Використання сонячної енергії

Сонце являє собою віддалений від Землі на відстань 149,6 млн км термоядерний реактор, який випромінює енергію при температурі більше 10000 К (центр Сонця має температуру 15 млн К). Земля отримує близько 1359 Вт/м². Цей показник відомий як сонячна стала.

Розподіл глобального потоку сонячної радіації на поверхню земної кулі нерівномірний. Кількість сонячної енергії, яка надходить за рік на 1 м² поверхні Землі, змінюється від 3000 МДж/ м² – на півночі до 8000 МДж/ м² – в пустелях.

На сумарну радіацію в холодне півріччя істотно впливає альбедо (відношення кількості променистої енергії Сонця, віддзеркаленої від поверхні будь-якого тіла, до кількості енергії, що падає на цю поверхню) підстилаючої поверхні, що змінюється в залежності від сталості снігового покриву. Якщо сніговий покрив лежить цілий місяць, сумарна радіація зростає на 27%; якщо сніг лежить 20 діб, вона збільшується на 9%.

В цілому радіаційний режим території України, особливо її південних районів, сприятливий для практичного використання сонячної енергії.

Енергія Сонця досить розсіяна і для її використання застосовують різні геліоенергетичні установки. Для використання сонячної радіації потрібно знати тривалість сонячного сіяння (ТСС).

Принципова схема будови енергетичних геліоустановок наведена на рис. 2

Рис.2. Схема будови енергетичних геліоустановок.

В експериментальних системах величезні матриці керованих комп’ютером дзеркал простежують сонце і фіксують сонячне світло на центральному пункті збору випромінювання, звичайно на горі високої вежі. Це висококонцентроване сонячне світло може забезпечити підвищення температури теплоносія, достатньої для здійснення виробничих процесів або створення руху під високим тиском для обортання турбіни.

Тобто, сонячно-термічні енергетичні системи спочатку перетворюють сонячну енергію у високу теплову, а потім – термальну енергію в механічну, що обертає турбіну. Внаслідок цього турбіна генерує енергію.

Існують дві технології для збирання, накопичення та перетворення сонячної енергії:

1) центральна приймальна система – складається з великого поля сонце вловлюваних дзеркал (геліостатів), які перехоплюють і пере спрямовують вхідну сонячну радіацію у єдиний великий приймач. Ця конфігурація відома як «Power Tower» - баштова силова установка. Переспрямоване радіаційне тепло спрямовує робочу рідину в приймач. Вибір робочої рідини залежить від конструкції станції.

2) Розподілена колекторна система – фокусує сонячне світло в центральний приймач. Але замість цього перетворює сонячне світло у тепло в індивідуальному колекторному модулі. Кожний колекторний модуль складається з циліндричної дзеркальної поверхні, що пере спрямовує сонячну радіацію в приймач – абсорбер, розташований у фокусі дзеркала. Таким чином робоча рідина спочатку нагрівається до великої температури. Потім перекачується через мережу труб до теплообмінника.

Найбільша сонячна електростанція потужність 10 МВт (Solar One) була побудована в Каліфорнії (США). Більшість з подібних сонячних електростанцій передбачає однаковий принцип дії: поле розміщених на рівні землі дзеркал-геліостатів, що "слідкують" за сонцем, відбивають сонячні промені на приймач-ресивер, встановлений на досить високій вежі. Ресивер - це сонячний котел, в якому виробляється водяна пара середніх параметрів, спрямована потім в стандартну парову турбіну. Принципова схема такої установки наведена на рис.3.

Рис.3. Схема паросилової сонячної установки.

Розрахунки показують, що, наприклад, для річного надходження сонячного випромінювання 6,5 ГДж/м2 (що характерно для півдня України) ця станція з сумарною поверхнею геліостатів 160 тис.м2 буде отримувати 290,2 ГВт·год/рік сонячної енергії, а кількість внесеної паливом енергії буде становити 176,0 ГВт·год/рік. При таких показниках електростанція виробить за рік 87,9 ГВт·год електроенергії із середньорічним ККД 18,8%. При таких показниках вартість електроенергії буде на рівні теплових електростанцій на органічному паливі.

Системи сонячного тепло забезпечення:

· Пасивні – найбільш дешеві та прості (сонячні будинки) – для збору та розподілу сонячної енергії використовують архітектурні елементи будівлі і не потребують додаткового обладнання. Вони включають зачорнену південну стіну будівлі, на певній відстані від якої розташоване прозоре покриття. У верхній та нижній частинах стіни є отвори, що з’єднують простір між стіною та прозорим покриттям з внутрішнім об’ємом будівлі. Сонячна радіація нагріває стіну. Повітря, що омиває стіну, нагрівається від неї і потрапляє через верхні отвори в будівлю.

· Активні системи – включають колектор сонячної енергії, що забезпечує перетворення сонячного випромінювання в теплоту; теплоносій, що нагрівається і циркулює в колекторі; акумулятор теплоти; теплообмінники для передачі тепла з колектора сонячної енергії в акумулятор та до споживача; насоси, трубопроводи та пристрої для автоматичного управління роботою системи.

В залежності від виду теплоносія розрізняють рідинні та повітряні геліосистеми. В основному теплоносієм служить вода чи антифриз.

Важливою інформацією, потрібною для спорудження геліоустановок, є дані про інтенсивність потоку випромінювання, що падає на горизонтальну поверхню в певному місці. Дані вимірюються великою кількістю метеорологічних станцій у всьому світі.

Поиск по сайту: