Тепловые станции примечательны тем, что могут трансформировать энергию солнечных лучей или тепловую энергию окружающей среды в полезный человеку другой вид энергии. Будь то электрическая, химическая или механическая.
Строение энергостанции рассчитывается с учетом среднего годичного направления движения солнца. Поверхность коллектора направлена в сторону солнца и состоит из асферических линз, которые преломляют и фокусируют свет, направляя его к радиаторам теплообменной сети.
Уже сейчас ведутся активно работы в этом направлении. К примеру компания SUNRGI разработала фотоэлектрическую батарею, обеспечивающую, по словам авторов, очень низкую стоимость солнечного электричества — всего 5 центов за киловатт-час.
Новая технология названа Xtreme Concentrated Photovoltaics (XCPV). Как ясно из названия, она основана на необычайно высокой степени концентрации солнечного света, прежде чем он попадает на поверхность фотоэлектрического преобразователя.
SUNRGI утверждает, что успешно решила проблему нагрева солнечной батареи под "конденсированным" потоком, благодаря чему степень сжатия света перед батареями удалось довести до 2 тысяч, а с учётом потерь в оптике яркость лучей в данной установке повышается в 1600 с лишним раз.
Собранный свет попадает на высокоэффективную солнечную батарейку с КПД в 37,5%.
Специальная система, названная Coolmove, быстро отводит лишнее тепло от ячеек, продлевая срок их службы. Без этого устройства солнечные панели XCPV просто расплавились бы, поскольку их температура в таком случае превысила бы 1650 градусов.
Довершает картину система слежения за солнцем, повышающая эффективность установки. В результате последняя требует для производства одного и того же количества электроэнергии в 16 раз меньше площади, чем быстро "растущие" тонкоплёночные солнечные батареи, также претендующие на звание самых недорогих.
Эта система действительно радикально меняет принципы преобразования лучистой солнечной энергии. Но ее возможности вызывают сомнения. Высокая температура скорее всего делает фотоэлементы недолговечными. Используя двигатель Стирлинга в подобных системах можно добиться значительно больших результатов. Во первых КПД такого двигателя более 60% что значительно превышает КПД самых современных фотоэлектрических элементов, во вторых конструкция современных теплообменников может выдерживать температуры значительно превышающие максимальный предел фотоэлектрических элементов.
Возможно, есть смысл использовать комплексный подход. Преобразовывать лучистую энергию при помощи фотоэлектрических элементов, а избыточную тепловую использовать в двигателе Стирлинга для дополнительной выработки энергии.
Строение купола
Сейчас в солнечных электростанциях используют отражающие поверхности. Но их минус это дороговизна и сложность изготовления, кроме того, они рассеивают свет и нагреваются сами.
Современная солнечная электростанция Solar Two
Линзы можно делать из современных прозрачных полимеров, отливая в огромных количествах.
Современные разработки дают возможность предположить что можно будет формировать линзы из жидких материалов под внешним воздействием.
В Японии разработаны жидкие линзы заполненные водой и маслом. Под воздействием электричества вода внутри изменяет свою форму. При этом фокусировка линзы может изменяться.
Этот принцип может повлиять на новые разработки в фото и видео устройств.
Второй источник тепла для теплообменной сети это геотермальная или гидротермальная энергия, добытая с помощью теплового насоса. При использовании теплового насоса нет необходимости иметь высокотемпературный источник энергии. Тепловой насос нагнетает необходимую теплоту из окружающей среды для работы двигателя Стирлинга.
Теплота из теплообменной сети используется для обогрева близлежащих построек.
Кроме того, весь избыток направляется к двигателю Стирлинга. Двигатель трансформирует тепловую энергию в механическую.
Механическая энергия идет на заправку транспортных средств. В транспорте будущего основной источник энергии это механический аккумулятор. Механический аккумулятор представляет собой вращающийся на электромагнитных подшипниках в вакууме маховик. Основное преимущество данного аккумулятора – это практически неограниченный запас энергии. Энергия зависит от скорости вращения. Скорость вращения ограничивается только конструктивной прочностью маховика. На основе нанотехнологий будут созданы материалы с прочностью на порядок выше сегодняшних.
Часть энергии передается к газоразделительной установке. Установка производит водород и кислород. Эти газы хранятся в химических аккумуляторах. Аккумуляторы не полые, а пористые и имеют очень большую прочность. Газы можно держать сжиженными под высоким давлением.
Эти газы используются, когда активность солнца маленькая. Их сжигают для нагрева теплой стороны двигателя Стирлинга. Кроме того, газы будут использовать для заправки транспортных средств.
Если все резервуары с газом заполнены энергия преобразовывается в механическую и запасается в стационарных механических аккумуляторах.
Для обеспечения электричеством поршень двигателя Стирлинга вращает динамо-машину.
Основой мировой экономики должны стать подобный энергетические установки. Основанную роль должен сыграть несправедливо забытый двигатель Стирлинга в комплекте с тепловым насосом. Человечество должно перейти к использованию тепловой энергии, которая наполняет все вокруг.
Единственные минусы данной системы это то что в летнее время когда энергопотребление меньше она дает больше энергии, а зимой когда энергии нужно больше установка вырабатывает меньше энергии. Единственным решением может быть сеть трубопроводов передающих водород через экватор с противоположного полушария или с более теплых районов в районе экватора.
Жидкие линзы
Принцип работы установки XCPV компании SUNRGI
Принцип работы линзы
Технология производства линз
Современные солнечные электростанции - SOLAR PLANTS
Еще один интересный проект солнечной электростанции на основе конвекции теплого воздуха
- экспорт новостей
