Войти
Моноблочный навесной термосифон солнечный водонагреватель. 
Первые три блока Сольнова на переднем плане, на заднем плане - две башни солнечных электростанций PS10 и PS20. Солнечная тепловая энергия (STE ) - это форма энергии и технология использования солнечной энергии для выработки тепловой энергии для использование в промышленности, а также в жилом и коммерческом секторах.
Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением по энергетической информации США как коллекторы для низких, средних и высоких температур. Низкотемпературные коллекторы обычно не покрываются глазурью и используются для обогрева плавательных бассейнов или для обогрева вентиляционного воздуха. Среднетемпературные коллекторы также обычно используются плоские пластины, но используются для системы воды или воздуха в жилых и коммерческих целях.
Высокотемпературные коллекторы концентрируют солнечный свет с зеркал или линз и обычно используются для удовлетворения требований к теплу до 300 ° C / давления 20 бар в промышленности, а также для производство электроэнергии. Две категории включают концентрированную солнечную тепловую энергию (CST) для потребления в промышленности и концентрированную тепловую энергию (CSP), когда собранное тепло используется для производства электроэнергии. CST и CSP не подлежат замене с точки зрения применения.
Крупнейшие предприятия размещены в американской пустыне Мохаве в Калифорнии и Неваде. Эти заводы используют множество различных технологий. Наиболее крупными примерами являются объект солнечной энергии Иванпа (377 МВт), установка систем производства солнечной энергии (354 МВт) и Crescent Dunes (110 МВт). Испания - еще один крупный разработчик солнечных тепловых электростанций. Наиболее крупными примерами являются: Солнечная электростанция Сольнова (150 МВт), Солнечная электростанция Андасол (150 МВт) и Солнечная электростанция Extresol (100 МВт).
Демонстрация Огюстена Мушо солнечный коллектор с охлаждающим двигателем, производящим лед крем на Всемирной выставке 1878 г. в Париже. Первая установка оборудования для солнечной тепловой энергии произошла в Сахаре примерно в 1910 году Фрэнком Шуманом, когда паровая машина работала на паре, производимом солнечным светом. Были разработаны двигатели на двигатели на жидком топливе, которые были разработаны и сочтены более удобными, проект Sahara был оставлен только для того, чтобы к нему несколько десятилетий спустя.
Солнечный дом № 1 Массачусетского технологического института, построенный в 1939 году, с использованием сезонные накопители тепловой энергии (СТЭС) для круглогодичного отопления. Системы использования низкотемпературной солнечной тепловой энергии включают средства для сбора тепла; обычно хранение тепла, кратковременное или межсезонное; и структура в структуре или сети централизованного теплоснабжения. В некоторых случаях одна функция может выполнять несколько из этих функций (например, некоторые виды солнечных коллекторов также хранят тепло тепло). Некоторые системы пассивны, другие активны (для работы требуется другая внешняя энергия).
Отопление - наиболее очевидное применение, но солнечное охлаждение может быть достигнуто для здания или для централизованного охлаждения за счет использования теплогенератора абсорбции или (теплового насоса). Существует продуктивное совпадение: чем больше тепла от солнечного света, тем выше мощность охлаждения. В 1878 году Огюст Мушу впервые применил солнечное охлаждение, создаваемое лед с помощью солнечной паровой машины, прикрепленной к холодильному устройству.
В пределах Штатах нагрев, На системы вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC ) приходится более 25% (4, 75 ЭДж) энергии, используемой в коммерческих зданиях (50% в северных городах) и почти половина (10,1 ЭДж), используемой в жилых зданиях. Солнечные технологии отопления, охлаждения и вентиляции Награды за компенсацию этой энергии. Самая популярная технология солнечного отопления для обогрева зданий - это встроенная в здание система сбора солнечного воздуха, которая подключается к оборудованию HVAC здания. По данным ассоциации Solar Energy Industries Association, по состоянию на 2015 год Северной Америки эксплуатируется более 500 000 м (5 000 000 квадратных футов) этих панелей.
В Европе с середины 1990-х годов около 125 солнечных тепловых станций централизованного теплоснабжения. были построены, каждый с более чем 500 м (5400 футов) солнечных коллекторов. Самые большие из них - около 10 000 м², мощность 7 МВт - тепловое и солнечное тепло стоит около 4 евроцентов / кВтч без субсидий. 40 из них имеют номинальную мощность 1 МВт-тепловая и более. В программе централизованного теплоснабжения (SDH) участвуют представители 14 европейских стран и Европейская комиссия, которая проводит ежегодные конференции.
Остекление солнечные коллекторы предназначены в первую очередь для обогрева помещений. Они рециркулируют воздух в здании через солнечную панель, где воздух нагревается, а затем направляется обратно в здание. Эти солнечные системы отопления помещений требуют как минимум проходов в здании и работают только тогда, когда воздух в солнечном коллекторе теплее, чем температура в помещении в здании. Чаще всего остекленные коллекторы используются в жилом секторе.
Неглазурованный коллектор с «просвечивающим» воздухом Неглазурованные солнечные коллекторы в основном используются для предварительной системы подпиточного вентиляционного воздуха в коммерческих, промышленных и общественных зданиях с высокой вентиляционной нагрузкой. Они превращают стены или части здания в недорогие, высокопроизводительные неглазурованные солнечные коллекторы. Также называемые «просвечивающими солнечными панелями» или «солнечной стеной », они используют окрашенный перфорированный металлический поглотитель тепла, который также используется внешней внешней стеной стены. Передача тепла воздуху происходит на поверхности поглотителя, через металлический поглотитель и за поглотителем. Пограничный слой нагретого солнечным светом воздуха втягивается в ближайшую перфорацию до того, как проходит конвекция в наружный воздух. Затем нагретый воздух втягивается из-за пластины абсорбера в систему вентиляции здания.
Встроенный неглазурованный прозрачный солнечный коллектор воздуха с серыми стенами и белыми навесами / коллекторами
A Стена Trombe - это пассивная система солнечного отопления и вентиляции , состоящая из воздушного канала, зажатого между окном и обращенная к солнцу термальная масса. Во время цикла вентиляции солнечный свет накапливает тепло в тепловой массе и нагревает воздушный канал, вызывая циркуляцию через вентиляционные отверстия в верхней и нижней части стены. Во время цикла системы стена Trombe излучает накопленное тепло.
Солнечные водоемы на крыше - это уникальные солнечные системы отопления и охлаждения, разработанные Гарольдом Хэем в 1960-х годах. Базовая система состоит из установленного на крыше водяного баллона с подвижной изолирующей крышкой. Эта система может контролировать теплообмен между внутренней и внешней средой, закрывающая и открывая мочевой пузырь между ночью и днем. Когда нагревание вызывает удивление, мочевой пузырь днем открыт, позволяя солнечному свету согревать водяной пузырь и тепло для использования вечером. Тепловое охлаждение внутренних помещений. В доме Skytherm в Атаскадеро, Калифорния, используется прототип водоема на крыше.
Солнечное отопление помещений с помощью солнечных коллекторов для системы воздуха более популярно в США и Канаде, чем отопление с помощью солнечной жидкости. коллекторы, так как в большинстве зданий уже есть система вентиляции для отопления и охлаждения. Два основных типа солнечных панелей - застекленные и неглазурованные.
Из 21 000 000 квадратных футов (2 000 000 м²) солнечных тепловых коллекторов, произведенных в США в 2007 году, 16 000 000 квадратных футов (1 500 000 м²) относились к низкотемпературной разновидности. Низкотемпературные коллекторы обычно устанавливаются для обогрева плавательных бассейнов, хотя их также можно использовать для обогрева помещений. Коллекторы могут использовать воздух или воду в качестве среды для передачи тепла по назначению.
Набор отработанных технологий, называемых сезонным накоплением тепловой энергии (STES), способен хранить тепло в несколько месяцев, поэтому солнечное тепло Собранные в основном летом, можно использовать для круглогодичного отопления. Технология STES с питанием от солнечной энергии была развита в основном в Дании, Германии и Канаде, и ее применение включает в себя здания и сети централизованного теплоснабжения. Сообщество Drake Landing Solar Community в Альберте, Канада, имеет небольшую районную систему и в 2012 году достигло мирового рекорда по обеспечению 97% потребностей сообщества в отоплении помещений в течение всего года за счет солнца. Теплонакопители СТЭС с глубокими водоносными горизонтами; естественная порода, окружающая скопления скважин малого диаметра, оборудованных теплообменником; крупные неглубокие ямы с футеровкой, засыпанные гравием и утепленные сверху; а также большие изолированные и заглубленные резервуары для воды на поверхности.
Централизованное центральное отопление круглосуточно также возможно с концентрированной солнечной батареей (CST).
. Межсезонное хранение. Солнечное тепло (или тепло из других источников) может эффективно храниться в периоды между сезонами в водоносных горизонтах, подземных геологических пластах, больших специально построенных котлованах и больших резервуарах, которые изолированы и покрыты землей.
Кратковременное хранение. Тепловые массовые материалы накапливают солнечную энергию в течение дня и выделяют ее в более прохладные периоды. Обычные термальные массы включают камень, бетон и воду. Пропорция и тепловая масса должны быть несколько факторов, таких как климат, освещение и условия затенения. При правильном включении тепловая масса может поддерживать комфортную температуру, снижая при этом потребление энергии.
В 2011 году во всем мире насчитывалось около 750 систем охлаждения с тепловыми насосами, работающими на солнечной энергии, а годовой рост рынка составлял от 40 до 70% по сравнению с предыдущими семью годами. Это нишевый рынок, потому что экономика сложна, а количество часов охлаждения в год является ограничивающим фактором. Соответственно, годовые часы охлаждения составляют примерно 1000 часов в Средиземном море, 2500 часов в Юго-Восточной Азии и всего от 50 до 200 часов в Центральной Европе. Однако в период с 2007 по 2011 год затраты на строительство системы упали примерно на 50%. Целевые группы программы Международных энергетических агентств (IEA) по солнечному отоплению и охлаждению (IEA-SHC) работают над дальнейшим развитием задействованных технологий.
Солнечный дымоход (или тепловой дымоход) - это пассивная солнечная вентиляция система, состоящая из полой тепловой массы, соединяющей внутреннюю и внешнюю части здания. Когда дымоход нагревается, воздух внутри нагревается, вызывая восходящий поток , который втягивает воздух через здание. Эти системы использовались со времен Римской империи и распространенными на Ближнем Востоке.
Солнечные испарительные бассейны в Пустыне Атакама.Системы солнечного сообщения предназначены для подачи большого количества горячей воды или обогрев помещений для нежилых зданий.
Пруды-испарители - это неглубокие пруды, в которых концентрируются растворенные твердые частицы посредством испарения. Использование прудов-испарителей для использования из морской воды - одно из старейших примененных солнечной энергии. Современные применения включают концентрирование солевых растворов, используемых при добыче выщелачивания, и удаление твердых частиц из потоков отходов. В целом, пруды-испели используют одно из коммерческих применений солнечной энергии, которое используется сегодня.
Неглазурованные прозрачные коллекторы - это перфорированные обращенные к солнцу стены, используемую для предварительного размещения вентиляционного воздуха. Коллекторы Transpired также могут быть установлены на крыше для круглогодичного использования и могут повышать температуру входящего воздуха до 22 ° C и обеспечивать на выходе 45-60 ° C. Короткий срок окупаемости коллекторов (от 3 до 12 лет) делает более их рентабельной застекленным системам сбора. По состоянию на 2015 год по всему миру было установлено более 4000 систем с общей площадью коллектора 500 000 м 2. Среди них коллектор высотой 860 м в Коста-Рике, используемый для сушки кофейных зерен, и коллектор высотой 1300 м в Коимбаторе, Индия, используем для сушки бархатцев.
На предприятии по переработке пищевых продуктов в Модесто, Калифорния, используются параболические желоба для производства пара, используемого в производственном процессе. Ожидается, что площадь коллектора площадью 5000 м будет обеспечивать 15 ТДж в год.
Эти коллекторы местные жители примерно 50% и более горячей воды, необходимой для бытового коммерческого использования в Соединенных Штатах. В США типичная система стоит от 4000 до 6000 долларов в розницу (от 1400 до 2200 долларов оптом за материалы), и 30% системы имеют право на получение федерального налогового кредита + дополнительный государственный кредит существует примерно в половине штатов. Монтаж простой системы с контуром в южном климате может занять 3-5 часов, а в северных регионах - 4-6 часов. Северная система требует большей площади коллектора и более сложной сантехники для защиты коллектора от замерзания. При таком стимуле срок окупаемости для типичного домохозяйства составляет от четырех до девяти лет, в зависимости от штата. Подобные субсидии существуют в некоторых частях Европы. Бригада из одного сантехника и двух помощников с минимальной подготовкой может установить систему в день. Установка термосифона требует незначительных затрат на техническое обслуживание (возрастают, если для циркуляции антифриз и электрическая сеть), а в США эксплуатационные расходы сокращаются на 6 долларов на человека в месяц. Солнечный водонагреватель может снизить выбросы CO 2 из четырех человек на 1 тонну в год (при замене природного газа) или на 3 тонны в год (при замене электроэнергии). Среднетемпературные установки могут использовать любую из нескольких конструкций: обычные конструкции - это гликоль под давлением, обратный дренаж, периодические системы и более новые устойчивые к замерзанию системы низкого давления, использующие полимерные трубы, содержащие воду, с фотоэлектрической перекачкой. Европейские и международные стандарты пересматриваются с учетом нововведений в конструкции и эксплуатации среднетемпературных коллекторов. Операционные инновации включают операцию «постоянно увлажняемого коллектора». Это нововведение снижает или даже устраняет возникновение непроточных высокотемпературных напряжений, называемых застоем, которые в противном случае уменьшили бы ожидаемый срок службы коллекторов.
Солнечная тепловая энергия может быть полезна для сушки древесины для строительства и древесного топлива, такого как древесная щепа для сжигания. Солнечная энергия также используется для пищевых продуктов, таких как фрукты, зерно и рыба. Сушка урожая с помощью солнечной энергии является экологически чистой, а также рентабельной при улучшении качества. Чем меньше денег уходит на производство продукта, тем меньше его можно продать, что приятно как покупателям, так и продавцам. Технологии солнечной сушки включают сверхдорогие коллекторы с перекачиваемыми пластинами на основе черной ткани. Солнечная тепловая энергия полезна в процессе сушки продуктов, таких как древесная щепа и другие формы биомассы, за счет повышения температуры, позволяя воздуху проходить и избавляться от влаги.
.
Солнечная чаша над солнечной Кухня в Ауровиле, Индия, концентрирует солнечный свет на передвижном приемнике для производства пара для приготовления пищи. В солнечных плитах солнечный свет используется для приготовления пищи, сушки и пастеризации. Приготовление пищи на солнечных батареях компенсирует расходы на топливо, снижает потребность в топливе или дровах и улучшает качество воздуха за счет уменьшения или удаления источника дыма.
Самый простой тип солнечной плиты - это коробчатая плита, впервые построенная Горасом де Соссюр в 1767 году. Базовая коробчатая плита состоит из изолированного контейнера с прозрачной крышкой. Эти кухонные плиты могут эффективно использоваться при частично пасмурном небе и обычно достигают температуры 50–100 ° C.
Концентрационные солнечные плиты используют отражатели для концентрации солнечной энергии на емкости для приготовления пищи. Чаще всего используются отражатели с плоской пластиной, диском и параболическим желобом. Эти конструкции готовятся быстрее и при более высоких температурах (до 350 ° C), но для правильного функционирования требуется прямой свет.
Солнечная кухня в Ауровиле, Индия использует уникальную концентрирующую технологию, известную как солнечная чаша. В отличие от обычных систем с отслеживающим отражателем / фиксированным приемником, в солнечной чаше используется фиксированный сферический отражатель с приемником, который отслеживает фокус света при движении Солнца по небу. Приемник солнечной чаши достигает температуры 150 ° C, которая используется для производства пара, который помогает готовить 2000 ежедневных блюд.
Многие другие солнечные кухни в Индии используют другую уникальную концентрирующую технологию, известную как отражатель Шеффлера. Эта технология была впервые разработана Вольфгангом Шеффлером в 1986 году. Отражатель Шеффлера - это параболическая антенна, в которой используется одноосное слежение за дневным курсом Солнца. Эти отражатели имеют гибкую отражающую поверхность, которая может изменять свою кривизну в зависимости от сезонных изменений угла падения солнечного света. Отражатели Шеффлера имеют то преимущество, что они имеют фиксированную точку фокусировки, которая упрощает приготовление пищи и позволяет достигать температуры450-650 ° C. Построенная в 1999 году Брахма Кумарис, крупнейшая в мире рефлекторная система Шеффлера на Абу-Роуд, Раджастхан, Индия, способна готовить до 35000 блюд в день. К началу 2008 года по всему миру было построено более 2000 больших плит конструкции Scheffler.
Дистилляторы на солнечных батареях люди для производства питьевой воды в районах, где чистая вода не обычным явлением. В таких случаях необходима солнечная дистилляция, чтобы обеспечить людей очищенной водой. Солнечная энергия нагревает воду в неподвижном состоянии. Затем вода испаряется и конденсируется на дне покровного стекла.
Часть солнечного комплекса SEGS мощностью 354 МВт в северном округе Сан-Бернардино, Калифорния.
солнечная печь в Одейо во французском Восточных Пиренеях может достигать температуры до 3500 ° C Где температура ниже 95 ° C достаточно, так как для отопления помещений обычно используются плоские коллекторы неконцентрирующего типа. Из-за высоких потерь тепла через остекление, плоские коллекторы не достигают температуры намного выше 200 ° C, даже когда теплоноситель застаивается. Такие температуры слишком низкие для эффективное преобразование в электричество.
КПД тепловых двигателей увеличивает сферу температуры источника тепла. Для достижения этого на солнечных тепловых электростанциях солнечное излучение концентрируется с помощью зеркал или линз для получения более высоких температур - метод, называемый Concentrated Solar Power (CSP). Практический эффект высокой эффективности заключается в уменьшении размера коллектора станции и землепользования на единицу вырабатываемой энергии, сниженной электростанции на Земле окружающей среды, а также ее расходов.
С повышением температуры становятся практичными различными формами преобразования. До 600 ° C паровые турбины, стандартная технология, имеют КПД до 41%. При температуре выше 600 ° C газовые турбины могут быть более эффективными. Более высокие температуры проблематичны, потому что требуются другие материалы и методы. Одно из предложений для очень высоких температур включает в себя использование жидких фторидных систем, работающих в диапазоне от 700 ° C до 800 ° C, с использованием многоступенчатых турбинных систем для достижения 50% или более теплового КПД. Более высокие рабочие температуры позволяют использовать более высокотемпературные сухие теплообменники для своего теплового выхлопа, уменьшая потребление воды установкой, что крайне важно в пустынях, где практичны крупные солнечные электростанции. Высокие температуры также повышают эффективность аккумулирования тепла, поскольку на единицу жидкости хранится больше ватт-часов.
Коммерческие концентрирующие солнечные тепловые электростанции (CSP) были впервые разработаны в 1980-х годах. В настоящее время крупнейшими тепловыми электростанциями в мире являются 370 МВт Солнечная электростанция Иванпа, введенная в эксплуатацию в 2014 году, и установка 354 МВт SEGS CSP, обе расположены в пустыне Мохаве. Калифорнии, где также реализовано несколько других солнечных проектов. За исключением солнечной электростанции Shams, построенной в 2013 году недалеко от Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты, все остальные 100 МВт или более мощные электростанции CSP либо находится в США или Испании.
Основным преимуществом CSP является возможность эффективного добавления аккумуляторов тепла, что позволяет распределять электроэнергию в течение 24-часового периода. Потребляемая мощность в электроэнергии обычно возникает между 16 и 20 часами вечера, многие электростанции CSP используют от 3 до 5 часов хранения тепла. При технология современного хранения тепла намного дешевле и эффективнее, чем хранение электроэнергии. Таким образом, завод CSP может печатать электроэнергию днем и ночью. Если объект CSP имеет предсказуемую солнечную радиацию, то установка CSP становится надежной электростанцией. Надежность можно повысить, установив способ сгорания. Система копирования может использовать большую часть резервирования CSP, что снижает стоимость системы резервного копирования.
В установках CSP используются материалы с высокой электропроводностью, такие как медь, в полевых кабелях , заземляющих сетей, а также для установки и перекачивания жидкостей, а также в главном генератор и высоковольтные трансформаторы. (См.: Медь в концентрирующих солнечных тепловых электростанциях.)
С надежностью неиспользуемой пустыней, отсутствием загрязнения и отсутствием затрат на топливо препятствия для масштабного развертывания CSP является стоимостью, эстетикой, использованием использования и аналогичные факторы для необходимых соединительных линий высокого напряжения. Хотя для удовлетворения спроса на электроэнергию требуется лишь небольшой процент пустыни, все же большая территория должна быть покрыта зеркалами или линзами для получения значительного количества энергии. Важный способ снижения стоимости - использование простой конструкции.
При рассмотрении использования использования землепользования, связанного с разведкой и добычи ресурсов до преобразования и преобразования ископаемого топлива, которое используется для большей части нашей электроэнергии, солнечная энергия для коммунальных предприятий сравнивается как единое целое. из системы энергоресурсов наиболее эффективным использованием земли:
Федеральное правительство выделило почти в 2 000 раз больше площадей для сдачи в аренду нефти и газа, чем для развития солнечной энергетики. В 2010 году Бюро землеустройства одобрило девять крупномасштабных проектов в области солнечной энергетики с генерирующей мощностью 3682 мегаватт, что составляет примерно 40 000 акров. Напротив, в 2010 году Бюро по управлению земельными ресурсами обработало более 5 200 заявок на аренду газа и нефти и выдало 1 308 договоров на общую площадь 3,2 миллиона акров. В настоящее время 38,2 миллиона акров государственных земель на суше и еще 36,9 миллиона морских разведочных работ в Мексиканском заливе находятся в аренде для разработки, разведки и добычи нефти и газа.
В течение дня у солнца разные позиции. Для систем с низкой концентрацией (и низких температур) слежения можно избежать (или ограничить использование точками в год), если использовать оптику без формирования изображения. Однако при более высоком фокусе, если зеркала или линзы не двигаются, зеркал или линз изменяется. Требуется система слежения за положением солнца. Система наращивает стоимость и сложность. Имея это в виду, можно различать разные конструкции по тому, как они концентрируют свет и отслеживают положение солнца.
Эскиз конструкции параболического желоба. Изменение положения параллельного приемнику не требует регулировки зеркал. Параболический желоб В электростанциях используется изогнутый зеркальный желоб, который отражает прямое солнечное излучение на стеклянную трубку, содержащую жидкость (также называемый приемником, поглотителем или коллектором), проходящий по длине желоба, расположенный в фокусной точке отражателей. Желоб параболический по одной оси и линейный по ортогональной оси. Для изменения суточного положения солнца перпендикулярно приемнику желобится наклоняется с востока на запад, так что прямое излучение остается сфокусированным на приемнике. Однако сезонные изменения угла падения солнечного света параллельно желобу не требуют регулировки зеркал, поскольку свет просто концентрируется в другом месте приемника. Таким образом, конструкция желоба не требует установки по второй оси. Ресивер может быть заключен в стеклянную вакуумную камеру. Вакуум снижает конвективные потери тепла.
Жидкость (также называемая жидкимлоносителем) проходит через приемник и становится очень горячей. Обычными жидкостями являются синтетическое масло, расплав и сжатый пар. Жидкость, содержащая тепло, транспортируется в тепловой двигатель, где около трети тепла преобразуется в электричество.
Полномасштабные системы параболических желобов состоят из множества таких желобов, выполняемых на большой площади земли. С 1985 года солнечная тепловая система, использующая этот принцип, полностью работает в Калифорнии в США. Она называется системой Системы производства солнечной энергии (SEGS). Другим конструкциям CSP не хватает длительного опыта, и поэтому в настоящее время можно сказать, что конструкция параболического желоба является наиболее тщательно проверенной технологией CSP.
SEGS представляет собой совокупность общей мощностью 354 МВт и на протяжении многих лет является крупнейшей в мире солнечной электростанцией, как тепловой, так и нетепловой. Более новая установка - Nevada Solar One мощностью 64 МВт. Солнечные электростанции Andasol мощностью 150 МВт находятся в Испании, каждая из которых имеет мощность 50 МВт. Обратите внимание, что эти установки имеют теплоаккумулятор, что требует большего количества солнечных коллекторов по сравнению с размером паровой турбины-генератора для одновременного хранения тепла и передачи тепла в паровую турбину. Накопление тепла позволяет лучше использовать паровую турбину. При дневной и некоторой ночной работе паровая турбина Andasol 1 при пиковой мощности 50 МВт производит больше энергии, чем Nevada Solar One при пиковой мощности 64 МВт, из-за системы хранения энергии бывшего завода и большего солнечного поля. В 2013 году в Аризоне была введена в эксплуатацию генерирующая станция Solana мощностью 280 МВт с 6 часами накопления энергии. Интегрированная солнечная электростанция комбинированного цикла Hassi R'Mel в Алжире и Центр солнечной энергии Martin Next Generation используют параболические желоба в комбинированном цикле с природным газом.
Внутри закрытой желобной системы Закрытая конструкция желоба инкапсулирует солнечную тепловую систему внутри теплицы. Тепличная защитная среда, способная отрицательно повлиять на надежность и эффективность солнечной системы.
Легкие изогнутые солнечные зеркала подвешены внутри конструкции теплицы. одноосная система слежения позиционирует зеркала, чтобы солнце и фокусировать его свет на сети стационарных стальных труб, также подвешенных к конструкции теплицы. Пар генерируется напрямую с использованием воды нефтяного качества, поскольку вода течет от входа по всей длине труб, без теплообменников или промежуточных рабочих жидкостей.
Произведенный пар непрерывно закачивается в нефтяной пласт. Защита зеркал от ветра позволяет им достичь более высоких температур и предотвращает накопление пыли в результате воздействия воздействием. GlassPoint Solar, компания, создающая дизайн закрытого желоба, заявляет, что ее технология может выполнять тепло для EOR по цене около 5 долларов за миллион британских тепловых единиц в солнечных регионах, по сравнению с 10 и 12 долларами для других красивых солнечных тепловых технологий.
Закрытая система желоба GlassPoint использовалась в Miraah в Омане, недавно было объявлено о новом проекте компании по внедрению технологии закрытых желобов на Южно-Белриджское нефтяное месторождение, около Бейкерсфилд, Калифорния.
Солнечная электрическая генерирующая система Ivanpah со всеми башнями под нагрузкой, февраль 2014 г. Снято с трассы I-15 в округ Сан-Бернардино, Калифорния. Вдалеке виден горный хребет Кларк. Вышки энергии (также известные как электростанции «центральной башни» или электростанции «гелиостат ») захватывают и захватывают сфокусировать тепловую энергию солнца с помощью тысяч отслеживающих зеркал (называемых гелиостатами) в поле примерно в две квадратных мили. В поля гелиостата находится центре башни. Гелиостаты фокусируют концентрированный солнечный свет на приемнике, который находится наверху башни. Внутри приемника концентрированный солнечный свет нагревает расплавленную соль до более чем 1000 ° F (538 ° C). Затем нагретая расплавленная соль поступает в резервуар для хранения тепла, где она хранится, тепловая КПД 98%, и в конечном итоге перекачивается в парогенератор. Пар приводит в движение стандартную турбину для выработки электроэнергии. Этот процесс, также известный как «цикл Ренкина», похож на стандартную угольную электростанцию, за исключением того, что он работает на чистой и бесплатной солнечной энергии.
Преимущество этой конструкции по с конструкцией параболического желоба - более высокая температура. Тепловую энергию при более высоких температурах можно более эффективно преобразовать в электричество и с меньшими затратами сохранить для дальнейшего использования. Кроме того, уменьшение потребности в выравнивании земли. В принципе, силовую вышку можно построить на склоне холма. Зеркала могут быть плоскими, а сантехника сосредоточена в башне. Недостатком является то, что каждое зеркало должно иметь собственное двухосное управление, в то время как в конструкции параболического желоба отслеживание одной оси может использоваться совместно для большого массива зеркал.
Сравнение затрат и производительности между силовыми башнями и концентраторами с параболическими желобами было проведено NREL, которое подсчитало, что к 2020 году электричество можно будет производить из вышек по цене 5,47 / кВтч и 6,21 / кВтч из параболических желобов. Коэффициент пропускной способности для опор электропередач составил 72,9% и 56,2% для параболических желобов. Есть некоторая надежда, что разработка дешевых, долговечных, производимых в массовом производстве компонентов гелиостатных электростанций может снизить эту стоимость.
Первой коммерческой башенной электростанцией была PS10 в Испании мощностью 11 МВт, завершено в 2007 году. С тех пор было предложено несколько станций, несколько из них были построены в некоторых странах (Испания, Германия, США, Турция, Китай, Индия), но несколько предложенных станций были отменены, поскольку на фотоэлектрическую солнечную энергию резко упали. Башня солнечной энергии была запущена в Южной Африке в 2016 году. Солнечная электростанция Иванпа в Калифорнии вырабатывает 392 МВт электроэнергии из трех башен, что делает ее крупнейшей солнечной электростанцией, когда она была введена в эксплуатацию в конце 2013 года.
Параболическая солнечная тарелка, концентрирующая солнечные лучи на нагревательном элементе двигателя Стирлинга. Вся установка действует как солнечный трекер..Известно, что CSP-Stirling имеет наивысший КПД среди всех солнечных технологий (около 30% по сравнению с примерно 15% среди солнечной фотоэлектрической), и, по прогнозам, может выполнить дешевая энергию всех наиболее возобновляемых источников энергии в крупномасштабных производствах и в в. жарких районов, полупустынях и т. д. Система тарелки Стирлинга использует большую отражающую параболическую тарелку (аналогичную в форме к антенне спутникового телевидения). Он фокусирует весь солнечный свет, падающий на тарелку, в одну точку над тарелкой, где приемник улавливает тепло и преобразует его в полезную форму. Обычно тарелка соединяется с двигателем Стирлинга в системе тарелки-Стирлинга, но иногда также используется паровой двигатель. Они показывают кинетическую энергию вращения, которая может быть преобразована в электричество с помощью электрического генератора.
В 2005 году Эдисон в Южной Калифорнии объявил о соглашении о покупке двигателей Стирлинга на солнечной энергии у Stirling Energy Systems в течение двадцати лет и в количествех (20 000 единиц), достаточных для выработки 500 мегаватт электроэнергии. В январе 2010 года Stirling Energy Systems и Tessera Solar ввели в эксплуатацию первую демонстрационную 1,5-мегаваттную электростанцию («Maricopa Solar»), использующую Стирлинга, в Пеории, штат Аризона. В начале 2011 года подразделение разработки Stirling Energy, Tessera Solar, продало два своих крупных проекта, проект Calico мощностью 709 МВт и проект Calico мощностью 850 МВт, компании AES Solar и K.Road, соответственно. В 2012 году завод Maricopa был куплен и демонтирован United Sun Systems. United Sun Systems выпустила систему нового, основанную на V-образном двигателе Стирлинга с максимальной производительностью 33 кВт. Новая технология CSP-Stirling снижает LCOE до 0,02 доллара США по шкалености.
По исследованиям шведской фирмы, в 2015 году ее система Dish Sterling проходила испытания в в Южной Африке Пустала КПД 34%. Линейный отражатель Френеля в силовой установке использует серию длинных, узких и мелких - изогнутые (или даже плоские) зеркала для фокусировки света на один или несколько линейных приемников, использования над зеркалами. Сверху приемника можно прикрепить небольшое параболическое зеркало для дальнейшей дальнейшей деятельности света. Эти системы нацелены на снижение общих затрат за счет совместного использования приемника между несколькими зеркалами (по сравнению с концепциями лотка и тарелки), в то же время используя простую геометрию линейного фокуса с одной осью для отслеживания. Это похоже на конструкцию желоба (и отличается от центральных башен и тарелок с двумя осями). Ресивер является стационарным, поэтому гидравлические муфты не требуются (как в желобах и тарелках). Зеркала также не нуждаются в опоре ствольной коробки, поэтому они конструктивно проще. когда используются подходящие стратегии прицеливания (зеркала нацелены на разные приемники в разное время дня), это может более плотную упаковку зеркал на доступной площади. Конкурирующие технологии одноосного слежения включают относительно новые технологии линейного рефлектора Френеля (LFR) и компактного LFR (CLFR). LFR отличается от параболического желоба тем, что поглотитель закреплен в пространстве над зеркальным полем. Кроме того, отражатель состоит из сегментов нижнего ряда, которые вместе фокусируются на приподнятом длинном башенном приемнике, идущем вдоль оси вращения отражателя. Прототипы концентраторов линзы Френеля были созданы для сбор тепловой энергии компанией International Automated Systems. Известно, что полномасштабные тепловые системы с линзами Френеля не работают, хотя продукты, включающие линзы Френеля, объединены с фотоэлектрическими элементами, уже доступны. MicroCSP используется для сообществ электростанции (от 1 МВт до 50 МВт), для промышленных, сельскохозяйственных и промышленных применений «технологического тепла», а также когда требуется большое количество горячей воды, например, бассейны курортных комплексов, аквапарки, большие прачечные, стерилизация, дистилляция и другое такое использование. Закрытая параболоцилиндрическая солнечная тепловая система инкапсулирующих компонентов в теплице стандартного типа. Тепличные компоненты от элементов, которые отрицательно влияют на надежность и эффективность системы. Эта защита, что важно, включает в себя ночную мойку стеклянной крыши с помощью оптимизированных инструментов в наличии автоматических систем мойки с низким расходом воды. Легкие изогнутые зеркала, отражающие солнечные лучи, подвешены к потолку теплицы на проволоке. система слежения с одной осью позиционирует зеркала таким образом, чтобы получать оптимальное количество солнечного света. Зеркала концентрируют солнечный свет и фокусируют его сети стационарных стальных труб, также подвешенных к конструкции теплицы. Вода прокачивается по трубам и кипятится для образования пара при воздействии интенсивного солнечного излучения. Пар доступен для технологического тепла. Защита зеркал от ветра позволяет им достичь более высоких температур и предотвращает накопление пыли на зеркалах в результате воздействия окружающей среды. Удерживается больше энергии в более высокочастотном свете на основе формулы E = h ν {\ displaystyle E = h \ nu} Тепло в солнечной системе руководствуется пятью функциональными принципами: приток тепла; теплопередача ; аккумулирование тепла ; теплопередача ; и теплоизоляция. Здесь является мерой количества тепловой энергии, содержащейся в объекте, и определяется температурой, массой и удельнойемкостью объекта. Солнечные тепловые электростанции используют теплообменники, которые рассчитаны на постоянные условия работы, чтобы обеспечить теплообмен. Медные теплообменники важны системы солнечного отопления и охлаждения из-за высокой теплопроводности меди, устойчивости к атмосферной и водной коррозии, герметизации и соединения пайкой и механической прочности. Медь используется как в приемниках, так и в первичных контурах (трубы и теплообменники для резервуаров с водой) солнечных систем термальной воды. Прирост тепла - это тепло, аккумулируемое солнцем в системе. Тепловое солнечное тепло улавливается с помощью парникового эффекта ; парниковый эффект в данном случае - это способность отражающей поверхности пропускать коротковолновое излучение и отражать длинноволновое излучение. Тепло и инфракрасное излучение (ИК) образуются, когда свет коротковолнового излучения попадает на пластину поглотителя, которая задерживается внутри коллектора. Жидкость, обычно вода, в трубках абсорбера собирает захваченное и тепло передает его в хранилище тепла. Тепло передается за счет теплопроводности или конвекции. Когда вода нагревается, кинетическая энергия передается за счет теплопроводности молекулам воды по всей среде. Эти молекулы распространяют свою тепловую энергию за счет проводимости и занимают больше места, чем холодные, медленно движущиеся молекулы над ними. Распределение энергии от поднимающейся горячей воды к опускающейся холодной воде вызывает процесс конвекции. Тепло передается от пластин поглотителя коллектора в жидкости за счет теплопроводности. Жидкость коллектора циркулирует по несущим трубам в теплообменник. Внутри свода тепло передается по среде за счет конвекции. Накопление тепла позволяет солнечным тепловым электростанциям вырабатывать электроэнергию в течение нескольких часов без солнечного света. Тепло передается теплоносителю в изолированном резервуаре в часах с солнечным светом и отбирается для выработки электроэнергии в часы отсутствия солнечного света. Теплоаккумуляторы будут рассмотрены в разделе аккумулирования тепла. Скорость теплопередачи зависит от проводящей и конвекционной среды, а также от разницы температуры. Тела с большим перепадом температур передают тепло быстрее, чем тела с меньшим перепадом температур. Перенос тепла относится к деятельности, при которой от солнечного коллектора переносится в хранилище хранения тепла. Теплоизоляция жизненно важна как для теплопередающих труб, так и для хранилища. Это предотвращает потерю тепла, которая, в свою очередь, стремится с потерей энергии или снижением эффективности системы. Накопление тепла позволяет солнечной тепловой установке выполнить электроэнергию в ночное время и в пасмурные дни. Это позволяет использовать солнечную энергию для генерации нагрузки, а также пиковой выработки электроэнергии, с потенциалом вытеснения как угольных, так и газовых электростанций. Кроме того, использование генератора выше, что снижает стоимость. Даже краткосрочное хранение может помочь, сгладив «утиную кривую » требования к генерации на закате, когда сеть включает в себя большие объемы солнечной энергии. Тепло передается теплоносителю в изолированном резервуаре в течение дня и отводится для выработки электроэнергии ночью. Теплоаккумулирующие среды включают сжатый пар, бетон, различные материалы с фазовым переходом и расплавленные соли, такие как нитрат кальция, натрия и калия. Башня солнечной энергии PS10 накапливает тепло в резервуарах в виде пара под давлением при 50 бар и 285 ° C. Пар конденсируется и снова превращается в пар при понижении давления. Хранение 1 час. Предполагается, что возможно более длительное хранение, но это не было доказано на существующей электростанции.Технологии Френеля
Отражатель Френеля MicroCSP
Закрытый параболический желоб
Сбор и обмен тепла
Накопление тепла для основных электрических нагрузокПаровой аккумулятор
Хранение расплавленной соли
150 МВт Солнечная электростанция Andasol является коммерческой параболический желоб солнечная тепловая электростанция, расположенная в Испании. Завод в Андасоле использует резервуары для хранения солнечной энергии, чтобы он мог продолжать вырабатывать электричество, даже когда солнце не светит.
Расплавленная соль используется для переноса тепла в системах солнечных электростанций, поскольку она находится в жидком состоянии при атмосферном давлении, представляет собой недорогую среду для хранения тепла, его рабочие температуры с современными паровыми турбинами, он не воспламеняется и не токсичен. Расплавленная соль также используется в химической и металлургической промышленности для переноса тепла.
Первая коммерческая расплавленная смесь солей представляет собой обычную форму селитры, 60% нитрата натрия и 40% нитрата калия. Селитра плавится при 220 ° C (430 ° F) и хранится в жидком состоянии при 290 ° C (550 ° F) в изолированном резервуаре для хранения. Нитрат кальция может снизить температуру плавления до 131 ° C, что позволяет извлечь больше до того, как соль замерзнет. В настоящее время существует несколько технических сортов нитрата кальция, стабильных при температуре более 500 ° C.
Эта солнечная энергетическая система может генерировать электроэнергию в пасмурную погоду или ночью, используя тепло резервуара с горячей солью. Резервуары утеплены, представлены тепло в течение недели. Танки, которые приводят в действие турбину мощностью 100 мегаватт в течение четырех часов, имеют высоту около 9 м (30 футов) и диаметр 24 м (80 футов).
Электростанция Andasol в Испании - первая коммерческая солнечная тепловая электростанция, использующая расплав соли для хранения тепла и выработки энергии в ночное время. Она была введена в эксплуатацию в марте 2009 года. 4 июля 2011 года испанская компания отметила исторический момент для солнечной энергетики: концентрирующая солнечная электростанция Torresol мощностью 19,9 МВт стала первой в мире, которая непрерывно вырабатывала электроэнергию в течение 24 часов подряд с использованием расплавленной соли. хранение тепла.
В 2016 году SolarReserve предложила построить солнечную электростанцию с концентрацией 2 ГВт, стоимостью 5 миллиардов долларов и хранилищем в Неваде.
С января 2019 года проект Shouhang Energy Saving Dunhuang мощностью 100 МВт на солнечной энергетической фототермической электростанции был подключен к сети и начал работу. Его конфигурация включает 11-часовую систему аккумулирования энергии расплавленной соли и может генерировать электроэнергию последовательно в течение 24 часов.
Материал с фазовым переходом (PCM) представляет альтернативное решение в хранилище энергии. Используя аналогичную инфраструктуру теплопередачи, ПКМ могут стать более эффективным средством хранения. PCM могут быть органическими или неорганическими материалами. К преимуществам нашей ПКМ относится отсутствие коррозии, низкое переохлаждение или отсутствие переохлаждения, а также химическая и термическая стабильность. К недостаткам низкая энтальпия фазового перехода, низкая теплопроводность и воспламеняемость. Неорганические соединения обладают более высокой энтальпией фазового превращения, но обладают недостатками, заключающимися в переохлаждении, разделении фаз и отсутствии термической стабильности. Большая энтальпия фазового превращения в неорганических PCM делает гидратные соли сильным кандидатом в области накопления солнечной энергии.
Конструкция, которая требует воды для кондцииции или охлаждения, может противоречить положение солнечных тепловых станций в пустынных районах с хорошей солнечной радиацией, но ограниченными водными ресурсами. Конфликт иллюстрируется районеами Solar Millennium, немецкой компании, построить завод в долине Амаргоса в Неваде, для чего потребуется 20% этой воды, доступной в. Некоторые другие проектируемые электростанции той же и других компаний в пустыне Мохаве в Калифорнии также могут быть затронуты труды в получении адекватных и надлежащих прав на воду. Закон Калифорния о воде в настоящее время запрещает использование питьевой воды для охлаждения.
Для других конструкций требуется меньше воды. Солнечная электростанция Иванпа на юго-востоке Калифорнии сберегает дефицитную воду пустыни за счет использования воздушного охлаждения для преобразования пара обратно в воду. По сравнению с обычным влажным охлаждением это приводит к сокращению расхода воды на 90% за счет некоторой потери эффективности. Затем вода возвращается в котел в замкнутом процессе, который является экологически чистым.
Из всех этих технологий солнечная тарелка / двигатель Стирлинга имеет наивысшую энергоэффективность. Одна солнечная тарелка - двигатель Стирлинга, установленный в Sandia National Laboratories National Solar Thermal Test Facility (NSTTF), вырабатывает до 25 кВт электроэнергии, с эффективностью преобразование 31,25%.
Солнечные параболоцилиндрические установки были построены с эффективностью около 20%. Отражатели Френеля имеют несколько меньшую эффективность (но это компенсируется более плотной упаковкой).
Общий КПД преобразования (с учетом того, что солнечные тарелки или желоба занимают только часть площади электростанции), составляет общую генерирующую мощность над солнечной энергией, которая составляет общую площадь солнечной установки. Электростанция SCE / SES мощностью 500 мегаватт (МВт) будет извлекать около 2,75% радиации (1 кВт / м²; см. Солнечная энергия для обсуждения), которая попадает на ее 4500 акров (18,2 км²). Для электростанции AndaSol мощностью 50 МВт, которая строится в Испании (общая площадь 1300 × 1500 м = 1,95 км²), общая эффективность преобразования составляет 2,6%.
Эффективность не связана напрямую со стоимостью: общая стоимость включает строительство и обслуживание.
Портал энергии 
Портал возобновляемой энергии  | На Wikimedia Commons есть материалы, связанные с солнечной тепловой энергией. |
