Слънчеви концентратори

По принцип слънчевите концентратори са много различни от фотоволтаични преобразуватели… Освен това, слънчевите електроцентрали от термичен тип са много по-ефективни от фотоволтаичните поради редица характеристики.

Задачата на слънчевия концентратор е да фокусира слънчевите лъчи върху контейнер с охлаждаща течност, които могат да бъдат например масло или вода, които са добри в абсорбирането на слънчева енергия. Методите за концентриране са различни: параболични цилиндрични концентратори, параболични огледала или хелиоцентрични кули.

В някои концентратори слънчевата радиация е фокусирана по фокалната линия, в други — във фокусната точка, където се намира приемникът. Когато слънчевата радиация се отразява от по -голяма повърхност на по -малка повърхност (повърхността на приемника), се достига висока температура, охлаждащата течност абсорбира топлината, движейки се през приемника. Системата като цяло също съдържа част за съхранение и система за пренос на енергия.

Ефективността на концентраторите е значително намалена по време на облачни периоди, тъй като се фокусира само директната слънчева радиация. Поради тази причина тези системи постигат най -висока ефективност в региони, където нивото на инсолация е особено високо: в пустини, в района на екватора. За да се повиши ефективността от използването на слънчева радиация, концентраторите са оборудвани със специални тракери, системи за проследяване, които осигуряват най -точната ориентация на концентраторите по посока на слънцето.

Тъй като цената на слънчевите концентратори е висока и системите за проследяване изискват периодична поддръжка, тяхното използване е ограничено главно до промишлени системи за производство на енергия.

Такива инсталации могат да се използват в хибридни системи заедно, например, с въглеводородно гориво, тогава системата за съхранение ще намали разходите за произведена електроенергия. Това ще стане възможно, тъй като генерирането ще се извършва денонощно.

Параболични тръбни слънчеви концентратори са дълги до 50 метра, приличат на удължена огледална парабола. Такъв концентратор се състои от набор от вдлъбнати огледала, всяко от които събира паралелни слънчеви лъчи и ги фокусира в определена точка. Покрай такава парабола е разположена тръба с охлаждаща течност, така че всички лъчи, отразени от огледалата, са фокусирани върху нея. За да се намалят топлинните загуби, тръбата е заобиколена от стъклена тръба, която се простира по фокалната линия на цилиндъра.

Тези концентратори са подредени в редици в посока север-юг и със сигурност са оборудвани със слънчеви системи за проследяване. Радиацията, фокусирана в линията, загрява охлаждащата течност до почти 400 градуса, тя преминава през топлообменниците, генерирайки пара, която върти турбината на генератора.

За справедливост трябва да се отбележи, че фотоклетка може да бъде разположена и на мястото на тръбата. Въпреки това, въпреки факта, че при фотоелементите размерите на концентраторите могат да бъдат по-малки, това е изпълнено с намаляване на ефективността и проблема с прегряването, което изисква разработването на висококачествена охладителна система.

В калифорнийската пустиня през 80 -те години са построени 9 електроцентрали на параболични цилиндрични концентратори с обща мощност 354 MW. Тогава същата компания (Luz International) издига и хибридна инсталация SEGS I в Дегет, с мощност 13,8 MW, която допълнително включва фурни с природен газ.Като цяло към 1990 г. компанията е изградила хибридни електроцентрали с обща мощност 80 MW.

Развитието на производството на слънчева енергия в параболични електроцентрали се извършва в Мароко, Мексико, Алжир и други развиващи се страни с финансиране от Световната банка.

В резултат на това експертите заключават, че днес параболично-цилиндричните електроцентрали отстъпват както по рентабилност, така и по ефективност на слънчевите електроцентрали от кула и диск.

Дискови соларни инсталации — това са, подобно на сателитните чинии, параболични огледала, с които слънчевите лъчи са фокусирани върху приемник, разположен във фокуса на всяка такава чиния. В същото време температурата на охлаждащата течност с тази отоплителна технология достига 1000 градуса. Течността за пренос на топлина незабавно се подава към генератор или двигател, който се комбинира с приемник. Тук например се използват двигатели на Стърлинг и Брайтън, които могат значително да увеличат производителността на такива системи, тъй като оптичната ефективност е висока, а първоначалните разходи са ниски.

Световният рекорд за ефективност на слънчева инсталация с параболична чиния е 29% ефективност, постигната при преобразуване на топлинна енергия в електрическа, на инсталация от тип чиния, комбинирана с двигател на Стърлинг в Rancho Mirage.

Благодарение на модулния дизайн, системите от соларен тип мач са много обещаващи, те ви позволяват лесно да постигнете необходимите нива на мощност както за хибридни потребители, свързани към обществени електрически мрежи, така и за самостоятелни. Пример е проектът STEP, който се състои от 114 параболични огледала с диаметър 7 метра, разположени в щата Джорджия.

Системата произвежда пара със средно, ниско и високо налягане. Парата с ниско налягане се подава към климатичната система на плетачната фабрика, парата със средно налягане се подава в самата плетачна промишленост, а парата с високо налягане се подава директно за генериране на електричество.

Разбира се, слънчевите дискови концентратори, комбинирани с двигател на Стърлинг, представляват интерес за собствениците на големи енергийни компании. Така Science Applications International Corporation, в сътрудничество с три енергийни компании, разработва система, използваща двигател на Stirling и параболични огледала, които ще могат да произвеждат 25 kW електроенергия.

В слънчеви електроцентрали от тип кула с централен приемник слънчевата радиация е фокусирана върху приемника, който се намира в горната част на кулата…. Около кулите са поставени в голям брой рефлектори-хелиостати… Хелиостатите са оборудвани с двуосна система за проследяване на слънцето, благодарение на която винаги се обръщат така, че лъчите да са неподвижни, концентрирани върху топлоприемника.

Приемникът абсорбира топлинна енергия, която след това завърта турбината на генератора.

Течната охлаждаща течност, циркулираща в приемника, пренася парата към топлинния акумулатор. Обикновено работи са водни пари с температура 550 градуса, въздух и други газообразни вещества с температура до 1000 градуса, органични течности с ниска точка на кипене — под 100 градуса, както и течен метал — до 800 градуса.

В зависимост от предназначението на станцията, парата може да завърти турбина за генериране на електричество или директно да се използва в някакъв вид производство. Температурата в приемника варира от 538 до 1482 градуса.

Електрическата кула Solar One в Южна Калифорния, една от първите по рода си, първоначално произвеждаше електричество чрез система пара-вода, произвеждаща 10 MW. Тогава той претърпя модернизация и подобреният приемник, сега работещ с разтопени соли и системата за съхранение на топлина, стана значително по -ефективен.

Това доведе до пробив в технологията за слънчеви концентратори за електроцентрали с акумулаторна кула: мощността в такава електроцентрала може да се произвежда според нуждите, тъй като системата за съхранение на топлина може да съхранява топлина до 13 часа.

Технологията на разтопената сол дава възможност за съхранение на слънчева топлина при 550 градуса, а електричеството вече може да се произвежда по всяко време на деня и при всяко време. Кула станция «Solar Two» с мощност 10 MW, се превърна в прототип на промишлени електроцентрали от този тип. В бъдеще — изграждането на промишлени предприятия с мощност от 30 до 200 MW за големи индустриални предприятия.

Перспективите са колосални, но развитието е възпрепятствано от необходимостта от големи площи и значителните разходи за изграждане на станции с кула в индустриален мащаб. Например, за да се постави 100 мегавата станция кула, са необходими 200 хектара, докато за атомна електроцентрала, способна да произвежда 1000 мегавата електроенергия, са необходими само 50 хектара. Параболично-цилиндричните станции (модулен тип) за малки капацитети от своя страна са по-рентабилни от тези на кулата.

По този начин куловите и параболичните цилиндрични концентратори са подходящи за електроцентрали от 30 MW до 200 MW, които са свързани към мрежата. Модулните дискови концентратори са подходящи за автономно захранване на мрежи, които изискват само няколко мегавата. Системите както за кули, така и за плочи са скъпи за производство, но дават много висока ефективност.

Както можете да видите, параболично-цилиндричните концентратори заемат оптимална позиция като най-обещаващата технология за слънчеви концентратори за следващите години.

Прочетете също по тази тема: Развитие на слънчевата енергия в света