Главная Обратная связь Поможем написать вашу работу!

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Два типа солнечных установок



Существует два подхода к созданию солнечных станций, работающих по термодинамическому циклу. Первый - использование небольших централизованных станций для отдаленных, районов. Второй - создание крупных солнечных энергетических установок мощностью в несколько десятков МВт, рассчитанных на работу в центральной электросети . В установках на несколько десятков МВт использовать устройство для промежуточного прогрева пара невыгодно, поскольку его стоимость не окупается приростом мощности. Здесь предлагается использовать два типа двигателей. Длz солнечных станций, включенных в энергосеть, наиболее подходящими являются турбины, хотя их диапазон рабочих режимов довольно узок и сложны конструкции.

 

Для автоматических станций с переменной нагрузкой могут оказаться более эффективными поршневые двигатели, область рабочих режимов которых более широка.

Тип цикла и природа рабочего тела определяются областью рабочих температур теплового двигателя. Это предполагает в первую очередь взаимосвязь между характеристиками системы концентрации, аккумулятора и параметрами цикла. Идеальным рабочим телом с этой точки зрения является вода, но для работы с ней температура горячего источника должна быть 200-500° С.

Чтобы добиться таких температур, необходимо на приемнике получить 500-кратную концентрацию солнечной радиации, а с учетом потерь на излучение и конвекцию требуется концентрация вдвое больше. Такие значения практически невозможно обеспечить с помощью линейных концентраторов, поэтому разрабатываются концентрирующие устройства, фокусирующие радиацию в точку приемника.

Указанные выше трудности разрешаются, если вместо 10-20 тыс. приемников сделать один, аналогичный по своим параметрам и размерам паровому котлу обычного типа, и поднять его над поверхностью Земли.

В случае гелиостанции башенного типа все параболоиды заменяются практически плоскими отражателями тех же размеров. Каждый гелиостат отражает" солнце " на элемент поверхности центрального приемника, т.е. энергия передается к приемнику оптическим способом вместо транспортной сети паропроводов, требуемой в случае применения системы с рассредоточенными коллекторами.



Преимущество станций башенного типа заключается в том, что не нужно осуществлять транспортировку рабочей жидкости на большие расстояния от приемника до турбины, однако в них система сбора солнечной радиации оказывается дорогой и недостаточно эффективной. Из-за погрешностей в слежении, возможных при наличии большого количества гелиостатов, действительный коэффициент концентрации у термоэлектрогенератора часто составляет 1/3 расчетного.

Как показывает опыт, более перспективными оказываются станции с распределенным приемником энергии. В этих станциях концентраторы, представляющие собой параболоцилиндрические отражатели, вращаются вокруг одной оси и имеют трубчатые приемники, совмещенные с фокальной линией . Вращение по одной оси позволяет существенно уменьшить стоимость концентратора при уменьшении количества получаемой энергии всего на 5% по сравнению с системой слежения, использующей вращение вокруг двух осей.

Первой станцией данного типа, стоимость электроэнергии которой сравнима со стоимостью тепловых станций, стала станция, построенная американской фирмой "Луз", основанной в 1979 г. В 1985 г. этой фирмой построена солнечная электростанция в калифорнийской пустыне Мохаве, которая занимает 340 га. Еще на рассвете компьютерная система начинает ориентировать 540 тысяч параболоцилиндрических зеркал, чтобы они могли улавливать свет. Расположенные рядом зеркала поворачиваются за солнцем с восхода до заката. Они фокусируют солнечные лучи и направляют их на тонкую трубу из нержавеющей стали с черным покрытием. По трубе протекает синтетическое масло, которое нагревается до 390° С. Перегретое масло поступает в теплообменники, где отдает свое тепло воде, превращая ее в пар, который приводит в действие турбогенератор, обычного типа, вырабатывающий электроэнергию.



 

Фотоэлектрическое преобразование солнечного излучения (ФЭП)

Фотоэлектрический (или фотовольтаический) метод преобразования солнечной энергии в электрическую является в настоящее время наиболее разработанным в научном и практическом плане. Впервые на перспективу его использования в крупномасштабной энергетике обратил внимание еще в 30-е годы один из основателей советской физической школы академик А. Ф. Иоффе. Однако в то время КПД солнечных элементов не превышал 1%. В последующие десятилетия благодаря значительному объему исследований в области физики и технологии этот показатель увеличился до 20-25%.

Явление фотоэффекта основано на преобразовании световой энергии (энергии электромагнитного излучения) в электрическую. Различают три вида фотоэффекта:

1) внешний – вырывание электронов из поверхности тел под действием света;

2) внутренний – изменение электропроводимости полупроводников и диэлектриков под действием света;

3) запирающегося слоя - возбуждение элекродвижущей силы на границе между проводником и светочувствительным полупроводником.

Для целей преобразования энергии электромагнитного излучения практически может быть применен только фотоэффект запирающегося слоя (фотоэффект на р-n переходе). Элекронно-дырочная переход или р-n переход представляет собой некоторую область между двумя частями вещества с разным типом проводимости. В изолированном от внешних воздействий (света и теплоты) образце в этой переходной зоне возникает взаимная диффузия избыточных носителей тока, приводящая к образованию двойного электрического слоя объемных зарядов - контактного электрического поля, напряженность которого направлена от области n-типа к области р-типа.



Поток основных носителей заряда через р-n переход представляет собой диффузионный ток 1д , поток неосновных носителей - дрейфовый ток L. При равновесии токи 1Д и I* по абсолютной величине равны и результирующий ток через р-n переход равен нулю.

Приложение к р-n переходу положительного потенциала (U>0, прямое смещение) приводит к изменению взаимного расположения уровней Ферми (27,6), уменьшению потенциального барьера, росту диффузионного тока (дрейфрвый ток остается неизменным). Результирующий ток через р-n переход носит название прямого тока. Если U<0 (обратное смещение), то барьер увеличивается (27,в), диффузионный ток уменьшается, дрейфовый ток остается неизменным. Результирующий ток называется обратным током. Уравнение вольт-амперной характеристики (ВАХ) р-n перехода в этом случае имеет вид:

Оптимальными материалами для солнечных ФЭП являются соединения AmBv и в первую очередь арсенид галлия (GaAS). Разработка высокоэффективных ФЭП на основе материалов с широким диапазоном изменения АЕ0 позволит на практике перейти к использованию сочетаний различных типов ФЭП и реализации идей сложных, например гетерогенных и каскадных, фотоэлектрических устройств, позволяющих использовать весь спектр солнечного излучения.

Предельный КПД солнечного элемента логарифмически растет при увеличении интенсивности освещения, что определяется соответствующим ростом фотоэдс Это определяет интерес к использованию для ФЭП солнечного излучения, концентрированного более чем в 1000 раз. Однако при этом возникает проблема, обусловленная резким возрастанием токов в ФЭП и соответствующим возрастанием потерь мощности на внутреннем сопротивлении.

Внедрение солнечных ФЭП с концентраторами в практику во многом зависит от разработки дешевых и простых систем слежения за Солнцем, а также от разработки недорогих концентраторов, стабильных при длительной эксплуатации в неблагоприятных климатических условиях, что является сложной технической задачей.


Просмотров 378

Эта страница нарушает авторские права




allrefrs.ru - 2021 год. Все права принадлежат их авторам!