Conversione della radiazione solare in corrente elettrica. Schema, descrizione

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Conversione della radiazione solare in corrente elettrica. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Entro la fine del XNUMX° secolo, l'umanità aveva sviluppato e padroneggiato una serie di principi per convertire l'energia termica in energia elettrica. Possono essere suddivisi condizionatamente in metodi macchina e senza macchina. Questi ultimi sono spesso indicati come metodi di conversione diretta dell'energia perché mancano della fase di conversione dell'energia termica in lavoro meccanico.

Conversione meccanica dell'energia solare in elettricità Tra i convertitori meccanici, i più famosi sono gli impianti a turbina a vapore ea gas, che operano da un secolo in tutte le centrali termiche e nucleari terrestri. Sono adatti anche per lavorare nello spazio, ma in questo caso è necessario uno speciale scambiatore di calore, un emettitore che funge da condensatore di vapore. Allo stesso tempo, se in un'installazione di turbina a vapore a terra il calore di condensazione viene rimosso facendo circolare l'acqua, allora in condizioni di spazio è possibile rimuovere il calore dal vapore o dal gas (se si tratta di una turbina a gas) scaricato nella turbina solo per irraggiamento. Pertanto, la centrale deve essere chiusa.

Un diagramma schematico di un impianto a turbina a gas chiuso (CGTU) è mostrato in fig. 1, un. Qui la radiazione solare, raccolta dal concentratore 1 sulla superficie del boiler solare 2, riscalda il fluido di lavoro - un gas inerte a temperature dell'ordine di 1200-1500 K e, sotto la pressione creata dal compressore 3, fornisce gas caldo alle pale della turbina a gas 4, che aziona il generatore di corrente alternata 5 Il gas scaricato nella turbina entra prima nel rigeneratore 6, dove riscalda il gas di lavoro dopo il compressore, facilitando così il funzionamento del riscaldatore principale - il solare caldaia, quindi si raffredda nel dispositivo di raffreddamento - emettitore 7. Come dimostrato dai test a terra di un'installazione di turbina a gas da tre kilowatt effettuati nel 1977 presso un concentratore parabolico sfaccettato di cinque metri presso l'Istituto tecnico-fisico dell'Accademia delle scienze dell'Uzbekistan , impianti di questo tipo sono molto manovrabili, raggiungendo la velocità nominale (36000 giri/min) non è passato più di 1 minuto dal momento in cui la macchia solare è stata puntata sulla cavità della caldaia cilindrica. L'efficienza di questa installazione è stata dell'11%.

Può sembrare che per le centrali solari che utilizzano energia gratuita, l'efficienza non sia così significativa come per i tradizionali motori termici alimentati a combustibile organico. Tuttavia, non è così, perché le dimensioni e il peso delle parti più ingombranti e pesanti delle centrali solari spaziali - il concentratore e il frigorifero - emettitore - dipendono principalmente dall'efficienza dell'impianto.

È possibile realizzare una centrale elettrica con un convertitore a turbina a vapore (Fig. 1b).

Conversione della radiazione solare in corrente elettrica
Fig. 1. Schemi schematici delle installazioni elettriche della turbina a gas solare (a) e della turbina a vapore (b).

Qui l'energia solare raccolta dal concentratore 1 riscalda il fluido di lavoro nel boiler solare 2, che si trasforma in vapore saturo e poi surriscaldato, che si espande nella turbina 4, che si collega al generatore elettrico 5. Dopo la condensazione nel raffreddatore -radiatore 7 del vapore esausto nella turbina, la sua condensa, compressa dalla pompa 8, entra nuovamente in caldaia. Poiché la fornitura e la rimozione del calore in questo impianto sono effettuate in modo isotermico, le temperature medie di fornitura e rimozione risultano essere più elevate che in un impianto turbogas (a parità di temperature di fornitura del calore), e le aree specifiche del radiatore e concentratore può risultare inferiore rispetto a un CCGT.

L'impianto solare americano a turbina a vapore "Sunflower", simile nello scopo, aveva un'efficienza del 12% con un'area specifica del radiatore-emettitore dell'ordine di 1 kW/m2. Con tali caratteristiche di uno SCES da 10 GW (questa è la potenza richiesta oggi dalle più grandi megalopoli del mondo), servirebbe un frigorifero-emettitore con una superficie di 10 km2. Relativamente meno sviluppate sperimentalmente sono le centrali elettriche con macchine alternative a ciclo chiuso.

Uno svantaggio comune a tutti i convertitori di macchine è la presenza di parti rotanti al loro interno, che crea problemi nel mantenere un orientamento costante della stazione.

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