Concentratoare solare

Practic, concentratoarele solare sunt foarte diferite de convertoare fotovoltaice… În plus, centralele solare de tip termic sunt mult mai eficiente decât cele fotovoltaice datorită unui număr de caracteristici.

Sarcina concentratorului solar este de a focaliza razele soarelui asupra unui recipient cu lichid de răcire, care poate fi de exemplu ulei sau apă, care sunt bune la absorbția energiei solare. Metodele de concentrare sunt diferite: concentratoare cilindrice parabolice, oglinzi parabolice sau turnuri heliocentrice.

În unele concentratoare, radiația solară este focalizată de-a lungul liniei focale, în altele - în punctul focal în care se află receptorul. Când radiația solară este reflectată de pe o suprafață mai mare pe o suprafață mai mică (suprafața receptorului), se atinge o temperatură ridicată, lichidul de răcire absoarbe căldura, deplasându-se prin receptor. Sistemul în ansamblu conține, de asemenea, o parte de stocare și un sistem de transfer de energie.

Eficiența concentratoarelor este redusă semnificativ în perioadele înnorate, deoarece doar radiația solară directă este focalizată.Din acest motiv, aceste sisteme obțin cea mai mare eficiență în regiunile în care nivelul de insolație este deosebit de ridicat: în deșerturi, în regiunea ecuatorială. Pentru a crește eficiența utilizării radiației solare, concentratoarele sunt echipate cu trackere speciale, sisteme de urmărire care asigură cea mai precisă orientare a concentratoarelor în direcția soarelui.

Deoarece costul concentratoarelor solare este mare și sistemele de urmărire necesită întreținere periodică, utilizarea lor este limitată în principal la sistemele industriale de generare a energiei.

Astfel de instalații pot fi utilizate în sisteme hibride împreună, de exemplu, cu combustibilul cu hidrocarburi, apoi sistemul de stocare va reduce costul energiei electrice produse. Acest lucru va deveni posibil, deoarece generația se va desfășura non-stop.

Concentratoarele solare cu tub parabolic au o lungime de până la 50 de metri, asemănând cu o parabolă alungită în oglindă. Un astfel de concentrator constă dintr-un set de oglinzi concave, fiecare dintre acestea colectând razele paralele ale soarelui și le concentrează pe un anumit punct. De-a lungul unei astfel de parabole se află un tub cu un lichid de răcire, astfel încât toate razele reflectate de oglinzi să fie focalizate asupra acestuia. Pentru a reduce pierderile de căldură, tubul este înconjurat de un tub de sticlă care se extinde de-a lungul liniei focale a cilindrului.

Aceste hub-uri sunt dispuse în rânduri în direcția nord-sud și cu siguranță sunt echipate cu sisteme de urmărire solară. Radiația focalizată în linie încălzește lichidul de răcire la aproape 400 de grade, acesta trece prin schimbătoarele de căldură, generând abur care întoarce turbina generatorului.

Pentru dreptate, trebuie remarcat faptul că o fotocelulă poate fi amplasată și în locul tubului. Cu toate acestea, în ciuda faptului că dimensiunile concentratorului pot fi mai mici cu celulele fotovoltaice, acest lucru este plin de o scădere a eficienței și de problema supraîncălzirii, care necesită dezvoltarea unui sistem de răcire de înaltă calitate.

În deșertul California, în anii 1980, au fost construite 9 centrale electrice de concentratoare cilindrice parabolice cu o capacitate totală de 354 MW. Atunci aceeași companie (Luz International) a mai construit la Deget și o instalație hibridă SEGS I, cu o capacitate de 13,8 MW, care includea suplimentar cuptoare pe gaz natural.În general, până în 1990, compania construise centrale electrice hibride cu o capacitate totală de 80 MW.

Dezvoltarea producției de energie solară în centralele parabolice se realizează în Maroc, Mexic, Algeria și alte țări în curs de dezvoltare cu finanțare de la Banca Mondială.

În consecință, experții concluzionează că astăzi, centralele electrice cu jgheab parabolice sunt în urmă atât în ​​urma centralelor solare turn, cât și în ceea ce privește rentabilitatea și eficiența.

Instalații solare pe disc - acestea sunt, ca și antene parabolice, oglinzi parabolice care concentrează razele soarelui asupra unui receptor situat în centrul fiecărei astfel de antene. În același timp, temperatura lichidului de răcire cu această tehnologie de încălzire ajunge la 1000 de grade. Fluidul de transfer termic este alimentat imediat la un generator sau motor care este combinat cu un receptor. Aici, de exemplu, se folosesc motoare Stirling și Brighton, care pot crește semnificativ performanța unor astfel de sisteme, deoarece eficiența optică este ridicată, iar costurile inițiale sunt scăzute.

Recordul mondial de eficiență al unei instalații solare cu antene parabolice este de 29% eficiență termică-electrică atinsă de o instalație de tip antenă combinată cu un motor Stirling la Rancho Mirage.

Datorită designului modular, sistemele solare de tip potrivire sunt foarte promițătoare, vă permit să atingeți cu ușurință nivelurile de putere necesare atât pentru utilizatorii hibrizi conectați la rețelele publice de electricitate, cât și pentru cei independenți. Un exemplu este proiectul STEP, care constă din 114 oglinzi parabolice cu un diametru de 7 metri situate în statul Georgia.

Sistemul produce abur de presiune medie, joasă și înaltă. Aburul de joasă presiune este furnizat sistemului de aer condiționat al fabricii de tricotat, aburul de medie presiune este furnizat chiar industriei de tricotat, iar aburul de înaltă presiune este furnizat direct pentru a genera electricitate.

Desigur, concentratoarele cu discuri solare combinate cu un motor Stirling sunt de interes pentru proprietarii marilor companii energetice. Astfel, Science Applications International Corporation, în colaborare cu trei companii energetice, dezvoltă un sistem folosind un motor Stirling și oglinzi parabolice care vor putea produce 25 kW de energie electrică.

În centralele solare de tip turn cu un receptor central, radiația solară se concentrează asupra receptorului, care este situat în partea de sus a turnului... În jurul turnurilor sunt amplasate un număr mare de reflectoare-heliostate... Heliostatele sunt echipate cu un sistem de urmărire a soarelui cu două axe, datorită căruia se întorc mereu astfel încât razele să fie staționare, concentrate pe receptorul de căldură.

Receptorul absoarbe energia termică, care apoi întoarce turbina generatorului.

Lichidul de răcire lichid care circulă în recipient transportă aburul către acumulatorul de căldură. De obicei, lucrările sunt vapori de apă cu o temperatură de 550 de grade, aer și alte substanțe gazoase cu o temperatură de până la 1000 de grade, lichide organice cu un punct de fierbere scăzut - sub 100 de grade, precum și metal lichid - până la 800 de grade.

În funcție de scopul stației, aburul poate transforma o turbină pentru a genera energie electrică sau poate fi utilizat direct într-un fel de producție. Temperatura din receptor variază de la 538 la 1482 de grade.

Turnul de energie Solar One din sudul Californiei, unul dintre primele de acest gen, producea inițial energie electrică printr-un sistem de apă-abur care producea 10 MW. Apoi a fost modernizat, iar receptorul îmbunătățit, care lucrează acum cu săruri topite și sistemul de stocare a căldurii, a devenit semnificativ mai eficient.

Acest lucru a dus la o descoperire în tehnologia concentratoarelor solare pentru centralele cu turnuri de baterii: puterea într-o astfel de centrală poate fi produsă la cerere, deoarece sistemul de stocare a căldurii poate stoca căldură până la 13 ore.

Tehnologia sării topite face posibilă stocarea căldurii solare la 550 de grade, iar electricitatea poate fi acum produsă în orice moment al zilei și în orice vreme. Stația turn „Solar Two” cu o capacitate de 10 MW a devenit un prototip de centrale industriale de acest tip. În viitor — construirea de întreprinderi industriale cu o capacitate de 30 până la 200 MW pentru întreprinderile industriale mari.

Perspectivele sunt colosale, dar dezvoltarea este împiedicată de nevoia de suprafețe mari și de costurile semnificative ale construirii stațiilor turn la scară industrială. De exemplu, pentru a amplasa o stație turn de 100 de megawați sunt necesare 200 de hectare, în timp ce o centrală nucleară capabilă să producă 1.000 de megawați de energie electrică necesită doar 50 de hectare. Stațiile parabolice-cilindrice (de tip modular) pentru capacități mici, în schimb, sunt mai rentabile decât cele turn.

Astfel, concentratoarele turn și jgheab parabolice sunt potrivite pentru centralele electrice de la 30 MW până la 200 MW care sunt conectate la rețea. Hub-urile de discuri modulare sunt potrivite pentru alimentarea autonomă a rețelelor care necesită doar câțiva megawați. Atât sistemele de turn, cât și cele de plăci sunt costisitoare de fabricat, dar oferă o eficiență foarte ridicată.

După cum puteți vedea, concentratoarele cu jgheab parabolice ocupă o poziție optimă ca cea mai promițătoare tehnologie de concentrare solară pentru următorii ani.

Citește și pe acest subiect: Dezvoltarea energiei solare în lume