1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (Индивидуальные солнечные установки [автор неизвестен]u), страница 3

В СЭС модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью 1В коицеитр оицеитрации около ! 00, а в башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч Во втором случае система слежения за Солнцем значительно сложнее, так как при этом требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550'С, воздух и другие газы — до 1000'С, низкокипящие орга.

нические жидкости (в том числе фреоны) — до 100'С, жидкометаллические теплоиосители — до 800'С. В ряде стран разрабатываются гелпоэнергетические установки с использованием так называемых солнечных прудов. На озере Солтон Си (Калифорния, США) плошадью 932 км' предусмотрено сооружение СЭС с мощностью модуля 5 МВт, с дальнейшим развитием до 50МВт и доведением общей мощности СЭС до 600 МВт, прн этом будет использоваться 15 Р!о всей плошади озера, В 1987 г. в Израиле построена СЭС мощностью 5 МВт с плошадью солнечного пруда 0,25 км', в дальнейшем намечено построить две СЭС по 20 МВт (плошадь и!туда 1 км') и СЭС 50 МВт (площадь 4 км'), а затем иа Мертвом море (площадь 500 км') будет создано несколько СЭС мощностью по 50 МВт н до 2000 г.

предусмотрено ввести в строй серию СЭС по 50 — 100МВт общей мощностью 2000 — 3000 МВт. СЭС иа базе солнечных прудов значительно дешевле СЭС других типов, так как они не требуют зеркальныя отражателей со сложной системой ориентации, однако ик можно сооружать только в районах с жарким климатом. Стоимость производства 1 кВт ч электроэнергии составляет 0,1 долл,, что в 4,5 раза дешевле, чем иа СЭС башенного типа.

Главными недостатками башенных СЭС являются нх высокая стоимость и болыпая занимаемая площадь. Так, для размеецения СЭС мощностью 100 МВт требуется плошадь в 200га, а для АЭС мощностью!ОООМВт — всего 50 га. В соответствии с прогнозом в будущем СЭС займут плогцадь !3 млн. км' на суше и 18 млн.

км' в океане. Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постояннь(й электрический ток посредством солнечных батарей — устройств, состоящих из тонких п,ле- нок кремния или других полупроводниковых материалов Преимущество фотоэлектрических преобразователе (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, н высокой надежностью и стабильностью. При этом сро их службы практически не ограничен. Онн имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффектцвным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкции позволяет создавать установки практически любой мощности и далает их весьма перспективными. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД (в настоящее время практически 10 — !2 %), Рис.

й. Солнечный элемент (а) и модуль (б) солнечной батйрей; а: ! — йремннй л-типа; 2 — кремний р-тнпа; д — пленка вз диоксида крепни»; 4 — электрода б: 2 — пластинка из акрнлавой смолы; 2 — корпус; й — солне». ный засмеет; 4 — злектрол; З вЂ” во»лунный зазор Фотоэлектрический эффект возникает в солнечном элементе прн его освещении светом в видимой и ближ-, ней инфракрасной областях спектра. В солнечном элементе из полупроводникового кремния толщиной 50мкм поглощаются фотоны, и их энергия преобразуется в электрическую посредством р — а соединения (рпс.

5), Стоимость кремниевых элементов в США снизилась с 1970 г. по 1985 г. с 60 до 8 тыс. долл/кВт пиковой мощности. Успешно ведутся работы в США, Японии, ФРГ и Франции по созданию. тонкопленочных солнечных элементов с удельной стоимостью 1000 долл/кВт. Ежегодный прирост сбыта солнечных батарей в мире составляет 35 % и в 1990 г. он должен достичь 500 МВт при стоимости 3000 долл/кВт. В настоящее время 25 % мирового производства солнечных батарей приходится на Японизо.

Переход на гетеросоединения типа арсенпда галлия и алуоминия, применение концентраторов солнечной ра- диации с кратностью концентрации 50 — 100 позволяет повысить КПД с 20 до 35%. Суммарная мощность солнечных ФЭП на основе аморфного кремния в 1985 г. с авила 19 МВт, В США намечено стРоительство фо° составила тоэлектрической электростанции мощностью 100 МВт, причем для размещения солнечных батарей потребуется участок плошадью !10 га. Ожидается, что КПД станции составит 23%, а годовая выработка электроэнергии— 216 ГВт ч, Для обеспечения конкурентоспособности фо'' тоэлектрических станций по сравнению с ТЭС и АЭС пх стоимость должна снизиться в 5 — 10 раз и достичь 300— 500 долл/кВт.

Есть все осногаиия полагать, что для достижения этой цели потребуется не так уж много времени. Наш оптимизм базируется на нонейших достижениях в области разработки высокоэффективных солнечных элементов. Так, в 1989 г. фирмой «Боинги (г. Сиэтл, США) создан двухслойный элемент, состоящий из двух полупроводников — арсенпда и антнмоннда галлия — с коэффициентом преобразования солнечной энергии в электрическую, равным 37 %.

В обычных кремниевых элементах инфракрасное излучение не используется, в то время как в новом элементе в первом прозрачном слое (арсения галлия) поглощается и преобразуется в электричество видимый свет, а инфракрасная часть спектра, проходя через этот слой, поглощается и преобразуется в электричество во втором слое (антимонид галлия), в итоге КПД составляет 28%+9%=37%, что вполне сопоставимое КПД современных тепловых и атомных электростанций. По прогнозу через 3 года эти солнечные элементы найдут применение в космосе, а в течение 10 лет их стоимость снизится настолько, что станет вполне экономически обоснованным их применение в наземных системах, при этом себестоимость вырабатываемои энергии составит 0,1 долл/(кВт ч).

Солнечные батареи пока использу2отся в основном в космосе, а на Земле только для электроснабжения автономных потребителей мощностью до ! кВт, питания радионавигацнонной и маломощной радиоэлектронной апцаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов. В 1988 г, в Австралии состоялись первые всемирные ралли солнечных автомо(уилей. По мере совершенствования солнечных батарей онп будут находить применение в жу)лых домах для автономного энергоснаб- жения, т, е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

По прогнозам к 2010 г. суммарная могцность СЭС в мире должна достичь 128,5 млн. кВт, в том числе СЭС с термодинамическим преобразованием — 115 млн. кВт, с солнечными прудами — 3,5 млн. кВт и фотоэлектрическими установками — 1О млн. кВт.

В дополнение к эточ ь му предусматривается доведение мощности ВЭУ до '.2„8 млн. кВт. Себестоимость 1 кВт ч электроэнергии в 1987 г. составляла 0,68 — 1,37 долл. (солнечные батареи), 0,22— 0,57 долл. (ВЭУ), по прогнозу в 1992 г. она снизится ло 0,28 — 0,57 долл, (солнечные батареи), 0,07 — 0,12 дол!. (СЭС и ВЭУ). Эти последние цифры не намного отличаются от аналогичных показателей для ТЭС и АЭС. ж ПОЛУЧЕНИЕ ХОЛОДА С ПОМОЩЬЮ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Для этой цели используются парокомпрессионные н абсорбционные холодильные установки. Рассмотрим вкратце принцип нх работы, а также принцип работы теплового насоса, который может применяться для охлаждения и отопления здания.

Парокомпрессионная холодильная установка, схема которой показана на рис. 6, состоит из нспарптеля, коки прессора, конденгатора, дроссельного вентиля и соединительных трубопроводов. В качестве рабочего тела— хладагента — в основном используготся фреоны 11, 12, 22, 113, 114 и др. Рве. 6. Схема парокомпрессв. анной холодильной установив: 1 — мсазрмтель; Х вЂ” компрессор: 3 — Ьрнлезсаторг ч — лррссельяма вемтрзь цякл.холодильной установки осуществляется следующям образам.

В Результате подвода теплоты Оь в пспарнтеле хладагент испаряется прн низкой температуре к соответствующем низком давлейшь Образующиеся пары хладагента сжнмаются в компрессоре, для чего затрачивается работа !.ь. Прп отвале теплоты Я, в конденсаторе пары охлаждаются н кондецспруются пря более высоких (по сравненню с нсяарнтелем) температуре н давленнн.

Прн прохожкенпн хлядагепта через драссельный вентнль его давление н температура понижаются до уровня давления и температуры в нспарнтеле н часть хладагента испаряется без подвода теплоты извне Эффектнвность цнклз холодильной установки определяется атпошенпем холодопронзвадптельностн Яь к работе !.ь,затраченяой на сжатие пара хладагента в компрессоре е=ЯьГЕм Цикл осуществляется в диапазоне температур в нспарнтеле Т н конденсаторе Ть, а максимально возможный холоднльный коэффнцнснт, соответствующий идеальному ггг~клу Карно, равен е= = Т,)! Ть)7'„] Холодильный козффнцнент е=йч 4 н увелнчнвается прн уменьшепня разности температур в конденсаторе н нспарятеле.

Абсорбционная холодильная установка. Для производства холода в абсорбционной установке используется теплота, а рабочим телом служит бинарная смесь хладагента и абсорбента. Абсорбент — эта такая жидкость, которая химически связывается хладагентом прн низких температурах и отделяется от него при высоких температурах.

Обычно используются такие смеси: вода (хладагент) — бромнстый литий (абсорбент) н аммиак (хладагент) — вода (абсорбент) . Прннннп работы бромнсто-литиевой абсорбцнонной колоднльнвй установки поясняется с помощью рнс. 7. Установка состоит нз гене. Рнс. 7. Схема абсорбцнонной холоднльной установки: à — гемератьр; 3 — казхьнсатар; а — мсмьрьтелгн Ч вЂ” ьбсарбер; а— мзсрс; б — темзарбмермик; т, а- арассезьные зенгзлр Ратора, конденсатора, яспарнтеля, абсорбера,'насоса, теплообменнн.

ка, дроссельных вентплей. Как видим, компрессор отсутствует, а давление повышается вначале прн раствореннн хладагента в слабом Растворе а абсорбере, а затем насосом. Цнкл начинается с выпаривания воды нз крепкого раствора н перегрева образующегося вода- ного пара в генераторе, куда подводится теплота от солнечного коллектора. Температура в генераторе равна 77 — 99 *С Пар нз генеРатора поступает в конденсатор,где он охлаждается приблизительно до 37 40'С водой нз градирни и превращается в жидкость, которая затем вновь частично испаряется при расширении в дроссельном вентиле 7, Полное испарение воды происходит в пспарителе при нвэком давлении и температуре 4 'С, при этом от воздуха в помещении (или воды) отводится теплота, необходимая для испзрения хладагеита. Пар низкого давления поступает в абсорбер, где ои поглощается слабым раствором, давая крепкий раствор, который насосом подается через теплообмеиник в генератор.