日射を電流に変換します。スキーム、説明

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太陽放射を電流に変換します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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XNUMX 世紀の終わりまでに、人類は熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための多くの原理を開発し、習得しました。それらは、マシン法とマシンフリー法に分類できます。後者は、熱エネルギーを機械的仕事に変換する段階を含まないため、直接エネルギー変換法と呼ばれることがよくあります。

太陽エネルギーを電気に変換する機械変換器機械変換器の中で最も有名なものは蒸気タービンとガスタービンユニットで、XNUMX世紀にわたって地上のすべての火力発電所と原子力発電所で稼働しています。宇宙での作業にも適していますが、この場合は特別な熱交換器、つまり蒸気凝縮器として機能するラジエーターが必要です。さらに、地上の蒸気タービン設備で循環水によって凝縮熱が除去される場合、宇宙環境では、タービン (ガスタービンの場合) 内で排出される蒸気またはガスの熱除去は放射によってのみ可能です。したがって、発電所は閉鎖しなければなりません。

密閉型ガスタービンユニット（CGTU）の概略図を図に示します。 1、a. ここで、集光器 1 によってソーラーボイラー 2 の表面に集められた太陽放射は、作動流体である不活性ガスを 1200 ～ 1500 K 程度の温度に加熱し、コンプレッサー 3 によって生成された圧力下で高温ガスをボイラー 4 に供給します。ガスタービンのブレード 5、交流発電機 6 を駆動しますタービンで排出されたガスは最初に再生器 7 に入り、そこで圧縮機の後の作動ガスを加熱し、それによってメインヒーターである太陽ボイラーの動作を促進します。 1977年にウズベキスタン科学アカデミー物理技術研究所の36000メートルの面取り放物線集光器で実施された1キロワットのガスタービン設備の地上試験で示されているように、このタイプの設備は非常に操作しやすく、黒点が円筒形ボイラーの空洞に置かれた瞬間から公称速度 (11 rpm) に達するまでに XNUMX 分もかかりませんでした。この設置の効率は XNUMX% でした。

フリーエネルギーを使用する太陽光発電所の場合、効率は有機燃料で動作する従来の熱機関ほど重要ではないと思われるかもしれません。しかし、これはそうではありません。なぜなら、太陽宇宙発電所の最も大きくて重い部品である集光器と冷蔵庫（エミッタ）の寸法と重量は、主に設備の効率に依存するからです。

蒸気タービンコンバーターを備えた発電所を作ることが可能です（図1b）。

太陽放射を電流に変換する
図1。太陽電池ガスタービン（a）と蒸気タービン（b）の電気設備の概略図

ここで、集光器 1 によって収集された太陽エネルギーはソーラーボイラー 2 内の作動流体を加熱し、飽和蒸気になり過熱蒸気になり、タービン 4 で膨張し、発電機 5 に接続されます。冷却器で凝縮した後、タービン内で排出された蒸気のラジエーター 7、その凝縮水はポンプ 8 によって圧縮され、再びボイラーに入ります。この設備では熱の供給と除去が等温で行われるため、供給と除去の平均温度はガスタービンプラントよりも高く（同じ熱供給温度の場合）、ラジエーターとラジエーターの特定の領域は高くなります。コンセントレータの性能は CCGT よりも小さいことが判明する可能性があります。

米国の太陽熱蒸気タービン設備「サンフラワー」は、目的が同様で、12 kW/m1程度の冷凍機エミッタの比面積で2％の効率を持っていました。 10 GW SESのこのような特性（これはまさに今日の世界最大の巨大都市が必要とする電力です）では、面積10 km2の冷凍機エミッターが必要になります。比較的実験的に開発されていないのは、クローズドサイクルピストンマシンを備えた発電所です。

すべての機械コンバータに共通する欠点は、回転部品の存在であり、これによりステーションの向きを一定に維持する際に問題が生じます。

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