Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции.

Типы солнечных электростанций Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов: СЭС башенного типа; СЭС тарельчатого типа; СЭС, использующие фотоэлектрические модули (фотобатареи); СЭС, использующие параболические концентраторы; Комбинированные СЭС; Аэростатные солнечные электростанции; Солнечно-вакуумные электростанции.

СЭС башенного типа

Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации, являются термодинамическими солнечными электростанциями, основанными на тепловом двигателе (фактически это разновидность тепловой электростанции), используется классический цикл Ренкина на водяном паре. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится особым образом сконструированный паровой котëл, предназначенный для преобразования энергии излучения в тепловую энергию. Поверхности нагрева этого котла покрашены в чёрный цвет для поглощения теплового и видимого излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая воду в котёл от конденсатора турбогенератора, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

Гелиостат — зеркало площадью в несколько квадратных метров, закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отражённые лучи от них попали на поверхности нагрева котла. В ясную солнечную погоду температура котла может достигать 700 °C0 . Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %) и высокие мощности.

СЭС тарельчатого типа Данный тип термодинамических СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции, и самым главным отличием является в том числе использование другого термодинамического цикла для получения работы. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится ферменная конструкция приемника и отражателя. Приёмник расположен примерно в области концентрации отражённого солнечного света. Отражатель состоит из зеркал в форме, напоминающей тарелки (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров, а количество зеркал — нескольких десятков (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью). Приёмник излучения состоит из двигателя Стирлинга с зачернëнной поверхностью цилиндра, системой охлаждения (установлен вентилятор, прогоняющий воздух через оребрение цилиндра) и синхронного генератора.

СЭС, использующие фотоэлектрические модули

СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Фотоэлектрические модули и массивы производят электричество постоянного тока. Они могут быть подключены как в последовательном, так и в параллельном электрическом устройстве к инвертору для получения любой требуемой комбинации напряжения и тока.Photovoltaic Module (solar cell)  — www.electricaldeck.com Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов.

Балконная электростанция

Наиболее распространены дешёвые балконные электростанции для одной-двух панелей общей мощностью 600—800 Вт. Если балконная СЭС подключается через микроинвертор к квартирной государственной сети, то требуется регистрация: микроинвертор должен автоматически отключать фото-панели при отключении сети 220В (при потере внешней синхронизации) электросчетчик должен иметь блокировку обратного хода, или быть двунаправленным в случае продажи энергии в сеть (микрогенерация) В Австрии эксплуатация регулируется стандартом ÖNORM (ÖNORM E 8001-4-712). В Германии — VDE (VDE-AR-N 4105).

СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы

Принцип работы данных термодинамических СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе, точно так же как и на башенных СЭС, в них используется цикл Ренкина.

Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается длинное параболоцилиндрическое зеркало, а в фокусе параболы устанавливается трубка с зачернëнной поверхностью и прозрачной вакуумированной оболочкой (необходима, чтобы исключить теплопотери от контакта с атмосферным воздухом), по которой течет высокотемпературный жидкий теплоноситель (чаще всего термомасло). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в парогенераторе отдаёт теплоту воде, которая при повышенном давлении превращается в пар и поступает на турбогенератор, где совершает работу.

СЭС, использующие двигатель Стирлинга

Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен двигатель Стирлинга. Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25 %. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.

Аэростатные СЭС Аэростатные солнечные станции (СЭС) бывают 2 типов: первый — солнечные элементы располагаются на поверхности аэростата. При этом КПД не превышает КПД солнечных батарей и составляет около 15 % (в пределе может достигать 40 %). В конструкции второго типа в качестве рефлектора используется параболическая, вогнутая давлением газа, металлизированная плёнка, которая служит для концентрации солнечной энергии. Стоимость квадратного метра которой мала в сравнении с солнечными батареями и любыми отражающими поверхностями. Располагаясь на высоте более 20 км аэростат не боится затенения при облачной погоде, а двигаясь с воздушными потоками не испытывает ветровых нагрузок. Верхняя часть выполнена из прозрачной плёнки с армировкой, посредине парабола пленочного концентратора из армированной металлизированной плёнки, а в фокусе — термопреобразователь, охлаждаемый легким газом-водород, для системы с разложением воды, либо гелий в случае наличия системы дистанционной передачи энергии- например радио- или свч-излучением. Ориентировка шара на солнце осуществляется за счёт перекачки балластной жидкости(вода для водородного цикла), точная ориентировка — гироскопами. При необходимости в одном дирижабле может находиться несколько плавающих шаровидных модулей.

Комбинированные СЭС Часто на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

Солнечно-вакуумные электростанции Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путём использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стёклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с электрогенератором. Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом.

Крупнейшие солнечно-тепловые электростанции на Земле +Крупнейшие солнечные тепловые электростанции в миреМощность МВтНазваниеСтранаМестоположениеКоординатыТипПримечание510 СЭС Уарзазат Драа — Тафилалет Noor I, Noor II — параболоцилиндрический концентратор; Noor III — башенный гелиоконцентратор с тремя хранилищами1-я очередь закончена в 2016 году392 СТЭС Айвонпа Сан-Бернардино, Калифорния башенный Введена в эксплуатацию 13 февраля 2014 354 Пустыня Мохаве, Калифорния параболоцилиндрическийконцентратор СЭС состоит из 9-ти очередей 280 Барстоу, Калифорния параболоцилиндрическийконцентратор Строительство завершено в декабре 2014 годаcsp-world.com Abengoa’s Mojave 250 MW CSP plant enters commercial operation , 2 December 2014Abengoa: Plants under construction — United States 280 Аризона параболоцилиндрическийконцентратор Строительство завершено в октябре 2013 годаSolarServer: Concentrating solar power: Solana CSP plant begins commercial operation 250 Блайт, Калифорния параболоцилиндрическийконцентратор В эксплуатации с 24 апреля 2014 годаCSP World Another Huge Solar Plant Goes Online in California’s Desert , Chris Clarke, REWIRE, May 5, 2014200 Solaben Solar Power Station Логросан, Испания параболоцилиндрическийконцентратор 3-я очередь закончена в июне 20122-я очередь закончена в октябре 20121-я и 6-я очереди закончены в сентябре 2013 150 Санлукар-ла-Майор, Испания параболоцилиндрическийконцентратор 1-я и 3-я очереди завершены в мае 2010 4-я очередь завершена в августе 2010Abengoa Solar begins commercial operation of Solnova 1 Abengoa Solar begins commercial operation of Solnova 3 Abengoa Solar Reaches Total of 193 Megawatts Operating 150 Гуадикс, Испания параболоцилиндрическийконцентратор Заверено строительство: Andasol 1 (2008), Andasol 2 (2009), Andasol 3 (2011). Каждый имеет тепловой резервуар рассчитанный на 7,5 часов работы.150 Торре-де-Мигель-Сесмеро, Испания параболоцилиндрическийконцентратор Строительство завершено: Extresol 1 и 2 (2010), Extresol 3 (2012). Каждый имеет тепловое хранилище рассчитанное на 7,5 часов работыMapa de proyectos en España Solar Thermal Power Generation — A Spanish Success Story ACS Launches the Operation Phase of its Third Dispatchable 50 MW Thermal Power Plant in Spain, Extresol-1 110 Crescent Dunes Най, Невада башенный в эксплуатации с сентября 2015 100 ЮАР параболоцилиндрическийконцентратор с хранилищем на 2,5 часаМощность МВтНазваниеСтранаМестоположениеКоординатыТипПримечание

Крупнейшие фотоэлектростанции на Земле

+ Крупнейшие фотоэлектрические установки в мире Пиковая мощность, МВт Местонахождение Описание МВт·ч / год 2245 Джодхпур, Индия Крупнейшая в мире солнечная электростанция 1170 Абу-Даби, ОАЭКрупнейшая в мире солнечная электростанция запущена в ОАЭ // 1.07.2019 / Солнечная электростанция Мохаммеда бин Рашида Аль Мактума в южной пустыне Дубая: основана в 2013 году и должна достичь своей пятой и последней фазы в ближайшие пару лет, парк солнечных батарей занимает площадь 44 м³, самая высокая в мире башня концентрированной солнечной энергии высотой около 260 метров 3 200 000 солнечных модулей 550 Калифорния, США 9 000 000 солнечных модулей 550 пустыня Мохаве, Калифорния, США 300 Калифорния, США >1 700 000 солнечных модулей 290 Агуа-Калиенте, Аризона, США 5 200 000 солнечных модулей 626 219 250 Сан-Луис-Обиспо, Калифорния, США 213 Чаранка, Гуджарат, Индия Комплекс из 17 отдельных электростанций, самая крупная из которых имеет мощность 25 МВт.