将太阳辐射转化为电流。方案、说明

将太阳辐射转化为电流。无线电电子电气工程百科全书

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到XNUMX世纪末，人类已经发展并掌握了许多将热能转化为电能的原理。它们可以有条件地分为机器方法和无机器方法。后者通常被称为直接能量转换方法，因为它们缺乏将热能转换为机械功的阶段。

将太阳能转化为电能的机器在机器转换器中，最著名的是蒸汽轮机和燃气轮机发电厂，它们已经在所有地面热电厂和核电厂中运行了一个世纪。它们也适合在太空中工作，但在这种情况下需要特殊的热交换器 - 充当蒸汽冷凝器的发射器。同时，如果在地面蒸汽轮机装置中通过循环水去除凝结热，那么在太空条件下，可以从涡轮机中排出的蒸汽或气体（如果是燃气轮机）中去除热量仅通过辐射。因此，必须关闭发电厂。

封闭式燃气轮机装置（CGTU）的示意图如图 1 所示。 1、a. 这里，太阳能锅炉 2 表面上的聚光器 1200 收集的太阳辐射将工作流体（惰性气体）加热到 1500-3 K 的温度，并在压缩机 4 产生的压力下向叶片提供热气体燃气轮机5的叶轮，驱动交流发电机6。轮机排出的气体首先进入蓄热室7，在蓄热室1977中加热压缩机后的工作气体，从而促进主加热器——太阳能锅炉的运行，然后冷却冷却器中 - 发射器 36000。正如 1 年在乌兹别克斯坦科学院物理技术研究所的 11 米多面抛物面聚光器上对 XNUMX 千瓦燃气轮机装置进行的地面测试所示，这种类型的装置机动性非常好，从太阳黑子指向圆柱形锅炉内腔的那一刻起，达到标称速度（XNUMX转/分钟）不超过XNUMX分钟。该装置的效率为 XNUMX%。

看起来，对于使用自由能源的太阳能发电厂来说，效率不如使用有机燃料运行的传统热机那么显着。然而，事实并非如此，因为太阳能空间发电厂最笨重的部件——聚光器和冰箱——发射器——的尺寸和重量主要取决于安装效率。

可以创建带有蒸汽涡轮转换器的发电厂（图 1b）。

将太阳辐射转化为电流
图。1。太阳能燃气轮机(a)和蒸汽轮机(b)电气装置示意图

在这里，聚光器 1 收集的太阳能加热太阳能锅炉 2 中的工作流体，变成饱和蒸汽，然后变成过热蒸汽，在涡轮机 4 中膨胀，涡轮机 5 连接到发电机 7。在冷却器中冷凝后-涡轮机中排出的蒸汽的散热器 8，其冷凝水由泵 XNUMX 压缩，再次进入锅炉。由于该装置中的供热和排热是等温进行的，因此供热和排热的平均温度高于燃气轮机设备（在相同的供热温度下），并且散热器的特定区域和集中器可能比 CCGT 少。

美国太阳能蒸汽轮机发电厂“向日葵”的用途类似，其冷却器发射器比面积为 12 kW/m1 左右，效率为 2%。鉴于 10 GW SCES 的这种特性（这是当今世界上最大的大城市所需的电力），需要面积为 10 平方公里的冰箱发射器。具有封闭循环往复式机器的发电厂的实验性开发相对较少。

所有机器转换器的一个共同缺点是其中存在旋转部件，这会在保持工作站的恒定方向方面产生问题。

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