Для выработки электроэнергии на фотоэлектрических СЭС используется явление фотоэффекта – преобразование электромагнитного излучения в электрический ток. Чаще всего применяются кремниевые фотоэлектрические преобразователи на кристаллическом (к.п.д. 15…20%) или аморфном (к.п.д. до 90%) кремнии. Однако наиболее перспективными считаются двухкаскадные фотоэлектрические преобразователи (арсенид галлия – кремниевые). На рис. 56 представлена схема фотоэлектрической СЭС.
 | |||
 | |||
Вытяжная труба
 |
Воздушная турбина
Солнечный
коллектор Электрогенератор
(парник)
Воздух
Рис.55. Схема парниковой СЭС
 |
Фотоэлектрический
преобразователь
 |
Ячейка
 |  |
Преобразователь
постоянного тока
в 3-фазный переменный
Рис.56. Схема фотоэлектрической солнечной электростанции
Для увеличения эффективности работы фотоэлектрической СЭС предложена конструкция, предусматривающая использование цилиндрических параболических зеркал (рис. 57). Однако в этом случае возникает необходимость охлаждения фотопреобразователей.
 |
Параболический
отражатель-
концентратор Фотопреобразователь
на охлаждаемой
трубе
Рис.57. Фотоэлектрическая СЭС с параболическими зеркалами
Солнечные электростанции с химическим преобразованием веществ
Австралийскими учеными предложен оригинальный способ преобразования и использования солнечной энергии, заключающийся в том, что тепло солнечного излучения используется для разложения аммиака на водород и азот:
2NH4 ® 4H2 + N2
Если затем создать условия для обратной реакции соединения этих компонентов, можно получить тепло и использовать его по обычной схеме работы тепловых электростанций.
Способ привлекателен еще и тем, что можно создавать запасы водорода и азота, т.е. аккумулировать энергию еще не прореагировавших веществ.
В Германии создана установка, позволяющая разлагать серный ангидрид на сернистый ангидрид и кислород:
2SO3 ® 2SO2 + O2
Необходимая для осуществления этого процесса температура в 800-1000 0С достигается в фокусе параболического зеркала.
Синтез серного ангидрида осуществляется в регенерационном реакторе в присутствии специального катализатора. При реакции выделяется тепло и достигается температура до 500 0С, что достаточно для превращения воды в пар с дальнейшим его использованием в паровой турбине электрогенератора.
Солнечно-газовая энергетика
Гибкую и экономичную энергосистему можно построить в районах с интенсивной солнечной радиацией и крупными газовыми месторождениями. Здесь одновременно будут работать два источника энергии – Солнце и газ, что даст для обычной газовой электростанции почти двукратную экономию топлива.
В 1989 г. в США введена в эксплуатацию солнечно-газовая электростанция мощностью 80 МВт. В ночные часы и зимой энергию дает в основном газ, а летом в дневные часы – Солнце.
Приемником солнечной радиации служит длинный параболо-цилиндрический отражатель, в фокусе которого проходит труба с теплоносителем, нагреваемым до 350 0С (рис. 58).
2
5
3 4 Газ
6
7 
8
9 12
10 11
Рис.58. Схема солнечно-газовой электростанции:
1 – гелиостат; 2 – котел; 3 – контур теплоносителя гелиостатов; 4 – паровой контур;
5 – контур парообразующей воды; 6 – перегреватель пара; 7 – турбина; 8 – электрогенератор; 9 – парогенератор; 10 – водоподогреватель; 11 – конденсатор; 12 - градирня
«Солнечные пруды»
Концентрирования в 100 тыс. раз (с 200 Вт/м2 до 20 МВт/м2) природного потока солнечной энергии можно добиться путем использования так называемых «солнечных прудов» (рис. 59).
 | |||
 | |||
Морская вода
20 0С
 |
90 0С
Электрогенератор с паровой
турбиной Инерци-
онный
Охлаждающая вода сепара-
Конденсат тор для
(пресная вода) отделе-
ния пре-
сной воды
Рис.59. Схема «солнечного пруда»
Солнечный пруд – это неглубокий водоем, заполненный послойно водой различной плотности: нижний слой – очень концентрированный рассол, полученный упариванием морской воды или непосредственно из подземных потоков, верхний слой – пресная вода. Тяжелый рассол не поднимается вверх, благодаря чему образуется своеобразная жидкостная теплица, аккумулирующая тепловую солнечную энергию.
Максимальная температура нагрева рассола может достигнуть 109 0С. Для получения электроэнергии нагретый рассол подается по трубе в инерционный сепаратор, где под действием сил инерции происходит дополнительное отделение менее соленой (и менее горячей) воды. Из сепаратора концентрированный рассол подводится к энергетической установке с обычной паровой турбиной низкого давления.
С начала 90-х г.г. в мире проходят экспериментальную проверку около 20 «солнечных прудов».
Солнечные электростанции в космосе
В последние годы все большее внимание уделяется космической энергетике. Разрабатываются проекты крупномасштабного производства электроэнергии в космическом пространстве с последующей передачей ее на Землю.
Большинство проектов основано на создании фотоэлектрических приемников-преобразователей площадью в несколько десятков км2 на высоте до 35 тыс. км от поверхности Земли над экваториальной зоной.
Если использовать существующие типы солнечных батарей, то их площадь для получения мощности 5 млрд. кВт должна составить 60 км2, а масса – около 12 тыс. тонн.
Прогресс в создании солнечных батарей позволяет надеяться на снижение в будущем их удельной массы в сотни раз с соответствующим уменьшением размеров конструкций в космосе.
Можно построить в космосе и обычную тепловую электростанцию, в которой лопасти турбины будут вращаться потоком инертного газа, сильно разогретого концентрированными солнечными лучами. Проект такой станции предусматривает выработку электроэнергии мощностью до 8 МВт.
Передача энергии из космоса на Землю может осуществляться пучком сверхвысокочастотного излучения. Диаметр передающей антенны при этом должен быть около километра, а масса вместе с преобразователем постоянного тока в сверхвысокочастотное излучение – несколько тысяч тонн. Площадь приемной антенны вследствие рассеивания пучка излучения в атмосфере должна составлять около 300 км2.
