Impianti di alimentazione a energia solare. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Fonti di energia alternative

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L'uso dell'energia solare oggi si riduce principalmente alla produzione di calore solare di bassa qualità utilizzando i più semplici collettori solari piani. Ad esempio, negli Stati Uniti nel 1990, su 3,6 milioni di GJ di energia prodotta dalla radiazione solare, 3,5 milioni di GJ sono calore di bassa qualità utilizzato per la fornitura di acqua calda, per il riscaldamento dell'acqua delle piscine e, in misura minore, per il riscaldamento. In Israele, in base a una legge che richiede che ogni casa sia dotata di un impianto solare per il riscaldamento dell'acqua, sono installati circa 800 collettori solari, che producono circa 000 milioni di GJ di energia e forniscono acqua calda al 15% della popolazione.

Nei moderni collettori solari piani, l'assorbitore ha spesso uno strato di rivestimento selettivo con un coefficiente di assorbimento per la radiazione solare di 0,94 - 0,96 e un'emissività alla temperatura dell'assorbitore di 0,09 - 0,12. Nelle case di nuova costruzione si sta tentando di combinare i collettori con elementi del tetto della casa, il che rende l'installazione più semplice ed economica. Un impianto completo di riscaldamento dell'acqua comprende, oltre ai collettori, un serbatoio isolato termicamente - un accumulatore, in cui è integrato un riscaldatore elettrico di riserva, gli accessori e l'automazione necessari. Il collettore è solitamente installato immobile con un angolo rispetto all'orizzonte approssimativamente uguale alla latitudine dell'area. Su una singola abitazione con una superficie di circa 100 m2 vengono solitamente installati 1-2 collettori, con una superficie di assorbimento di 1-1,5 m2 ciascuno e un serbatoio di accumulo con una capacità di circa 150 litri. Una tale installazione nel mercato occidentale oggi costa circa 500 USD/m2 di superficie del collettore.

La potenza termica di un tale impianto dipende in modo significativo dall'irraggiamento solare, dalla temperatura ambiente e da altri parametri climatici. A seconda della latitudine dell'area e delle condizioni climatiche, l'apporto annuo di energia solare per 1 m2 di superficie varia notevolmente. Per latitudini intorno ai 30° può essere di 8-10 GJ/(m2 anno), mentre per latitudini 50-60° scende a 2-4 GJ/(m2 anno).

L'efficienza di un collettore solare è determinata dalle sue caratteristiche ottiche, dalla qualità dell'isolamento termico, dall'insolazione e dalle temperature del refrigerante e dell'aria ambiente. Nella maggior parte delle installazioni esistenti, l'efficienza operativa media annua del collettore è del 40-50%. Ciò significa che per latitudini di circa 30°, 1 m2 di collettore può produrre 3–5 GJ di calore all'anno con una temperatura di 60–70°C. Il costo di questo calore con tali indicatori e una vita dell'impianto di 30 anni risulta essere al livello di 3-4 USD/GJ, il che rende questi impianti attraenti per i consumatori. Per latitudini più elevate, gli scaldacqua solari sono più preferibili di quelli stagionali.

Insieme ai collettori, vengono utilizzati metodi passivi basati sull'ottimizzazione delle soluzioni architettoniche e progettuali per utilizzare il calore solare per il riscaldamento domestico. Inoltre, è interessante sviluppare il cosiddetto isolamento trasparente per le pareti delle case, pellicole selettive per finestre, ecc.

L'energia elettrica attraverso l'uso dell'energia solare può essere ottenuta sia in centrali termiche, in cui il calore della combustione del combustibile viene sostituito da un flusso di radiazione solare concentrata, sia in impianti di conversione diretta dell'energia basati sull'uso di convertitori fotoelettrici a semiconduttore (PVC) .

Un progetto interessante sviluppato in Australia. Il Comitato Olimpico ha deciso di rendere i Giochi "verdi", per i quali, in particolare, è stata realizzata nel Complesso Olimpico una centrale solare termica con ciclo di conversione termodinamica. Il progetto si basa su concentratori lineari costituiti da specchi piani o leggermente curvi e che concentrano la radiazione solare (grado di concentrazione 10-15) su un ricevitore costituito da tubi sottovuoto, all'interno dei quali è presente un tubo assorbitore a parete sottile dotato di un'aletta captatore di calore e ricoperto da un rivestimento selettivo molto perfetto. Dall'assorbitore, il calore viene trasferito tramite tubi di calore al generatore di vapore, dove viene prodotto vapore acqueo. Il surriscaldamento del vapore alla temperatura di 330°C viene effettuato bruciando una certa quantità di gas naturale. Il calore della turbina viene utilizzato per riscaldare la piscina olimpionica e altri impianti.

Un'altra varietà è una centrale solare con un concentratore paraboloide (PC) che segue il sole lungo due assi. Il concentratore paraboloide è teoricamente il miglior dispositivo di concentrazione, consentendo una concentrazione di diverse migliaia di soli, e quindi temperature di riscaldamento molto elevate. Tuttavia, i PC, a differenza dei tower e degli SPP con PCC, a causa di considerazioni di progettazione, non consentono di avere grandi capacità di unità in un modulo. Pertanto, l'ambito di applicazione di SES con un PC è relativamente piccolo, non superiore a diverse decine di kilowatt, per lo più installazioni autonome. In questo caso, tali impianti dovrebbero competere non con le grandi centrali termiche, ma con gli impianti diesel di piccola e media capacità, che producono energia elettrica a un costo 2-3 volte superiore.

In un design modulare, il fulcro del PC è spesso posizionato direttamente sul motore, che converte il calore in energia meccanica e quindi elettrica. Fino a poco tempo fa veniva utilizzato per questo scopo solo il motore Stirling, oggi si sta prendendo in considerazione anche una turbina a gas.

Recentemente, il mondo ha aumentato l'interesse per le installazioni che convertono direttamente la radiazione solare in elettricità utilizzando celle fotovoltaiche. Il costo dell'elettricità generata dagli impianti fotovoltaici (PMT) oggi è parecchie volte superiore a quello degli impianti solari a ciclo termico. Tuttavia, le PMT vengono implementate attivamente sia nei paesi sviluppati che in quelli in via di sviluppo. In questo caso si possono osservare due tendenze opposte.

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