|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Elektrownia słoneczna. Historia wynalazku i produkcji
Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas Elektrownia słoneczna to konstrukcja inżynierska, która przekształca promieniowanie słoneczne w energię elektryczną. Metody konwersji promieniowania słonecznego są różne i zależą od konstrukcji elektrowni.
Promieniowanie słoneczne to przyjazne dla środowiska i odnawialne źródło energii. Zasoby energii słonecznej są ogromne. Na początku XXI wieku ludzkość opracowała i opanowała szereg zasad przekształcania energii cieplnej w energię elektryczną. Można je warunkowo podzielić na metody maszynowe i bezmaszynowe. Te ostatnie są często określane jako metody bezpośredniego przetwarzania energii, ponieważ brakuje w nich etapu przekształcania energii cieplnej w pracę mechaniczną. Wśród przekształtników maszynowych najbardziej znane są turbiny parowe i gazowe pracujące we wszystkich naziemnych elektrowniach cieplnych i jądrowych. Schemat ideowy zamkniętej turbiny gazowej wygląda tak. Promieniowanie słoneczne, zebrane przez koncentrator na powierzchni kotła słonecznego, podgrzewa płyn roboczy - gaz obojętny do temperatur rzędu 1200-1500 stopni Kelvina i pod ciśnieniem wytworzonym przez sprężarkę dostarcza gorący gaz do łopatek turbina gazowa, która napędza generator prądu przemiennego. Gaz wyrzucany w turbinie trafia najpierw do regeneratora, gdzie za sprężarką podgrzewa gaz roboczy. Tym samym ułatwia pracę głównego podgrzewacza – kotła solarnego. Następnie gaz jest schładzany w chłodnico-emiterze. Testy trzykilowatowej turbiny gazowej przeprowadzone w 1977 r. na pięciometrowym fasetowanym koncentratorze parabolicznym w Instytucie Fizyczno-Technicznym Akademii Nauk Uzbekistanu wykazały, że instalacje tego typu są bardzo zwrotne. Wydajność do prędkości nominalnej wynosiła nie więcej niż minutę od momentu skierowania plamki słonecznej na wnękę kotła cylindrycznego. Sprawność tej instalacji wynosi 11 proc. W elektrowni z konwertorem turbiny parowej energia słoneczna pobrana przez koncentrator podgrzewa płyn roboczy w kotle solarnym, który zamienia się w parę nasyconą, a następnie w parę przegrzaną, która rozpręża się w turbinie podłączonej do generatora elektrycznego. Po skropleniu w chłodnico-chłodniku pary odprowadzanej z turbiny jej kondensat sprężony przez pompę ponownie dostaje się do kotła. Ponieważ ciepło jest dostarczane i odprowadzane w tej instalacji izotermicznie, średnie temperatury zasilania i odprowadzania są wyższe niż w instalacji turbiny gazowej, a określone obszary chłodnicy i koncentratora mogą być mniejsze. Taka instalacja, działająca na organicznym płynie roboczym, ma wydajność 15-20 procent przy stosunkowo niskich temperaturach dostarczania ciepła - tylko 600-650 stopni Kelvina. Schemat ideowy zamkniętej turbiny gazowej (CGTU) przedstawiono na rysunku, w którym promieniowanie słoneczne, zebrane przez koncentrator 1 na powierzchni kotła słonecznego 2, podgrzewa czynnik roboczy - gaz obojętny do temperatur rzędu 1200 -1500 K i pod ciśnieniem wytwarzanym przez sprężarkę 3 dostarcza gorący gaz do łopatek turbiny gazowej 4, która napędza generator prądu przemiennego 5. Gaz odlatujący z turbiny trafia najpierw do regeneratora 6, gdzie podgrzewa gaz roboczy po sprężarka, ułatwiająca w ten sposób pracę głównego podgrzewacza - bojlera słonecznego, a następnie schładzającego w lodówce - chłodnicy 7. Jak pokazano naziemne próby trzykilowatowej turbiny gazowej, przeprowadzone w 1977 r. na pięciometrowym, fasetowanym koncentratorze parabolicznym w Instytucie Fizyko-Technicznym Akademii Nauk Uzbekistanu instalacje tego typu są bardzo zwrotne, osiągnięcie nominalnej prędkości (36000 1 obr./min) zajęło nie więcej niż 11 minutę od momentu wprowadzenia plamy słonecznej do wnęki cylindrycznego kotła. Sprawność tej instalacji wyniosła XNUMX%. Mogłoby się wydawać, że w przypadku elektrowni słonecznych wykorzystujących darmową energię sprawność nie jest tak znacząca, jak w przypadku tradycyjnych silników cieplnych zasilanych paliwem organicznym. Tak jednak nie jest, ponieważ wymiary i waga najbardziej nieporęcznych i ciężkich części kosmicznych elektrowni słonecznych - koncentratora i lodówki - emitera - zależą przede wszystkim od wydajności instalacji. Możliwe jest stworzenie elektrowni z konwertorem turbiny parowej. Zamiana promieniowania słonecznego na prąd elektryczny
Tutaj energia słoneczna zebrana przez koncentrator 1 podgrzewa płyn roboczy w kotle solarnym 2, który zamienia się w parę nasyconą, a następnie w parę przegrzaną, która rozpręża się w turbinie 4, która łączy się z generatorem elektrycznym 5. Po skropleniu w chłodnicy - grzejnik 7 pary odprowadzanej z turbiny, jej kondensat, sprężony przez pompę 8, ponownie wchodzi do kotła. Ponieważ dostarczanie i odbieranie ciepła w tej instalacji odbywa się izotermicznie, średnie temperatury dostarczania i odbierania okazują się wyższe niż w turbinie gazowej (przy tych samych temperaturach dostarczania ciepła), a poszczególne obszary chłodnicy i koncentratora może okazać się mniejsza niż w CCGT. Z wielu niedociągnięć tkwiących w przekształtnikach maszynowych, elektrownie z tak zwanymi przekształtnikami bezmaszynowymi są bezpłatne: termoelektryczne, termoelektryczne i fotowoltaiczne, które bezpośrednio przetwarzają energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. „Generatory termoelektryczne opierają się na efekcie termoelektrycznym odkrytym w 1821 r. przez niemieckiego fizyka T.I. Seebecka, który polega na pojawieniu się termo-EMF na końcach dwóch różnych przewodników, jeśli końce tych przewodników mają różne temperatury” – pisze L.M. w Soros Educational Journal Drabkin - Efekt otwarcia był pierwotnie używany w termometrii do pomiaru temperatury. Sprawność energetyczna takich urządzeń - termopar, implikująca stosunek mocy elektrycznej uwalnianej przy obciążeniu do dostarczonego ciepła, wynosiła ułamek procenta. Dopiero po akademiku A.F. Ioffe zaproponował użycie półprzewodników zamiast metali do produkcji termoelementów, wykorzystanie energii efektu termoelektrycznego stało się możliwe, a w latach 1940-1941 w Leningradzkim Instytucie Fizyki i Technologii powstał pierwszy na świecie półprzewodnikowy generator termoelektryczny. W latach 40. i 50. XX wieku rozwinęła się teoria efektu termoelektrycznego w półprzewodnikach, a także zsyntetyzowano bardzo efektywne (do dziś) materiały termoelektryczne. Łącząc ze sobą poszczególne termoelementy, można stworzyć wystarczająco mocne termostosy. Elektrownia o mocy 10 GW może ważyć nawet 200 XNUMX ton. Zmniejszenie masy elektrowni wiąże się bezpośrednio ze wzrostem efektywności przetwarzania energii słonecznej na energię elektryczną. Można to osiągnąć na dwa sposoby: poprzez zwiększenie sprawności cieplnej przekształtnika oraz ograniczenie nieodwracalnych strat energii we wszystkich elementach elektrowni. W pierwszym przypadku skoncentrowane promieniowanie umożliwia uzyskanie bardzo wysokich temperatur. Ale jednocześnie znacznie wzrastają wymagania dotyczące dokładności systemów śledzenia słońca, co jest mało prawdopodobne w przypadku systemów koncentracji o ogromnych rozmiarach. Dlatego wysiłki badaczy niezmiennie miały na celu zmniejszenie nieodwracalnych strat. Próbowali zredukować przepływ ciepła z gorących złączy do zimnych złączy przez przewodzenie. Aby rozwiązać ten problem, konieczne było osiągnięcie wzrostu współczynnika jakości materiałów półprzewodnikowych. Jednak po wielu latach prób syntezy materiałów półprzewodnikowych o wysokim współczynniku jakości, stało się jasne, że osiągana dziś wartość jest granicą. Wtedy powstał pomysł, aby oddzielić gorące i zimne złącza szczeliną powietrzną, jak lampa dwuelektrodowa - dioda. Jeżeli jedna elektroda, katoda, zostanie nagrzana w takiej lampie, a druga elektroda, anoda, zostanie schłodzona, to w zewnętrznym obwodzie elektrycznym pojawi się prąd stały. Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował w 1883 r. Thomas Edison. „Zjawisko odkryte przez Edisona zostało nazwane emisją termionową" – pisze L.M. Drabkin. „Podobnie jak termoelektryczność, było ono używane przez długi czas w technice niskich prądów. Emisje są różne, ale wyrażenia określające wydajność są takie same. Główne składniki strat nieodwracalnych w TWE związane są z nieizotermicznym charakterem dostarczania i odprowadzania ciepła na katodzie i anodzie, przenoszeniem ciepła z katody do anody przez elementy konstrukcyjne TWE, a także z straty omowe w elementach połączenia szeregowego poszczególnych modułów. Aby osiągnąć wysoką sprawność obiegu Carnota, nowoczesne TEC są projektowane na temperatury pracy katod 1700-1900 K, co przy temperaturach chłodzonych anod ok. 700 K pozwala na uzyskanie sprawności ok. 10 proc. Tym samym, dzięki ograniczeniu nieodwracalnych strat w samym konwerterze i przy jednoczesnym wzroście temperatury zasilania w ciepło, sprawność TEC okazuje się dwukrotnie wyższa od opisanej powyżej TEG, ale przy znacznie wyższej dostawie ciepła temperatury.
Rozważmy teraz fotoelektryczną metodę konwersji energii. Ogniwa słoneczne wykorzystują zjawisko zewnętrznego efektu fotoelektrycznego, który objawia się na złączu pn w półprzewodniku, gdy jest on oświetlony światłem. Złącze pn (lub np) tworzy się przez wprowadzenie zanieczyszczenia o przeciwnym znaku przewodnictwa do monokrystalicznego materiału bazowego półprzewodnika. Kiedy promieniowanie słoneczne uderza w złącze pn, elektrony z pasma walencyjnego są wzbudzane i w obwodzie zewnętrznym powstaje prąd elektryczny. Sprawność nowoczesnych paneli słonecznych sięga 13-15 proc.
Elektrownie słoneczne mają jeden, ale bardzo istotny problem. Atmosfera przeszkadza w pozyskiwaniu i wykorzystywaniu „czystej” energii słonecznej na powierzchni Ziemi. A co, jeśli umieścimy elektrownie słoneczne w kosmosie, na orbicie okołoziemskiej. Nie będzie zakłóceń atmosferycznych, nieważkość pozwoli na tworzenie wielokilometrowych struktur, które są niezbędne do „zbierania” energii Słońca. Takie stacje mają duże zasługi. Przekształceniu jednego rodzaju energii w inny nieuchronnie towarzyszy uwalnianie ciepła, a jego uwolnienie w kosmos zapobiegnie niebezpiecznemu przegrzaniu ziemskiej atmosfery. Dziś nie można powiedzieć z całą pewnością, jak faktycznie będą wyglądały kosmiczne elektrownie słoneczne, chociaż projektanci zaczęli projektować takie elektrownie już pod koniec lat 1960. XX wieku. Każda wersja projektu kosmicznej elektrowni słonecznej zakłada, że jest to kolosalna konstrukcja. Nawet najmniejsza kosmiczna elektrownia musi ważyć dziesiątki tysięcy ton. I ta gigantyczna masa będzie musiała zostać wystrzelona na orbitę z dala od Ziemi.
Nowoczesne pojazdy nośne są w stanie dostarczyć wymaganą liczbę bloków, węzłów i paneli baterii słonecznych na niską - referencyjną - orbitę. Aby zmniejszyć masę ogromnych luster skupiających światło słoneczne, można je wykonać z najcieńszej folii lustrzanej, na przykład w postaci konstrukcji nadmuchiwanych. Zmontowane fragmenty kosmicznej elektrowni słonecznej należy dostarczyć na wysoką orbitę i tam zadokować. A sekcja elektrowni słonecznej będzie mogła latać do „miejsca pracy” o własnych siłach, wystarczy zainstalować na niej elektryczne silniki rakietowe o niskim ciągu. Ale to będzie w przyszłości. Do tej pory panele słoneczne z powodzeniem zasilały stacje kosmiczne. Autor: Musskiy S.A.
Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt
06.05.2024 Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D
06.05.2024 Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024
▪ Przenośny odkurzacz do sierści zwierząt ▪ Smartfony ładują się szybciej i rozumieją głos ▪ Znalazłem sekret doskonałej kawy? ▪ Paliwo nanoelektryczne do nieskończonego ładowania baterii
▪ część serwisu Transport osobisty: lądowy, wodny, powietrzny. Wybór artykułu ▪ artykuł Zasada komplementarności. Historia i istota odkryć naukowych ▪ artykuł Jak ekwadorscy przemytnicy robili narkotyczny miód? Szczegółowa odpowiedź ▪ Artykuł dotyczący kierowcy łodzi. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy ▪ artykuł Wirująca moneta. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony