Человеческая цивилизация – самое опасное для планеты явление, оказывающее крайне негативное влияние на состояние экосистемы. Среди многих отрицательных факторов следует остановиться на одном – увеличении в атмосфере углекислого газа. Он запускает в действие необратимое увеличение температуры с непредсказуемыми последствиями. Для минимизации явления на международном уровне принято решения об альтернативной возобновляемой энергетике. Один из ее видов – солнце, для использования его тепловой энергии применяется солнечный концентратор.
Виды конструкции
Задача концентраторов – собрать с большой площади тепловые инфракрасные лучи и направить их в одну точку для передачи энергии носителям. Приемные коллекторы нагреваются до +350–700°С, рабочая температура поддерживается в пределах +600°С, что объясняется физическими свойствами применяемых теплоносителей. Какие схемы применяются при создании солнечных концентраторов?
Параболическая
Агрегаты состоят из лотков параболической формы, лучи фокусируются на установленных металлических трубках черного цвета. Для уменьшения потерь они закрываются стеклянной трубкой – потери минимизируются за счет исключения конвекции воздушных потоков. Тепло солнца передается теплоносителю (солевой расплав из 60% натриевой и 40% калийной селитры), небольшие станции используют простые растворы. Надо знать, что чем ниже плотность жидкости, тем меньше она накапливает энергии, а это уменьшает и так слабый коэффициент полезного действия оборудования.
Установки оснащаются одноосными или двуосными системами слежения за положением солнца, в редких случаях делаются стационарными. Именно такой солнечный концентратор своими руками можно сделать на приусадебном участке, место солевых растворов использовать обыкновенную воду. Недостаток – низкая эффективность повышает стоимость произведенной энергии. Преимущества: сглаживают пиковые нагрузки гибридной системы, на сегодняшний день выработано 4500 ГВт/ч, накоплен большой практический опыт работы установок. У параболических антенн самый простой механизм слежения.
Тарельчатая
Внешним видом и принципом действия напоминает спутниковую антенну, только последняя концентрирует электромагнитные волны кроткого диапазона, а первая тепловые инфракрасные электромагнитные волны. Приемники энергии устанавливаются в фокусе каждой антенны, теплоноситель может нагреваться до +1000°С. Электрическая энергия вырабатывается компактными генераторами непосредственно в антенне. Такие станции применяются как для автономного питания небольших потребителей, так и для подключения к существующим электрическим сетям (в гибридном режиме). Диметр зеркал достигает 7 м, мощность ≈ 25 кВт, КПД до 29%. Недостатки: по многим техническим параметрам не отвечают требованиям потребителей, большой популярностью не пользуются. Достоинства: может регулировать пики нагрузок в сети, имеет высокие параметры преобразования, модульность, работают в гибридных системах.
Башенная
Лучи фокусируются на удаленной башне с теплоприемником, система автоматического слежения за положением солнца обеспечивает постоянную концентрацию лучей в одной точке. Нагретая жидкость подается на генератор или закачивается в хранилище, тепловая энергия из него используется ночью или в облачную погоду. Упрощенный башенный солнечный концентратор для отопления может использоваться для обогрева зданий и сооружений, в том числе и частных домов. Температура жидкости в башне превышает +1000°С, тепло используется для производства электрической энергии, в технических целях или для систем отопления.
Сравнительные технические характеристики различных концентраторов
В настоящее время идеального решения нет, каждый вид оборудования имеет свои сильные и слабые стороны. В таблице даны характеристики действующих промышленных солнечных станций с различными видами концентраторов.
Общие недостатки солнечных концентраторов
Решение об изготовлении оборудования нужно принимать только после объективного анализа его положительных и отрицательных характеристик.
- Проблемы изготовления. Особой сложностью отличается механизм слежения за положением солнца, нужны точные механические приводы и специальные компьютерные программы управления. Кроме того, механизм должен постоянно иметь питание, выполнить это условие не всегда возможно. Проще изготавливать стационарные концентраторы, но их КПД крайне низкий.
- Высокая себестоимость. Только специальная государственная поддержка возобновляемой энергетики делает ее рентабельной.
Применять концентраторы для нагрева воды лишь для отопительных систем нецелесообразно, есть более эффективные системы солнечных коллекторов.
