ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ОТ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА
Очень интересный разговор получается, когда мы начинаем применять паросиловые схемы для получения электроэнергии от тепла солнечных лучей. Солнечная энергия совсем бесплатна, она есть везде и достаточно регулярно и предсказуемо поступает к нам с неба.
… . . . . . . . . Вначале- То что сейчас есть в солнечной энергетике:
1) — фотоэлектрические полупроводниковые панели;
2) — тепловые солнечные коллекторы на жидких теплоносителях;
3) – установки с зеркалами – концентраторами;
…… Последнюю позицию №3 мы детально не будем рассматривать, ибо для получения хоть сколь-значимых мощностей эта схема требует создания мощных опорных конструкций и главное- сложных систем привода для поворота – слежения зеркалами за движением солнца по небу. В малой энергетике такие сложные и дорогие конструкции применять очень затруднительно.
…..
…… .Рассмотрим чуть подробнее Позицию №1 — фотоэлектрические полупроводниковые панели. Это сейчас самая распространенная и самая «модная» тема в альтернативной- малой электроэнергетике и масса «экологически ответственно» мыслящих людей используют или пытаются использовать такие энергетические устройства для электроснабжения и энергообеспечения своих домов или различных малых предприятий.
Но, при всей распространенности такой техники, у нее есть масса недостатков.
……. Недостаток №1: малый КПД.
Рассмотрим эту проблему: коммерческие солнечные фотоэлектрические панели имеют КПД в районе 11-12%. Конечно существуют панели с КПД в 15-16%, но цена их крайне высока, и они используются в крайне ответственных местах, где цена устройств не имеет большого значения – например в аэрокосмической технике и проч. Но тут есть еще одна особенность – при нагреве таких панелей их КПД заметно снижается. По известному закону физики, при нагреве токо-проводящих материалов их электрическое сопротивление увеличивается. Соответственно – в жаркий солнечный день, когда энергия солнца наиболее велика, то нагрев солнечных фотоэлектрических панелей ведет к тому, что их электро — сопротивление заметно увеличивается и от этого КПД таких устройств падает до 8-9%…. Отсюда следует- что наилучшим местом для работы фотоэлектрических солнечных панелей будет Крайний Север коротким морозным солнечным днем (но солнце на горизонте невысоко — поток энергии лучей мал), а лучше всего — космический холод на орбите Земли, где вращаются космические аппараты.
…… Недостаток №2: ограниченный срок службы
Рассмотрим эту проблему: тонкие пленки из полупроводниковых материалов, на поверхности которых фотоны солнечного света постепенно деградируют. Причем – дешевые, легкие и имеющие более высокий КПД панели из аморфного кремния начинают терять производительность уже через 2-3 года после начала работы. А через 4-5 лет могут уже потерять от 30 % до 50 % своей эффективности…. Более дорогие, громоздкие и сложные в установке панели из поликристаллического кремния теряют эффективность со временем значительно меньше, но они гораздо менее распространены.
…… Недостаток №3: затруднительность хранения выработанной энергии для использования в темное время суток.
Рассмотрим эту проблему: так как солнечные панели вырабатывают электроэнергию лишь в светлое время суток (а иногда случаются и пасмурные дни- получается мало энергии), то встает необходимость запасания энергии для ее использования в темное время суток. Для этого применяются электрические аккумуляторы. Это простое решение имеет свои неприятные стороны. Во—первых: электроаккумуляторы весьма дороги (особенно силовые-тяговые аккумуляторы значительной ёмкости).
Во-вторых: через 3-4 года после начала эксплуатации электроаккумуляторы начинают терять уровень своей ёмкости, и через 4-5 лет из нужно заменять, неся соответствующие материальные затраты.
……. Недостаток №4: необходимость сложной и дорогостоящей стыковки с иными источниками электроснабжения.
Рассмотрим эту проблему: так как солнечные панели вырабатывают электроэнергию лишь в светлое время суток, а тем более слабо работают в зимнее время года и в пасмурные дни, то встает необходимость их спаривания с другими источниками энергии. Особенно эта необходимость встает при электроснабжении крупных усадьб или небольших предприятий, особенно непрерывного цикла работы. Традиционно для вспомогательного усиления энергоустановки применяют электрогенератор с приводом от двигателя внутреннего сгорания (дизель-генератор), или подвод электроснабжения из электросети (если она радом есть). Что ведет к значительным финансовым затратам, ибо эти источники электроэнергии весьма дороги.
…
…. .Теперь перейдём к рассмотрению Пункта 2) изначального списка. Т.е. к тепловым солнечным коллекторам на жидких теплоносителях;
Солнечный коллектор представляет собой набор тонкостенный емкостей различных форм, в котором циркулирует жидкость. Емкости могут представлять собой или набор трубок, либо тонких плоских емкостей, или проч. Жидкость, которая циркулирует в этих емкостях нагревается от солнечных лучей, и далее горячая жидкость – чаще всего вода, поступает к потребителям. Иногда особая жидкость может кипеть и далее через теплообменник передавать тепло воде. В итоге – такая схема в 99% случаев дает горячую воду для бытового потребления или для отопления. КПД по теплу таких установок достигает 85-90%.
Конечно, всегда была и есть потребность применить такое получаемое от солнца тепло для выработки электричества, но отсутствие малых эффективных силовых машин не позволяло реализовать такой замысел.
……. Автор данного сайта, имея уникальный опыт создания паровых роторных двигателей небольшой мощности, которые обладают высокой эффективностью, сейчас занят проектированием и разработкой такого силовой схемы. Схема будет иметь паросиловой контур с использованием легкокипящей жидкости и паровой роторный двигатель. Легкокипящая жидкость будет кипеть при 35-40 градусах, а при нагреве в 120-140 градусов развивать давление в 12-14 атмосфер. Далее пар будет идти в паровой роторный двигатель, и вращать его ротор, который в свою очередь будет приводить в движение электрогенератор. Предварительные расчеты показывают, что КПД по электричеству у такой схемы будет около 28 — 32%.
…… При этом в данном случае эта конструкция будет лишена всех сложностей схем получения электроэнергии посредством использования фотоэлектрических полупроводниковых панелей.
Например- для использования накопления энергии на использование в темное время суток эта силовая схема будет применять не дорогие и кратко живущие электроаккумуляторы, а ёмкости- баки с накопленной перегретой жидкостью, цена которых очень невелика, а срок эксплуатации измеряется многими десятилетиями…
При этом срок эксплуатации таких паросиловых схем тоже практически ничем не ограничен.
….. Еще одно преимущество – для состыковки с параллельным источником электроснабжения, тут нужны очень небольшие действия. К этой схеме нужно добавить лишь топку на дешевом твердом или недорогом жидком (например- жидкое печное топливо) топливе. Т.е. вывести теплообменник, в котором циркулирует та же жидкость – теплоноситель и рабочее тело, что и в солнечном коллекторе. В случае потребности в энергии в отсутствие солнца- включается этот котел с топкой, в нем кипит та же жидкость, что и в солнечном коллекторе, и по-прежнему идет крутить ротор парового двигателя. И не нужен никакой дополнительный дизель-генератор на дорогом жидком топливе или капризный и малонадежный ветряк.
Вернутся — на «Главную — Малая Электроэнергетика и Электроснабжение«
Перейти — страница «Паровые Роторные Двигатели»