Solkoncentratorer

I grund och botten är solkoncentratorer väldigt olika fotovoltaiska omvandlare… Dessutom är solkraftverk av termisk typ mycket effektivare än solceller på grund av ett antal egenskaper.

Solkoncentratorns uppgift är att fokusera solens strålar på en behållare med kylvätska, som till exempel kan vara olja eller vatten, som är bra på att absorbera solenergi. Koncentreringsmetoderna är olika: paraboliska cylindriska koncentratorer, paraboliska speglar eller heliocentriska torn.

I vissa koncentratorer fokuseras solstrålningen längs brännlinjen, i andra - vid den brännpunkt där mottagaren är placerad. När solstrålningen reflekteras från en större yta till en mindre yta (mottagarens yta) uppnås en hög temperatur, kylvätskan absorberar värmen och rör sig genom mottagaren. Systemet som helhet innehåller även en lagringsdel och ett energiöverföringssystem.

Koncentratorernas effektivitet reduceras avsevärt under molniga perioder, eftersom endast direkt solstrålning fokuseras.Av denna anledning uppnår dessa system den högsta effektiviteten i regioner där solinstrålningen är särskilt hög: i öknar, i ekvatorialregionen. För att öka effektiviteten i användningen av solstrålning är koncentratorerna utrustade med speciella trackers, spårsystem som säkerställer den mest exakta orienteringen av koncentratorerna i solens riktning.

Eftersom kostnaden för solenergikoncentratorer är hög och spårningssystemen kräver periodiskt underhåll, är deras användning huvudsakligen begränsad till industriella kraftgenereringssystem.

Sådana installationer kan användas i hybridsystem tillsammans med till exempel kolvätebränsle, då kommer lagringssystemet att minska kostnaden för producerad el. Detta kommer att bli möjligt eftersom generationen kommer att ske dygnet runt.

Parabolrörsolkoncentratorer är upp till 50 meter långa och liknar en långsträckt spegelparabel. En sådan koncentrator består av en uppsättning konkava speglar, som var och en samlar parallella strålar från solen och fokuserar dem på en specifik punkt. Längs en sådan parabel finns ett rör med en kylvätska, så att alla strålar som reflekteras av speglarna fokuseras på det. För att minska värmeförlusten är röret omgivet av ett glasrör som sträcker sig längs cylinderns brännlinje.

Dessa nav är ordnade i rader i nord-sydlig riktning och är säkerligen utrustade med solspårningssystem. Strålningen som fokuseras i ledningen värmer kylvätskan till nästan 400 grader, den passerar genom värmeväxlarna och genererar ånga som vänder turbinen i generatorn.

I rättvisans namn bör det noteras att en fotocell också kan placeras i stället för röret. Men trots att koncentratorstorlekarna kan vara mindre med solceller, är detta kantat av en minskning av effektiviteten och problemet med överhettning, vilket kräver utveckling av ett högkvalitativt kylsystem.

I Kaliforniens öken på 1980-talet byggdes 9 kraftverk av paraboliska cylindriska koncentratorer med en total kapacitet på 354 MW. Då byggde samma företag (Luz International) även en SEGS I hybridanläggning i Deget, med en kapacitet på 13,8 MW, som dessutom inkluderade naturgasugnar. Generellt sett hade företaget 1990 byggt hybridkraftverk med en total kapacitet på 80 MW.

Utvecklingen av solenergiproduktion i parabolkraftverk genomförs i Marocko, Mexiko, Algeriet och andra utvecklingsländer med finansiering från Världsbanken.

Som ett resultat drar experter slutsatsen att idag ligger paraboliska trågkraftverk efter både torn- och skivsolkraftverk när det gäller lönsamhet och effektivitet.

Solcellsinstallationer på skivor — dessa är, precis som parabolantenner, paraboliska speglar som fokuserar solens strålar på en mottagare placerad i fokus för varje sådan skål. Samtidigt når temperaturen på kylvätskan med denna värmeteknik 1000 grader. Värmeöverföringsvätskan matas omedelbart till en generator eller motor som kombineras med en mottagare. Här används till exempel Stirling- och Brighton-motorer, vilket avsevärt kan öka prestandan hos sådana system, eftersom den optiska effektiviteten är hög och initialkostnaderna låga.

Världsrekordet för effektivitet för en parabolisk solcellsanläggning är 29 % termisk-till-elektrisk verkningsgrad som uppnås av en installation av paraboltyp kombinerad med en Stirling-motor på Rancho Mirage.

På grund av den modulära designen är solsystem av matchande typ mycket lovande, de låter dig enkelt uppnå de erforderliga effektnivåerna för både hybridanvändare anslutna till offentliga elnät och oberoende. Ett exempel är STEP-projektet som består av 114 paraboliska speglar med en diameter på 7 meter belägna i delstaten Georgia.

Systemet producerar medel-, låg- och högtrycksånga. Lågtrycksångan tillförs stickningsfabrikens luftkonditioneringssystem, medeltrycksångan tillförs själva stickindustrin och högtrycksångan tillförs direkt för att generera el.

Naturligtvis är solskivkoncentratorer i kombination med en Stirlingmotor intressanta för ägarna till stora energibolag. Således utvecklar Science Applications International Corporation, i samarbete med tre energibolag, ett system som använder en Stirlingmotor och paraboliska speglar som ska kunna producera 25 kW el.

I solkraftverk av torntyp med en central mottagare fokuseras solstrålningen på mottagaren, som är placerad högst upp i tornet... Ett stort antal reflektorer-heliostater är placerade runt tornen... Heliostaterna är utrustade med ett tvåaxligt solföljningssystem, tack vare vilket de alltid vrider sig så att strålarna är stationära, koncentrerade till värmemottagaren.

Mottagaren absorberar värmeenergi, som sedan vänder generatorns turbin.

Den flytande kylvätskan som cirkulerar i behållaren för ångan till värmeackumulatorn. Vanligtvis är verk vattenånga med en temperatur på 550 grader, luft och andra gasformiga ämnen med en temperatur på upp till 1000 grader, organiska vätskor med låg kokpunkt - under 100 grader, såväl som flytande metall - upp till 800 grader.

Beroende på syftet med stationen kan ångan vända en turbin för att generera el eller direkt användas i någon form av produktion. Temperaturen i mottagaren varierar från 538 till 1482 grader.

Solar One-krafttornet i södra Kalifornien, ett av de första i sitt slag, producerade ursprungligen elektricitet genom ett ångvattensystem som producerade 10 MW. Sedan genomgick den en modernisering och den förbättrade mottagaren, som nu arbetar med smälta salter och värmelagringssystemet, blev betydligt effektivare.

Detta ledde till ett genombrott inom solkoncentratorteknik för batteritornskraftverk: kraft i ett sådant kraftverk kan produceras på begäran, eftersom värmelagringssystemet kan lagra värme i upp till 13 timmar.

Smältsaltteknik gör det möjligt att lagra solvärme i 550 grader, och el kan nu produceras när som helst på dygnet och i alla väder. Tornstationen "Solar Two" med en kapacitet på 10 MW har blivit en prototyp av industriella kraftverk av denna typ. I framtiden — byggandet av industriföretag med en kapacitet på 30 till 200 MW för stora industriföretag.

Utsikterna är kolossala, men utvecklingen hämmas av behovet av stora ytor och de betydande kostnaderna för att bygga tornstationer i industriell skala. För att till exempel placera en 100 megawatts tornstation krävs 200 hektar, medan ett kärnkraftverk som kan producera 1 000 megawatt el bara kräver 50 hektar. Parabolcylindriska stationer (modulär typ) för små kapaciteter är å andra sidan mer kostnadseffektiva än torn.

Sålunda är torn- och paraboltrågkoncentratorer lämpliga för kraftverk från 30 MW till 200 MW som är anslutna till nätet. Modulära skivhubbar är lämpliga för autonom drivning av nätverk som bara kräver några få megawatt. Både torn- och plattsystem är dyra att tillverka men ger mycket hög effektivitet.

Som du kan se intar paraboliska trågkoncentratorer en optimal position som den mest lovande solkoncentratorteknologin för de kommande åren.

Läs även om detta ämne: Utveckling av solenergi i världen