9.Солнечные системы для получения электроэнергии.

1.Термоионный генератор (термоионная эмиссия).

1-катод

2-анод

3-внешняя нагрузка

W-выход механической энергии

Тк -температура катода

Та - температура анода

R - внешняя нагрузка

При прямом нагреве катода за счет конденсатора,электроны могут покидать его поверхность. Их направляют к аноду. Соединяют внешней цепью.

Максимальный КПД = 15%

2.Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии.

Фотон света дает энергию электрону, электрон перемещается на другой энергетический уровень в зону проводимости. Энергия электрона повышается на ширину запрещенной зоны. Электрон остается в этом состоянии очень короткое время, затем рекомбинирует с ионом.

Солнечные батареи - устройства, состоящие из стопки (50мкм) пленок кремния или др. полупроводниковых металлов, реализующих фотоэффект.

1- пленка диоксида кремния

2- кремний с n-проводимостью

3- кремний с р- проводимостью

4- подложка

5- электрические контакты

Солнце излучает мельчайшие частицы, которые мы воспринимаем как свет и тепло. Инфракрасные лучи - невидимы для человеческого зрения, но мы их можем чувствовать и воспринимать как тепло. Человечество еще в прошлом веке научилось использовать солнечную энергию, преобразовать ее в электрический ток.

Получение энергии реализовано на явлении под названием фотоэффект. Фотоэффект - это испускание электронов веществом под действием света. Все современные фотопреобразователи собраны на основе полупроводниковых кристаллов. Вначале фотоэлементы делались из кристаллов германия, но КПД таких модулей не превышал 9%.

Кристалл, который используют в фотопреобразовательных модулях, имеет один п-н переход, то есть идентично переходу диода.

Сегодня распространены два основных вида фотоэлектрических преобразователей. Первый - делают из монокристаллического, второй из поликристаллического кремния. Они отличаются технологией производства. Первые имеют до 17,5% КПД, вторые до 15%. Солнечная батарея делается из отдельных солнечных модулей, которые подключают блоками. Сегодня солнечный фотовольтовый преобразователь - самый дорогой способ получения электрической энергии, но одновременно самый чистый. Он не имеет никаких вредных отходов и влияний на окружающую среду.

КПД:

1.Монокристалические 12-15%

2.Поликристалические 11-14%

3.Аморфные 6-7%

4.Темурид-кадмия 7-8%

Солнечные концентраторы

Принцип действия солнечных концентраторов заключается в фокусировке солнечных лучей на емкости с теплоносителем. Теплоноситель выступает в роли поглотителя солнечной энергии. В зависимости от метода для концентрации солнечной энергии могут использоваться параболоцилиндрические концентраторы, фокусирующие солнечное излучение на трубах с водой или маслом, специальные солнечные параболические зеркала либо гелиоцентрические установки башенного типа. В некоторых моделях концентраторов солнечное излучение концентрируется в фокусной точке, а в других – вдоль фокальной линии, где и располагают приемник. Достижение высоких температур в концентраторах достигается путем отражения солнечного излучения с большей поверхности на меньшую поверхность приемника-абсорбера. Жидкость-теплоноситель, проходя через приемник, поглощает тепло. Кроме самого концентратора и приемника энергии в электростанцию входит теплоноситель, аккумулирующая система и система передачи энергии.

Температура в приемнике достаточно высока, однако концентраторы способны фокусировать только прямое солнечное излучение, что сильно снижает их эффективность в туманную или облачную погоду. Наиболее высокие показатели КПД у таких систем в регионах с высоким уровнем инсоляции, например, в пустынных или экваториальных районах. Чтобы использование солнечного излучения было максимально эффективным, необходимо обеспечить ориентацию концентраторов в направлении солнца. Для этого концентраторы оснащают специальной следящей системой (трекерами), которая поворачивает систему «лицом» к солнцу. Одноосные следящие системы поворачивают системы с востока на запад, а двуосные и с севера на юг для ориентирования системы на Солнце в течение всего года. Концентраторы применяются, в основном, в промышленных системах генерации электроэнергии из-за их высокой стоимости, к тому же следящие системы требуют периодического обслуживания.

Подобные установки можно использовать в гибридных энергосистемах, например, вместе с системами, работающими на углеводородном топливе. При использовании аккумулирующих систем в таких установках можно добиться существенного понижения себестоимости вырабатываемого электричества за счет возможности ее генерирования в любое время дня и ночи и при любой погоде.

Солнечные установки тарельчатого типа

Гелиоустановки тарельчатого типа представляют собой ряд параболических зеркал, формой напоминающих спутниковые тарелки. С помощью зеркал происходит фокусировка солнечного излучения на приемники энергии, расположенные в точке фокуса каждого зеркала-тарелки. Температура нагрева теплоносителя достигает 1000 градусов С. Горячая жидкость-теплоноситель напрямую передается в генератор электроэнергии либо двигатель, объединенный с приемником.

Практический КПД гелиосистемы, состоящей из параболического зеркала и двигателя Стирлинга, расположенной на Ранчо Мираж, составил 29%, что фактически являлось мировым рекордом по эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.

Требуемых мощностей с помощью таких систем легко добиться благодаря модульному проектированию, позволяющему удовлетворять потребности как автономных потребителей, так и гибридных, соединенных с коммунальными электросетями. Модульный тип конструкций делает солнечные системы тарельчатого типа весьма перспективными.

Наглядным подтверждением успешности данной технологии может служить проект «STEP» (Solar Total Energy Project) в американском штате Джорджия. Гелиосистема состояла из 114 параболических зеркал диаметром 7 м каждое и производила пар высокого давления для генерации собственно электроэнергии, пар среднего давления для трикотажного производства и пар низкого давления для работы системы кондиционирования на той же трикотажной фабрике.