Quyosh issiqlik kontsentratori. Quyosh energiyasi

Quyosh issiqlik kontsentratori. Quyosh energiyasi

Faoliyat printsipi bo'yicha quyosh kontsentratorlari ulardan juda farq qiladi. Bundan tashqari, issiqlik tipidagi quyosh elektr stantsiyalari bir qator xususiyatlarga ko'ra fotovoltaiklarga qaraganda ancha samaralidir.
Quyosh konsentratorining vazifasi diqqatni jamlashdir Quyosh nurlari sovutish suvi solingan idishlarda, masalan, yog 'yoki suv bo'lishi mumkin, ular quyosh energiyasini yaxshi singdiradi. Konsentratsiya usullari har xil: parabolik silindrsimon kontsentratorlar, parabolik nometall yoki geliosentrik minoralar.
Ba'zi kontsentratorlarda quyosh nurlanishi fokus chizig'i bo'ylab, boshqalarida - qabul qiluvchi joylashgan markazda joylashgan. Quyosh nurlari dan aks etganda kattaroq sirt kichikroq sirtda (qabul qiluvchining yuzasida), erishiladi yuqori harorat, sovutish suvi qabul qilgich orqali harakatlanib, issiqlikni yutadi. Butun tizim shuningdek, saqlash qismi va quvvat uzatish tizimini ham o'z ichiga oladi.
Konsentratorlarning samaradorligi bulutli davrlarda sezilarli darajada kamayadi, chunki faqat to'g'ridan-to'g'ri quyosh nurlari yo'naltiriladi. Aynan shuning uchun bunday tizimlar insolyatsiya darajasi yuqori bo'lgan hududlarda eng yuqori samaradorlikka erishadi: cho'llarda, ekvator mintaqasida. Quyosh radiatsiyasidan foydalanish samaradorligini oshirish uchun kontsentratorlar quyosh yo'nalishi bo'yicha eng aniq yo'nalishni ta'minlaydigan maxsus trekerlar, kuzatuv tizimlari bilan jihozlangan.
Quyosh konsentratorlarining narxi yuqori va kuzatuv tizimlari davriy texnik xizmat ko'rsatishni talab qilganligi sababli, ulardan foydalanish asosan sanoat energiya ishlab chiqarish tizimlari bilan cheklangan.
Bunday o'rnatishlar gibrid tizimlarda, masalan, uglevodorod yoqilg'isi bilan birgalikda ishlatilishi mumkin, keyin saqlash tizimi ishlab chiqarilgan elektr energiyasining narxini pasaytiradi. Bu mumkin bo'ladi, chunki avlod kechayu kunduz sodir bo'ladi.

Parabolik quvurli quyosh kontsentratorlari uzunligi 50 metrgacha, ular cho'zilgan oyna parabolasiga o'xshaydi. Bunday kontsentrator konkav oynalar majmuasidan iborat bo'lib, ularning har biri quyoshning parallel nurlarini to'playdi va ularni ma'lum bir nuqtaga qaratadi. Bunday parabola bo'ylab sovutish suvi bo'lgan quvur joylashganki, ko'zgular aks ettiradigan barcha nurlar unga qaratilgan. Issiqlik yo'qotilishini kamaytirish uchun quvur silindrning fokus chizig'i bo'ylab cho'zilgan shisha naycha bilan o'ralgan.
Ushbu konsentratorlar shimoldan janubga qarab qatorlar bo'lib joylashtirilgan va ular, albatta, quyosh energiyasini kuzatish tizimlari bilan jihozlangan. Chiziqga yo'naltirilgan radiatsiya sovutish suvini deyarli 400 darajaga qizdiradi, u issiqlik almashtirgichlardan o'tib, generatorning turbinini aylantiradigan bug 'hosil qiladi.
Adolat uchun shuni ta'kidlash kerakki, fotosel ham quvur o'rnida joylashgan bo'lishi mumkin. Biroq, fotoelementlar yordamida kontsentratorlarning o'lchamlari kichikroq bo'lishi mumkinligiga qaramay, bu samaradorlikning pasayishi va qizib ketish muammosi bilan to'la bo'lib, uni ishlab chiqishni talab qiladi. sifat tizimi sovutish.
80-yillarda Kaliforniya cho'lida umumiy quvvati 354 MVt bo'lgan parabolik silindrsimon kontsentratorlarda 9 ta elektr stantsiyasi qurilgan. Keyin xuddi shu kompaniya (Luz International) Deggettda quvvati 13,8 MVt bo'lgan SEGS I gibrid stantsiyasini qurdi, unga qo'shimcha ravishda pechlar o'rnatilgan. tabiiy gaz... Umuman olganda, 1990 yilga kelib kompaniya umumiy quvvati 80 MVt bo'lgan gibrid elektr stansiyalarini qurdi.
Parabolik elektr stansiyalarida quyosh energiyasi ishlab chiqarishni rivojlantirish Marokash, Meksika, Jazoir va boshqa rivojlanayotgan mamlakatlarda Jahon banki mablag'lari hisobidan amalga oshirilmoqda.
Natijada, mutaxassislar bugungi kunda parabolik elektr stansiyalari rentabellik va samaradorlik nuqtai nazaridan minora va disk tipidagi quyosh elektr stantsiyalaridan pastroq degan xulosaga kelishdi.


- bular sun'iy yo'ldosh antennalariga o'xshash parabolik nometall bo'lib, ular yordamida quyosh nurlari har bir bunday idishning markazida joylashgan qabul qilgichga qaratilgan. Shu bilan birga, ushbu isitish texnologiyasi bilan sovutish suvi harorati 1000 darajaga etadi. Issiqlik tashuvchi suyuqlik darhol qabul qiluvchi bilan birlashtirilgan generator yoki dvigatelga beriladi. Bu erda, masalan, Stirling va Brighton dvigatellari ishlatiladi, ular bunday tizimlarning ish faoliyatini sezilarli darajada oshirishi mumkin, chunki optik samaradorlik yuqori va dastlabki xarajatlar past.
Parabolik tovoq tipidagi quyosh stansiyasining samaradorligi bo'yicha jahon rekordi issiqlik energiyasini elektr energiyasiga aylantirishda, Rancho Mirageda Stirling dvigateli bilan birlashtirilgan idish-tovoq tipidagi o'rnatishda erishilgan samaradorlik 29% ni tashkil etadi.
Modulli dizayn tufayli quyoshli poppet tipidagi tizimlar juda istiqbolli bo'lib, ular umumiy elektr tarmoqlariga ulangan gibrid iste'molchilar uchun ham, mustaqil bo'lganlar uchun ham kerakli quvvat darajalariga osongina erishish imkonini beradi. Misol tariqasida Jorjiya shtatida joylashgan diametri 7 metrli 114 parabolik oynadan iborat STEP loyihasini keltirish mumkin.
Tizim o'rta, past va bug' ishlab chiqaradi Yuqori bosim... Past bosimli bug' trikotaj fabrikasining konditsioner tizimiga, o'rta bosimli bug' trikotaj sanoatining o'ziga, yuqori bosimli bug' esa to'g'ridan-to'g'ri elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun beriladi.
Albatta, Stirling dvigateli bilan birlashtirilgan quyosh diskli kontsentratorlar yirik energiya kompaniyalari egalarini qiziqtiradi. Shunday qilib, Science Applications International korporatsiyasi uchta energetika kompaniyasi bilan hamkorlikda Stirling dvigateli va parabolik nometalllardan foydalangan holda 25 kVt elektr energiyasi ishlab chiqarish imkoniyatiga ega bo‘lgan tizimni ishlab chiqmoqda.

Markaziy qabul qiluvchiga ega minora tipidagi quyosh elektr stansiyalarida quyosh radiatsiyasi minora tepasida joylashgan qabul qiluvchiga qaratiladi.... Minora atrofida katta raqam joylashtirilgan reflektorlar-geliostatlar... Heliostatlar ikki o'qli quyoshni kuzatish tizimi bilan jihozlangan, buning natijasida ular doimo aylantiriladi, shunda nurlar issiqlik qabul qiluvchiga statsionar to'planadi.
Qabul qilgich issiqlik energiyasini o'zlashtiradi, keyin esa generatorning turbinasini aylantiradi.
Qabul qilgichda aylanib yuradigan suyuq sovutish suvi bug'ni issiqlik akkumulyatoriga o'tkazadi. Odatda ishlar 550 daraja haroratli suv bug'lari, havo va 1000 darajagacha bo'lgan boshqa gazsimon moddalar, past qaynash nuqtasi bo'lgan organik suyuqliklar - 100 darajadan past, shuningdek suyuq metall - 800 darajagacha.
Stansiyaning maqsadiga qarab, bug 'elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun turbinani aylantirishi yoki to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqarishda ishlatilishi mumkin. Qabul qilgichdagi harorat 538 dan 1482 darajagacha.
Janubiy Kaliforniyadagi Solar One elektr minorasi, o'zining birinchi turlaridan biri bo'lib, dastlab bug'-suv tizimi orqali 10 MVt quvvatga ega elektr energiyasi ishlab chiqargan. Keyin u modernizatsiya qilindi va erigan tuzlar va issiqlik saqlash tizimida ishlaydigan takomillashtirilgan qabul qilgich sezilarli darajada samaraliroq bo'ldi.
Bu issiqlik saqlash minorasi elektr stansiyalari uchun quyosh kontsentratsiyasi texnologiyasida yutuqga olib keldi: bunday elektr stantsiyasida quvvat kerak bo'lganda ishlab chiqarilishi mumkin, chunki issiqlik saqlash tizimi issiqlikni 13 soatgacha saqlashi mumkin.
Eritilgan tuz texnologiyasi quyosh issiqligini 550 daraja saqlash imkonini beradi va endi elektr energiyasini kunning istalgan vaqtida va istalgan ob-havoda ishlab chiqarish mumkin. 10 MVt quvvatga ega "Solar Two" minora stansiyasi ushbu turdagi sanoat elektr stantsiyalarining prototipiga aylandi. Kelajakda - yirik sanoat korxonalari uchun quvvati 30 dan 200 MVt gacha bo'lgan sanoat korxonalarini qurish.
Istiqbollar juda katta, ammo rivojlanish zarurat bilan to'sqinlik qilmoqda katta maydonlar va sanoat miqyosidagi minora stansiyalarini qurish uchun katta xarajatlar. Masalan, 100 megavatt quvvatga ega minora stansiyasini joylashtirish uchun 200 gektar maydon kerak bo‘lsa, 1000 megavatt elektr energiyasi ishlab chiqarishga qodir atom elektr stansiyasi uchun bor-yo‘g‘i 50 gektar maydon kerak bo‘ladi. Kichik quvvatlar uchun parabolik silindrsimon stansiyalar (modulli tip), o'z navbatida, minoralarga qaraganda ancha tejamkor.
Shunday qilib, minora va parabolik silindrsimon kontsentratorlar tarmoqqa ulangan 30 MVt dan 200 MVt gacha bo'lgan elektr stantsiyalari uchun mos keladi. Modulli disk konsentratorlari bir necha megavatt talab qiladigan tarmoqlarni avtonom quvvat bilan ta'minlash uchun javob beradi. Minora va plastinka tizimlarini ishlab chiqarish qimmatga tushadi, lekin ular juda yuqori samaradorlikni beradi.
Ko'rib turganingizdek, parabolik silindrsimon kontsentratorlar kelgusi yillar uchun eng istiqbolli quyosh kontsentratsiyasi texnologiyasi sifatida optimal pozitsiyani egallaydi.
Ming yillikning boshidan beri quyosh nurlari energiyasidan foydalanish imkoniyatlari va usullari insoniyatning eng zo'r aql-idroki bilan bog'liq. O'shanda ham odamlar Quyosh deb atalgan samoviy jism tuganmas energiya nurlanish manbai ekanligini juda yaxshi tushunishgan. Biroq, o'sha paytda hech kim qanday qilib "o'g'irlash" va o'z manfaatlari yo'lida foydalanishni aniqlay olmadi. Bugungi kungacha yetib kelgan manbalarga ko'ra, antik davr yozuvchilari Plutarx va Polibiy birinchi marta o'z qo'li bilan chizmalarni yozgan va ishchi ixtironi yig'gan shaxs Arximed ekanligini ta'kidlagan.

Bu optikaga asoslangan ba'zi qurilmalar yordamida quyosh radiatsiyasining nurlanishini bitta kuchli oqimga to'playdigan qurilma edi. Keyinchalik, ixtiro yirtqich maqsadlar bilan kelgan Rimliklarning imperator flotini yo'q qilish uchun ishlatilgan.

Aslini olganda, donishmand yunon muhandisining o'z qo'llari bilan yig'gan ixtirosi Yer sayyorasida quyosh energiyasi asosida yaratilgan birinchi parabolik kontsentrator bo'lib, uning printsipi nurlanishni bitta kichik nurda to'plashdan iborat edi.
Bunday nurga ta'sir qiladigan joyda harorat darajasi 300 dan 400 darajagacha bo'lishi mumkin. Rim dengiz flotining har qanday kemasining (o'sha paytda butunlay yog'ochdan iborat bo'lgan) korpusida to'plangan bunday energiya dengiz kemasini yoqish uchun etarli bo'lar edi. Bugungi kunda Arximedning dunyoga qanday ixtiro qilgani haqida faqat taxmin qilish mumkin, ammo bunga asoslanib. zamonaviy bilim va bu energiya sohasidagi texnologiyalar va yutuqlar haqidagi g'oyalar, faqat ikkita mumkin bo'lgan variant bor edi.
Boshlash uchun, ixtironing nomi quyosh kontsentratoridir, bu nom o'zi uchun gapiradi.
Har ikki tomondagi linzali qavariq eng oddiy kontsentratorga misol bo'la oladi
Bu sirtning ma'lum bir egri chizig'i orqali quyosh nurlanishini ushlab, nurlarni bir nuqtada to'playdigan va energiyaning ko'p o'sish sur'atlariga erishadigan qurilma. Biz hammamiz o'tmishdagi yoshligimizdan oddiy ob'ektivni eslaymiz, ikkala tomoni qavariq - bu eng oddiy konsentratorning namunasidir. Quyoshli ob-havoda, quyosh nurlanishining tushish burchagini o'z qo'llaringiz bilan sozlab, siz kuyishingiz mumkin. yog'och yuzasi yoki qog'ozda xayolga kelgan har qanday raqam yoki yozuv.
Ushbu linzalar refrakter kontsentratorlar guruhiga kiradi. Konveks linzalardan tashqari, prizma bo'lgan Fresnel linzalari ham ushbu kontsentratorlar guruhiga kiradi. Uzoq fokusli kontsentratorlar chiziqli linzalar deb ataladigan vositalar yordamida yig'iladi. Bunday uyalar juda arzon va malakali muhandis yordamisiz o'z qo'llaringiz bilan yig'ish oson (agar siz buni qilishga qaror qilsangiz, tarmoqqa etarli miqdordagi videolar yuklangan, so'rov uy qurilishi quyosh reflektoridir). Biroq, amalda ular juda kam qo'llaniladi, buning sabablaridan biri ularning juda katta o'lchamlari. Bunday kontsentratorlar, shu jumladan uyda ishlab chiqarilganlar, egalari uchun muhim bo'lmagan maydoni va maydoni ruxsat beradigan joylarda qo'llaniladi.
Quyosh nurlanishining prizmatik kontsentratorida bu kamchilik yo'q. Bundan tashqari, ushbu uskuna diffuziya nurlanishining bir qismini qisman to'plashi mumkin va shu bilan hosil bo'lgan nurlanish oqimining kuchini sezilarli darajada oshiradi. Ushbu mexanizmdan foydalangan holda qurilgan uchburchak prizma bir vaqtning o'zida nurning kontsentratsiya nuqtasining nurlanishining tashabbuskori va ushbu nurlanishni qabul qilish funktsiyalarini bajaradi. Har bir narsaga qo'shimcha ravishda, ko'pburchakning orqa yuzi quyosh nurlanishining old tomoni tomonidan olingan energiya oqimini aks ettiradi va lateral yuzi radiatsiya chiqishi uchun javobgardir. Ushbu uskunaning ishlash printsipi quyosh nurlarining yon chetiga tegguncha maksimal aks ettiruvchi ta'sir mexanizmiga asoslanadi.
Quyosh nurlarini aks ettiruvchi quyosh kontsentratori o'tga chidamli kontsentrator bilan solishtirganda, aks ettirilgan quyosh nurlari nurlarining energiyasini birlashtirish orqali ishlaydi. Tuzilish shakliga ko'ra, bunday konsentratorlar kichik turlarga bo'linadi va parabolik-silindrsimon va parabolik deb ataladi. Agar siz ushbu qurilmalarning samaradorligi ko'rsatkichlarini tushunsangiz, u holda energiyaning eng kuchli manbai parabolik konsentrator bo'ladi, u 10 ming birlikgacha kontsentratsiyani ishlab chiqaradi.
Parabolik kontsentrator 10 ming kontsentratsiya birligini etkazib beradi
Biroq, energiya yaratish uchun quyosh tizimlari issiqlik ta'minoti (ayniqsa qishda isitish uchun) ko'proq darajada parabolik silindrsimon yoki tekis qurilmalar, bundan tashqari, bunday tizimni o'z qo'llaringiz bilan o'rnatish oson.

Quyosh konsentratorlarining amaliy qo'llanilishi va qo'llanilishi

Aslida, har qanday dizayndagi quyosh kontsentratorlarining asosiy vazifasi quyoshdan keladigan radiatsiyani to'plash va uni bir nuqtada to'plashdir. Ushbu energiyani qo'llash sohasini aniqlash ushbu uskunaning egasining tanlovidir. To'liq bepul va qayta tiklanadigan energiyadan foydalanib, siz suvni isitishingiz mumkin uy ehtiyojlari va gigiena ehtiyojlari. Isitilgan suv miqdori faqat plastinkaning o'lchamiga bog'liq bo'ladi va umumiy dizayn markaz. Kichkina parabolik kontsentratorlar faqat konsentrlangan quyosh radiatsiyasida ishlaydigan pishirish pechi sifatida ishlatilishi mumkin.
Qishda kontsentratorlar sifatida foydalanish mumkin qo'shimcha manba fotovoltaik quyosh xujayralari uchun quyosh nuri, shu bilan ularning ko'payishi chiqish quvvati quyosh nurlanishining etishmasligi sharoitida.
Parabolik kontsentratorlardan pishirish pechi sifatida foydalanish mumkin
Aslida, kontsentratorlarning arzonligini hisobga olsak, samaradorlikni oshirish uchun kristalli batareyalardan foydalanish juda yaxshi fikrdir. Bundan tashqari, bunday dizayn uchun sizga patent kerak bo'lmaydi. Siz uy qurilishi quyosh energiyasi ta'minoti tizimini olasiz.