пов фотопреобразователей: кремний монокристаллический (22 долл.США/Вт; КПД модуля – 15 %), поликристаллический (5 $; 12 %), аморфный (8 $; 5 %), арсенид галлия (50 $; 22 %), теллурид кадмия [2].

Ведущими типами фотопреобразователей сейчас являются монокристаллический и поликристаллический кремний, объем выпуска которых составляет около 70 %.

По объему выпуска всех видов фотопреобразователей Россия находится на одном из последних мест среди развитых стран. Исключение составляют космические аппараты.

Программой РФ «Экологически чистая энергетика» предусмотрено:

освоение автоматизированного серийного производства высокоэффективных, надежных и относительно дешевых элементов, модулей и батарей из аморфного, кристаллического и поликристаллического кремния;

освоение производства фотоэлектрических станций малой мощности для электроснабжения маломощных потребителей;

освоение производства фотоэлектрических станций мегаваттной мощности для параллельной работы с существующей электрической сетью.

ВМосковском инженерно-физическом институте разработан новый тип солнечных батарей модульной конструкции, что позволяет наращивать их мощность в диапазоне от 0,2 до 100 кВт. Конструкция батарей позволяет использовать их и для выработки тепла. Гарантируется их работа в течение 20 лет без специального обслуживания.

3.5.Солнечные тепловые электростанции

Внастоящее время наибольшее распространение получили три типа солнечных тепловых электростанций (СТЭС) [2]:

башенного типа (БТ) с центральным приемником – парогенератором, на теплоприемной поверхности которого концентрируется солнечное излучение от плоских зеркал – гелиостатов;

модульного типа (МТ), у которых в фокусе параболоцилиндрических концентраторов (ПЦК) размещены вакуумированные приемники – трубы с теплоносителем (парогенераторы);

комбинированного типа (КТ); это солнечно-тепловые СТЭС, в которых чисто солнечная электростанция (СЭС) того или иного типа (БТ или МТ) объединяется с теплоэлектростанцией.

Практические работы по созданию первых экспериментальных СЭС БТ начались одновременно в ряде стран мира в середине 70-х годов.

Внашей стране основные технические концепции крупных экспериментальных СЭС БТ были разработаны в 50-е годы Однако первая опытная СЭС БТ электрической мощностью 5 МВт была пущена в эксплуата-

94

цию в 1987 г. (Крымская область) Эта СЭС может вырабатывать в год около 7 млн кВт∙ч электроэнергии (эквивалент 2 тыс т у. т).

С1983 г. в ряде стран – США, Японии, Франции, Италии, Испании – проходили испытания (натурные экспериментальные исследования и сравнение различных технологий), первые СЭС БТ мощностью 0,5…10 МВт. К ним относятся: Солар-1 (Барстоу, США, 10 МВт); Темис (Мартисон, Франция , 2,5 МВт); Юрелиос (Адрино, Италия, 1МВт); Цеза-1 (Альмерин, Испания, 0,5 МВт); Саншайн (Нио, Япония, 1 МВт), всего общая мощность

–21,2 МВт. Стоимость и КПД установки Солар-1 соответственно составляла: 141 млн долл. США, КПД – 11 % (рис. 3.29).

Стермодинамическими СЭС на параболоцилиндрических модулях с распределенным приемником ввиду их конструктивной простоты связаны основные успехи в улучшении экономических показателей СЭС. В 1984 г. компания «Висмер-Беккер констракшенз» построила в Калифорнии серию коммерческих станций с параболоцилиндрическими концентраторами фирмы «Луз Интернешенл Лимитед». Первая станция мощностью 15 МВт была построена в пустыне Мохаве за два месяца и проходила годичное испытание в 1985 году [7] .

С1988 г. в США (Южная Калифорния) работает 7 крупных СЭС МТ мощностью от 15 до 80 МВт. Все станции включены в общую энергосистему. Общая мощность СЭС составляет 243,8 МВт, КПД – 4…16 %. К 1989 г. завершено строительство СЭС КТ – СТЭС мощностью 200 МВт.

Все современные СТЭС независимо от их типа имеют следующие основные элементы: концентратор, теплоприемник, систему транспорта и аккумулирования теплоты, систему преобразования теплоты в работу.

95

Рис. 3.29. Внешний вид солнечной электростанции БТ Солар-1

ВСТЭС башенного типа теплоприемник-парогенератор кругового облучения или плоскостного типа расположен на вершине башни. Вокруг башни (теплоприемник кругового облучения) или с ее северной стороны (теплоприемник плоскостного типа) расположены плоские зеркала на подвижных опорах (гелиостаты), которые следят за солнцем и отражают солнечные лучи на поверхность теплоприемника. Водяной пар, полученный в теплоприемнике, направляется в паровую турбину. Дальнейшее преобразование теплоты в электроэнергию осуществляется по обычной схеме с циклом Ренкина.

Концепция СЭС башенного типа была разработана в ЭНИН им. Г.М. Кржижановского еще в 50-е годы, однако ее техническая реализация задержалась на два десятилетия. Хотя электростанции башенного типа коммерчески менее зрелы, чем системы с параболическими зеркалами, множество экспериментальных СЭС было построено по всему миру за последние 20 лет

Внастоящее время разрабатывается новая концепция СТЭС БТ, в котором рабочим телом служит сжатый воздух. В теплоприемнике сжатый

96

воздух нагревается до температуры 1 000 º С и направляется в газовую турбину.

На рис. 3.30 Показана принципиальная тепловая схема СТЭС с параболоцилиндрическими концентраторами (80 МВт, Калифорния, США).

Параболо-цилиндрические	конценраторы

парогенератор и перегреватель

аккуму-

лятор

турбина

генератор

добавочный

нагрев

солнечный

пароводяной

цикл

цикл

конденсатор

насос

насос

градирня

Рис. 3.30. Тепловая схема СТЭС с параболоцилиндрическими концентраторами

Вдоль линейного фокуса каждого параболоцилиндрического концентратора расположен теплоприемник в виде стальной трубы, окруженной стеклянной оболочкой. Пространство между трубой и стеклянной оболочкой вакуумировано, а на поверхность трубы нанесено селективное покрытие с высоким коэффициентом поглощения в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в инфракрасной области. Такая конструкция теплоприемника позволяет свести к минимуму потери теплоты в окружающее пространство за счет излучения, конвекции и теплопроводности. Теплоноситель (термостойкое кремнийорганическое масло), проходя через теплоприемник, нагревается до температуры 390 º С и передает теплоту воде и водяному пару.

Исторически СЭС на параболических зеркалах использовались для производства электроэнергии из солнечного излучения как первичного источника энергии (рис. 3.31). Эти СЭС могут работать с номинальной мощностью на выходе, используя только поступающую солнечную энергию. В течение летних месяцев станции могут работать по 10–12 ч в день с номинальной мощностью.

Однако до настоящего времени все СЭС имели дублирующие устройства на твердом топливе, которые позволяли продолжать полноценную работу в периоды низкой солнечной активности и темное время суток.

97

Наличие накопителя тепловой энергии в системе позволяет использовать запасенную энергию в часы максимальных нагрузок.

Рис. 3.31. Конструкция приемника солнечного излучения на параболических зеркалах

Солнечные электростанции на принципе объединенной солнечной циклической системы – это новая концепция проекта, который объединяет станцию с параболическими зеркалами и газотурбинную установку для производства электроэнергии. Этот проект вызвал большой интерес, потому что в нем предложен инновационный способ уменьшения стоимости электростанции и более эффективно применение гелиоэнергетического оборудования станции.

В настоящее время СЭС с параболическими зеркалами обеспечивают потребителей самым низким по стоимости солнечным выработанным электричеством. За время их работы накоплен значительный опыт эксплуатации таких технических систем. Электростанции этого типа останутся самым дешевым источником электрической энергии по крайней мере еще

5–10 лет.

98

Режим работы СЭС на рассредоточенных коллекторах хорошо согласуется с графиком потребления электроэнергии, и это позволяет «параболическим» электростанциям покрывать дневной максимум нагрузки. Они вырабатывают максимальную мощность в течение солнечного периода, когда нагрев воздуха также максимальный. Дублирующая способность (использование природного газа и хранение тепла) позволяет СЭС работать даже в несолнечные и облачные дни, кроме того, исключается негативное воздействие на окружающую среду в связи с отсутствием вредных выбросов.

99