Solkonsentratorer
I utgangspunktet er solkonsentratorer veldig forskjellige fra solcelleomformere… I tillegg er solenergianlegg av termisk type mye mer effektive enn solcelleanlegg på grunn av en rekke egenskaper.
Solkonsentratorens oppgave er å fokusere solstrålene mot en beholder med kjølevæske, som for eksempel kan være olje eller vann, som er flinke til å absorbere solenergi. Konsentreringsmetoder er forskjellige: parabolske sylindriske konsentratorer, parabolske speil eller heliosentriske tårn.
I noen konsentratorer er solstrålingen fokusert langs brennlinjen, i andre - ved brennpunktet der mottakeren er plassert. Når solstråling reflekteres fra en større overflate til en mindre overflate (mottakerens overflate), oppnås en høy temperatur, kjølevæsken absorberer varmen og beveger seg gjennom mottakeren. Systemet som helhet inneholder også en lagringsdel og et energioverføringssystem.
Effektiviteten til konsentratorer reduseres betydelig i overskyede perioder, da kun direkte solstråling er fokusert.Av denne grunn oppnår disse systemene den høyeste effektiviteten i regioner hvor isolasjonsnivået er spesielt høyt: i ørkener, i ekvatorialregionen. For å øke effektiviteten i bruken av solstråling er konsentratorene utstyrt med spesielle trackere, sporingssystemer som sikrer den mest nøyaktige orienteringen av konsentratorene i retning mot solen.
Fordi kostnadene for solenergikonsentratorer er høye og sporingssystemene krever periodisk vedlikehold, er bruken hovedsakelig begrenset til industrielle kraftgenereringssystemer.
Slike installasjoner kan brukes i hybridsystemer sammen, for eksempel med hydrokarbonbrensel, da vil lagringssystemet redusere kostnadene for produsert strøm. Dette vil bli mulig ettersom generasjonen vil foregå døgnet rundt.
Parabolrørsolkonsentratorer er opptil 50 meter lange, og ligner en langstrakt speilparabel. En slik konsentrator består av et sett med konkave speil, som hver samler parallelle solstråler og fokuserer dem på et bestemt punkt. Langs en slik parabel er et rør med en kjølevæske plassert, slik at alle strålene som reflekteres av speilene er fokusert på det. For å redusere varmetapet er røret omgitt av et glassrør som strekker seg langs sylinderens brennlinje.
Disse knutepunktene er ordnet i rader i nord-sør retning og er absolutt utstyrt med solcellesporingssystemer. Strålingen fokusert i linjen varmer opp kjølevæsken til nesten 400 grader, den passerer gjennom varmevekslerne og genererer damp som snur turbinen til generatoren.
I rettferdighet bør det bemerkes at en fotocelle også kan plasseres i stedet for røret. Til tross for at konsentratorstørrelsene kan være mindre med fotovoltaiske celler, er dette imidlertid full av reduksjon i effektivitet og problemet med overoppheting, som krever utvikling av et kjølesystem av høy kvalitet.
I California-ørkenen på 1980-tallet ble det bygget 9 kraftverk av parabolske sylindriske konsentratorer med en total kapasitet på 354 MW. Da bygget det samme selskapet (Luz International) også en SEGS I hybridinstallasjon i Deget, med en kapasitet på 13,8 MW, som i tillegg inkluderte naturgassovner. Generelt hadde selskapet innen 1990 bygget hybridkraftverk med en total kapasitet på 80 MW.
Utviklingen av solenergiproduksjon i parabolske kraftverk utføres i Marokko, Mexico, Algerie og andre utviklingsland med finansiering fra Verdensbanken.
Som et resultat konkluderer eksperter med at i dag ligger parabolske bunnkraftverk etter både tårn- og disksolkraftverk når det gjelder lønnsomhet og effektivitet.
Disksolinstallasjoner - disse er, som parabolantenner, parabolske speil som fokuserer solstrålene på en mottaker som er plassert i fokuset til hver slik tallerken. Samtidig når temperaturen på kjølevæsken med denne varmeteknologien 1000 grader. Varmeoverføringsvæsken mates umiddelbart til en generator eller motor som er kombinert med en mottaker. Her brukes for eksempel Stirling- og Brighton-motorer, noe som kan øke ytelsen til slike systemer betydelig, siden den optiske effektiviteten er høy og startkostnadene lave.
Verdensrekorden for effektivitet for en parabolsk solcelleinstallasjon er 29% termisk-til-elektrisk effektivitet oppnådd av en tallerken-type installasjon kombinert med en Stirling-motor på Rancho Mirage.
På grunn av den modulære designen, er matchtype solcellesystemer veldig lovende, de lar deg enkelt oppnå de nødvendige effektnivåene for både hybridbrukere koblet til offentlige strømnett og uavhengige. Et eksempel er STEP-prosjektet, som består av 114 parabolske speil med en diameter på 7 meter plassert i delstaten Georgia.
Systemet produserer middels, lavt og høyt trykk damp. Lavtrykksdampen tilføres klimaanlegget til strikkefabrikken, mellomtrykksdampen tilføres selve strikkeindustrien, og høytrykksdampen tilføres direkte for å generere strøm.
Selvfølgelig er solcelleskivekonsentratorer kombinert med en Stirling-motor av interesse for eierne av store energiselskaper. Dermed utvikler Science Applications International Corporation i samarbeid med tre energiselskaper et system som bruker en Stirling-motor og parabolske speil som skal kunne produsere 25 kW strøm.
I solkraftverk av tårntype med en sentral mottaker, fokuseres solstråling på mottakeren, som er plassert på toppen av tårnet... Et stort antall reflektorer-heliostater er plassert rundt tårnene... Heliostatene er utstyrt med et to-akset solsporingssystem, takket være hvilket de alltid snur slik at strålene er stasjonære, konsentrert om varmemottakeren.
Mottakeren absorberer varmeenergi, som deretter snur turbinen til generatoren.
Den flytende kjølevæsken som sirkulerer i mottakeren fører dampen til varmeakkumulatoren. Vanligvis er arbeid vanndamp med en temperatur på 550 grader, luft og andre gassformige stoffer med en temperatur på opptil 1000 grader, organiske væsker med lavt kokepunkt - under 100 grader, samt flytende metall - opptil 800 grader.
Avhengig av formålet med stasjonen, kan dampen snu en turbin for å generere elektrisitet eller brukes direkte i en eller annen form for produksjon. Temperaturen i mottakeren varierer fra 538 til 1482 grader.
Solar One-krafttårnet i Sør-California, et av de første i sitt slag, produserte opprinnelig elektrisitet gjennom et damp-vannsystem som produserte 10 MW. Deretter gjennomgikk den en modernisering og den forbedrede mottakeren, som nå jobber med smeltede salter og varmelagringssystemet, ble betydelig mer effektiv.
Dette førte til et gjennombrudd innen solkonsentratorteknologi for batteritårnkraftverk: Strøm i et slikt kraftverk kan produseres ved behov, da varmelagringssystemet kan lagre varme i opptil 13 timer.
Smeltet saltteknologi gjør det mulig å lagre solvarme ved 550 grader, og strøm kan nå produseres når som helst på døgnet og uansett vær. Tårnstasjon "Solar Two" med en kapasitet på 10 MW har blitt en prototype av industrielle kraftverk av denne typen. I fremtiden — bygging av industribedrifter med en kapasitet på 30 til 200 MW for store industribedrifter.
Utsiktene er kolossale, men utviklingen hindres av behovet for store arealer og de betydelige kostnadene ved å bygge tårnstasjoner i industriell skala. For å plassere en tårnstasjon på 100 megawatt kreves for eksempel 200 hektar, mens et atomkraftverk som kan produsere 1000 megawatt elektrisitet krever kun 50 hektar. Parabol-sylindriske stasjoner (modulær type) for små kapasiteter er derimot mer kostnadseffektive enn tårn.
Tårn- og parabolkonsentratorer egner seg således for kraftverk fra 30 MW til 200 MW som er koblet til nettet. Modulære diskhuber er egnet for autonom drift av nettverk som krever bare noen få megawatt. Både tårn- og platesystemer er dyre å produsere, men gir svært høy effektivitet.
Som du kan se, inntar parabolske traukonsentratorer en optimal posisjon som den mest lovende solenergikonsentratorteknologien for de kommende årene.
Les også om dette emnet: Utvikling av solenergi i verden