太阳能发电装置。方案、说明

太阳能发电装置。无线电电子电气工程百科全书

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如今，太阳能的使用主要减少为使用最简单的平板太阳能集热器生产低品位的太阳热能。例如，1990 年在美国，太阳辐射产生的 3,6 万吉焦能源中，有 3,5 万吉焦是低品位热能，用于热水供应、游泳池水加热以及较小程度的供暖。在以色列，根据一项要求每个家庭都配备太阳能热水装置的法律，该国安装了约800万个太阳能集热器，产生约000万吉焦的能源，为15%的人口提供热水。

在现代平板太阳能集热器中，吸收器通常具有选择性涂层，其太阳辐射吸收系数为0,94 - 0,96，吸收器温度下的发射率为0,09 - 0,12。在新建的房屋中，人们正在尝试将收集器与房屋屋顶的元素结合起来，这使得安装更容易、更便宜。一个完整的热水装置，除了集热器外，还包括一个隔热水箱——一个内置备用电加热器的蓄热器，以及必要的配件和自动化装置。收集器通常固定安装，与地平线的角度大约等于该区域的纬度。在面积约100平方米的个体房屋上，通常安装2-1个集热器，每个集热器面积为2-1平方米，并设有容量为1,5升左右的储水箱。如今，在西方市场安装此类装置的成本约为每平方米集热器面积 2 美元。

这种装置的热量输出很大程度上取决于日照、环境温度和其他气候参数。根据地区纬度和气候条件的不同，每年每1平方米地表的太阳能到达量差异很大。对于纬度 2° 左右，可以为 30-8 GJ/(m10 年)，而对于纬度 2-50°，则降至 60-2 GJ/(m4 年)。

太阳能集热器的效率取决于其光学特性、隔热质量、日照以及冷却剂和环境空气的温度。在大多数现有装置中，集热器的年平均运行效率在 40-50% 的水平。这意味着，在纬度约为 30° 的地区，1 平方米集热器每年可产生 2-3 GJ 的热量，温度为 5-60°C。具有这样的指标和 70 年工厂寿命的热量成本最终达到 30-3 美元/吉焦的水平，这使得这些工厂对消费者具有吸引力。对于高纬度地区，太阳能热水器作为季节性热水器更受欢迎。

与集热器一起，基于建筑和规划解决方案优化的被动方法被用来利用太阳能进行家庭供暖。此外，开发所谓的房屋墙壁透明隔热材料、选择性窗户薄膜等也很有意义。

通过使用太阳能发电可以在火力发电厂中获得，其中燃料燃烧产生的热量被集中的太阳辐射流所取代，或者在基于使用半导体光电转换器（PVC）的直接能量转换工厂中获得。

澳大利亚开发了一个有趣的项目。奥委会决定让奥运会变得“绿色”，为此，在奥林匹克中心建造了一座具有热力转换循环的太阳能热发电厂。该项目基于由平面或略微弯曲的镜子制成的线性聚光器，并将太阳辐射集中（聚光度10-15）到由真空管制成的接收器上，接收器内部有一根配有吸热翅片的薄壁吸收器管并覆盖有非常完美的选择性涂层。热量通过热管从吸收器传递到蒸汽发生器，并在蒸汽发生器中产生水蒸汽。通过燃烧一定量的天然气将蒸汽过热至330℃。涡轮机产生的热量用于为奥林匹克游泳池和其他设施供暖。

另一种类型是带有抛物面聚光器 (PC) 的太阳能发电厂，该抛物面聚光器沿着两个轴跟随太阳。抛物面聚光器理论上是最好的聚光装置，可以聚光数千个太阳光，因此加热温度非常高。然而，与塔式和带有 PCC 的 SPP 相比，PC 出于设计考虑，不允许在一个模块中拥有较大的单元容量。因此，带PC的SES适用范围比较小，不超过几十千瓦，多为自主安装。在这种情况下，此类电厂不应与大型火电厂竞争，而应与中小型柴油电厂竞争，后者的发电成本高出2-3倍。

在模块化设计中，PC 的重点通常直接放在发动机上，发动机将热量转化为机械能，然后转化为电能。直到最近，只有斯特林发动机用于此目的，如今燃气轮机也在考虑中。

最近，世界对利用光伏电池直接将太阳辐射转化为电能的装置越来越感兴趣。如今，光伏装置（PMT）发电的成本比热循环太阳能发电厂高出几倍。尽管如此，发达国家和发展中国家都在积极实施 PMT。在这种情况下，可以观察到两种相反的趋势。

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