Несколько иного типа электростанция в Алькерии на юге Испании. Ее отличие в том, что сфокусированное на вершину башни солнечное тепло приводит в движение натриевый круговорот, а тот уже нагревает воду до образования пара. У такого варианта ряд преимуществ. Натриевый аккумулятор тепла обеспечивает не только непрерывную работу электростанции, но дает возможность частично накапливать избыточную энергию для работы в пасмурную погоду и ночью. Мощность испанской станции имеет всего 0,5 МВт. Но на ее принципе могут быть созданы куда более крупные – до 300 МВт. В установках этого типа концентрация солнечной анергии настолько высока, что КПД паротурбинного процесса здесь ничуть не хуже, чем на традиционных тепловых электростанциях.

     По  мнению специалистов, наиболее привлекательной  идеей относительно преобразования солнечной энергии является использование  фотоэлектрического эффекта в полупроводниках.

     Электростанция в Калифорнии продемонстрировала, что газ и солнце, как основные источники энергии ближайшего будущего, способны эффективно дополнять друг друга. Поэтому не случаен вывод, что в качестве партнера солнечной энергии должны выступать различные виды жидкого или газообразного топлива. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Типы  гелиоэлектростанций

     В настоящее время строятся солнечные  электростанции в основном двух типов: СЭС башенного типа и СЭС распределенного (модульного) типа.

       Идея, лежащая в основе работы  СЭС башенного типа, была высказана  более 350 лет назад, однако строительство  СЭС этого типа началось только  в 1965 г., а в 80-х годах был построен ряд мощных солнечных электростанций в США, Западной Европе, СССР и в других странах.

     В 1985 г. в п. Щелкино Крымской области была введена в эксплуатацию первая в СССР солнечная электростанция СЭС-5 электрической мощностью 5 МВт;  1600 гелиостатов (плоских зеркал) площадью 25,5 м² каждый, имеющих коэффициент отражения 0,71, концентрируют солнечную энергию на центральный приемник в виде открытого цилиндра, установленного на башне высотой 89 м и служащего парогенератором. 

       В башенных СЭС используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающих степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550 ºС, воздух и другие газы - до 1000 ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) - до 100  ºС, жидкометаллические теплоносители - до 800  ºС. 
 

     Главным недостатком башенных СЭС являются их высокая стоимость и большая  занимаемая площадь. Так, для размещения СЭС мощностью 100 МВт  требуется  площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт - всего 50 га. Башенные СЭС мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт , а высота башни 250 м.

     В СЭС распределительного (модульного) типа используется большое число  модулей, каждый из которых включает параболоцилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева  рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная СЭС этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

     При небольшой мощности СЭС модульного типа более экономичны чем башенные. В СЭС модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

     В соответствии с прогнозом в будущем  СЭС займут площадь 13 млн. км2 на суше и 18 млн. км2  в океане.

     СЭС на базе солнечных прудов значительно  дешевле СЭС других типов, так  как они не требуют зеркальных отражателей со сложной системой ориентации, однако их можно сооружать  только в районах с жарким климатом.

     В солнечном пруду происходит одновременное  улавливание и накапливание солнечной  энергии в большом объеме жидкости. Обнаружено, что в некоторых естественных соленых озерах температура воды у дна может достигать 70 ºС. Это обусловлено высокой концентрацией соли. В обычном водоеме поглощаемая солнечная энергия   нагревает   в основном поверхностный     слой     и      эта       теплота      довольно   быстро   теряется, особенно в ночные часы и при холодной ненастной погоде из-за испарения воды и теплообмена с окружающим воздухом. Солнечная энергия, проникающая через всю массу жидкости в солнечном пруду, поглощается окрашенным в темный цвет дном и нагревает прилегающие слои жидкости, в результате чего температура ее может достигать 90-100  ºС, в то время как температура поверхностного слоя остается на уровне 20  ºС. Благодаря высокой теплоемкости воды в солнечном пруду за летний сезон накапливается большое количество теплоты, и вследствие низких тепловых потерь падение температуры в нижнем слое в холодный период года происходит медленно, так что солнечный пруд служит сезонным аккумулятором энергии. Теплота к потребителю отводится из нижней зоны пруда.

     Обычно  глубина пруда составляет 1-3 м. На 1 м 2 площади пруда требуется 500-1000 кг поваренной соли, ее можно заменить хлоридом магния.

     Наиболее  крупный из существующих солнечных  прудов находится в местечке Бейт-Ха-Арава в Израиле. Его площадь составляет 250 000 м 2 . Он используется для производства электроэнергии. Электрическая мощность энергетической установки, работающей по циклу Ренкина, равна 5 МВт.  Себестоимость 1  кВт ч электроэнергии значительно ниже, чем на СЭС других типов.

     Описанный эффект достигается благодаря тому, что по глубине солнечного пруда  поддерживается градиент поваренной соли, направленный сверху вниз, т.е. весь объем  жидкости как бы разделен на три  зоны, концентрация соли по глубине  постепенно увеличивается и достигает  максимального значения на нижнем уровне. Толщина этого слоя составляет 2/3 общей глубины водоема. В нижнем конвективном слое концентрация соли максимальна и равномерно распределена в объеме жидкости. Итак, плотность  жидкости максимальна у дна пруда  и минимальна у его поверхности  в соответствии с распределением концентрации соли. Солнечный пруд служит одновременно коллектором и  аккумулятором теплоты и отличается низкой стоимостью по сравнению с  обычными коллекторами солнечной энергии. Отвод теплоты из солнечного пруда  может осуществляться либо посредством  змеевика, размещенного в нижнем слое жидкости, либо путем отвода жидкости из этого слоя в теплообменник, в  котором циркулирует теплоноситель. При первом способе меньше нарушается температурное расслоение жидкости в пруду, но второй способ тепло технически более эффективен и экономичен.

     Солнечные пруды могут быть использованы в  гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, для получения технологической  теплоты, в системах конденсирования воздуха абсорбционного типа, для производства электроэнергии. 

Солнечные коллекторы.

     С древнейших времен человек использует энергию Солнца для нагрева воды. В основе многих солнечных энергетических систем лежит применение солнечных  коллекторов.

     Коллектор поглощает световую энергию Солнца и преобразует ее в тепло, которое  передается теплоносителю (жидкости или  воздуху) и затем используется для  обогрева зданий, нагрева воды, производства электричества, сушки сельскохозяйственной продукции или приготовления  пищи. Солнечные коллекторы могут  применяться практически во всех процессах, использующих тепло.

     Для типичного жилого дома или квартиры в Европе и Северной Америке нагрев воды - это второй по энергоемкости  домашний процесс. Для ряда домов  он даже является самым энергоемким. Использование энергии Солнца способно снизить стоимость бытового нагрева  воды на 70%. Коллектор предварительно подогревает воду, которая затем  подается на традиционную колонку или  бойлер, где вода нагревается до нужной температуры. Это приводит к  значительной экономии средств. Такую  систему легко установить, она  почти не требует ухода.

     В наши дни солнечные водонагревательные системы используются в частных  домах, многоквартирных зданиях, школах, автомойках, больницах, ресторанах, в  сельском хозяйстве и промышленности. У всех перечисленных заведений  есть нечто общее: в них используется горячая вода. Владельцы домов  и руководители предприятий уже  смогли убедиться в том, что солнечные  системы для нагрева воды являются экономически выгодными и способны удовлетворить потребность в  горячей воде в любом регионе  мира.

     Люди  нагревали воду при помощи Солнца с давних времен, до того, как ископаемое топливо заняло лидирующее место  в мировой энергетике. Принципы солнечного отопления известны на протяжении тысячелетий. Покрашенная в черный цвет поверхность  сильно нагревается на солнце, тогда  как светлые поверхности нагреваются  меньше, белые же меньше всех остальных. Это свойство используется в солнечных  коллекторах - наиболее известных приспособлениях, непосредственно использующих энергию  Солнца. Коллекторы были разработаны  около двухсот лет назад. Самый  известный из них - плоский коллектор - был изготовлен в 1767 году швейцарским  ученым по имени Гораций де Соссюр. Позднее им воспользовался для приготовления  пищи сэр Джон Гершель во время  своей экспедиции в Южную Африку в 30-х годах ХIX века.

     Технология  изготовления солнечных коллекторов  достигла практически современного уровня в 1908 году, когда Вильям Бейли из американской "Carnegie Steel Company" изобрел коллектор с теплоизолированным корпусом и медными трубками. Этот коллектор весьма походил на современную термосифонную систему (см. ниже). К концу первой мировой войны Бейли продал 4 000 таких коллекторов, а бизнесмен из Флориды, купивший у него патент, к 1941 году продал почти 60 000 коллекторов. Введенное в США во время второй мировой войны нормирование меди привело к резкому падению рынка солнечных обогревателей.

     До  всемирного нефтяного кризиса 1973 года эти устройства пребывали в забвении. Однако кризис пробудил новый интерес  к альтернативным источникам энергии. В результате возрос спрос и на солнечную энергию. Многие страны живо интересуются развитием этой области. Эффективность систем солнечного отопления  с 1970-х постоянно возрастает благодаря  использованию для покрытия коллекторов  закаленного стекла с пониженным содержанием железа (оно пропускает больше солнечной энергии, чем обычное  стекло), улучшенной теплоизоляции  и прочному селективному покрытию. 
 

Типы солнечных коллекторов.

     Типичный  солнечный коллектор накапливает  солнечную энергию в установленных  на крыше здания модулях трубок и  металлических пластин, окрашенных в черный цвет для максимального  поглощения радиации. Они заключены  в стеклянный или пластмассовый  корпус и наклонены к югу, чтобы  улавливать максимум солнечного света. Таким образом, коллектор представляет собой миниатюрную теплицу, накапливающую  тепло под стеклянной панелью. Поскольку  солнечная радиация распределена по поверхности, коллектор должен иметь  большую площадь.

   Существуют  солнечные коллекторы различных  размеров и конструкций в зависимости  от их применения. Они могут обеспечивать хозяйство горячей водой для  стирки, мытья и приготовления  пищи, либо использоваться для предварительного нагрева воды для существующих водонагревателей. В настоящее время рынок предлагает множество различных моделей  коллекторов. Их можно разделить  на несколько категорий. К примеру, различают несколько видов коллекторов  в соответствии с температурой, которую  они дают:

• Низкотемпературные коллекторы производят низкопотенциальное тепло, ниже 50 градусов Цельсия. Используются они для подогрева воды в бассейнах и в других случаях, когда требуется не слишком горячая вода.
• Среднетемпературные коллекторы производят высоко- и среднепотенциальное тепло (выше 50 С, обычно 60-80 С). Обычно это остекленные плоские коллекторы, в которых теплопередача совершается посредством жидкости, либо коллекторы-концентраторы, в которых тепло концентрируется. Представителем последних является коллектор вакуумированный трубчатый, который часто используется для нагрева воды в жилом секторе.
• Высокотемпературные коллекторы представляют собой параболические тарелки и используются в основном электрогенерирующими предприятиями для производства электричества для электросетей.

Интегрированный коллектор.

      Простейший вид солнечного коллектора - это "емкостной" или "термосифонный  коллектор", получивший это название потому, что коллектор одновременно является и теплоаккумулирующим  баком, в котором нагревается  и хранится "одноразовая" порция воды. Такие коллекторы используются для предварительного нагрева воды, которая затем нагревается до нужной температуры в традиционных установках, например, в газовых  колонках. В условиях домашнего хозяйства  предварительно подогретая вода поступает  в бак-накопитель. Благодаря этому  снижается потребление энергии  на последующий ее нагрев. Такой  коллектор - недорогая альтернатива активной солнечной водонагревательной системе, не использующая движущихся частей (насосов), требующая минимального техобслуживания, с нулевыми эксплуатационными расходами. К этому виду коллекторов принадлежат  также "Integrated Collector and Storage" - интегрированные коллекторы-накопители. Они состоят из одного или нескольких черных баков, наполненных водой и помещенных в теплоизолированный ящик, накрытый стеклянной крышкой. Иногда в ящик помещают также рефлектор, усиливающий солнечное излучение. Свет проходит сквозь стекло и нагревает воду. Эти устройства совсем недороги, однако перед наступлением холодов воду из них необходимо слить либо защитить от замерзания.