Solárne koncentrátory
Solárne koncentrátory sa v podstate veľmi líšia od fotovoltické meniče… Okrem toho sú solárne elektrárne tepelného typu oveľa efektívnejšie ako fotovoltaické vďaka mnohým vlastnostiam.
Úlohou solárneho koncentrátora je sústrediť slnečné lúče na nádobu s chladiacou kvapalinou, ktorou môže byť napríklad olej alebo voda, ktoré dobre absorbujú slnečnú energiu. Spôsoby koncentrácie sú rôzne: parabolické valcové koncentrátory, parabolické zrkadlá alebo heliocentrické veže.
V niektorých koncentrátoroch je slnečné žiarenie sústredené pozdĺž ohniskovej čiary, v iných - v ohnisku, kde je umiestnený prijímač. Keď sa slnečné žiarenie odrazí od väčšieho povrchu na menší povrch (povrch prijímača), dosiahne sa vysoká teplota, chladivo absorbuje teplo a pohybuje sa cez prijímač. Systém ako celok obsahuje aj akumulačnú časť a systém prenosu energie.
Účinnosť koncentrátorov je výrazne znížená počas zamračených období, pretože sa zameriava len priame slnečné žiarenie.Z tohto dôvodu dosahujú tieto systémy najvyššiu účinnosť v regiónoch, kde je úroveň slnečného žiarenia obzvlášť vysoká: v púšti, v rovníkovej oblasti. Pre zvýšenie efektivity využitia slnečného žiarenia sú koncentrátory vybavené špeciálnymi sledovačmi, sledovacími systémami, ktoré zabezpečujú čo najpresnejšiu orientáciu koncentrátorov v smere slnka.
Pretože náklady na solárne koncentrátory sú vysoké a sledovacie systémy vyžadujú pravidelnú údržbu, ich použitie je obmedzené hlavne na priemyselné systémy na výrobu energie.
Takéto inštalácie môžu byť použité v hybridných systémoch spolu napríklad s uhľovodíkovým palivom, potom systém skladovania zníži náklady na vyrobenú elektrinu. Bude to možné, pretože generovanie bude prebiehať nepretržite.
Solárne koncentrátory s parabolickou trubicou majú dĺžku až 50 metrov a pripomínajú predĺženú zrkadlovú parabolu. Takýto koncentrátor pozostáva zo sady konkávnych zrkadiel, z ktorých každé zbiera paralelné slnečné lúče a zameriava ich na konkrétny bod. Pozdĺž takejto paraboly je umiestnená trubica s chladiacou kvapalinou, takže sa na ňu sústreďujú všetky lúče odrážané zrkadlami. Na zníženie tepelných strát je trubica obklopená sklenenou trubicou, ktorá sa tiahne pozdĺž ohniskovej línie valca.
Tieto uzly sú usporiadané v radoch v smere sever-juh a určite sú vybavené solárnymi sledovacími systémami. Žiarenie sústredené v potrubí ohrieva chladivo na takmer 400 stupňov, prechádza cez výmenníky tepla a vytvára paru, ktorá roztáča turbínu generátora.
Pre spravodlivosť treba poznamenať, že namiesto trubice môže byť umiestnená aj fotobunka. Napriek tomu, že veľkosti koncentrátorov môžu byť pri fotovoltaických článkoch menšie, je to spojené so znížením účinnosti a problémom s prehrievaním, čo si vyžaduje vývoj kvalitného chladiaceho systému.
V kalifornskej púšti sa v 80. rokoch postavilo 9 elektrární parabolických valcových koncentrátorov s celkovým výkonom 354 MW. Potom tá istá spoločnosť (Luz International) postavila v Degete aj hybridnú inštaláciu SEGS I s výkonom 13,8 MW, ktorá navyše zahŕňala pece na zemný plyn.Vo všeobecnosti spoločnosť do roku 1990 vybudovala hybridné elektrárne s celkovým výkonom 80 MW.
Rozvoj výroby solárnej energie v parabolických elektrárňach prebieha v Maroku, Mexiku, Alžírsku a ďalších rozvojových krajinách s financovaním Svetovej banky.
V dôsledku toho odborníci dospeli k záveru, že dnes parabolické korytové elektrárne zaostávajú za vežovými aj diskovými solárnymi elektrárňami z hľadiska ziskovosti a účinnosti.
Diskové solárne inštalácie — to sú, podobne ako satelitné paraboly, parabolické zrkadlá, ktoré sústreďujú slnečné lúče na prijímač umiestnený v ohnisku každej takejto paraboly. Zároveň teplota chladiacej kvapaliny s touto technológiou vykurovania dosahuje 1000 stupňov. Teplonosná kvapalina sa okamžite privádza do generátora alebo motora, ktorý je kombinovaný s prijímačom. Tu sa používajú napríklad motory Stirling a Brighton, ktoré môžu výrazne zvýšiť výkon takýchto systémov, pretože optická účinnosť je vysoká a počiatočné náklady sú nízke.
Svetovým rekordom v účinnosti solárnej inštalácie parabolickej paraboly je 29% tepelná-elektrická účinnosť dosiahnutá inštaláciou parabolického typu v kombinácii so Stirlingovým motorom v Rancho Mirage.
Vďaka modulárnej konštrukcii sú solárne systémy typu match veľmi sľubné, umožňujú vám jednoducho dosiahnuť požadovanú úroveň výkonu pre hybridných používateľov pripojených k verejnej elektrickej sieti aj nezávislých. Príkladom je projekt STEP, ktorý pozostáva zo 114 parabolických zrkadiel s priemerom 7 metrov umiestnených v štáte Georgia.
Systém produkuje paru stredného, nízkeho a vysokého tlaku. Nízkotlaková para je dodávaná do klimatizačného systému pletiarne, stredotlaková para je dodávaná do samotného pletiarskeho priemyslu a vysokotlaková para je dodávaná priamo na výrobu elektriny.
Samozrejme, solárne diskové koncentrátory kombinované so Stirlingovým motorom zaujímajú majiteľov veľkých energetických spoločností. Spoločnosť Science Applications International Corporation teda v spolupráci s tromi energetickými spoločnosťami vyvíja systém využívajúci Stirlingov motor a parabolické zrkadlá, ktorý bude schopný vyrobiť 25 kW elektriny.
V solárnych elektrárňach vežového typu s centrálnym prijímačom sa slnečné žiarenie sústreďuje na prijímač, ktorý je umiestnený v hornej časti veže…. Okolo veží je rozmiestnené veľké množstvo reflektorov-heliostatov... Heliostaty sú vybavené dvojosovým systémom sledovania slnka, vďaka ktorému sa vždy otáčajú tak, že lúče sú stacionárne, sústredené na tepelný prijímač.
Prijímač absorbuje tepelnú energiu, ktorá potom otáča turbínu generátora.
Kvapalná chladiaca kvapalina cirkulujúca v prijímači prenáša paru do tepelného akumulátora. Zvyčajne ide o vodnú paru s teplotou 550 stupňov, vzduch a iné plynné látky s teplotou do 1000 stupňov, organické kvapaliny s nízkym bodom varu - pod 100 stupňov, ako aj tekutý kov - do 800 stupňov.
V závislosti od účelu stanice môže para otáčať turbínu na výrobu elektriny alebo môže byť priamo použitá v nejakom druhu výroby. Teplota v prijímači sa pohybuje od 538 do 1482 stupňov.
Elektrárenská veža Solar One v južnej Kalifornii, jedna z prvých svojho druhu, pôvodne vyrábala elektrinu prostredníctvom systému pary a vody s výkonom 10 MW. Potom prešiel modernizáciou a vylepšený prijímač, teraz pracujúci s roztavenými soľami a systémom akumulácie tepla, sa výrazne zefektívnil.
To viedlo k prelomu v technológii solárnych koncentrátorov pre batériové vežové elektrárne: energiu v takejto elektrárni je možné vyrábať na požiadanie, pretože systém akumulácie tepla môže uchovávať teplo až 13 hodín.
Technológia roztavenej soli umožňuje akumulovať solárne teplo pri 550 stupňoch a elektrinu je teraz možné vyrábať kedykoľvek počas dňa a za každého počasia. Vežová stanica „Solar Two“ s výkonom 10 MW sa stala prototypom priemyselných elektrární tohto typu. V budúcnosti — výstavba priemyselných podnikov s kapacitou 30 až 200 MW pre veľké priemyselné podniky.
Vyhliadky sú kolosálne, ale rozvoju bráni potreba veľkých plôch a značné náklady na výstavbu vežových staníc v priemyselnom meradle. Napríklad na umiestnenie 100 megawattovej vežovej stanice je potrebných 200 hektárov, kým jadrová elektráreň schopná vyrobiť 1 000 megawattov elektriny len 50 hektárov. Parabolicko-cylindrické stanice (modulárneho typu) pre malé kapacity sú na druhej strane cenovo výhodnejšie ako vežové.
Vežové a parabolické žľabové koncentrátory sú teda vhodné pre elektrárne s výkonom od 30 MW do 200 MW, ktoré sú pripojené do siete. Modulárne diskové rozbočovače sú vhodné pre autonómne napájanie sietí, ktoré vyžadujú len niekoľko megawattov. Vežové aj doskové systémy sú drahé na výrobu, ale poskytujú veľmi vysokú účinnosť.
Ako vidíte, parabolické žľabové koncentrátory zaujímajú optimálnu pozíciu ako najsľubnejšia technológia solárnych koncentrátorov pre nadchádzajúce roky.
Prečítajte si aj na túto tému: Vývoj solárnej energie vo svete