Солнечные электростанции на базе двигателя стирлинга. Конструкция солнечной системы на базе двигателя Стирлинга

6.4. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ НА БАЗЕ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА

Солнечная система на основе двигателя Стирлинга (рис.6.43) преобразовывает тепловую энергию  солнечной радиации в механическую, а затем в электрическую энергию почти таким же способом, каким обычные электростанции преобразовывают тепловую энергию от сгорания твердого топлива в электрическую энергию.

Эта система, с чистым конверсионным солнечно-электрическим КПД равным 30 %, может работать как автономно в отдаленной местности, так и в группе, чтобы обеспечить необходимую мощность сервисного масштаба. В электростанции этого типа используется множество зеркал, которые отражают  и фокусируют с помощью концентратора-1, поступающую солнечную радиацию на приемнике-2, чтобы достичь температуры,  требуемой, для эффективного преобразования тепла в работу. Для этого требуется, чтобы зеркала отслеживали солнце в двух осях. Сконцентрированная солнечная радиация поглощается приемником и передается  на двигатель Стирлинга-3.

Рис.6.43. Конструкция солнечной системы на базе двигателя Стирлинга: 1- концентратор солнечной энергии; 2-приёмник солнечного излучения; 3-двигатель Стирлинга и генератор

СЭС этого типа  характеризуются высокой эффективностью, модульностью, автономным действием, и  гибридной возможностью, т.е. способностью работать на солнечной энергии или твердом топливе, или на  обоих видах одновременно. Из всех солнечных технологий, эта система имеет самую высокую эффективность (29.4 %) [17], и поэтому имеет все шансы,  стать одной из не дорогих технологий, использующих ВИЭ. Модульность системы позволяет ей  быть развернутой индивидуально для отдельных потребителей, или быть сгруппированной вместе в единую систему для электроснабжения небольшого посёлка или работы в составе электроэнергетической системы. СЭС может также использовать твердое или газообразное топливо, чтобы обеспечить бесперебойность электроснабжения потребителей в периоды низкой интенсивности солнечного излучения и тёмное время суток. Эта технология находится на стадии исследования опытных образцов, и пока остаются неясности относительно солнечных компонентов и коммерческой реализации этого проекта. В настоящее время в опытной эксплуатации находятся СЭС на базе двигателя Стирлинга мощностью 5, 10 и 25 кВт.

Одним из важных элементов СЭС является концентратор, состоящий из множества зеркал, который отслеживает солнце в двух осях. Рефлексивная поверхность зеркал, в качестве которой используются металл, стекло или пластмасса, отражает солнечную радиацию в маленькую область,  называемую приёмником. Размер солнечного концентратора  определяется параметрами двигателя Стирлинга. В среднем на поверхность зеркал поступает солнечная радиация интенсивностью 1 кВт/м². Электростанции с номинальной мощностью 25 кВт имеют диаметр концентратора, приблизительно, 10 метров.  В концентраторах используется рефлексивная поверхность алюминия или серебра, нанесенная на стекло или пластмассу. В зависимости от толщины и железо содержания, солнечные серебряные зеркала имеют коэффициент отражения в диапазоне от 90 до 94 %. Идеальная форма концентратора - параболоид (рис.6.44).

Рис.6.44. Концентратор солнечной энергии: 1-преобразователь тепловой энергии в электрическую на базе двигателя Стирлинга; 2-зеркала; 3-конструкция для крепления зеркал; 4-ферма (8 шт.); 5-лифт; 6-регулятор положения зеркал; 7-опора; 8-конструкция для крепления преобразователя

Новшество в проекте концентратора - использование «простирающихся мембран», в которых тонкая рефлексивная мембрана натянута поперек оправы или обруча. Вторая мембрана натягивается позади первой. Из-за частичного вакуума между ними, рефлексивная мембрана принимает приблизительно сферическую форму. На рисунке 6.43 представлено схемное решение системы Стирлинга, которая и использует эту концепцию. Форма и точность оптики концентратора определяются  отношением концентрации. Отношение концентрации находится как солнечный средний поток через апертуру приемника, разделенный на  прямой  солнечный поток, и равно примерно 2000.

Отслеживание в двух осях выполняется 2 способами:  отслеживание увеличения азимута и  полярное отслеживание. При отслеживании увеличения азимута, концентратор вращают  параллельно