Các loại nhà máy điện mặt trời: tháp, đĩa, parabol-trụ tập trung, năng lượng mặt trời chân không, kết hợp

Để chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời hay nói cách khác — nhiệt và ánh sáng mặt trời, thành năng lượng điện, từ nhiều năm nay nhiều nước trên thế giới đã và đang sử dụng các nhà máy điện năng lượng mặt trời. Đây là những cấu trúc kỹ thuật có thiết kế khác nhau, hoạt động theo các nguyên tắc khác nhau, tùy thuộc vào loại nhà máy điện.

Nếu ai đó, khi nghe đến cụm từ "nhà máy điện mặt trời", tưởng tượng ra một khu vực rộng lớn được bao phủ bởi các tấm pin mặt trời, thì điều này không có gì đáng ngạc nhiên, bởi vì loại nhà máy điện này, được gọi là quang điện, ngày nay rất phổ biến trong nhiều hộ gia đình. Nhưng đây không phải là loại nhà máy điện mặt trời duy nhất.

Tất cả các nhà máy năng lượng mặt trời được biết đến ngày nay sản xuất điện ở quy mô công nghiệp được chia thành sáu loại: tháp, tấm, quang điện, bộ tập trung hình trụ parabol, năng lượng mặt trời chân không và kết hợp.Chúng ta hãy xem xét chi tiết từng loại nhà máy điện mặt trời và chú ý đến các cấu trúc cụ thể ở các quốc gia khác nhau trên thế giới.

Nhà máy điện tháp

Nhà máy điện mặt trời — Một nhà máy điện mặt trời trong đó bức xạ từ một hệ thống tập trung quang học được hình thành bởi trường của các bộ định nhiệt được hướng đến một bộ thu năng lượng mặt trời gắn trên tháp.

Các nhà máy điện tháp ban đầu dựa trên nguyên tắc bốc hơi nước dưới tác động của bức xạ mặt trời. Ở đây hơi nước được sử dụng làm chất lỏng làm việc. Nằm ở trung tâm của một nhà ga như vậy, tòa tháp có một bể chứa nước trên đỉnh được sơn màu đen để hấp thụ tốt nhất cả bức xạ nhìn thấy và nhiệt. Ngoài ra, tháp còn có tổ máy bơm có chức năng cung cấp nước cho bể chứa. Hơi nước, nhiệt độ vượt quá 500 ° C, làm quay một máy phát điện tuabin nằm trên lãnh thổ của nhà ga.

Để tập trung lượng bức xạ mặt trời tối đa có thể lên đỉnh tháp, hàng trăm thiết bị định nhật được lắp đặt xung quanh nó, có chức năng hướng bức xạ mặt trời phản xạ trực tiếp đến bình chứa nước. Máy bay trực thăng là những chiếc gương, diện tích của mỗi chiếc có thể lên tới hàng chục mét vuông.

Bộ định nhiệt [bộ định nhiệt] — Một phần tử gương phẳng hoặc gương hội tụ của một hệ thống tập trung quang học có một thiết bị định hướng riêng để hướng bức xạ mặt trời trực tiếp phản xạ tới bộ thu bức xạ mặt trời.

Được gắn trên các giá đỡ được trang bị hệ thống lấy nét tự động, tất cả các thiết bị định lượng mặt trời đều hướng bức xạ mặt trời phản xạ trực tiếp lên đỉnh tháp, đến bể chứa, khi định vị hoạt động theo chuyển động của mặt trời vào ban ngày.

Vào ngày nóng nhất, nhiệt độ của hơi nước được tạo ra có thể tăng lên 700 ° C, quá đủ cho hoạt động bình thường của tuabin.

Ví dụ, tại Israel, trên lãnh thổ của sa mạc Negev, vào cuối năm 2017, việc xây dựng một nhà máy điện với tháp công suất hơn 121 MW sẽ hoàn thành, chiều cao của tháp sẽ là 240 mét. (tháp năng lượng mặt trời cao nhất thế giới tại thời điểm xây dựng), và xung quanh nó sẽ là một tầng gồm hàng trăm nghìn thiết bị định vị nhật sẽ được định vị thông qua điều khiển Wi-Fi. Nhiệt độ hơi nước trong bể sẽ đạt 540 ° C. Dự án trị giá 773 triệu USD sẽ đáp ứng 1% nhu cầu điện của Israel.

Nước không phải là thứ duy nhất có thể được làm nóng bằng bức xạ mặt trời trong tháp. Ví dụ, ở Tây Ban Nha, năm 2011, nhà máy điện mặt trời tháp Gemasolar đã được đưa vào hoạt động, trong đó chất làm mát bằng muối được làm nóng. Giải pháp này giúp nó có thể sưởi ấm ngay cả vào ban đêm.

Muối, được làm nóng đến 565 ° C, đi vào một bể đặc biệt, sau đó nó truyền nhiệt đến máy tạo hơi nước, làm quay tuabin. Toàn bộ hệ thống có công suất định mức 19,9 MW và có khả năng cung cấp 110 GWh điện (trung bình hàng năm) để cấp điện cho mạng lưới 27.500 hộ gia đình hoạt động hết công suất 24 giờ/ngày trong 9 tháng.

lô nhà máy điện

Về nguyên tắc, các nhà máy điện loại này tương tự như các nhà máy tháp, nhưng khác về cấu trúc. Nó sử dụng các mô-đun riêng biệt, mỗi mô-đun tạo ra điện. Mô-đun này bao gồm cả gương phản xạ và bộ thu. Một cụm gương hình parabol tạo thành gương phản xạ được gắn trên giá đỡ.

Bộ khuếch đại gương — Bộ tập trung bức xạ mặt trời có lớp phủ gương.Bộ tập trung mặt gương — Bộ tập trung bức xạ mặt trời dạng gương bao gồm các gương riêng lẻ có hình dạng phẳng hoặc cong tạo thành một bề mặt phản xạ chung.

Máy thu được đặt tại tiêu điểm của paraboloid. Bộ phản xạ bao gồm hàng tá gương, mỗi gương được tùy chỉnh riêng. Đầu thu có thể là động cơ Stirling kết hợp với máy phát điện, hoặc một thùng chứa nước được chuyển hóa thành hơi nước, hơi nước làm quay tuabin.

Ví dụ, vào năm 2015, Ripasso, Thụy Điển, đã thử nghiệm một đơn vị nhiệt nhiệt parabol với động cơ Stirling ở Nam Phi. Phản xạ lắp đặt là một gương parabol bao gồm 96 phần và tổng diện tích 104 mét vuông.

Trọng tâm là động cơ hydro Stirling được trang bị bánh đà và được kết nối với máy phát điện. Tấm quay chầm chậm theo mặt trời vào ban ngày. Do đó, hệ số hiệu suất là 34% và mỗi "tấm" như vậy có thể cung cấp cho người dùng 85 MWh điện mỗi năm.

Công bằng mà nói, chúng tôi lưu ý rằng tại tâm điểm của "tấm" của nhà máy điện mặt trời loại này, có thể đặt một thùng chứa dầu, nhiệt của nó có thể được truyền đến bộ tạo hơi nước, do đó, làm quay tuabin của máy phát điện.

Nhà máy điện mặt trời ống parabol

Ở đây một lần nữa, môi trường sưởi ấm được làm nóng bằng bức xạ phản xạ tập trung. Chiếc gương có dạng hình trụ parabol dài tới 50m, nằm theo hướng bắc nam và quay theo chuyển động của mặt trời. Tại tiêu điểm của gương là một ống cố định dọc theo đó chất lỏng làm mát di chuyển.Khi chất làm mát đủ ấm, nhiệt sẽ được truyền vào nước trong bộ trao đổi nhiệt, tại đây hơi nước sẽ quay trở lại máy phát điện.

Bộ tập trung hành lang parabol — Bộ tập trung gương của bức xạ mặt trời, hình dạng của nó được hình thành bởi một parabol chuyển động song song với chính nó.

Vào những năm 1980 tại California, Luz International đã xây dựng 9 nhà máy điện như vậy, với tổng công suất 354 MW. Tuy nhiên, sau nhiều năm thực hành, các chuyên gia đã đi đến kết luận rằng các nhà máy điện parabol ngày nay kém hơn cả về lợi nhuận và hiệu quả so với các nhà máy điện mặt trời dạng tháp và tấm.

Tuy nhiên, vào năm 2016, một nhà máy điện đã được phát hiện ở sa mạc Sahara gần Casablanca. tập trung năng lượng mặt trời, công suất 500 MW. Nửa triệu tấm gương 12 mét làm nóng chất làm mát đến 393°C để biến nước thành hơi nước để quay tua-bin máy phát điện. Vào ban đêm, nhiệt năng tiếp tục hoạt động nhờ được tích trữ trong muối nóng chảy. Bằng cách này, nhà nước Ma-rốc có kế hoạch từng bước giải quyết vấn đề về nguồn năng lượng thân thiện với môi trường.

Nhà máy quang điện

Trạm dựa trên mô-đun quang điện, tấm pin mặt trời. Chúng rất phổ biến và rộng rãi trong thế giới hiện đại. Các mô-đun dựa trên tế bào silicon được sử dụng rộng rãi để cung cấp năng lượng cho các địa điểm nhỏ, chẳng hạn như viện điều dưỡng, biệt thự tư nhân và các tòa nhà khác, nơi một trạm có nguồn điện cần thiết được lắp ráp từ các bộ phận riêng biệt và lắp đặt trên mái nhà hoặc trên một khu vực thích hợp. Các nhà máy quang điện công nghiệp có thể cung cấp điện cho các thị trấn nhỏ.

Solar Power Plant (SES) [nhà máy điện mặt trời] — Một nhà máy điện được thiết kế để chuyển đổi năng lượng bức xạ mặt trời thành điện năng.

Ví dụ, ở Nga, nhà máy quang điện lớn nhất nước này đã được khai trương vào năm 2015. Nhà máy điện mặt trời "Alexander Vlazhnev", gồm 100.000 tấm pin mặt trời, tổng công suất 25 MW, nằm trên diện tích 80 ha giữa các thành phố Orsk và Gai. Công suất của trạm đủ để cung cấp điện cho một nửa thành phố Orsk, bao gồm các tòa nhà kinh doanh và dân cư.

Nguyên tắc hoạt động của các trạm như vậy là đơn giản. Năng lượng của các photon ánh sáng được chuyển thành dòng điện trong một tấm wafer silicon; hiệu ứng quang điện nội tại trong chất bán dẫn này đã được các nhà sản xuất pin mặt trời nghiên cứu và chấp nhận từ lâu. Nhưng silicon tinh thể, mang lại hiệu suất 24%, không phải là lựa chọn duy nhất. Công nghệ không ngừng cải tiến. Vì vậy, vào năm 2013, các kỹ sư của Sharp đã đạt được hiệu suất 44,4% từ nguyên tố indi-gallium-arsenide và việc sử dụng thấu kính hội tụ giúp đạt được tất cả 46%.

Nhà máy điện chân không năng lượng mặt trời

Loại trạm năng lượng mặt trời hoàn toàn sinh thái. Về nguyên tắc, luồng không khí tự nhiên được sử dụng, xảy ra do chênh lệch nhiệt độ (không khí trên bề mặt trái đất nóng lên và dồn lên trên). Trở lại năm 1929, ý tưởng này đã được cấp bằng sáng chế ở Pháp.

Một nhà kính đang được xây dựng, đó là một mảnh đất được bao phủ bởi kính. Một tháp nhô ra từ trung tâm của nhà kính, một đường ống cao, trong đó một tuabin máy phát điện được gắn vào. Mặt trời sưởi ấm nhà kính, và không khí ùa lên qua đường ống làm quay tua-bin.Dự thảo không đổi miễn là mặt trời làm nóng không khí trong một thể tích thủy tinh kín và ngay cả vào ban đêm miễn là bề mặt trái đất vẫn giữ nhiệt.

Một trạm thử nghiệm kiểu này được xây dựng vào năm 1982, cách Madrid, Tây Ban Nha 150 km về phía nam. Nhà kính có đường kính 244 mét và đường ống cao 195 mét. Công suất phát triển tối đa chỉ là 50 kW. Tuy nhiên, tuabin đã chạy được 8 năm cho đến khi nó bị hỏng do rỉ sét và gió lớn. Năm 2010, Trung Quốc đã hoàn thành việc xây dựng một trạm chân không năng lượng mặt trời có khả năng cung cấp 200 kW. Nó chiếm diện tích 277 ha.

Nhà máy điện mặt trời kết hợp

Đây là những trạm nơi nước nóng và thông tin liên lạc sưởi ấm được kết nối với các bộ trao đổi nhiệt, nói chung, chúng làm nóng nước cho các nhu cầu khác nhau. Các trạm kết hợp cũng bao gồm các giải pháp kết hợp khi các bộ tập trung hoạt động song song với các tấm pin mặt trời. Các nhà máy điện mặt trời kết hợp thường là giải pháp duy nhất để cung cấp năng lượng thay thế và sưởi ấm nhà riêng.