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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Instalações de energia com energia solar. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa O uso de energia solar hoje é reduzido principalmente à produção de calor solar de baixo grau usando os coletores solares de placa plana mais simples. Por exemplo, nos Estados Unidos em 1990, de 3,6 milhões de GJ de energia produzida a partir da radiação solar, 3,5 milhões de GJ é calor de baixa qualidade usado para abastecimento de água quente, aquecimento de água em piscinas e, em menor escala, para aquecimento . Israel tem cerca de 800 coletores solares instalados sob uma lei que exige que cada casa tenha um aquecedor solar de água, produzindo cerca de 000 milhões de GJ de energia e fornecendo água quente a 15% da população. Nos modernos coletores solares de placa plana, o absorvedor geralmente tem uma camada de revestimento seletiva com um coeficiente de absorção da radiação solar de 0,94 - 0,96 e uma emissividade na temperatura do absorvedor de 0,09 - 0,12. Em casas recém-construídas, estão sendo feitas tentativas de combinar coletores com elementos do telhado da casa, o que torna a instalação mais fácil e barata. Uma instalação completa de aquecimento de água inclui, além dos coletores, um tanque com isolamento térmico - um acumulador, no qual está embutido um aquecedor elétrico de reserva, os acessórios e automação necessários. O coletor geralmente é instalado imóvel em um ângulo em relação ao horizonte aproximadamente igual à latitude da área. Em uma casa individual com área de cerca de 100 m2, geralmente são instalados 1-2 coletores, com área de absorção de 1-1,5 m2 cada e um tanque de armazenamento com capacidade de cerca de 150 litros. Tal instalação no mercado ocidental hoje custa cerca de 500 USD/m2 de área coletora. A saída de calor de tal instalação depende significativamente da insolação, temperatura ambiente e outros parâmetros climáticos. Dependendo da latitude da área e das condições climáticas, a chegada anual de energia solar por 1 m2 de superfície varia muito. Para latitudes em torno de 30° pode ser 8-10 GJ/(m2 ano), enquanto para latitudes 50-60° cai para 2-4 GJ/(m2 ano). A eficiência de um coletor solar é determinada por suas características ópticas, qualidade do isolamento térmico, insolação e temperaturas do refrigerante e do ar ambiente. Na maioria das instalações existentes, a eficiência operacional média anual do coletor está no nível de 40-50%. Isso significa que para latitudes de cerca de 30°, 1 m2 de coletor pode produzir 3–5 GJ de calor por ano com uma temperatura de 60–70°C. O custo desse aquecimento com tais indicadores e uma vida útil da planta de 30 anos acaba ficando no nível de 3-4 USD/GJ, o que torna essas plantas atraentes para os consumidores. Para latitudes mais altas, os aquecedores solares de água são mais preferíveis como sazonais. Juntamente com os coletores, são utilizados métodos passivos baseados na otimização de soluções arquitetônicas e de planejamento para aproveitar o calor solar para aquecimento doméstico. Além disso, é interessante desenvolver os chamados isolantes transparentes para paredes de casas, películas seletivas para janelas, etc. A eletricidade por meio do aproveitamento da energia solar pode ser obtida tanto em usinas termelétricas, nas quais o calor da combustão do combustível é substituído por um fluxo de radiação solar concentrada, quanto em usinas de conversão direta de energia baseadas no uso de conversores fotoelétricos semicondutores (PVCs). . Um projeto interessante desenvolvido na Austrália. O Comitê Olímpico decidiu tornar os Jogos "verdes", para o qual, em particular, foi construída no Complexo Olímpico uma usina solar térmica com ciclo de conversão termodinâmica. O projeto baseia-se em concentradores lineares feitos de espelhos planos ou ligeiramente curvos e concentrando a radiação solar (grau de concentração 10-15) em um receptor feito de tubos evacuados, dentro do qual há um tubo absorvedor de paredes finas equipado com uma aleta de recepção de calor e coberto com um revestimento seletivo muito perfeito. Do absorvedor, o calor é transferido por tubos de calor para o gerador de vapor, onde o vapor de água é produzido. O superaquecimento do vapor a uma temperatura de 330°C é realizado pela queima de certa quantidade de gás natural. O calor da turbina é usado para aquecer a piscina olímpica e outras instalações. Outra variedade é uma usina de energia solar com um concentrador parabolóide (PC) que segue o sol ao longo de dois eixos. O concentrador parabolóide é teoricamente o melhor dispositivo de concentração, permitindo uma concentração de vários milhares de sóis e, portanto, temperaturas de aquecimento muito altas. No entanto, os PCs, ao contrário da torre e SPPs com PCC, devido a considerações de projeto, não permitem ter grandes capacidades unitárias em um módulo. Portanto, o escopo de aplicação do SES com um PC é relativamente pequeno, não ultrapassando várias dezenas de quilowatts, principalmente instalações autônomas. Nesse caso, essas usinas devem competir não com grandes usinas termelétricas, mas com usinas a diesel de pequena e média capacidade, que produzem eletricidade a um custo 2 a 3 vezes maior. Em um design modular, o foco do PC geralmente é colocado diretamente no motor, que converte o calor em energia mecânica e depois elétrica. Até recentemente, apenas o motor Stirling era usado para esse fim, hoje uma turbina a gás também está sendo considerada. Recentemente, o mundo tem aumentado o interesse em instalações que convertem diretamente a radiação solar em eletricidade usando células fotovoltaicas. O custo da eletricidade gerada pelas instalações fotovoltaicas (PMT) hoje é várias vezes maior do que as usinas solares de ciclo térmico. No entanto, os PMTs estão sendo implementados ativamente em países desenvolvidos e em desenvolvimento. Neste caso, duas tendências opostas podem ser observadas.
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