Solar koncentratorer

Grundlæggende er solkoncentratorer meget forskellige fra solcelleomformere… Derudover er solcelleanlæg af termisk type meget mere effektive end solcelleanlæg på grund af en række egenskaber.

Solkoncentratorens opgave er at fokusere solens stråler på en beholder med kølevæske, som for eksempel kan være olie eller vand, som er gode til at optage solenergi. Koncentreringsmetoder er forskellige: parabolske cylindriske koncentratorer, parabolske spejle eller heliocentriske tårne.

I nogle koncentratorer fokuseres solstrålingen langs brændlinjen, i andre - ved det brændpunkt, hvor modtageren er placeret. Når solstråling reflekteres fra en større overflade til en mindre overflade (modtagerens overflade), opnås en høj temperatur, kølevæsken absorberer varmen og bevæger sig gennem modtageren. Systemet som helhed indeholder også en lagerdel og et energioverførselssystem.

Effektiviteten af ​​koncentratorer reduceres væsentligt i overskyede perioder, da kun direkte solstråling er fokuseret.Af denne grund opnår disse systemer den højeste effektivitet i regioner, hvor isolationsniveauet er særligt højt: i ørkener, i ækvatorialregionen. For at øge effektiviteten af ​​anvendelsen af ​​solstråling er koncentratorerne udstyret med specielle trackere, sporingssystemer, der sikrer den mest nøjagtige orientering af koncentratorerne i solens retning.

Fordi omkostningerne ved solenergikoncentratorer er høje, og sporingssystemerne kræver periodisk vedligeholdelse, er deres anvendelse hovedsageligt begrænset til industrielle elproduktionssystemer.

Sådanne installationer kan bruges i hybridsystemer sammen, for eksempel med kulbrintebrændstof, så vil lagersystemet reducere omkostningerne til produceret elektricitet. Dette vil blive muligt, da generationen vil foregå døgnet rundt.

Parabolrørsolar-koncentratorer er op til 50 meter lange, der ligner en aflang spejlparabel. En sådan koncentrator består af et sæt konkave spejle, som hver samler parallelle solstråler og fokuserer dem på et bestemt punkt. Langs en sådan parabel er der placeret et rør med en kølevæske, så alle de stråler, der reflekteres af spejlene, er fokuseret på det. For at reducere varmetabet er røret omgivet af et glasrør, der strækker sig langs cylinderens brændpunkt.

Disse hubs er arrangeret i rækker i nord-syd-retning og er bestemt udstyret med sol-sporingssystemer. Strålingen, der er fokuseret i linjen, opvarmer kølevæsken til næsten 400 grader, den passerer gennem varmevekslerne og genererer damp, der drejer generatorens turbine.

Retfærdigvis skal det bemærkes, at en fotocelle også kan placeres i stedet for røret. Men på trods af, at koncentratorstørrelserne kan være mindre med solceller, er dette behæftet med et fald i effektiviteten og problemet med overophedning, som kræver udvikling af et kølesystem af høj kvalitet.

I Californiens ørken blev der i 1980'erne bygget 9 kraftværker af parabolske cylindriske koncentratorer med en samlet kapacitet på 354 MW. Så byggede samme virksomhed (Luz International) også en SEGS I hybridinstallation i Deget, med en kapacitet på 13,8 MW, som desuden omfattede naturgasovne. Generelt havde virksomheden i 1990 bygget hybridkraftværker med en samlet kapacitet på 80 MW.

Udviklingen af ​​solenergiproduktion i parabolske kraftværker udføres i Marokko, Mexico, Algeriet og andre udviklingslande med finansiering fra Verdensbanken.

Som et resultat konkluderer eksperter, at parabolske trough-kraftværker i dag halter bagefter både tårn- og disksolkraftværker med hensyn til rentabilitet og effektivitet.

Disk solcelleinstallationer - disse er ligesom parabolantenner parabolske spejle, der fokuserer solens stråler på en modtager placeret i fokus for hver sådan parabol. Samtidig når temperaturen på kølevæsken med denne varmeteknologi 1000 grader. Varmeoverførselsvæsken føres straks til en generator eller motor, som er kombineret med en modtager. Her bruges for eksempel Stirling- og Brighton-motorer, hvilket kan øge ydelsen af ​​sådanne systemer markant, da den optiske effektivitet er høj, og startomkostningerne er lave.

Verdensrekorden for effektivitet af en parabolskåne solcelleanlæg er 29% termisk-til-elektrisk effektivitet opnået af en parabol-type installation kombineret med en Stirling-motor på Rancho Mirage.

På grund af det modulære design, er matchtype solcellesystemer meget lovende, de giver dig mulighed for nemt at opnå de nødvendige effektniveauer for både hybridbrugere tilsluttet offentlige elnet og uafhængige. Et eksempel er STEP-projektet, som består af 114 parabolske spejle med en diameter på 7 meter placeret i staten Georgia.

Systemet producerer mellem-, lav- og højtryksdamp. Lavtryksdampen tilføres strikkefabrikkens klimaanlæg, mellemtryksdampen leveres til selve strikkeindustrien, og højtryksdampen tilføres direkte for at generere elektricitet.

Naturligvis er solcelleskivekoncentratorer kombineret med en Stirling-motor interessant for ejerne af store energiselskaber. Således er Science Applications International Corporation i samarbejde med tre energiselskaber ved at udvikle et system ved hjælp af en Stirling-motor og parabolske spejle, der vil kunne producere 25 kW elektricitet.

I solenergianlæg af tårntype med en central modtager fokuseres solstrålingen på modtageren, som er placeret i toppen af ​​tårnet... Et stort antal reflektorer-heliostater er placeret rundt om tårnene... Heliostaterne er udstyret med et to-akset solsporingssystem, takket være hvilket de altid drejer, så strålerne er stationære, koncentreret om varmemodtageren.

Modtageren absorberer varmeenergi, som derefter drejer generatorens turbine.

Det flydende kølemiddel, der cirkulerer i modtageren, fører dampen til varmeakkumulatoren. Normalt er værker vanddamp med en temperatur på 550 grader, luft og andre gasformige stoffer med en temperatur på op til 1000 grader, organiske væsker med lavt kogepunkt - under 100 grader, samt flydende metal - op til 800 grader.

Afhængigt af formålet med stationen kan dampen dreje en turbine for at generere elektricitet eller direkte bruges i en form for produktion. Temperaturen i modtageren varierer fra 538 til 1482 grader.

Solar One-krafttårnet i det sydlige Californien, et af de første af sin slags, producerede oprindeligt elektricitet gennem et damp-vand-system, der producerede 10 MW. Derefter gennemgik den en modernisering, og den forbedrede modtager, der nu arbejder med smeltede salte og varmelagringssystemet, blev væsentligt mere effektiv.

Dette førte til et gennembrud inden for solkoncentratorteknologi til batteritårnkraftværker: Strøm i et sådant kraftværk kan produceres efter behov, da varmelagringssystemet kan lagre varme i op til 13 timer.

Smeltet salt-teknologi gør det muligt at lagre solvarme ved 550 grader, og elektricitet kan nu produceres når som helst på døgnet og i al slags vejr. Tårnstation "Solar Two" med en kapacitet på 10 MW er blevet en prototype af industrielle kraftværker af denne type. I fremtiden — opførelse af industrivirksomheder med en kapacitet på 30 til 200 MW til store industrivirksomheder.

Udsigterne er kolossale, men udviklingen hæmmes af behovet for store arealer og de betydelige omkostninger ved at bygge tårnstationer i industriel skala. For at placere en tårnstation på 100 megawatt kræves for eksempel 200 hektar, mens et atomkraftværk, der er i stand til at producere 1.000 megawatt elektricitet, kun kræver 50 hektar. Parabol-cylindriske stationer (modulær type) til små kapaciteter er på den anden side mere omkostningseffektive end tårne.

Tårn- og paraboltrugkoncentratorer er således velegnede til elværker fra 30 MW til 200 MW, der er tilsluttet nettet. Modulære diskhubs er velegnede til autonom strømforsyning af netværk, der kun kræver nogle få megawatt. Både tårn- og pladesystemer er dyre at fremstille, men giver meget høj effektivitet.

Som du kan se, indtager parabolske trugkoncentratorer en optimal position som den mest lovende solcellekoncentratorteknologi for de kommende år.

Læs også om dette emne: Udvikling af solenergi i verden