Солнечная тепловая энергия косвенно генерирует энергию, используя лучистую энергию солнца для нагрева жидкости, либо для выработки тепла, либо электричества. Для производства электроэнергии пар, полученный при нагревании жидкости, используется для питания генераторов. Это отличается от фотоэлектрических солнечных панелей, которые напрямую преобразуют солнечное излучение в электричество.
Существует два основных типа солнечных тепловых систем для производства энергии: активные и пассивные. Для активных систем требуются движущиеся части, такие как вентиляторы или насосы, для циркуляции теплоносителей. Пассивные системы не имеют механических компонентов и используют конструктивные особенности только для улавливания тепла. Технологии также сгруппированы по температуре – низкая, средняя или высокая.
- Низкотемпературные (<100°C) системы обычно используют солнечную тепловую энергию для нагрева воды или обогрева помещений. Активные системы часто состоят из установленного на крыше плоского коллектора, через который циркулирует жидкость. Коллектор поглощает солнечное тепло, а жидкость переносит его в нужное место, например, в бассейн или систему отопления дома. Пассивные системы отопления включают в себя интеллектуальные методы проектирования зданий, которые сокращают потребность в системах отопления или охлаждения за счет лучшего улавливания или отражения солнечной энергии.
- Среднетемпературные (100-250°C) применение не распространено. Примером может служить солнечная печь, в которой используется отражатель особой формы, чтобы сфокусировать солнечные лучи на емкости в центре. Подобные системы можно было бы использовать для промышленных процессов, но они не получили широкого распространения.
- Высокотемпературные (250°C >) солнечные тепловые системы используют группы зеркал для концентрации солнечной энергии на центральном коллекторе. Эти системы концентрированной солнечной энергии могут достигать температуры, достаточно высокой для производства пара, который затем вращает турбину, приводя в действие генератор для производства электроэнергии.
Солнечные тепловые системы имеют ряд преимуществ. «Топливо», которое питает их, является бесплатным и возобновляемым, поэтому эти системы дешевы в эксплуатации и могут заменить некоторые виды традиционного топлива. Солнечная тепловая энергия является безэмиссионным источником энергии. Наконец, солнечные тепловые системы относительно просты в обслуживании, поскольку в них используются более простые технологии и пассивные системы, в которых нет движущихся частей. В случае солнечных тепловых систем способность технологии производить крупномасштабную генерацию является преимуществом для регионов, использующих централизованную систему распределения электроэнергии.
Несмотря на обилие, многие аспекты солнечного света могут вызвать проблемы при использовании солнечных тепловых систем. Солнечный свет не является очень концентрированным источником энергии, поэтому для производства разумного количества энергии может потребоваться большая площадь, что вызывает проблемы с землепользованием. Солнечный свет также бывает прерывистым, и его доступность зависит от местоположения.
Расположение установок создает дополнительные проблемы для технологии. В мировой практике, многие из них обычно расположены в отдаленных пустынных районах, и, учитывая, что паровые турбины производят электроэнергию, доступ к воде и быстрое испарение являются ключевыми факторами жизнеспособности технологии. Кроме того, передача электроэнергии на большие расстояния обходится дорого и может привести к потерям при распределении.
Наконец, практические проблемы, такие как первоначальные капитальные затраты и осведомленность о солнечных тепловых технологиях, также могут быть препятствиями для внедрения в некоторых странах.
Система производит чистую и надежную солнечную электроэнергию для более чем 140 000 домов. Более 300 000 управляемых программным обеспечением зеркал отслеживают солнце в режиме 2D и отражают солнечный свет к котлам, которые расположены на трех высоких башнях, каждая высотой 140 метров. Когда концентрированный солнечный свет попадает на трубы котлов, вода нагревается, образуя перегретый пар. Затем пар по трубопроводу от котла подается на турбину. Там вырабатывается электроэнергия, а линии электропередач распределяют энергию по домам и предприятиям. Предотвращаются выбросы миллионов метрических тонн CO 2 , а вся вода возвращается обратно в систему через замкнутый цикл.
Тепло – это энергия, которая постоянно тратится впустую, просто рассеиваясь в окружающем мире. Исследователи во всем мире занимаются разработкой новых материалов и методов, которые могут использовать потраченную впустую энергию и заставить ее работать. Теоретически этот новый метод может удвоить количество энергии, вырабатываемой солнечными панелями на данной площади, но не ожидайте увидеть их в действии на соседних крышах в ближайшее время. Исследователи все еще работают над способами масштабирования технологии от лабораторного стола до солнечной фермы.
В настоящее время строится и эксплуатируется незначительное количество солнечных тепловых электростанций. По-прежнему существует потребность в исследованиях и разработках, позволяющих удешевить строительство и эксплуатацию электростанций и, таким образом, значительно снизить затраты на производство электроэнергии. В настоящее время электроэнергия солнечных тепловых электростанций все еще в три-четыре раза дороже электроэнергии электростанций, работающих на ископаемом топливе. Поскольку рынок продолжает развиваться (экономия от масштаба) и проводятся дальнейшие эффективные исследования и разработки, возможно (согласно исследованию EASAC) снизить затраты на производство электроэнергии на 50–60 % в ближайшие15 лет.
Из-за отсутствия прямого солнечного света Питерский климат не совсем подходит для коммерческой эксплуатации солнечных тепловых электростанций. Тем не менее, западные фирмы и научно-исследовательские учреждения являются мировыми лидерами в этой области технологий, поэтому у них есть большой потенциал для роста.
