Солнечный пруд — это бассейн с соленой водой , который собирает и хранит солнечную тепловую энергию. Соленая вода естественным образом образует вертикальный градиент солености , также известный как « галоклин », в котором вода с низкой соленостью плавает поверх воды с высокой соленостью. Слои солевых растворов увеличивают концентрацию (и, следовательно, плотность) с глубиной. Ниже определенной глубины раствор имеет равномерно высокую концентрацию соли.
Когда солнечные лучи касаются дна мелкого бассейна, они нагревают воду, прилегающую ко дну. Когда вода на дне бассейна нагревается, она становится менее плотной, чем более холодная вода над ней, и начинается конвекция . Солнечные пруды нагревают воду, препятствуя этой конвекции. Соль добавляется в воду до тех пор, пока нижние слои воды не станут полностью насыщенными . Высокосоленая вода на дне пруда не смешивается легко с низкосоленой водой над ней, поэтому, когда нижний слой воды нагревается, конвекция происходит отдельно в нижнем и верхнем слоях, с лишь небольшим перемешиванием между ними. Это значительно снижает потери тепла и позволяет высокосоленой воде нагреваться до 90 °C, поддерживая низкосоленую воду на уровне 30 °C. [1] Эту горячую, соленую воду затем можно откачивать для использования в производстве электроэнергии, через турбину или в качестве источника тепловой энергии.
Полученная энергия находится в форме низкопотенциального тепла от 70 до 80 °C по сравнению с предполагаемой температурой окружающей среды 20 °C. Согласно второму закону термодинамики (см. Цикл Карно ), максимальная теоретическая эффективность цикла, который использует тепло из высокотемпературного резервуара при 80 °C и имеет более низкую температуру 20 °C, составляет 1−(273+20)/(273+80)=17%. Для сравнения, тепловой двигатель электростанции, вырабатывающий высокопотенциальное тепло при 800 °C, имел бы максимальный теоретический предел в 73% для преобразования тепла в полезную работу (и, таким образом, был бы вынужден отводить всего 27% отработанного тепла в низкотемпературный резервуар при 20 °C). Низкая эффективность солнечных прудов обычно оправдывается аргументом, что «коллектор», будучи просто пластиковым прудом, может потенциально привести к крупномасштабной системе с более низкой общей приведенной стоимостью энергии , чем солнечная концентрирующая система .
Дальнейшие исследования направлены на решение проблем, таких как разработка мембранных прудов. Они используют тонкую проницаемую мембрану для разделения слоев, не позволяя соли проходить через них.
Крупнейшим действующим солнечным прудом для выработки электроэнергии был пруд Бейт ХаАрава , построенный в Израиле и действовавший до 1988 года. Он имел площадь 210 000 м² и вырабатывал электрическую мощность 5 МВт. [3]
Индия была первой азиатской страной, которая создала солнечный пруд в Бхудже , в Гуджарате. Проект был санкционирован в рамках Национальной программы солнечных прудов Министерством нетрадиционных источников энергии в 1987 году и завершен в 1993 году после постоянных совместных усилий TERI, Агентства по развитию энергетики Гуджарата и GDDC (Gujarat Dairy Development Corporation Ltd). Солнечный пруд успешно продемонстрировал целесообразность технологии, поставляя 80 000 литров горячей воды ежедневно на завод. Он рассчитан на поставку около 22 000 000 кВт·ч [ требуется цитата ] тепловой энергии в год. Институт энергетики и ресурсов предоставил все технические ресурсы и взял на себя полное выполнение исследований, разработок и демонстрации. TERI эксплуатировал и обслуживал этот объект до 1996 года, прежде чем передать его GDDC. Солнечный пруд без усилий функционировал до 2000 года, когда серьезные финансовые потери подорвали GDDC. Впоследствии землетрясение в Бхудже привело к тому, что молочный завод в Каче перестал функционировать. [4]
Солнечный пруд площадью 0,8 акра (3200 м2 ) , обеспечивающий электроэнергией 20% операций корпорации Bruce Foods в Эль-Пасо, штат Техас, является вторым по величине в США. Это также первый в истории солнечный пруд с солевым градиентом в США [5]
{{citation}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{citation}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ).