môj blog

Obsah 1. Spôsob výroby elektrickej energie v slnečnej (solárnej) elektrárni 1.1 Solárne fotovoltaické systémy 1.2 Solárne koncentračné termické elektrárne 2. Fotovoltaické články 3. Lineárne parabolické zrkadlá ( solárne parabolické korytá ) 4. Tanierové parabolické zrkadlá - solárne parabolické taniere 5. Termálne solárne veže 6. Prílohy Slnečná energia Je to najdostupnejšia a najčistejšia forma obnoviteľnej energie. Pri bezoblačnom počasí dopadá na zemský povrch slnečné žiarenie s výkonom 1000 W/m2 - intenzita žiarenia. Množstvo energie slnečného žiarenia, ktoré dopadne za rok na vodorovnú plochu je u nás 950 - 1200 kWh na 1 m2. V prípade južne orientovanej a sklonenej plochy pod uhlom 300 táto hodnota môže dosahovať na juhu Slovenska aj 1500 kWh/r m2. 1. Spôsob výroby elektrickej energie v slnečnej (solárnej) elektrárni Existujú dva základné princípy premeny slnečného žiarenia na elektrickú energiu: • solárne fotovoltaické systémy - elektrárne • solárne koncentračné termické elektrárne 1.1 Solárne fotovoltaické systémy Pracujú na princípe fotoelektrického javu - priamej premeny svetla na elektrickú energiu. Slnečné žiarenie dopadajúce na polovodičový fotovoltaický článok, vyrobený na báze kremíka produkuje jednosmerný elektrický prúd. Fotovoltaické články sú integrované do tzv. modulov s napätím 6 - 12 V, elektricky prepojené moduly vytvárajú solárne systémy s výstupným napätím 230 V a viac. Na základe inštalovaného výkonu rozoznávame: • domáce solárne systémy s výkonom niekoľko W, resp. kW, ktoré zásobujú domácnosti jednosmerným prúdom cez batérie, používajú sa na osvetlenie a malé spotrebiče • väčšie strešné solárne systémy s výkonom niekoľko kW, ktoré okrem zásobovania domácností prebytky elektriny (striedavý prúd) dodávajú do verejnej siete • solárne elektrárne s výkonom niekoľko MW, ktoré dodávajú celú výrobu do verejnej siete. 1.2 Solárne koncentračné termické elektrárne Pracujú na princípe koncentrácie slnečných lúčov zrkadlami na malú plochu (ohniska), kde vzniknuté veľké teplo sa využíva na generovanie pary a výrobu elektriny. Na koncentráciu slnečného žiarenia sa používajú tri základné typy: • lineárne parabolické zrkadlá - koncentrujú slnečné žiarenie do rúrky, ktorá sa nachádza v ohnisku reflektora. V rúrke prúdi olej, ktorý sa zahrieva až na 400 ˚C a teplo je použité na výrobu pary a pre turbínu spojenú s elektrickým generátorom. • tanierové parabolické zrkadlá - koncentrujú slnečné žiarenie do absorbéra umiestneného v ohnisku taniera. Kvapalina (olej) sa tu zohreje na 650 ˚C a teplo sa využíva na výrobu pary pre malú parnú turbínu s elektrickým generátorom. • termálne solárne veže - okolo veže sú do kruhu rozložené zrkadlá ktoré sú natáčané vždy smerom k Slnku a koncentrujú slnečné lúče do zberača (kotol) umiestneného na veži. Teplota tu dosiahne vyše 1 000 ˚C. Teplo je prostredníctvom termooleja privedené do parogenerátora, kde sa vyrába para pre pohon turbíny spojenej s elektrickým generátorom obr. 1 Využitie slnečnej energie pre elektrospotrebiče, Obr. 2 Využitie slnečnej energie na TUV - teplú úžitkovú vodu 2. Fotovoltaické články Fotovoltaika znamená priamu premenu slnečnej energie na elektrinu. Využíva sa v slnečných – fotovoltaických článkoch. Tieto články sa vyrábajú z polovodičových materiálov- kremík. Účinnosť el. energie na elektrinu u komerčne vyrábaných článkoch je okolo 10 %, laboratórne okolo 20 %. Slnečné články majú výhodu v tom, že ich spojením je možné vytvárať solárne moduly. Najväčšia elektráreň je v Kalifornii s výkonom 5MW. V Nemecku je najväčší závod na výrobu firma Shell. Bežný fotovoltaický článok veľkosti 100 cm2 dokáže za jasného dňa vyrobiť 1MW el. energie. Bežné články sú z fotovoltaického kremíka a produkujú 100W na 1m2 . Životnosť je okolo 20 rokov, návratnosť je okolo 100 rokov. Vyznačujú sa nízkymi prevádzkovými nákladmi a vysokou spoľahlivosťou. Využiteľnosť tam kde nie je dostupná elektrická rozvodná sieť( chaty, chalupy). Fotovoltaický článok je niekoľkoplošná polovodičová súčiastka s viacerými PN priechodmi. Predná strana článku je prispôsobená na pohlcovanie žiarenia. Keď žiarenie dopadá na povrch článku, fotóny sa zrážajú s elektrónmi a tým im odovzdávajú energiu. Elektrón s pretekajúcou energiu púšťa svoje miesto v okolí atómu a začne sa voľne pohybovať v kryštalickej mriežke. Vznikne pár elektrónov a diery, tento pár sa rozdelí na rozhraní PN priechodu, čím vzniká rozdiel potenciálov. Na kontaktoch článku sa objaví el. napätie niekoľko stoviek mV pripojením na obvod. Obvodom preteká jednosmerný prúd. Veľkosť prúdu je úmerná intenzite žiarenia. Kladný pól je na zadnej strane doštičky v podobe celoplošného kontaktu, záporný je na prednej strane tvorený mriežkou. Výhody: • žiadna produkcia škodlivín • použiteľnosť v podstate všade • elektrárne môžu pracovať úplne samostatne obr.3 Fotovoltaické články 3. Lineárne parabolické zrkadlá ( solárne parabolické korytá ) Tieto systémy využívajú parabolické zrkadlá v tvare koryta, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do potrubia umiestneného do ohniska zariadenia. V potrubí prúdi kvapalina, ktorá sa zohrieva takmer na 400˚C. je prečerpávaná cez tepelné výmenníky, takže na konci uniká para s vysokou teplotou ktorá poháňa turbínu generátora vyrábajúceho el. energiu. Potrubie v ohnisku parabolických korýt sú zo skla a celý systém je natáčaný smerom k slnku počas dňa. Najväčší takýto systém bol postavený na začiatku 80.tych rokov a 1 z 9 zariadení malo výkon 13,8 MW. V roku 1990 boli dokončené ostatné s výkonom až 80 MW. Ako teplonosné médium sa používa olej. V dôsledku nízkych nákladov na prevádzku a údržbu sa solárne parabolické korytá stali najlacnejšími a najspoľahlivejšími zariadeniami solárnej- termálnej výroby elektriny. obr. 4, 5, 6 Solárne parabolické koryto 4. Tanierové parabolické zrkadlá - solárne parabolické taniere Využívajú sústavu parabolických zrkadiel v tvare tanierov, ktoré koncentrujú slnečné žiarenie do absorbátora umiestneného v ohnisku paraboly. Kvapalina v absorbátore sa zohrieva na 1000˚C využívaná priamo na výrobu elektriny v turbíne pripojenej k absorbátoru. Tieto systémy boli skonštruované v USA. Výkon majú od 7 kW do 25 kW. Vysoká optická účinnosť a nízke straty energie robia z parabolických tanierov najúčinnejšie solárne zariadenie na výrobu elektrickej energie. Dosahujú účinnosť až 29 %. obr. 7, 8, 9 Solárny parabolický tanier 5. Termálne solárne veže Využívajú kruhové pole osadené niekoľkými zrkadlami natáčaných smerom k slnku a koncentrujúcimi lúče do ohniska veže. Absorbované teplo sa odovzdáva kvapaline. Para poháňajúca turbínu vyrába elektrinu. Natáčanie je riadené pomocou PC a dvojosové zariadenie zaisťuje že zrkadlá neustále smerujú lúče na absorbátor. Kvapalina v absorbátore odovzdáva teplo zásobníku, odtiaľ sa odovzdá na výrobu elektriny a ďalšie priemyselne využitie. Teplota je od 548˚C - 1480˚C. V Kalifornii je postavená elektráreň s výkonom 10 MW, ako teplovodné médium bola voda, nahradená je roztokom roztavených solí. obr. 10, 11, 12 Termálna solárna veža Ďalšie informácie na stránkach: http://elektrarne.unas.cz/subory/slnecna.htm http://www.seas.sk/encyklopedia/obnovitelne-zdroje-energie/slnecna-energia/