Солнечная электростанция (СЭС) – инженерное сооружение, служащее для преобразования солнечной радиации в электрическую энергию. В зависимости от конструкции электростанции способы преобразования солнечной радиации будут различны. Схематически СЭС состоит из нескольких частей – концентратора солнечной энергии и элемента, преобразующего солнечную радиацию в тепло и электричество. Существует несколько основных типов СЭС – башенного типа и использующие параболические концентраторы солнечной энергии.

СЭС башенного типа основаны на принципе получения водяного пара используя солнечную радиацию. В центре станции стоит башня высотой от 18 до 24 метров (в зависимости от мощности и некоторых других параметров высота может быть больше либо меньше) на вершине которой находится резервуар с водой (рисунок 1).

Солнечные параболические концентраторы – СЭС, использующие параболические зеркала (лотки). Специфика геометрии зеркала не позволяет фокусировать солнечные лучи на удаленных точечных объектах, таких как приемник излучения, расположенный на башне. Приемник обязательно должен быть протяженным объектом – цилиндром (трубкой). Схематическое изображение такого типа концентраторов солнечной энергии представлен на рисунке 2.

На местности зеркала расположены рядами и объединены единой системой ориентирования на солнце для увеличения КПД преобразования солнечной энергии. Приемные трубки располагаются в фокусе параболы и охватывают все зеркала системы. Трубки представляют собой стальной стержень, окруженный теплоизолирующим стеклянным покровом. Задача сохранения тепла жидкости-носителя крайне важна. Поэтому теплоизоляции уделяется особое внимание. В качестве жидкости-носителя часто используется масло. При фокусировке солнечной радиации на трубку происходит разогрев масла. Обычно температура кипения 350-400^оС. Такое низкое значение температуры аккумулирующего тепло материала сильно сказывается на мощности электростанции. По сравнению со станциями башенного типа КПД электростанции на параболических концентраторах ниже. После разогрева до температуры 400^оС жидкость-носитель поступает в ряд теплообменников, где она нагревает воду до состояния перегретого пара. Пар в свою очередь приводит в движение турбогенератор для производства электричества. Остывшее масло возвращается в систему приемных трубок.

* Солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках. При этом пик электропотребления приходится именно на вечерние часы. Кроме того, мощность электростанции может резко и неожиданно колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков нужно или использовать эффективные электрические аккумуляторы (на сегодняшний день это нерешённая проблема), либо строить гидроаккумулирующие станции, которые тоже занимают большую территорию, либо использовать концепцию водородной энергетики, которая также пока далека от экономической эффективности.
Проблема зависимости мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий решается в случае солнечных аэростатных электростанций.

К СЭС башенного типа, использующим водно-паровую систему, относится станция "Solar One", Барстоу, Южная Калифорния, мощностью 10 МВт. Построена в середине 80-х. “Solar Two" – башенная электростанция мощностью 10 МВт, использующая технологию расплавленных солей. Впервые дала электричество в апреле 1996г. Успешное завершение проекта "Solar Two" должно способствовать строительству таких башен на промышленной основе в пределах мощности от 30 до 200 МВт.

К СЭС с параболическим концентратором относится тепловая СЭС “Nevada Solar One”, Невада, США, которая использует 220000 зеркал и вырабатывает 64МВт. Крупнейшая из построенных станций вырабатывает 80МВт и расположена в пустыне Мохаве в Калифорнии, США. В 80-х годах в южно-калифорнийской пустыне фирмой "Luz International” было построено девять систем, которые образуют крупнейшее на сегодняшний день предприятие по производству солнечного теплового электричества суммарной мощностью 354МВт.

Из уровня техники известны гелиоустановки, содержащие зеркальный концентратор солнечной энергии, в фокусе которого расположен приемник излучения, выполненный в виде теплообменника, фотоэлектрического или термоэмиссионного преобразователя.

Основным недостатком такого решения, даже при выполнении концентратора поворотным для ориентации на Солнце, является малая эффективность использования солнечной энергии.

Наиболее близкой к изобретению является гелиоустановка, содержащая несколько концентраторов, снабженных приводами, систему слежения за Солнцем с блоком управления приводами, обеспечивающую возможность автоматической ориентации, и неподвижно закрепленный приемник излучения (SU 1141275 А 1, F 24 J 2/00, 1985).
Однако система слежения за Солнцем достаточно сложна и дорога, что делает экономически нерациональным применение подобной гелиоустановки в народном хозяйстве.
Изобретение направлено на создание гелиоустановки с конструктивно простым выполнением привода концентраторов и системой слежения за Солнцем, обеспечивающей эффективное использование солнечной энергии.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в гелиоустановке, содержащей концентратор излучения, снабженный приводом, систему слежения за Солнцем с блоком управления и неподвижно закрепленный приемник излучения, согласно изобретению привод выполнен с возможностью обеспечения прямолинейного, возвратно-поступательного перемещения концентратора, при этом концентратор выполнен зеркальным с цилиндрической поверхностью, текущее значение радиуса направляющей которой имеет отклонение от среднего значения, соответствующего радиусу окружности направляющей кругового цилиндра, не более чем на ±10%, а приемник излучения - фотоэлектрический преобразователь размещен в фокальной плоскости.

Предпочтительно выполнение гелиоустановки с несколькими концентраторами излучения, в фокальной плоскости каждого из которых неподвижно размещен фотоэлектрический преобразователь, при этом концентраторы имеют общий привод, обеспечивающий их плоско-параллельное перемещение.

Плоско-параллельное, прямолинейное перемещение концентраторов обусловливает простоту конструкции привода системы слежения за Солнцем и надежность управления гелиоустановкой для равномерного и эффективного направления солнечных лучей, отраженных цилиндрической поверхностью концентраторов на неподвижные приемники излучения - фотоэлектрические преобразователи, что при выбранном соотношении геометрических параметров повышает рентабельность прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Гелиоустановка содержит зеркальные цилиндрические концентраторы 1 излучения, снабженные общим приводом 2, обеспечивающим возможность прямолинейного, возвратно-поступательного (плоско-параллельного) перемещения концентраторов 1, систему слежения за Солнцем с блоком управления (не показано) приводом 2 и неподвижно закрепленные приемники излучения, выполненные в виде фотоэлектрических преобразователей 3, установленных в фокальной плоскости.

Параболоцилиндрические концентраторы имеют форму параболы, протянутую вдоль прямой. Параболоцилиндрический зеркальный концентратор фокусирует солнечное излучение в линию и может обеспечить его стократную концентрацию. В фокусе параболы размещается трубка с теплоносителем (масло), или фотоэлектрический элемент. Масло нагревается в трубке до температуры 300—390 °C.

Параболоцилиндрические зеркала изготовляют длиной до 50 метров. Зеркала ориентируют по оси север—юг, и располагают рядами через несколько метров. Теплоноситель поступает в тепловой аккумулятор для дальнейшей выработки электроэнергии паротурбинным генератором.

С 1984 по 1991 г. в Калифорнии было построено девять электростанций из параболоцилиндрических концентраторов общей мощностью 354 МВт. Стоимость электроэнергии составляла около $0,12 за кВт·ч.

Германская компания Solar Millennium AG строит во Внутренней Монголии (Китай) солнечную электростанцию. Общая мощность электростанции увеличится до 1000 МВт к 2020 году. Мощность первой очереди составит 50 МВт.

В июне 2006 г. в Испании была построена первая термальная солнечная электростанция мощностью 50 МВт. В Испании к 2010 году может быть построено 500 МВт электростанций с параболоцилиндрическими концентраторами.

Всемирный банк финансирует строительство подобных электростанций в Мексике, Марокко, Алжире, Египте и Иране.

Концентрация солнечного излучения позволяет сократить размеры фотоэлектрического элемента. Но при этом снижается его КПД, и требуется некая система охлаждения.