Солнечная электростанция

Солнечная электростанция (СЭС) - инженерное сооружение, служащее преобразованию солнечной радиации в электрическую энергию.
Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.

Характеристики мощности СЭС:

• установленная мощность - общая выходная мощность, на которую рассчитана солнечная электростанция, исходя из количества солнечных панелей и их индивидуальной мощности;
• коэффициент мощности - показывает сколько электроэнергии фактически генерирует СЭС за определенный период времени по сравнению с ее максимально возможной мощностью. Он учитывает такие факторы, как погодные условия, доступность сети и техническое обслуживание станции;
• промышленные и бытовые СЭС:
• мощность промышленных СЭС - нескольких МВт до сотен мегаватт,
• бытовые системы - измеряются киловаттами.

СЭС Павагада в Индии имеет мощность 2,05 ГВт.


Солнечные электростанции технологии концентрированной солнечной энергии (CSP) - электростанции, использующие зеркальную конфигурацию для концентрации солнечной энергии на приемнике и преобразования ее в тепло.
Затем это тепло можно использовать для получения пара, который приводит в движение турбину для выработки электроэнергии, или в качестве тепла для промышленных процессов.

Концентрирующие СЭС, построенные после 2018 г., оснащены системами хранения тепловой энергии для выработки электроэнергии в пасмурные дни или в часы после захода солнца или перед восходом.
Благодаря возможности накапливать солнечную энергию концентрирующие СЭС считаются управляемым ВИЭ, как и ТЭС, но без использования ископаемого топлива, поскольку CSP использует тепло концентрированного солнечного света.
Системы CSP могут быть объединены с электростанциями комбинированного цикла, в результате чего получаются гибридные электростанции, которые вырабатывают регулируемую электроэнергию.

Существует 4 типа технологий CSP:

• параболические желобковые CSP. Энергия Солнца концентрируется параболически изогнутыми отражателями в форме желоба на приемной трубе, расположенной примерно в 1 метре над изогнутой поверхностью зеркал. Температура теплоносителя, проходящего через трубу, обычно это термомасло, повышается с 293 °C до 393 °C, а тепловая энергия затем используется для выработки электроэнергии в обычном парогенераторе;
• центральные башенные CSP имеют более высокие температурные возможности. В системах с силовыми башнями или центральными приемниками используются следящие за солнцем зеркала, называемые гелиостатами, которые фокусируют солнечный свет на приемнике, расположенном на вершине башни. Теплоноситель, нагретый в приемнике примерно до 600 °C, используется для выработки пара, который используется в обычном турбинном генераторе для выработки электроэнергии;
• линейные системы Френеля. Подобно длинным рядам параболических коллекторов CSP, линейное концентрирующее коллекторное поле состоит из множества коллекторов, расположенных в параллельных рядах. Они ориентированы с севера на юг для максимального сбора энергии в течение года и летом. Зеркала лежат на земле и отражают солнечный свет на трубу, расположенную выше.
• Параболическая тарелочная система. Система зеркал состоит из параболического точечного концентратора в форме зеркала, которое отражает солнечное излучение на приемник, установленный в точке фокусировки. Эти концентраторы установлены на конструкции с 2 - координатной системой слежения за Солнцем. Собранное тепло обычно используется непосредственно тепловым двигателем, установленным на приемнике, который перемещается вместе с конструкцией зеркала.

СЭС башенного типа

Основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации.
В центре СЭС стоит башня высотой 18 - 24 метров (в зависимости от мощности и других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой.
Этот резервуар покрашен в черный цвет для поглощения теплового излучения.
Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая пар на турбогенератор, который находится вне башни.
По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.
Гелиостат - зеркало площадью в несколько м², закрепленное на опоре и подключенное к общей системе позиционирования.
В зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве.
Основная и самая трудная задача - это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отраженные лучи от них попали на резервуар.
В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700^оС.
Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций (ТЭС), поэтому для получения энергии используются стандартные турбины.
Фактически на таких СЭС можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

СЭС тарельчатого типа

Использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у Башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции.
Станция состоит из отдельных модулей.
Модуль состоит из опоры, на которую крепится конструкция приемника и отражателя.
Приемник находится на некотором удалении от отражателя, и в нем концентрируются отраженные лучи солнца.
Отражатель состоит из зеркал в форме тарелок (отсюда название), радиально расположенных на ферме.
Диаметры этих зеркал достигают Ø2 метров, а количество зеркал - нескольких 10^ков метров (в зависимости от мощности модуля).
Станции могут состоять как из 1 модуля (автономные), так и из нескольких 10^ков (работа параллельно с сетью).

СЭС, использующие фотобатареи

в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных фотобатарей различной мощности и выходных параметров.
Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.).
Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями.
Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением небольшого поселка.

СЭС, использующие параболические концентраторы, нагревают теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.
Конструкция СЭС: на специальные фермы устанавливается параболическое зеркало большой длины, а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет теплоноситель (чаще всего масло).
Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдает теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

Комбинированные СЭС- дополнительно имеют теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления.

В 2017 г. на Алтае введена в эксплуатацию первая в РФ СЭС, изготовленной по гетероструктурной технологии (HJT) .
Изготовленные по такой технологии солнечные панели объединяют в себе преимущества аморфной (тонкопленочной) и кристаллической технологий, сочетая высокий КПД, высокую износостойкость и эффективность в улавливании рассеянного и отраженного света.
Даже в облачный день или в зимнее время панели смогут ловить световую энергию, а в жаркий день - не будут терять производительность из-за перегрева пластин.
Это позволило добиться КПД более 20%.

В промышленных масштабах производство по HJT было запущено в конце 2016 г. компанией HEVEL в г. Новочебоксарске.
Хевел - СП РОСНАНО и Реновы, созданное в 2009 г. с целью интеграции решений в солнечной энергетике.
Хевел - строит СЭС под ключ: производит панели, устанавливает их, и эксплуатирует СЭС.

На 2017 г. Минэнерго РФ установило, что стоимость 1 квт установленной мощности СЭС будет компенсироваться инвесторам будет компенсироваться инвестиции в :
- солнечную энергетику, исходя из цены 109,5 тыс. руб/кВт установленной мощности,
- ветровую - 103 тыс. руб/кВт,
- гидроэнергетику - 163 тыс. руб/кВт.
Нужно при этом учитывать коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) в РФ:
- солнечный - до 10%;
- ветровой - до 20%%
- гидроэнергетика - до 40%.
То есть ГЭС, при прочих равных, будет вырабатывать в 4 раза больше э/энергии, чем СЭС такой же мощности.