Солнечный пруд. Принцип получения тепловой и электрической энергии. Привести схему получения электроэнергии.

В случаях, требующих нагрева больших объемов жидкости до температур ниже 100⁰С, применение стандартных нагревателей, часто оказывается слишком дорогостоящим. Солнечный пруд представляет собой оригинальный нагреватель, в котором теплозащитной крышкой является вода. Достаточно большой водоем может быть вырыт просто в Земле, что относительно недорого. Если учесть, что солнечные пруды содержат в себе и накопители тепла, то область их использования может быть довольно широкой.

В солнечный пруд заливается несколько слоев воды различной степени солености, причем наиболее соленый слой толщиной около 0,5 м располагается на дне (рис. 8.1). Солнечное излучение поглощается дном водоема, и придонный слой воды нагревается. В обычных однородных водоемах нагретая вода легче, чем окружающая ее, поднимается вверх и в процессе свободной конвекции передает тепло воздуху над водоемом.

В неоднородном водоеме придонный слой воды обычно берется настолько более соленым, чем слой над ним, что плотность его ходя и уменьшается при нагревании, но все-таки остается выше плотности более высокого слоя. Поэтому конвекция подавляется и придонный слой нагревается все сильнее. Существуют некоторые растворы, плотность которых возрастает при повышении температуры. Использование таких растворов позволяет иметь стабильные солнечные пруды.

Рис. 8.1. В солнечном пруду конвекция подавлена, и придонные слои жидкости сохраняют тепло, полученное от Солнца.

Повышение температуры в придонном слое ограничивается тепловыми потерями при прохождении солнечного излучения через неподвижные верхние слои воды. Расчеты показывают, что сопротивление теплопотерям в данном случае сравнимо с термическим сопротивлением стандартного плоского нагревателя. В солнечных прудах достигается равновесная температура до 90⁰С и выше, в некоторых наиболее эффективных системах наблюдалось кипение воды. Следует отметить, что для заполнения солнечного пруда требуется несколько месяцев, поскольку если верхние слои заливать слишком быстро, то в результате турбулентности взболтаются нижние слои и разрушится созданная стратификация.

Теплоемкость и термическое сопротивление большого солнечного пруда могут быть достаточными для того, чтобы сохранить тепло в придонном слое до зимы. Это тепло можно использовать для отопления зданий зимой. Солнечные пруды имеют, кроме того, множество возможных применений в промышленности как стационарные источники тепла умеренно высокой температуры, а также как источники электроэнергии.

Солнечный пруд в Эйн-Бореке, Израиль, производит 150 кВт электроэнергии с площади 0,74 га при стоимости 10 центов за 1 кВт ч.