Солнечная электростанция

Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции.

Солнечная электростанция
Углеродный след	48 удельный выброс углекислого газа
Источник энергии	солнечная энергия
Медиафайлы на Викискладе

Типы солнечных электростанций

Все солнечные электростанции (СЭС) подразделяют на несколько типов:

• СЭС башенного типа
• СЭС тарельчатого типа
• СЭС, использующие фотоэлектрические модули ((фотобатареи))
• СЭС, использующие параболические концентраторы
• Комбинированные СЭС
• Аэростатные солнечные электростанции
• Солнечно-вакуумные электростанции

СЭС башенного типа

Модель (солнечной электростанции) башенного типа в (Политехническом музее) (г.Москва)

Данные электростанции основаны на принципе получения водяного пара с использованием солнечной радиации. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров^[] (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше), на вершине которой находится резервуар с водой. Этот резервуар покрашен в чёрный цвет для поглощения теплового и видимого излучения. Также в этой башне находится насосная группа, доставляющая воду в резервуар от турбогенератора, который находится вне башни. По кругу от башни на некотором расстоянии располагаются гелиостаты.

(Гелиостат) — зеркало площадью в несколько квадратных метров^[], закреплённое на опоре и подключённое к общей системе позиционирования. То есть, в зависимости от положения солнца, зеркало будет менять свою ориентацию в пространстве. Основная и самая трудная задача — это позиционирование всех зеркал станции так, чтобы в любой момент времени все отражённые лучи от них попали на резервуар. В ясную солнечную погоду температура в резервуаре может достигать 700 °C^0[]. Такие температурные параметры используются на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины. Фактически на станциях такого типа можно получить сравнительно большой КПД (около 20 %)^[] и высокие мощности.

СЭС тарельчатого типа

Данный тип СЭС использует принцип получения электроэнергии, схожий с таковым у башенных СЭС, но есть отличия в конструкции самой станции. Станция состоит из отдельных модулей. Модуль состоит из опоры, на которую крепится (ферменная) конструкция приемника и отражателя. Приёмник расположен примерно в области концентрации отражённого солнечного света. Отражатель состоит из зеркал в форме, напоминающей тарелки (отсюда название), радиально расположенных на ферме. Диаметры этих зеркал достигают 2 метров^[], а количество зеркал — нескольких десятков^[] (в зависимости от мощности модуля). Такие станции могут состоять как из одного модуля (автономные), так и из нескольких десятков (работа параллельно с сетью).

СЭС, использующие фотоэлектрические модули

См. также: (Солнечная батарея)

(Кош-Агачская СЭС)

СЭС этого типа в настоящее время очень распространены, так как в общем случае СЭС состоит из большого числа отдельных модулей (фотобатарей) различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергообеспечения как малых, так и крупных объектов (частные коттеджи, пансионаты, санатории, промышленные здания и т. д.). Фотоэлектрические модули и массивы производят электричество постоянного тока. Они могут быть подключены как в последовательном, так и в параллельном электрическом устройстве к (инвертору) для получения любой требуемой комбинации напряжения и тока. Устанавливаться фотобатареи могут практически везде, начиная от кровли и фасада здания и заканчивая специально выделенными территориями. Установленные мощности тоже колеблются в широком диапазоне, начиная от снабжения отдельных насосов, заканчивая электроснабжением городов.

Балконная электростанция

Балконная электростанция.

Наиболее распространены дешёвые балконные электростанции для одной-двух панелей общей мощностью 600—800 Вт. Если балконная СЭС подключается через микроинвертор к квартирной государственной сети, то требуется регистрация:

• (микроинвертор) должен автоматически отключать фото-панели при отключении сети 220В (при потере внешней синхронизации)
• (электросчетчик) должен иметь блокировку обратного хода, или быть двунаправленным в случае продажи энергии в сеть (микрогенерация)

В Австрии эксплуатация регулируется стандартом ÖNORM (ÖNORM E 8001-4-712[23]). В Германии — VDE (VDE-AR-N 4105).

СЭС, использующие параболоцилиндрические концентраторы

Принцип работы данных СЭС заключается в нагревании теплоносителя до параметров, пригодных к использованию в турбогенераторе.

Конструкция СЭС: на ферменной конструкции устанавливается длинное (параболоцилиндрическое зеркало), а в фокусе параболы устанавливается трубка, по которой течет (теплоноситель) (чаще всего масло^[]). Пройдя весь путь, теплоноситель разогревается и в теплообменных аппаратах отдаёт теплоту воде, которая превращается в пар и поступает на турбогенератор.

СЭС, использующие двигатель Стирлинга

Представляют собой СЭС с параболическими концентраторами, у которых в фокусе установлен (двигатель Стирлинга). Существуют конструкции двигателей Стирлинга, которые непосредственно преобразуют колебания поршня в электрическую энергию, без использования кривошипно-шатунного механизма. Это позволяет достичь высокой эффективности преобразования энергии. Эффективность таких электростанций достигает 31,25 %. В качестве рабочего тела используется водород или гелий.

Аэростатные СЭС

Аэростатные солнечные станции (СЭС) бывают 2 типов: первый — солнечные элементы располагаются на поверхности аэростата. При этом КПД не превышает КПД солнечных батарей и составляет около 15 % (в пределе может достигать 40 %). В конструкции второго типа в качестве рефлектора используется параболическая, вогнутая давлением газа, металлизированная плёнка, которая служит для концентрации солнечной энергии. Стоимость квадратного метра которой мала в сравнении с солнечными батареями и любыми отражающими поверхностями. Располагаясь на высоте более 20 км аэростат не боится затенения при облачной погоде, а двигаясь с воздушными потоками не испытывает ветровых нагрузок. Верхняя часть выполнена из прозрачной плёнки с армировкой, посредине парабола пленочного концентратора из армированной металлизированной плёнки, а в фокусе — термопреобразователь, охлаждаемый легким газом-водород, для системы с разложением воды, либо гелий в случае наличия системы дистанционной передачи энергии- например радио- или свч-излучением. Ориентировка шара на солнце осуществляется за счёт перекачки балластной жидкости(вода для водородного цикла), точная ориентировка — гироскопами. При необходимости в одном дирижабле может находиться несколько плавающих шаровидных модулей.

Комбинированные СЭС

Часто^[] на СЭС различных типов дополнительно устанавливают теплообменные аппараты для получения горячей воды, которая используется как для технических нужд, так и для горячего водоснабжения и отопления. В этом и состоит суть комбинированных СЭС. Также на одной территории возможна параллельная установка концентраторов и фотобатарей, что тоже считается комбинированной СЭС.

Солнечно-вакуумные электростанции

Используют энергию воздушного потока, искусственно создаваемого путём использования разности температур воздуха в приземном слое воздуха, нагреваемого солнечными лучами в закрытом прозрачными стёклами участке, и на некоторой высоте. Состоят из накрытого стеклянной крышей участка земли и высокой башни, у основания которой расположена воздушная турбина с (электрогенератором). Вырабатываемая мощность растет с ростом разности температур, которая увеличивается с высотой башни. Путём использования энергии нагретой почвы способны работать почти круглосуточно, что является их серьёзным преимуществом.

Крупнейшие солнечно-тепловые электростанции на Земле

Крупнейшие солнечные тепловые электростанции в мире

Мощность МВт	Название	Страна	Местоположение	Координаты	Тип	Примечание
510	(СЭС Уарзазат)		(Драа — Тафилалет)	^HGЯO	Noor I, Noor II — параболоцилиндрический концентратор; Noor III — башенный гелиоконцентратор	с тремя хранилищами 1-я очередь закончена в 2016 году
392	(СТЭС Айвонпа)		Сан-Бернардино, Калифорния	^HGЯO	башенный	Введена в эксплуатацию 13 февраля 2014
354	^[англ.]		Пустыня Мохаве, Калифорния	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	СЭС состоит из 9-ти очередей
280	^[англ.]		(Барстоу, Калифорния)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	Строительство завершено в декабре 2014 года
280	^[англ.]		Аризона	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	Строительство завершено в октябре 2013 года
250	^[англ.]		(Блайт, Калифорния)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	В эксплуатации с 24 апреля 2014 года
200	Solaben Solar Power Station		(Логросан, Испания)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	3-я очередь закончена в июне 2012 2-я очередь закончена в октябре 2012 1-я и 6-я очереди закончены в сентябре 2013
150	^[англ.]		(Санлукар-ла-Майор, Испания)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	1-я и 3-я очереди завершены в мае 2010 4-я очередь завершена в августе 2010
150	^[англ.]		(Гуадикс, Испания)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	Заверено строительство: Andasol 1 (2008), Andasol 2 (2009), Andasol 3 (2011). Каждый имеет тепловой резервуар рассчитанный на 7,5 часов работы.
150	^[англ.]		(Торре-де-Мигель-Сесмеро, Испания)	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	Строительство завершено: Extresol 1 и 2 (2010), Extresol 3 (2012). Каждый имеет тепловое хранилище рассчитанное на 7,5 часов работы
110	(Crescent Dunes)		(Най, Невада)	^HGЯO	башенный	в эксплуатации с сентября 2015
100	^[англ.]		ЮАР	^HGЯO	параболоцилиндрический концентратор	с хранилищем на 2,5 часа
Мощность МВт	Название	Страна	Местоположение	Координаты	Тип	Примечание

Крупнейшие фотоэлектростанции на Земле

^[]

Крупнейшие фотоэлектрические установки в мире

Пиковая мощность, МВт	Местонахождение	Описание	МВт·ч / год
2245	(Джодхпур), Индия	Крупнейшая в мире солнечная электростанция
	Абу-Даби, ОАЭ	3 200 000 солнечных модулей
(550)	Калифорния, США	9 000 000 солнечных модулей
(550)	пустыня Мохаве, Калифорния, США
(300)	Калифорния, США	>1 700 000 солнечных модулей
(290)	, Аризона, США	5 200 000 солнечных модулей	626 219
(250)	(Сан-Луис-Обиспо), Калифорния, США
213	, Гуджарат, Индия	Комплекс из 17 отдельных электростанций, самая крупная из которых имеет мощность 25 МВт.
(206)	(округ Империал), Калифорния, США	>3 000 000 солнечных модулей Самая мощная станция в мире, использующая технологию ориентации модулей по Солнцу.
200	(Голмуд), Китай		317 200
(200)	(округ Империал), Калифорния, США
(170)	(округ Империал), Калифорния, США
(166)	(Шипкау), Германия
(150)	округ Кларк, Невада, США
(150)	(округ Марикопа), Аризона, США	800 000 солнечных модулей	413 611
(145)	(Нойхарденберг), Германия	600 000 солнечных модулей
(143)	округ Керн, Калифорния, США
(139)	(округ Империал), Калифорния, США	2 300 000 солнечных модулей
(130)	(округ Империал), Калифорния, США	2 000 000 солнечных модулей
(125)	(округ Марикопа), Аризона, США	> 600 000 солнечных модулей
(105,56)	(Перово), Крым	455 532 солнечных модулей	132 500
(100)	(Пустыня Атакама), Чили	> 310 000 солнечных модулей
97	(Сарния), Канада	>1 000 000 солнечных модулей	120 000
84,7	(Эберсвальде), Германия	317 880 солнечных модулей	82 000
84,2	(Монтальто-ди-Кастро), Италия
(82,65)	(Охотниково), Крым	355 902 солнечных модулей	100 000
80,7	(Финстервальде), Германия
75	Самарская СЭС, Самарская область
73	(Лопбури), Таиланд	540 000 солнечных модулей	105 512
(69,7)	(Николаевка), Крым	290 048 солнечных модулей
55	Речица, Белоруссия	почти 218 тысяч солнечных модулей
54,8	(Килия), Украина	227 744 солнечных модулей
49,97	СЭС «Бурное» с Нурлыкент, Казахстан	192 192 солнечных модулей	74000
46,4	(Амарележа), Португалия	>262 000 солнечных модулей
	(Долиновка), Украина	182 380 солнечных модулей	54 399
	(Староказачье), Украина	185 952 солнечных модулей
40	Орска СЭС, Оренбургская область
34	(Арнедо), Испания	172 000 солнечных модулей	49 936
33	(Кюрбан), Франция	145 000 солнечных модулей	43 500
	(Митяево), Крым	134 288 солнечных модулей	40 000
(18,48)	(Соболи), Белоруссия	84 164 солнечных модулей
11	(Серпа), Португалия	52 000 солнечных модулей
	(Ирлява), Украина		11 000
	(Ралевка), Украина	10 000 солнечных модулей	8 820
(9,8)	(Лазурное), Украина	40 000 солнечных модулей	10 934
(7,5)	(Родниково), Крым	30 704 солнечных модулей	9 683
(1)	(Батагай), Якутия	3 360 солнечных модулей крупнейшая СЭС за полярным кругом
Пиковая мощность, МВт	Местонахождение	Описание	МВт·ч / год

Рост пиковых мощностей фотовольтаических станций

Год^(a)	Название станции	Страна	Мощность (МВт)
1982	Lugo	США	1
1985	Carrisa Plain	США	5,6
2005	(Mühlhausen)	Германия	6,3
2006		Германия	11,4
2008		Испания	60
2010		Канада	97
2011		Китай	200
2012	(Agua Caliente Solar Project)	США	290
2014	(Topaz Solar Farm)	США	550
2020	^[англ.]	Индия	2245
(a) по году окончательного ввода в эксплуатацию

Влияние на окружающую среду

По некоторым сведениям, птицы регулярно погибают в воздухе над СЭС башенного типа, если они оказываются слишком близко к зоне концентрации солнечного света вокруг башни, к примеру, на СЭС Айвонпа, в Калифорнии, в среднем одно насекомое или птица погибает каждые 2 минуты.

См. также

(Список солнечных электростанций России)

Примечания

1. https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_annex-iii.pdf#page=7
2. Photovoltaic Module (solar cell)  (недоступная ссылка) — www.electricaldeck.com
3.   (неопр.). Дата обращения: 24 апреля 2010. Архивировано из оригинала 23 ноября 2008 года.
4. Михаил Берёзкин. Укрощение Солнца (рус.) // (Наука и жизнь) : журнал. — 2013. — № 12. — С. 19—25. — ISSN 0028-1263. 9 ноября 2016 года.
5. Saudi Power Developer Gives Spanish Firms Work in Morocco  (неопр.). Дата обращения: 1 октября 2017. 25 октября 2014 года.
6. King Mohammed VI of Morocco will inaugurate the first phase of solar plant «Noor I,» on Sunday in Ouarzazate, according to Minister Delegate in Charge of Environment Hakima El Haite  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 28 декабря 2015 года.
7. Large Solar Energy Projects, California Government  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 11 мая 2008 года.
8. PG&E and BrightSource Sign Contracts for Over 1,300 MW of Solar Thermal  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 24 июля 2014 года.
9. World’s Largest Solar Thermal Power Project at Ivanpah Achieves Commercial Operation  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 16 сентября 2014 года.
10. Solar Electric Generating Station I  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 11 июня 2013 года.
11. Solar Electric Generating Station II  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 22 июня 2013 года.
12. Solar Electric Generating Station III  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 22 июня 2013 года.
13. Solar Electric Generating Station IV  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 21 июня 2013 года.
14. Solar Electric Generating Station V  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 11 июня 2013 года.
15. Solar Electric Generating Station VI  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 21 июня 2013 года.
16. Solar Electric Generating Station VII  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 5 декабря 2012 года.
17. Solar Electric Generating Station VIII  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 11 июня 2013 года.
18. Solar Electric Generating Station IX  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 11 июня 2011 года.
19. csp-world.com Abengoa’s Mojave 250 MW CSP plant enters commercial operation от 2 апреля 2016 на Wayback Machine, 2 December 2014
20. Abengoa: Plants under construction — United States 19 июня 2013 года.
21.   (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. Архивировано из оригинала 10 декабря 2014 года.
22.   (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. Архивировано из оригинала 16 декабря 2014 года.
23. SolarServer: Concentrating solar power: Solana CSP plant begins commercial operation 16 октября 2013 года.
24. CSP World 4 апреля 2014 года.
25. Another Huge Solar Plant Goes Online in California’s Desert Архивировано 15 мая 2016 года., Chris Clarke, REWIRE, May 5, 2014
26. Abengoa Solar begins construction on Extremadura’s second solar concentrating solar power plant  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 4 декабря 2009 года.
27. Mapa de proyectos en España 27 октября 2014 года.
28.   (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. Архивировано из оригинала 16 октября 2013 года.
29. Abengoa Rakes in $426M for 4 Solar Power Plants  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 2 января 2009 года.
30. Abengoa Begins Operation of 50MW Concentrating Solar Power Plant  (неопр.). SustainableBusiness.com News (6 мая 2010). Дата обращения: 7 мая 2010. 9 мая 2010 года.
31. Abengoa Solar begins commercial operation of Solnova 1 7 июля 2011 года.
32. Abengoa Solar begins commercial operation of Solnova 3 15 июня 2010 года.
33. Abengoa Solar Reaches Total of 193 Megawatts Operating (недоступная ссылка)
34.   (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. Архивировано из оригинала 22 марта 2012 года.
35.   (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. Архивировано из оригинала 27 мая 2011 года.
36. Solar Thermal Power Generation — A Spanish Success Story 18 марта 2009 года.
37. ACS Launches the Operation Phase of its Third Dispatchable 50 MW Thermal Power Plant in Spain, Extresol-1 20 июля 2011 года.
38. Tonopah Solar Energy  (неопр.). Дата обращения: 4 марта 2016. 6 июня 2010 года.
39. Abengoa Solar :: Our plants :: Operating facilities :: South Africa  (неопр.). Abengoa Solar. Дата обращения: 5 мая 2015. 6 апреля 2015 года.
40. Крупнейшая в мире солнечная электростанция запущена в ОАЭ // 1.07.2019 / от 21 июля 2019 на Wayback Machine
41. Солнечная электростанция Мохаммеда бин Рашида Аль Мактума в южной пустыне Дубая: основана в 2013 году и должна достичь своей пятой и последней фазы в ближайшие пару лет, парк солнечных батарей занимает площадь 44 м³, самая высокая в мире башня концентрированной солнечной энергии высотой около 260 метров [1] от 20 марта 2023 на Wayback Machine [2] от 9 октября 2023 на Wayback Machine
42. Источник  (неопр.). Дата обращения: 31 января 2014. 14 декабря 2013 года.
43. Этот объект расположен на территории Крымского полуострова, бо́льшая часть которого является объектом территориальных разногласий между Россией, контролирующей спорную территорию, и Украиной, в пределах большинством государств — членов ООН границ которой спорная территория находится. Согласно федеративному устройству России, на спорной территории Крыма располагаются субъекты Российской Федерации — Республика Крым и город федерального значения Севастополь. Согласно административному делению Украины, на спорной территории Крыма располагаются регионы Украины — Автономная Республика Крым и (город со специальным статусом Севастополь).
44.   (неопр.). Дата обращения: 10 января 2012. Архивировано из оригинала 9 января 2012 года.
45. В Крыму завершено строительство солнечной электростанции «Охотниково» мощностью 80МВт 23 января 2012 года.
46. "Самая большая в Беларуси солнечная электростанция открыта возле Речицы". Белорусское телеграфное агентство. 2017-10-13. 13 октября 2017. Дата обращения: 14 октября 2017.
47. "Самая мощная солнечная станция в Беларуси появится под Речицей". naviny.by. 2016-12-22. Дата обращения: 21 октября 2017. (недоступная ссылка)
48. Activ Solar завершила строительство 31,55 МВт солнечной электростанции "Митяево"  (неопр.). Дата обращения: 14 мая 2012. 7 апреля 2014 года.
49. В поселке Батагай в Якутии открыта крупнейшая за полярным кругом в мире Солнечная электростанция  (рус.). Официальный информационный портал Республики Саха (Якутия) (23 июня 2015). Дата обращения: 5 сентября 2016. 21 сентября 2016 года.
50. В поселке Батагай в Якутии открыта крупнейшая за полярным кругом в мире Солнечная электростанция (фотогалерея)  (рус.). Официальный информационный портал Республики Саха (Якутия). Дата обращения: 5 сентября 2016. 21 сентября 2016 года.
51. Сергей Васильев. За несколько часов солнечная электростанция испарила больше сотни птиц, случайно пролетавших над её зеркалами  (рус.). naked-science.ru (25 февраля 2015). Дата обращения: 8 ноября 2016. 12 мая 2016 года.
52. SOLAR: Bird deaths at Calif. power plant a PR nightmare for industry от 27 февраля 2015 на Wayback Machine // E&E Publishing, LLC

Литература

Книги

• Р.Б. Ахмедов, И.В. Баум, В.А. Пожарнов, В.М. Чаховский. Солнечные электрические станции. — М.: (ВИНИТИ), 1986. — Т. 1. — 120 с. — 500 экз.
• В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина, В.А. Кузнецова, Н.К. Малинин. Солнечная энергетика: учебное пособие для вузов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2008. — 276 с. — 800 экз. — ISBN 978–5–383–00270-4.

Статьи в журналах

• Михаил Берёзкин. Укрощение Солнца (рус.) // (Наука и жизнь) : журнал. — 2013. — № 12. — С. 19—25. — ISSN 0028-1263.
• Алексей Михайлов. Солнце вместо нефти (рус.) // (Профиль) : журнал. — М., 2016. — 30 мая (№ 19 (953)). — С. 18—24. — ISSN 1726-0639.