Солнечные электростанции: принципы работы и виды комплексных систем

Солнечные электростанции: принципы работы и виды комплексных систем

Чтобы под воздействием солнечного света получить электрический ток в объемах, значимых для хозяйственного сектора и домовладений, проработаны две технологии:

  • фотовольтаик — солнечные панели сразу превращают соляризацию в электричество;
  • термоэлектрические установки — используется жидкостный посредник-теплоноситель.

Комбинированные солнечные электростанции вполне можно отнести к третьему виду. Для корректной работы и высокого коэффициента полезного действия фотовольтаических модулей их следует стабильно охлаждать. Это стало точкой соприкосновения обеих технологий. Гибридные системы собирают электричество как с панелей, так и с охлаждающего контура, что ощутимо повышает эффективность, а значит и рентабельность установки.
Фото Солнечные электростанции: принципы работы и виды комплексных систем

Генерация электричества солнечным панелями

Фотовольтаический эффект

  • Поглощение кванта электроном приводит к его переходу на более высокий энергетический уровень, то есть на внешнюю орбиту атома. Здесь связь с ядром ослабевает, электрон покидает атомарные пределы и под действием потенциала Гальвани (внутреннее электрическое поле) устремляется к аноду. Таким образом образуется одна составляющая электрического тока.
  • После выхода электрона на его месте остается вакантное место, которое называется «дырка». Его занимают электроны от соседнего атома, находящегося в зоне меньшего положительного потенциала. То есть фактически «дырки» перемещаются к катоду. Это — вторая составляющая фотовольтаического тока.

Источником потенциала Гальвани служит граница соприкосновения чувствительных к солнечному свету полупроводников. Солнечные панели, в свою очередь, представляют собой массивы таких ячеек, соединенных электрическими связями.

Виды фотовольтаик элементов

Наиболее распространены монокристаллические (основой является единый кремниевый кристалл с однородной структурой) и поликристаллические (соединения разнородных небольших кристаллов кремния) панели. Они несколько отличаются по КПД и цене, но в принципе на равных правах используются в солнечных электростанциях.

Другая модификация — пленочные полимерные солнечные батареи. На прозрачную основу послойно наносятся материалы с разными функциями — электрон-доноры и электрон-акцепторы. В итоге получается гибкая, тонкая и легкая структура, но КПД по площади у нее намного ниже. Кроме научных лабораторий, технология применяется для создания энергоэффективных окон в домах и автомобилях.

Весной 2018 года исследовательская группа Уорикского университета (Ковентри, Великобритания) заявила об обнаружении третьего типа фотовольтаического эффекта под названием «flexo-photovoltaics». Отличие заключается в том, что толчком для генерации солнечного электротока выступает деформационный градиент. То есть если кристаллы Si, TiO2 или SrTiO3 деформировать острым предметом, они превращаются в фотовольтаические ячейки. Это открытие может значительно удешевить строительство солнечных электростанций.

Основные узлы солнечной электростанции на основе панелей

Для того, чтобы выработанное панелями электричество смогли потреблять бытовые приборы, понадобятся:

  • собственно панель;
  • инвертор — превращает постоянный ток в переменный заданной частоты;
  • накопитель, то есть аккумулятор;
  • контроллер заряда/разряда, продлевающий срок жизни недешевых аккумуляторных батарей;
  • специальные преобразователи и счетчики, если система сопрягается с электросетью общего пользования.

Монтаж оборудования на объекте рекомендуем поручить опытным профессионалами. Если нужны подобные услуги — обращайтесь в компанию «Карбон КНС».

Термоэлектрические гелиоустановки

Главное отличие — электричество производится опосредовано. Основным элементом конструкции выступают гелиостаты — огромные зеркала, сопряженные с механизмом позиционирования относительно солнца.
Фото Солнечные электростанции: принципы работы и виды комплексных систем
Гелиостаты могут принимать разную форму — круглые параболические, параболоцилиндрические концентраторы. Они собирают солнечный свет в концентрированный пучок и направляют его на теплоприемник, заполненный жидкостным теплоносителем. Чаще всего для этих целей используются минеральные масла с высокой температурой кипения, которые получили название терминол.

Нагретый теплоноситель устремляется в парогенератор. Образовавшийся водяной пар подается на лопасти турбогенератора, который и вырабатывает электричество. После конденсации вода повторно отправляется в паровую установку.

Остальные элементы системы такие же, как и у классической теплоэлектростанции. Более того, если солнечная электростанция используется как единственный источник электричества, предусматривается резервный котел на сжигаемом топливе — для пасмурных дней или высокой нагрузки ночью.
Термоэлектрические гелиоэлектростанции разделяются в основном по типу гелиостата:

  • башенные;
  • тарельчатые;
  • параболоцилиндрические.

Особняком стоят солнечно-вакуумные электростанции. Нагрев воздуха в локальной зоне создает мощный воздушный поток, который вращает воздушную турбину.

Применимость той или иной солнечной электростанции зависит от климатических, ландшафтных условий и назначения. Специалисты «Карбон КНС» предлагают комплексные решения, включающие все этапы от разработки концепции до запуска готового объекта в эксплуатацию.