Solarni koncentratori

U osnovi, solarni koncentratori se jako razlikuju od fotonaponski pretvarači… Osim toga, termalne solarne elektrane su zbog niza karakteristika mnogo učinkovitije od fotonaponskih.

Zadatak solarnog koncentratora je fokusiranje sunčevih zraka na spremnik rashladne tekućine, što može biti na primjer ulje ili voda, koji su dobri u apsorpciji sunčeve energije. Metode koncentriranja su različite: parabolični cilindrični koncentratori, parabolična zrcala ili heliocentrični tornjevi.

U nekim koncentratorima, sunčevo zračenje je fokusirano duž žarišne linije, u drugima - na žarišnu točku gdje se nalazi prijemnik. Kada se sunčevo zračenje reflektira s veće površine na manju površinu (površinu prijemnika), postiže se visoka temperatura, rashladno sredstvo apsorbira toplinu, krećući se kroz prijemnik. Sustav kao cjelina sadrži i skladišni dio te sustav prijenosa energije.

Učinkovitost koncentratora značajno je smanjena tijekom oblačnih razdoblja, jer se fokusira samo izravno sunčevo zračenje.Iz tog razloga ovi sustavi postižu najveću učinkovitost u regijama gdje je insolacija posebno visoka: u pustinjama, u ekvatorijalnom području. Kako bi se povećala učinkovitost korištenja sunčevog zračenja, koncentratori su opremljeni posebnim trackerima, sustavima za praćenje koji osiguravaju što točniju orijentaciju koncentratora u smjeru sunca.

Budući da je cijena solarnih koncentratora visoka, a sustavi za praćenje zahtijevaju periodično održavanje, njihova je uporaba uglavnom ograničena na industrijske sustave za proizvodnju električne energije.

Takve instalacije mogu se koristiti u hibridnim sustavima zajedno, na primjer, s ugljikovodičnim gorivom, tada će sustav skladištenja smanjiti troškove proizvedene električne energije. To će postati moguće jer će se proizvodnja raditi 24 sata dnevno.

Solarni koncentratori s paraboličnom cijevi dugi su i do 50 metara, nalikuju izduženoj zrcalnoj paraboli. Takav koncentrator sastoji se od niza konkavnih zrcala, od kojih svako skuplja paralelne zrake sunca i fokusira ih na određenu točku. Duž takve parabole nalazi se cijev s tekućinom za hlađenje, tako da su sve zrake koje reflektiraju zrcala usmjerene na nju. Kako bi se smanjio gubitak topline, cijev je okružena staklenom cijevi koja se proteže duž žarišne linije cilindra.

Ova čvorišta su poredana u nizove u smjeru sjever-jug i svakako su opremljena solarnim sustavima za praćenje. Zračenje fokusirano u liniji zagrijava rashladnu tekućinu na gotovo 400 stupnjeva, prolazi kroz izmjenjivače topline, stvarajući paru koja okreće turbinu generatora.

Iskreno radi, treba napomenuti da se fotoćelija također može nalaziti umjesto cijevi. No, unatoč činjenici da veličine koncentratora mogu biti manje s fotonaponskim ćelijama, to je prepuno smanjenja učinkovitosti i problema pregrijavanja, što zahtijeva razvoj visokokvalitetnog sustava hlađenja.

U kalifornijskoj pustinji 80-ih godina prošlog stoljeća izgrađeno je 9 elektrana paraboličkih cilindričnih koncentratora ukupne snage 354 MW. Tada je ista tvrtka (Luz International) izgradila i hibridnu instalaciju SEGS I u Degetu, snage 13,8 MW, koja je dodatno uključivala peći na prirodni plin.Općenito, do 1990. tvrtka je izgradila hibridne elektrane ukupnog kapaciteta 80 MW.

Razvoj proizvodnje solarne energije u paraboličnim elektranama provodi se u Maroku, Meksiku, Alžiru i drugim zemljama u razvoju uz financiranje Svjetske banke.

Zbog toga stručnjaci zaključuju da danas parabolične koritaste elektrane po isplativosti i učinkovitosti zaostaju i za tornjastim i za diskastim solarnim elektranama.

Disk solarne instalacije — to su, poput satelitskih antena, parabolična zrcala koja fokusiraju sunčeve zrake na prijemnik koji se nalazi u fokusu svake takve antene. Istodobno, temperatura rashladne tekućine s ovom tehnologijom grijanja doseže 1000 stupnjeva. Tekućina za prijenos topline odmah se dovodi do generatora ili motora koji je spojen s prijemnikom. Ovdje se, primjerice, koriste Stirling i Brighton motori, koji mogu značajno povećati performanse takvih sustava, budući da je optička učinkovitost visoka, a početni troškovi niski.

Svjetski rekord u učinkovitosti solarne instalacije s paraboličnim tanjurom iznosi 29% toplinske i električne učinkovitosti postignute instalacijom u obliku tanjura u kombinaciji sa Stirlingovim motorom u Rancho Mirageu.

Zbog modularnog dizajna, solarni sustavi tipa match su vrlo obećavajući, omogućuju vam da lako postignete potrebne razine snage za hibridne korisnike spojene na javne električne mreže i neovisne. Primjer je projekt STEP koji se sastoji od 114 paraboličkih zrcala promjera 7 metara koji se nalaze u državi Georgia.

Sustav proizvodi paru srednjeg, niskog i visokog pritiska. Niskotlačna para se dovodi u klimatizacijski sustav tvornice pletiva, srednjetlačna para dovodi se u samu pletačku industriju, a visokotlačna para dovodi se izravno za proizvodnju električne energije.

Naravno, solarni disk koncentratori u kombinaciji sa Stirlingovim motorom zanimljivi su vlasnicima velikih energetskih tvrtki. Tako Science Applications International Corporation u suradnji s tri energetske tvrtke razvija sustav pomoću Stirlingovog motora i paraboličkih zrcala koji će moći proizvesti 25 kW električne energije.

Kod tornjastih solarnih elektrana sa središnjim prijemnikom, sunčevo zračenje se usmjerava na prijemnik koji se nalazi na vrhu tornja…. Oko tornjeva postavljen je veliki broj reflektora-heliostata... Heliostati su opremljeni dvoosnim sustavom praćenja sunca, zahvaljujući kojem se uvijek okreću tako da zrake miruju, koncentrirane na prijemniku topline.

Prijemnik apsorbira toplinsku energiju, koja zatim okreće turbinu generatora.

Tekuća rashladna tekućina koja cirkulira u prijemniku nosi paru u akumulator topline. Obično se rade vodena para s temperaturom od 550 stupnjeva, zrak i druge plinovite tvari s temperaturom do 1000 stupnjeva, organske tekućine s niskim vrelištem - ispod 100 stupnjeva, kao i tekući metal - do 800 stupnjeva.

Ovisno o namjeni stanice, para može pokretati turbinu za proizvodnju električne energije ili se izravno koristiti u nekoj vrsti proizvodnje. Temperatura u prijemniku varira od 538 do 1482 stupnja.

Toranj Solar One u južnoj Kaliforniji, jedan od prvih te vrste, izvorno je proizvodio električnu energiju kroz sustav pare i vode koji proizvodi 10 MW. Zatim je prošao modernizaciju i poboljšani prijemnik, koji sada radi s rastaljenim solima i sustavom za pohranu topline, postao je znatno učinkovitiji.

To je dovelo do proboja u tehnologiji solarnih koncentratora za elektrane s baterijskim tornjevima: energija u takvoj elektrani može se proizvesti na zahtjev, jer sustav za pohranu topline može pohraniti toplinu do 13 sati.

Tehnologija rastaljene soli omogućuje pohranjivanje sunčeve topline na 550 stupnjeva, a električna energija se sada može proizvoditi u bilo koje doba dana i po svim vremenskim uvjetima. Toranjska stanica "Solar Two" s kapacitetom od 10 MW postala je prototip industrijskih elektrana ovog tipa. U budućnosti — izgradnja industrijskih poduzeća kapaciteta od 30 do 200 MW za velika industrijska poduzeća.

Izgledi su kolosalni, ali razvoj je ometen potrebom za velikim površinama i značajnim troškovima izgradnje tornjeva u industrijskim razmjerima. Na primjer, za postavljanje toranjske stanice od 100 megavata potrebno je 200 hektara, dok je za nuklearnu elektranu koja može proizvesti 1000 megavata električne energije potrebno samo 50 hektara. Parabolično-cilindrične stanice (modularnog tipa) za male kapacitete su, s druge strane, isplativije od tornjevih.

Tako su tornjasti i parabolični koritasti koncentratori prikladni za elektrane od 30 MW do 200 MW koje su priključene na mrežu. Modularni disk hubovi pogodni su za autonomno napajanje mreža koje zahtijevaju samo nekoliko megavata. I tornjevi i pločasti sustavi su skupi za proizvodnju, ali daju vrlo visoku učinkovitost.

Kao što vidite, koncentratori s paraboličnim koritom zauzimaju optimalnu poziciju kao tehnologija solarnih koncentratora koja najviše obećava u nadolazećim godinama.

Također pročitajte na ovu temu: Razvoj solarne energije u svijetu