Способы преобразования солнечной энергии

Использование солнечной энергии для обогрева закладывается в проектах современных экодомов. Все чаще можно встретить дома с тепловыми коллекторами, установленными на крышах домов (см. рисунок вверху справа).

Основным элементом всех установках, преобразующих солнечное излучение в тепло, являетсяколлектор, в котором происходит нагрев теплоносителя. В качестве теплоносителя могут использоваться как жидкости, так и газы. Наиболее распространенными теплоносителями являются воздух и вода. На вход коллектора теплоноситель поступает с температурой Т_вх, к потребителю он поступает с температурой Т_вых > Т_вх. Чем выше разность Т_вых - Т_вх, тем выше эффективность преобразования энергии.
Для КПД преобразования можно записать: КПД = Q / (HA),
где Q - тепловая мощность в нагрузке, H - суммарная плотность падающего энергетического потока, A - площадь коллектора.

На приведенной диаграмме показано, как связаны потери коллектора с его КПД (чем меньше наклон линии, тем выше качество коллектора).
Системы солнечного теплоснабжения используются для сушки, горячего водоснабжения, отопления.
По продолжительности работы они могут быть круглогодичными и сезонными.
Стоимость установок горячего водоснабжения может составлять 15-35% от стоимости объекта.
По техническому решению установки могут быть: прямоточными, одноконтурными, двухконтурными, многоконтурными. Некоторые из схем горячего теплоснабжения приведены на рисунках.

В установках, работающих по прямоточной схеме, теплоноситель подается в солнечные коллекторы или в теплообменник гелиоконтура, где он нагревается и поступает либо непосредственно потребителю, либо в бак аккумулятора. Если температура теплоносителя после гелиоустановки оказывается ниже заданного уровня, то теплоноситель дополнительно нагревается в дублирующем источнике тепла.

В контурных схемах передача тепла от солнечного коллектора осуществляется либо через бак аккумулятор, либо путем непосредственного смешения теплоносителей, либо через теплообменник, который может быть расположен как внутри бака, так и вне него. Площадь солнечных коллекторов, необходимая для систем отопления, обычно в 3-5 раз превышает площадь поверхности коллекторов для систем горячего водоснабжения.

К комбинированным системам могут быть отнесены установки круглогодичного действия для целей отопления и горячего водоснабжения, а так же установки, работающие в режиме теплового насоса для целей теплохладоснабжения.

Биоконверсия солнечной энергии

В биомассе, образующейся в процессе фотосинтеза, солнечная энергия запасается в виде химической энергии. Этот способ преобразования солнечной энергии используется всеми растениями. Все современное биотопливо было накоплено в результате биоконверсии энергии достигающего Земли солнечного излучения.
Растительный покров земли составляет 1800 миллиардов тонн сухого вещества, этому соответствует энергетический эквивалент 310²² Дж.
Ежегодно с Земле помощью на фотосинтеза производится 173 миллиарда вещества тонн сухого. Примерно двадцатая часть используется этого количества в энергетике и одна двухсотая пищу часть в употребляется.

Термодинамическое преобразование солнечной термодинамическом

энергии При преобразовании используется преобразование тепловую солнечной в энергии для нагрева пара, затем в затем и механическую в электрическую. В большинстве установок излучение концентрирующие солнечное коллекторы используются для или нагрева воды воздуха до температур порядка градусов нескольких сот. Полученный пар или применяются нагретый воздух затем для совершения циклу по работы термодинамическому.
Таким образом, из солнечной термодинамического энергии методом преобразования можно получить так электричество практически же, как и из других источников получения.

энергии Для высокой температуры в солнечных преобразованием с электростанциях термодинамическим основным элементом являются энергии концентраторы солнечной. Степень концентрации до 1000 использовании получается при фокусирующих зеркальных гелиостатов (управляемых верхний), рисунок по двум вращательным степеням электростанции.
В свободы солнечной башенного типа преобразование так энергии по осуществляется называемому открытому циклу схеме, Брайтона на представленному справа. В этом цикле заменяется камера сгорания приемником сконцентрированного излучения, вход на расположенном. На башне компрессора воздух поступает выходе Т = при К, на 299 приемника температура воздуха Т = воздух К. 1023 Этот поступает на турбину. На выходе имеет турбины воздух температуру 529 К. Соответственно цикла КПД идеального Брайтона составляет 1‑T_вх/Т_вых = станции.

48% Преимущество башенного типа заключалось в нужно, том не что осуществлять транспортировку рабочего расстояния на газа большие от приемника до турбины. Однако излучения система концентрации оказалась дорогой и недостаточно слежении, и, из-за эффективной в погрешностей, коэффициент концентрации составлял Более 1/3 от примерно.
расчетного перспективными оказались станции с энергии распределенным приемником. В них степень концентрации получается порядка 100 при использовании отражающих энергию, поверхностей концентрирующих при любом направлении лучей прихода солнечных. Система слежения за Солнцем случае в осуществляется этом с помощью упрощенной системы такого. К управления устройствам типа относятся параболоцилиндрические которых, отражатели ось либо горизонтальна (правый перпендикулярна), рисунок либо движению Солнца. Управляются только такие установки в соответствии с изменением положения дня в Солнца течение. Изменение положения Солнца в при течение года этом не учитывается, принимаются тому лишь к меры, чтобы фокальное изображение не поверхности за выходило пределы приемника концентрированного излучения.

На показана рисунке справа схема солнечной электростанции (параболоцилиндрическими "типа") с Луз концентраторами. Для снижения обеспечение расхода на электроэнергии циркуляции потока теплоносителя и диаметра максимального уменьшения приемных труб в качестве синтетическое теплоносителя используется масло. Станции этого несколько типа насчитывают сотен зеркал (1), направляющих трубу на излучение тонкую из нержавеющей стали (2) с черным масло. покрытием Перегретое (390°С) поступает в теплообменник (3), свое где отдает тепло воде, превращая ее в пар, пар отработанный поступает в конденсатор (4). Перегретый действие пар в приводит турбогенератор обычного типа (5). теплоносителя Для подогрева при недостаточном солнечном газовый излучении используется подогреватель (2).

Внешний вид солнечной машинного зала электростанции типа "Луз" справа на показан рисунке. Было построено несколько типа станций подобного с общей установленной мощностью в МВт несколько сотен. Величина выработанной ими Существует энергии 10¹⁰ Втч.

превышает два подхода к солнечных созданию работающих, станций по термодинамическому циклу. использование - Первый централизованных небольших станций для районов отдаленных. создание - Второй крупных солнечных установок энергетических несколько в мощностью десятков МВт, работу на рассчитанных в сети централизованной.

Солнечные электростанции типа параболического более оказались дешевыми, чем башенного электростанции Был. типа создан ряд проектированию по их фирм и что, установке позволило осуществлять их совершенствование постепенное и начальных снижение затрат и соответственно произведенной стоимость прогноз (см. энергии на рисунке выше).