太陽光発電所の種類: タワー型、ディスク型、放物線円筒型集光器、太陽真空式、複合型
太陽放射エネルギーを変換する、つまり、 太陽熱と光を電気エネルギーに変換, 長年にわたり、世界中の多くの国が太陽光発電所を利用してきました。これらは、発電所の種類に応じて、異なる設計の工学構造であり、異なる原理に基づいて動作します。
「太陽光発電所」という組み合わせを聞いて、ソーラーパネルで覆われた広大なエリアを想像する人がいるとしても、それは驚くべきことではありません。なぜなら、太陽光発電と呼ばれるこのタイプの発電所は、今日多くの家庭で非常に普及しているからです。しかし、太陽光発電所の種類はこれだけではありません。
現在知られている工業規模で電力を生産する太陽光発電所はすべて、タワー型、プレート型、太陽光発電型、放物線円筒型集光器、真空太陽電池、複合型の 6 つのタイプに分類されます。それぞれの種類の太陽光発電所を詳しく見て、世界のさまざまな国の特定の構造に注目してみましょう。
タワー型発電所
太陽光発電所 — ヘリオスタットのフィールドによって形成された集光システムからの放射線がタワーに取り付けられた太陽光受光器に向けられる太陽光発電所。
タワー発電所はもともと、太陽放射の影響による水の蒸発の原理に基づいていました。ここでは、水蒸気が作動流体として使用されます。このようなステーションの中心に位置するこのタワーの上部には、可視放射線と熱の両方を最大限に吸収するために黒く塗られた水槽が設置されています。さらに、塔には、貯水池に水を供給する機能を有するポンプ群が設置されている。温度が500℃を超える蒸気が、ステーションの敷地内にあるタービン発電機を回転させます。
可能な限り最大限の量の日射を塔の頂上に集中させるために、塔の周囲に何百ものヘリオスタットが設置されており、その機能は反射した日射を直接水容器に向けることです。ヘリオスタットは鏡であり、それぞれの面積は数十平方メートルに達することがあります。
ヘリオスタット [ヘリオスタット] — 反射した直接太陽放射を太陽放射受光器に導くための個別の配向装置を備えた集光システムの平面または集束ミラー要素。
自動焦点システムを備えたサポートに取り付けられたすべてのヘリオスタットは、日中の太陽の動きに応じて位置決めが機能するため、反射した日射をタワーの頂上やタンクに直接導きます。
最も暑い日には、生成される蒸気の温度は 700 °C まで上昇することがありますが、これはタービンの通常の動作には十分以上です。
例えば、イスラエルでは、ネゲブ砂漠の領土に、2017年末までに、出力121MWを超える高さ240メートルのタワーを備えた発電所の建設が完了する予定です。 （建設当時は世界で最も高いソーラータワー）、そしてその周囲には、Wi-Fi 制御を介して配置される数十万台のヘリオスタットのフロアが配置されます。タンク内の蒸気の温度は 540 °C に達します。7 億 7,300 万ドルのプロジェクトはイスラエルの電力需要の 1% をカバーします。
タワー内の太陽放射によって加熱されるのは水だけではありません。たとえば、スペインでは 2011 年に塩冷媒を加熱する Gemasolar タワー太陽光発電所が稼働しました。このソリューションにより、夜間でも暖房が可能になりました。
565℃に加熱された塩は特別なタンクに入り、その後蒸気発生器に熱が伝わり、タービンが回転します。システム全体の定格容量は 19.9 MW で、9 か月間 1 日 24 時間フル稼働で稼働する 27,500 世帯のネットワークに電力を供給するために、110 GWh (年間平均) の電力を供給できます。
ロット発電所
原理的には、このタイプの発電所はタワー発電所と似ていますが、構造が異なります。個別のモジュールを使用し、それぞれが電気を生成します。モジュールには反射器と受信器の両方が含まれています。反射鏡を形成する放物線状の鏡のアセンブリが支持体に取り付けられています。
ミラーアンプ — ミラーコーティングを施した太陽光集光器。鏡面ファセット集光器 — 共通の反射面を形成する平面または曲面形状の個々のミラーで構成される太陽放射の鏡面集光器。
受信機は放物面の焦点に配置されます。リフレクターは数十のミラーで構成されており、それぞれが個別にカスタマイズされています。受信機は、発電機と組み合わせたスターリング エンジン、または蒸気に変換される水のタンクであり、蒸気がタービンを回転させます。
たとえば、2015 年にスウェーデンのリパッソは、南アフリカでスターリング エンジンを備えた放物線状熱源装置をテストしました。インスタレーションの反射鏡は、96 個の部品からなる放物面鏡で、総面積は 104 平方メートルです。
焦点は、フライホイールを備え、発電機に接続されたスターリング水素エンジンでした。プレートは日中の太陽を追うようにゆっくりと回転しました。その結果、効率は 34% となり、各「プレート」はユーザーに年間 85 MWh の電力を供給することができました。
公平を期すために、このタイプの太陽光発電所の「プレート」の焦点には、石油の容器が配置されており、その熱が蒸気発生器に伝達され、蒸気発生器が蒸気を回転させることができることに注意してください。発電機のタービン。
パラボラ管型太陽光発電所
ここでも、熱媒体は集中した反射放射によって加熱されます。鏡は長さ50メートルの放物線状の円筒形で南北方向に設置され、太陽の動きに合わせて回転する。ミラーの焦点には固定チューブがあり、それに沿って液体冷却剤が移動します。冷却液が十分に温まると、熱は熱交換器内の水に伝達され、そこで蒸気が再び発電機を回転させます。
放物線回廊集光器 — 太陽放射のミラー集光器。その形状は、それ自体に平行に移動する放物線によって形成されます。
1980 年代にカリフォルニアで、ルズ インターナショナルはそのような発電所を 9 か所建設し、合計容量は 354 MW になりました。しかし、数年間の実践を経て、専門家は今日のパラボラ発電所は収益性と効率の両方の点でタワー型太陽光発電所やプレート型太陽光発電所に劣るという結論に達しました。
しかし、2016年にカサブランカ近郊のサハラ砂漠で発電所が発見された。 太陽光集光器、容量は500MWです。 50 万枚の 12 メートルの鏡が冷却水を 393 °C まで加熱し、水を蒸気に変えて発電機のタービンを回転させます。夜になっても、熱エネルギーは溶融塩に蓄えられて働き続けます。このようにして、モロッコ政府は、環境に優しいエネルギー源の問題を徐々に解決することを計画しています。
太陽光発電所
太陽光発電モジュール、ソーラーパネルをベースにしたステーション。それらは現代世界で非常に人気があり、広く普及しています。シリコンセルをベースにしたモジュールは、療養所、個人の別荘、その他の建物などの小規模な施設に電力を供給するために広く使用されており、必要な電力を備えたステーションが別々の部品から組み立てられ、屋根上または適切なエリアの敷地に設置されます。産業用太陽光発電所は小さな町に電力を供給できます。
太陽光発電所 (SES) [太陽光発電所] — 太陽放射のエネルギーを電気に変換するように設計された発電所。
たとえば、ロシアでは、同国最大の太陽光発電所が2015年に稼働しました。「アレクサンダー・ウラジネフ」太陽光発電所は、10万枚の太陽光パネルで構成され、総容量25MWの面積にあります。オルスク市とガイ市の間にある80ヘクタール。この発電所の容量は、商業ビルや住宅ビルを含むオルスク市の半分に電力を供給するのに十分である。
このようなステーションの動作原理は単純です。光子のエネルギーはシリコンウェーハ内で電流に変換されます。この半導体の固有の光電効果は長い間研究され、太陽電池メーカーによって受け入れられてきました。しかし、24% の効率を実現する結晶シリコンが唯一の選択肢ではありません。テクノロジーは常に進歩しています。そこで、2013 年にシャープのエンジニアはインジウム ガリウム ヒ素素子で 44.4% の効率を達成し、集束レンズを使用することで 46% をすべて達成することが可能になりました。
真空太陽光発電所
まさにエコロジータイプのソーラーステーションです。原理的には、温度差によって生じる自然の空気の流れ（地表の空気が温められて上昇すること）を利用します。 1929 年にこのアイデアはフランスで特許を取得しました。
ガラスで覆われた土地の一部である温室が建設されています。温室の中央から塔が突き出ており、発電機のタービンが取り付けられている高いパイプです。太陽が温室を温め、パイプを通って上昇する空気がタービンを回転させます。太陽がガラスの密閉空間内の空気を加熱する限り、また、地球の表面が熱を保持している限り、夜間であってもドラフトは一定に保たれます。
このタイプの実験ステーションは、1982 年にスペインのマドリッドから南に 150 キロメートル離れた場所に建設されました。温室は直径 244 メートル、パイプの高さは 195 メートルでした。開発された最大電力はわずか50kWです。しかし、タービンは錆と強風のために故障するまで、8年間稼働しました。 2010年、中国は200kWを供給できる太陽真空ステーションの建設を完了した。面積は277ヘクタールです。
複合太陽光発電所
これらは、給湯および暖房の通信が熱交換器に接続されるステーションであり、一般に、さまざまなニーズに合わせて水を加熱します。複合ステーションには、集光装置がソーラーパネルと並行して動作する場合の複合ソリューションも含まれます。多くの場合、複合太陽光発電所が代替電力供給と民家の暖房の唯一の解決策となります。