太陽エネルギーの電力設備。スキーム、説明

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太陽エネルギーによる発電設備。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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今日の太陽エネルギーの使用は、主に最も単純な平板型太陽熱収集器を使用した低品位太陽熱の生成に削減されています。たとえば、1990 年の米国では、太陽放射から生成される 3,6 万 GJ のエネルギーのうち、3,5 万 GJ が給湯、プールの水の加熱、および程度は低いものの暖房に使用される低品位熱です。。イスラエルでは、全家庭に太陽熱温水器の設置を義務付ける法律に基づいて約800万台の太陽熱集熱器が設置されており、約000万GJのエネルギーを生産し、人口の15％に温水を供給している。

最新の平板型太陽光集熱器では、ほとんどの場合、吸収体には、日射の吸収係数が 0,94 ～ 0,96、吸収体温度での放射率が 0,09 ～ 0,12 の選択的コーティング層が施されています。新築住宅では、コレクターを家の屋根の要素と組み合わせる試みが行われており、これにより設置が簡単かつ安価になります。完全な給湯設備には、コレクターに加えて、断熱タンク、つまりバックアップ電気ヒーターが組み込まれたアキュムレーター、必要な付属品、および自動化が含まれます。コレクターは通常、その地域の緯度にほぼ等しい地平線に対する角度で動かずに設置されます。約100平方メートルの面積を持つ個人の家には、通常、それぞれ2〜1平方メートルの吸収面積と約2リットルの容量の貯蔵タンクを備えた1〜1,5個のコレクターが設置されます。現在、西側市場におけるこのような設置には、コレクタエリア 2 平方メートルあたり約 150 米ドルの費用がかかります。

このような設備の熱出力は、日射量、周囲温度、その他の気候パラメータに大きく依存します。地域の緯度と気候条件に応じて、表面積1 m2あたりの年間到達太陽エネルギーは大きく異なります。緯度が約 30°の場合は 8 ～ 10 GJ/(m2 年) になりますが、緯度 50 ～ 60°の場合は 2 ～ 4 GJ/(m2 年) に低下します。

ソーラーコレクターの効率は、その光学特性、断熱材の品質、日射量、冷却剤と周囲空気の温度によって決まります。ほとんどの既存の設備では、コレクターの平均年間運用効率は 40 ～ 50% のレベルです。これは、緯度が約 30°の場合、1 m2 のコレクタが温度 3 ～ 5°C で年間 60 ～ 70 GJ の熱を生成できることを意味します。このような指標と 30 年の植物寿命を考慮すると、この熱のコストは 3 ～ 4 USD/GJ のレベルであることが判明し、これがこれらの植物を消費者にとって魅力的なものにしています。高緯度では、季節限定の太陽熱温水器の方が適しています。

コレクターとともに、建築および計画ソリューションの最適化に基づく受動的な方法が、太陽熱を家庭の暖房に使用するために使用されます。さらに、家の壁用のいわゆる透明断熱材、窓用の選択的フィルムなどを開発することも興味深い。

太陽エネルギーの利用による電気は、燃料の燃焼による熱を集中した太陽放射の流れで置き換える火力発電所、または半導体光電変換器（PVC）の使用に基づく直接エネルギー変換プラントで得ることができます。。

オーストラリアで開発された興味深いプロジェクト。オリンピック委員会はオリンピックを「グリーン」なものとすることを決定し、そのために特に熱力学変換サイクルを備えた太陽熱発電所がオリンピック競技場内に建設された。このプロジェクトは、平面またはわずかに湾曲した鏡で作られた線形集光器と、真空管で作られた受光器に太陽放射（集光度 10 ～ 15）を集光することに基づいており、その内部には受熱フィンを備えた薄壁の吸収管があります。そして非常に完璧な選択的コーティングで覆われています。吸収器からの熱はヒートパイプによって蒸気発生器に伝達され、そこで水蒸気が生成されます。一定量の天然ガスを燃焼させることにより、蒸気を 330°C の温度まで過熱します。タービンからの熱はオリンピックプールやその他の施設の暖房に使用されます。

もう 2 つの種類は、3 つの軸に沿って太陽を追跡する放物面集光器 (PC) を備えた太陽光発電所です。放物面集光器は理論的には最良の集光装置であり、数千個の太陽を集光できるため、非常に高い加熱温度が可能です。ただし、PC は、PCC を備えたタワーや SPP とは対照的に、設計上の考慮事項により、XNUMX つのモジュールに大きなユニット容量を持たせることができません。したがって、PC を使用した SES の適用範囲は比較的小さく、数十キロワットを超えず、ほとんどが自律型インストールです。この場合、そのような発電所は大規模な火力発電所ではなく、XNUMX〜XNUMX倍のコストで電気を生産する中小規模のディーゼル発電所と競合する必要があります。

モジュラー設計では、PC の焦点はほとんどの場合、熱を機械エネルギーに変換し、さらに電気エネルギーに変換するエンジンに直接配置されます。最近まで、この目的にはスターリングエンジンのみが使用されていましたが、現在ではガスタービンも検討されています。

最近、太陽電池を使用して太陽放射を電気に直接変換する設備に対する世界の関心が高まっています。現在、太陽光発電設備 (PMT) によって生成される電気のコストは、熱サイクル太陽光発電所の数倍になっています。それにもかかわらず、PMT は先進国と発展途上国の両方で積極的に実施されています。この場合、XNUMX つの相反する傾向が観察されます。

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