Виды солнечных электростанций, принцип работы, примеры

Ежедневно потребление электричества в мире растёт. При этой его выработка постоянно дорожает. Тепловые электростанции наносят существенный ущерб окружающей среде и работают на источниках энергии, которые рано или поздно закончатся. Гидроэлектростанции тоже отрицательно сказываются на ОС, хотя и наносят меньший вред. Атомные ЭС имеют много сложностей с подготовкой топлива и утилизацией отработавшего сырья. Поэтому электроэнергия от всех этих видов ЭС не может быть дешёвой. Поэтому в развитых странах уже давно стали обращать внимание на альтернативные источники энергии. В частности, на солнечные электростанции. Излучение Солнца является возобновляемым источником энергии. К тому же эта энергия бесплатна. За несколько дней на землю от солнца приходит такое количество энергии, которое людям хватит на всю жизнь. В этой статье речь пойдёт о промышленных электростанциях. Мы рассмотрим принцип их действия, основные виды, плюсы и минусы. Мобильные солнечные электростанции для дома и дачи будут рассмотрены в отдельной статье.

Солнечная электростанция (СЭС) представляет собой сооружение, с помощью которого энергия солнца преобразуется в электрическую. Варианты преобразования зависят от вида электростанции. В основном можно выделить два способа получения электричества на СЭС:

Преобразование солнечной энергии в тепловую, а затем в электрическую;
Преобразование солнечной энергии напрямую в электричество.

Второй способ является более перспективным, но для расширения его использования требуется увеличить КПД фотоэлементов. Сейчас в большинстве случаев КПД равен 10─15%. Теперь рассмотрим основные виды солнечных электростанций.

Башенные СЭС

Этот тип солнечных электростанций базируется на получении пара посредством тепловой энергии от солнца. В центре конструкции находится башня, высота которой 18─24 метра. Высота зависит от мощности и может выходить за указанные пределы. Сверху башни расположен резервуар с водой. Ёмкость выкрашена в чёрный цвет, чтобы увеличить степень поглощения солнечного излучения. В башне работает группа насосов, перекачивающих из турбогенератора в нагреваемую ёмкость. Вокруг башни на большой площади находятся так называемые гелиостаты.

Гелиостат представляет собой зеркало. Обычно его площадь несколько «квадратов». Зеркало крепится на специальной регулируемой опоре и подключено к системе позиционирования всех гелиостатов. Это нужно для того, чтобы зеркало меняло позицию при изменении положения солнца. Для работы электростанции требуется, чтобы все зеркала направляли отражённые лучи на резервуар.

Когда погода ясная, в резервуаре температура может доходить до 700 градусов Цельсия. Уровень температуры примерно соответствует тепловым электростанциям. Поэтому для выработки электроэнергии из пара применяются стандартные турбины. КПД башенных СЭС достигает 20 процентов при достаточно высоких мощностях.

Солнечные электростанции этого вида получили широкое распространение благодаря использованию в частном секторе. Конструкция включает в себя большое количество отдельных фотоэлектрических модулей разной мощности и с различными параметрами на выходе. Подобные СЭС используются для энергоснабжения домов, дач, санаториев, некоторых промышленных объектов.

Монтаж фотоэлектрических модулей выполняется достаточно просто и быстро. Их можно установить на фасаде здания, крыше, на площадках рядом со зданием и т. п. Мощность таких станций различна, но её вполне хватает для снабжения электроэнергией как отдельных домов, так и целых посёлков.

Солнечные электростанции тарельчатого типа

Электростанции этого типа, как и башенные, получают тепловую энергию солнца, а затем преобразуют её в электрическую. Однако есть различия в конструкции. СЭС тарельчатого типа состоит из нескольких. Модуль представляет собой опору с ферменной конструкцией отражателя и приёмника.

Приёмник находится на таком месте, чтобы на нём концентрировался отражённый солнечный свет. Отражатель – это зеркала в форме тарелки, закреплённые на ферме. Диаметр может доходить до двух метров. Число зеркал может доходить до нескольких десятков. От их количества зависит мощность модуля. В состав промышленных электростанций входит нескольких десятков таких модулей.

Аэростатные СЭС могут быть двух видов:

Солнечные фотоэлементы или поглощающая тепло поверхность находятся на аэростате. КПД в этом случае около 15 процентов;
Этот вариант подразумевает использование параболической металлизированной плёнки, вогнутой внутрь под давлением газа. В ней концентрируется солнечная энергия. Цена такой плёнки меньше, чем у солнечных батарей и прочих отражающих поверхностей.

Преимущество аэростата заключается в том, что на его высоте (больше 20 километров) не затенения, осадков и ветра. Верхняя часть аэростата делается из армированной прозрачной пленки. В середине находится концентратор в виде параболы из металлизированного материала. Отражённый свет концентрируется на термопреобразователе. Он охлаждается водородом (преобразование энергии с разложением воды) или гелием (если энергия передаётся дистанционно посредством СВЧ излучения или радиоволн). Сам шар ориентируется на солнце посредством гироскопов, а управляется посредством перекачки балласта (вода). В одном аэростате может находиться несколько модулей (плавающих шаров).

С параболоцилиндрическими концентраторами

Конструкция таких электростанций заключается в нагреве теплоносителя для подачи турбогенератор. На постаменте закрепляется параболоцилиндрическое зеркало, которое фокусирует отражённый свет на трубке, где проходит теплоноситель. Он разогревается, попадает теплообменник, где отдаёт тепло воде. Вода переходит в пар и подаётся в турбогенератор для выработки электроэнергии.

Этот вид электростанций использует энергию потока воздуха. Этот поток создаётся благодаря разности температур в слое воздуха у земли и на некоторой высоте (делается участок, закрытый стёклами). Конструкция таких СЭС включает в состав высокую башню и участок земли, накрытый стеклом.

В основании башни находится воздушная турбина и генератор, вырабатывающий электроэнергию. Мощность, которую он вырабатывает, увеличивается при росте разницы температур. Эта разница зависит от высоты башни. Благодаря тому, что такая СЭС использует энергию нагретой земли, она может функционировать практически круглые сутки.

Электростанции на двигателе Стирлинга

Конструкция таких СЭС представляет собой параболические концентраторы, фокусирующие отражённый свет на двигатель Стирлинга. Есть вариации двигателей Стирлинга, преобразующих электрическую энергию без применения кривошипно-шатунных механизмов. Это даёт возможность добиться высокой эффективности установки. В среднем эффективность находится на уровне 30 процентов. Рабочим телом в таких установках является гелий или водород.

Комбинированные

Часто на различных видах электростанций ставится теплообменная аппаратура для того, чтобы получать техническую горячую воду. Часто она используется в системе отопления. Такие станции называют комбинированными. Так, что параллельная работа фотоэлементов и солнечных коллекторов далеко не редкость.

Плюсы и минусы солнечных электростанций

Описанные ниже преимущества и недостатки в равной степени справедливы для стационарных электростанций большой мощности и небольших портативных.

Плюсы

Фотоэлектрические панели улавливают свет, даже когда на небе тучи. Они могут улавливать лучи, недоступные для нашего глаза. Таким образом, электростанция работает беспрерывно;
Есть возможность комбинировать получение энергии из нескольких источников. Обычно применяют ветро─солнечные батареи, сочетающие возможности обоих типов электростанций. Такая связка может функционировать практически беспрерывно без оглядки на внешние факторы;
Мобильные электростанции имеют небольшие габариты и могут использоваться для обеспечения электроэнергией дома;
Средний срок службы оборудования СЭС составляет 30─50 лет. При подключении накопительных аккумуляторов, энергия может быть запасена днём и затем использоваться ночью;
Солнечная энергия бесплатна;
Солнечные электростанции надёжны, долговечны и дешёво обходятся в обслуживании.

Минусы

Нельзя использовать фотоэлементы ночью. По этой причине нужно использовать накопительные аккумуляторы;
Не во всех климатических зонах солнечные электростанции имеют одинаковую эффективность;
СЭС имеют низкий КПД. В большинстве случаев он составляет 20 процентов. То есть, остальные 80 процентов солнечной энергии теряются. Если сравнивать с другими альтернативными электростанциями, то ветряные имеют КПД до 40, а приливные ─ до 70 процентов.

Производители солнечных станций для максимальной эффективности своих систем рекомендуют использовать гибридные системы, преобразующие энергию солнца в тепловую и электрическую.

Во многих странах реализуются масштабные проекты по солнечной энергетике. Увидим рейтинг 9 крупнейших СЭС мира.

Солнечная энергия является одним из самых быстрорастущих источников электричества в мире. Уже построены 9 крупнейших электростанций в мире.

Снижение производственных затрат и повышение осведомленности общественности об экологических опасностях делает солнечную энергию одним из наиболее быстро растущих источников возобновляемой энергии. За последние 5 лет количество солнечных электростанций увеличилось почти в четыре раза. А к концу 2017 года их мощность выросла почти до 400 ГВт.

Крупнейшие СЭС мира

Страны, которые больше других развивают солнечную, - это Китай и США, которые вместе дают две трети глобального роста солнечной энергии. Но звание «крупнейшего солнечного завода» в мире никогда не удерживается долго, так как постоянно появляются новые солнечные парки.

1) Солнечная электростанция Камути, Индия

Электростанция, расположенная в штате Тамилнад, имеет общую генерирующую мощность 648 МВт и занимает 10 км2. Электричество вырабатывают 2,5 миллиона фотопанелей. Проект был завершен в сентябре 2016 года и обошелся в 679 миллионов долларов.

Постройка заняла рекордные 8 месяцев. Также солнечные панели электростанции в Камути каждый день очищает роботизированная система, которая сама заряжается собственными солнечными батареями.

2) Солнечный завод Лунъянся, Китай

Солнечный парк Лунъянся имеет общую мощность 850 МВт, достаточную для питания 200 тысяч домашних хозяйств.

Он расположен на Тибетском плато в провинции Цинхай на северо-западе Китая и управляется государственной энергетической инвестиционной корпорацией, одной из пяти ведущих в Китае.

Первая фаза строительства была завершена в 2013 году, а вторая - в 2015 году, общая стоимость строительства составила около 920 миллионов долларов.

3) Солнечная электростанция Карнул, Индия

Солнечный парк Карнул занимает 24 км2 и расположен в районе Андхра-Прадеш. Его общая мощность - 1000 МВт. Стоимость строительства также составила более миллиарда долларов.

В парке установлены более 4 миллионов солнечных панелей, каждый из которых имеет мощность 315 - 320 Вт.

В солнечные дни на участке может вырабатываться более 8 миллионов кВтч электроэнергии, достаточной для удовлетворения практически всего спроса на электроэнергию района Карнул.

4) Электростанция Enel Виллануева, Мексика

Расположенный в мексиканском штате Коауила, фотоэлектрический объект состоит из более 2,3 миллиона солнечных панелей на площади 2400 гектаров в мексиканском полузасушливом регионе. Он сможет производить более 1700 ГВт-ч в год после полного введения в эксплуатацию, а завершение ожидается во второй половине 2018 года.

Enel Group инвестирует около 650 миллионов долларов в строительство Виллануева. В настоящее время завод завершен на 41% и дает 310 МВт.

5) Электростанция Тэнгэр, Китай

Солнечный парк Тэнгэр, расположенный в Чжунвэй, Нинся, в настоящее время является крупнейшей в мире фотоэлектрической установкой по размеру и производству. Названный «Великой солнечной стеной», он охватывает 1200 км территории пустыни Тэнгэр протяженностью 36 700 км, занимая 3,2% ее площади.

Мощность солнечного парка составляет 1547 МВт.

6) Солнечный завод Shakti Sthala, Индия

Солнечный парк занимает 52,6 км2 вокруг пяти деревень в засушливом районе Павагада. Он имеет общую мощность 2000 МВт.

Первая фаза парка будет генерировать 600 МВт и еще 1 400 МВт планируется ввести в эксплуатацию к концу 2018 года. Первый этап проекта начал работать 1 марта этого года.

7) Солнечный парк Мохаммеда бин Рашида Аль Мактума, ОАЭ

В 2020 году солнечный парк Мухаммеда бин Рашида Аль Мактум планирует увеличить мощность до 1000 МВт, а к 2030 году - до 5000 МВт, что сделает его крупнейшей в мире солнечной электростанцией. По завершении работы предполагается, что парк сократит выбросы углекислого газа более чем 6,5 миллиона тонн в год.

8) Солнечный парк Бхадла, Индия

Солнечная ферма Бхадла расположена на 45 км2 в районе Раджстан. Как только все четыре этапа проекта будут завершены, завод сможет производить 2 255 МВт электроэнергии. Он должен заработать к декабрю 2019 года.

Уже установлено более миллиона панелей солнечных батарей, что составляет лишь около 15% всего будущего парка.

9) Солнечный парк Павагада, Индия

Солнечный парк Павагада расположен на площади 53 км2 в районе Тумкур Карнатака, который включает в себя пять сел. Этот район был выбран из-за высокой солнечной радиации и наличия земли, а также того факта, что в регионе очень мало осадков.

К концу 2018 года парк будет иметь общую мощность 2000 МВт, также запланировано добавление еще 1 400 МВт.

Общий объем инвестиций, необходимых для строительства участка, оценивается в 2,2 миллиарда долларов. опубликовано

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

Драгоценное название «Topaz» дали самой мощной электростанции в мире, работа которой основана на солнечной энергии. Эта уже известная во всем мире электростанция была сооружена в Калифирнии (США), на территории равнины Carrizo.

Еще несколько лет назад здесь был установлен юбилейный миллионный модуль FSLR, а на данное время установлено уже 9 миллионов высококачественных солнечных панелей.

Развитие солнечных ферм

Подобного типа электростанции также называют «солнечными фермами». Мощность «солнечного» проекта «Topaz» определяется цифрой в 550 МВт. Реализовывать данный объект начали еще в 2012 году, а его окончание планировалось на 2015. При этом профессиональный подход к работе и успешные вложения позволили закончить строительство и оформление грандиозного сооружения немного раньше. Официальный владелец электростанции MidAmerican Solar – дочернее предприятие компании MidAmerican Renewables .

Еще одним рекордом смело можно назвать затратную часть, выделенную на проект – почти 2, 5 миллиарда долларов. Разработчики уверены, что их детище способно обеспечить электрической энергией не менее 160 тысяч домов в Калифорнии.

Выбор места для электростанции «Топаз»

Была просчитана каждая деталь и все сопутствующие факторы, в том числе и место для расположения солнечной электростанции – его создатели выбрали далеко не случайно. Условия проекта изначально подразумевали наличие определенных условий, среди которых основными являются:

Расположение в ближайших окрестностях населенных пунктов.
Наличие одной или нескольких линий электропередач.
Минимальное негативное влияние, которое может оказывать присутствие станции на окружающую среду в конкретной местности.

Необходимо осознавать тот момент, что на равнине Карризо люди издавна занимались возделыванием земли и сельскохозяйственным производством. Поэтому, запуская проект, пришлось произвести отчуждение определенного количества земель, выгодных для возделывания. Разработчики оправдывают эти вынужденные действия тем, что земли на данной территории имеют ограниченную плодородность, не являясь на самом деле таким уж выгодным регионом в плане ведения сельского хозяйства.

Планы США на альтернативную энергию

Хотя проекты развития считаются максимально удобными и выгодными, практически каждый из них сталкивается с протестами различных «зеленых» организаций. Но важно отметить то, что, даже отчасти загрязняя отводимые под станции участки земель, сама концепция их последующей работы позволяет решать часть экологических проблем.

В недалеком будущем Соединенные Штаты Америки вообще рассчитывают максимально приблизиться к статусу мирового лидера по применению экологически чистых видов энергии. С этой целью разработана специальная государственная программа, в соответствии с которой уже в 2020 году одна третья часть всего объема добываемой энергии на территории страны будет переведена на экологически чистые, возобновляемые источники.

Жизнь современного общества уже давно невозможна без электричества. Сейчас 90% инфраструктуры в России компьютеризированы, и практически все базы данных представлены в электронном виде. В такой ситуации просто необходимы, и здесь людям приходит на помощь такое изобретение как электростанция. водяные, тепловые, газовые, ядерные и солнечные. Самая большая России расположена на юге Алтая.

Атомные электростанции: уже история

До недавних пор для получения электричества повсеместно использовались . Первая в нашей стране появилась в Обнинске и просуществовала около пятидесяти лет, прекратив свое функционирование в 2002 году. Мощность энергетического блока Обнинской АЭС составляла 5 МВт, и при первом экспериментальном запуске ею было сгенерировано электричество мощностью 800 Вт.

Атомные станции имеют непростое устройство и требуют особых условий эксплуатации. Чтобы исключить вероятность сбоев и возникновение аварий с утечкой радиации, необходим многочисленный обслуживающий штат.

Поэтому на протяжении всего времени существования ядерных электростанций специалисты пытаются создать генераторы, которые будут вырабатывать энергию при минимальных выбросах углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу. А также таких, работа которых в целом была бы более экологичной и менее опасной.

Эра солнечных электростанций

К 2015 году было остановлено значительное количество ядерных электростанций по всему миру. Кажется, нашлась наконец альтернатива, которая соответствует масштабам 21 века.

Количество солнечных электростанций на планете неустанно растет. За последнее десятилетие было запущено и завершено строительство минимум пяти крупных проектов. На сегодняшний день самая большая солнечная электростанция в мире находится в Калифорнии.

Конструкции, которые преобразуют солнечные лучи в - мощный и относительно безопасный по сравнению с ядерными установками источник энергии. «Топливо» станции получают с помощью солнечных модулей, которые представляют собой квадратные панели, распределяющие солнечный свет или концентрирующие его определенным образом - например, на котлах, по принципу станции «Айванпа». Вода в котлах нагревается, а образующийся пар приводит в движение турбины, благодаря работе которых и образуется электричество.

Крупнейшие солнечные электростанции

На сегодняшний день станции такого типа используются минимум в десяти странах, среди которых Китай, Индия, Германия. США и Россия. Большой процент солнечных электростанций расположен в Америке, преимущественно в штате Калифорния. Они были построены здесь не случайно, т.к. именно в этой полосе концентрируется самое большое количество солнечного света в год. Эти конструкции занимают значительные территории, и их размеры просто поражают воображение:

Установка в округе Империал. Это самая мощная солнечная электростанция в мире. Ее модули движутся вместе солнцем на протяжении суток, что позволяет получать максимум солнечного света для переработки.
Станция «Ivanpah» (Ivanpah Solar Electric Generating System), пустыня Мохава, США. Это сооружение известно благодаря своему количеству солнечных модулей - их насчитывается девять миллионов, и размещены они на площади около четырнадцати квадратных километров. Пиковая мощность установки - 550мВт.
Штат Невада, США. Крупный генератор оборудован модулями производства First Solar, и компании обещана компенсация расходов на строительство в размере до тридцати процентов.
Солнечная ферма Топаз. Крупнейшая в мире солнечная электростанция, которая была торжественно открыта в ноябре 2016 года и имеет генератор мощностью 550 МВт.

Которые используют для выработки электричества солнечный свет, вполне отвечают требованиям века высоких технологий. Пока что единственные вредные факторы, которые солнечные электростанции оказывают на окружающую среду - они являются существенной помехой в жизни птиц. Что касается безопасности работы самих конструкций, самое страшное - это риск возникновения пожаров.