові моделі панелей.
Однією з кращих по співвідношенню ціна/якість/продуктивність на сьогодні є продукція компанії First Solar, США (офіційний представник в Україні – фірма Green Tech Trade). Панелі на базі рідкоземельного телуриду кадмію CdTe від американського виробника ідеально працюють в розсіяному світлі та значно перевершують будь-які кремнієві аналоги. На сайті компанії можна ознайомитися з асортиментом продукції і зробити безкоштовний розрахунок СЕС.