Napelemes koncentrátorok
Alapvetően a szoláris koncentrátorok nagyon különböznek a fotovoltaikus átalakítók… Ráadásul a termikus típusú naperőművek számos jellemzőjük miatt sokkal hatékonyabbak, mint a fotovoltaikusok.
A szoláris koncentrátor feladata, hogy a napsugarakat egy hűtőfolyadék-tartályra fókuszálja, amely lehet például olaj vagy víz, amelyek jól elnyelik a napenergiát. A koncentrálási módszerek különbözőek: parabola hengeres koncentrátorok, parabola tükrök vagy heliocentrikus tornyok.
Egyes koncentrátorokban a napsugárzás a fókuszvonal mentén fókuszálódik, másokban a fókuszpontban, ahol a vevő található. Amikor a napsugárzás egy nagyobb felületről egy kisebb felületre (a vevő felületére) verődik vissza, akkor magas hőmérsékletet érünk el, a hűtőfolyadék elnyeli a hőt, áthaladva a vevőn. A rendszer egésze tartalmaz egy tároló részt és egy energiaátviteli rendszert is.
A koncentrátorok hatásfoka a felhős időszakokban jelentősen csökken, mivel csak a közvetlen napsugárzás fókuszál.Emiatt ezek a rendszerek azokban a régiókban érik el a legnagyobb hatékonyságot, ahol különösen magas a napsugárzás szintje: a sivatagokban, az egyenlítői régióban. A napsugárzás felhasználásának hatékonyságának növelése érdekében a koncentrátorok speciális nyomkövetőkkel, nyomkövető rendszerekkel vannak felszerelve, amelyek biztosítják a koncentrátorok legpontosabb tájolását a nap irányába.
Mivel a szoláris koncentrátorok költsége magas, és a nyomkövető rendszerek időszakos karbantartást igényelnek, használatuk elsősorban az ipari áramtermelő rendszerekre korlátozódik.
Az ilyen berendezések hibrid rendszerekben együtt használhatók, például szénhidrogén üzemanyaggal, akkor a tárolórendszer csökkenti a megtermelt villamos energia költségét. Ez lehetővé válik, mivel a generáció éjjel-nappal történik.
A parabolacsöves szoláris koncentrátorok legfeljebb 50 méter hosszúak, és egy hosszúkás tükörparabolára hasonlítanak. Egy ilyen koncentrátor egy sor homorú tükörből áll, amelyek mindegyike összegyűjti a párhuzamos napsugarakat, és egy adott pontra fókuszálja őket. Egy ilyen parabola mentén egy hűtőfolyadékkal ellátott cső található, így a tükrök által visszavert összes sugár rá fókuszál. A hőveszteség csökkentése érdekében a csövet egy üvegcső veszi körül, amely a henger fókuszvonala mentén húzódik.
Ezek a csomópontok észak-déli irányú sorokban vannak elrendezve, és minden bizonnyal napelemes nyomkövető rendszerekkel vannak felszerelve. A vezetékben fókuszált sugárzás közel 400 fokra melegíti fel a hűtőfolyadékot, áthalad a hőcserélőkön, gőzt termelve, amely megforgatja a generátor turbináját.
Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy a cső helyén fotocella is elhelyezhető. Azonban annak ellenére, hogy a fotovoltaikus celláknál kisebbek is lehetnek a koncentrátorok méretei, ez a hatékonyság csökkenésével és a túlmelegedés problémájával jár, ami jó minőségű hűtőrendszer kifejlesztését igényli.
A kaliforniai sivatagban az 1980-as években 9 parabola hengeres koncentrátorból álló erőművet építettek, összesen 354 MW teljesítménnyel. Majd ugyanez a cég (Luz International) épített Degeten egy 13,8 MW teljesítményű SEGS I hibrid létesítményt is, melyben pluszban földgázkemencék is voltak.Általában 1990-re a cég épített hibrid erőműveket összesen 13,8 MW kapacitással. 80 MW.
A parabolaerőművekben történő napenergia-termelés fejlesztését Marokkóban, Mexikóban, Algériában és más fejlődő országokban végzik a Világbank finanszírozásával.
Ennek eredményeként a szakértők arra a következtetésre jutottak, hogy ma a parabolikus vályús erőművek mind a torony-, mind a tárcsás naperőművek mögött lemaradnak a jövedelmezőség és a hatékonyság tekintetében.
Lemezes napelem-berendezések – ezek, mint a parabola antennák, parabola tükrök, amelyek a napsugarakat egy vevőre fókuszálják, amely minden ilyen tányér fókuszában van. Ugyanakkor a hűtőfolyadék hőmérséklete ezzel a fűtési technológiával eléri az 1000 fokot. A hőátadó folyadék azonnal betáplálódik egy generátorba vagy motorba, amely egy vevővel van kombinálva. Itt például Stirling és Brighton motorokat használnak, amelyek jelentősen növelhetik az ilyen rendszerek teljesítményét, mivel az optikai hatásfok magas és a kezdeti költségek alacsonyak.
A parabolikus tányéros napkollektoros berendezések hatékonyságának világrekordja a 29%-os hő-elektromos hatásfok, amelyet a Rancho Mirage tányéros berendezésével és Stirling-motorjával kombináltak.
A moduláris felépítésnek köszönhetően a match típusú napelemes rendszerek nagyon ígéretesek, lehetővé teszik a szükséges teljesítményszintek könnyű elérését mind a nyilvános villamosenergia-hálózatra csatlakozó, mind a független hibrid felhasználók számára. Példa erre a STEP projekt, amely 114, 7 méter átmérőjű parabolatükörből áll Georgia államban.
A rendszer közepes, alacsony és nagy nyomású gőzt állít elő. Az alacsony nyomású gőzt a kötőgyár légkondicionáló rendszerébe, a közepes nyomású gőzt magát a kötőipart, a nagynyomású gőzt pedig közvetlenül a villamosenergia-termeléshez juttatják.
Természetesen a Stirling-motorral kombinált napelemes tárcsás koncentrátorok a nagy energetikai cégek tulajdonosait érdeklik. Így a Science Applications International Corporation három energiacéggel együttműködve egy Stirling-motort és parabolatükröket használó rendszert fejleszt, amely 25 kW elektromos áram előállítására lesz képes.
A központi vevővel rendelkező torony típusú naperőművekben a napsugárzás a vevőre összpontosul, amely a torony tetején található…. A tornyok körül nagyszámú reflektor-heliosztát van elhelyezve... A heliosztátok kéttengelyes napkövető rendszerrel vannak felszerelve, aminek köszönhetően mindig úgy fordulnak, hogy a sugarak állók, a hővevőre koncentrálódnak.
A vevő elnyeli a hőenergiát, ami aztán megfordítja a generátor turbináját.
A vevőben keringő folyékony hűtőfolyadék a gőzt a hőtárolóba szállítja. A munkák általában 550 fokos vízgőz, legfeljebb 1000 fokos levegő és egyéb gáznemű anyagok, alacsony forráspontú - 100 fok alatti - szerves folyadékok, valamint 800 fokos folyékony fémek.
Az állomás rendeltetésétől függően a gőz egy turbinát forgathat elektromos áram előállítására, vagy közvetlenül felhasználható valamilyen termelésben. A vevőegység hőmérséklete 538 és 1482 fok között változik.
A dél-kaliforniai Solar One erőtorony, a maga nemében az elsők között, eredetileg 10 MW teljesítményű gőz-víz rendszeren keresztül termelt villamos energiát. Ezt követően korszerűsítésen esett át, és jelentősen hatékonyabbá vált a továbbfejlesztett, immár olvadt sókkal dolgozó vevőegység és a hőtároló rendszer.
Ez áttörést hozott az akkumulátortornyos erőművek napkollektoros koncentrátortechnológiájában: egy ilyen erőműben igény szerint lehet áramot előállítani, mivel a hőtároló rendszer akár 13 órán keresztül is képes hőt tárolni.
Az olvadt só technológia lehetővé teszi a naphő 550 fokos tárolását, és ezentúl a nap bármely szakában és bármilyen időjárási viszonyok között lehet áramot termelni. A 10 MW teljesítményű "Solar Two" toronyállomás az ilyen típusú ipari erőművek prototípusa lett. A jövőben - 30-200 MW teljesítményű ipari vállalkozások építése nagy ipari vállalkozások számára.
A kilátások kolosszálisak, de a fejlődést hátráltatja a nagy területigény és a toronyállomások ipari méretű építésének jelentős költségei. Például egy 100 megawatt teljesítményű toronyállomás elhelyezéséhez 200 hektár, míg egy 1000 megawatt villamos energia előállítására alkalmas atomerőműhöz mindössze 50 hektár. A kis kapacitású parabola-hengeres (moduláris típusú) állomások viszont költséghatékonyabbak, mint a toronyosak.
Így a torony- és parabolikus vályús koncentrátorok alkalmasak a 30 MW-tól 200 MW-ig terjedő, hálózatra kapcsolt erőművekhez. A moduláris lemezelosztók alkalmasak olyan hálózatok autonóm táplálására, amelyek csak néhány megawattot igényelnek. Mind a torony-, mind a födémrendszerek gyártása költséges, de nagyon magas hatékonyságot biztosítanak.
Mint látható, a parabolikus vályús koncentrátorok az elkövetkező évek legígéretesebb szoláris koncentrátortechnológiájaként optimális pozíciót foglalnak el.
Olvass még erről a témáról: A napenergia fejlődése a világban