Что такое солнечная энергетическая установка?
Солнечная энергетическая установка, также известная как гелиоустановка, представляет собой технологическое устройство, предназначенное для улавливания солнечного излучения и его последующего преобразования. В зависимости от конечного продукта, такие системы делятся на два основных класса: установки, вырабатывающие тепловую энергию, и установки, производящие электричество.
Тепловые солнечные установки
Основная задача тепловых гелиоустановок — нагрев воды, опреснение или производство пара для технологических нужд и систем охлаждения. Типичным представителем является солнечный водонагреватель, способный поднимать температуру воды до 60–70 °C.
Принцип работы водонагревателя
Конструктивно такой нагреватель представляет собой теплоизолированный корпус, внутри которого размещен котел (коллектор) — плоский или трубчатый. Верхняя часть короба закрыта прозрачным стеклом, пропускающим солнечные лучи. Энергия солнца поглощается зачерненными поверхностями коллектора, которые, нагреваясь, передают тепло воде. Для поддержания процесса горячая вода расходуется, а на ее место поступает холодная. Циркуляция жидкости может быть естественной (за счет разности плотностей) или принудительной с помощью насоса. Для максимальной эффективности коллектор ориентируют на южную сторону, а угол его наклона регулируют в зависимости от сезонной высоты солнца.
Солнечные опреснители
Другой важный тип тепловых установок — солнечные опреснители, предназначенные для получения пресной воды из морской. Их конструкция проста: это зачерненный изнутри и теплоизолированный сосуд, накрытый прозрачным материалом (полимером, оргстеклом). Солнечное излучение, проходя через покрытие, нагревает соленую воду, вызывая ее испарение. Пар конденсируется на внутренней поверхности крышки и стекает в виде пресной воды в специальный сборник. Такие установки, также ориентированные на юг, могут производить до 5 литров воды на квадратный метр поверхности в сутки, что делает их незаменимыми в засушливых прибрежных регионах.
Электрические солнечные установки
Эти системы преобразуют солнечную энергию непосредственно в электричество, и их можно классифицировать по физическому принципу работы:
- Фотоэлектрические установки: используют солнечные батареи (фотоэлементы), генерирующие ток под действием света.
- Термоэлектрические установки: работают на основе солнечных термоэлектрогенераторов.
- Термоэмиссионные установки: применяют термоэмиссионные преобразователи (используются, например, на солнечных энергетических станциях).
Классификация по температуре и применению
Солнечные энергетические установки также различаются по рабочей температуре и области использования:
- Низкотемпературные установки: работают с солнечной радиацией естественной плотности. Они производят горячую воду (до 70 °C) или пары легкокипящих жидкостей (фреон, хлорэтил), которые затем используются в холодильных машинах.
- Высокотемпературные установки: для их работы солнечное излучение концентрируется с помощью специальных гелиоконцентраторов, увеличивающих плотность энергии в десятки и сотни тысяч раз. Это позволяет достичь очень высоких температур, необходимых для эффективного производства электроэнергии.
Перспективы и применение
В космической отрасли электрические солнечные установки уже давно стали основным источником энергии для искусственных спутников и космических кораблей. На Земле их распространение пока сдерживается относительно высокой стоимостью по сравнению с традиционными источниками энергии. Однако в условиях истощения запасов минерального топлива и роста экологических проблем, солнечная энергетика рассматривается как одно из самых перспективных направлений для устойчивого развития. Постепенное снижение стоимости технологий и повышение их эффективности открывают путь для более широкого внедрения гелиоустановок в повседневную жизнь и промышленность.