Zonne-concentratoren

Kortom, zonneconcentratoren zijn heel anders dan fotovoltaïsche omvormers… Bovendien zijn thermische zonne-energiecentrales veel efficiënter dan fotovoltaïsche energie vanwege een aantal kenmerken.

De taak van de zonneconcentrator is om de zonnestralen te richten op een bak met koelvloeistof, bijvoorbeeld olie of water, die goed zijn in het absorberen van zonne-energie. Concentratiemethoden zijn verschillend: parabolische cilindrische concentrators, parabolische spiegels of heliocentrische torens.

In sommige concentratoren wordt de zonnestraling gefocusseerd langs de brandlijn, in andere - op het brandpunt waar de ontvanger zich bevindt. Wanneer zonnestraling wordt gereflecteerd van een groter oppervlak naar een kleiner oppervlak (het oppervlak van de ontvanger), wordt een hoge temperatuur bereikt, het koelmiddel absorbeert de warmte en beweegt door de ontvanger. Het systeem als geheel bevat ook een opslaggedeelte en een energieoverdrachtssysteem.

De efficiëntie van concentrators wordt aanzienlijk verminderd tijdens bewolkte periodes, omdat alleen directe zonnestraling wordt gefocust.Om deze reden bereiken deze systemen de hoogste efficiëntie in regio's waar de zonnestraling bijzonder hoog is: in woestijnen, in de equatoriale regio. Om de efficiëntie van het gebruik van zonnestraling te verhogen, zijn de concentratoren uitgerust met speciale trackers, volgsystemen die zorgen voor de meest nauwkeurige oriëntatie van de concentrators in de richting van de zon.

Omdat de kosten van zonneconcentratoren hoog zijn en de volgsystemen periodiek onderhoud vergen, is hun gebruik voornamelijk beperkt tot industriële stroomopwekkingssystemen.

Dergelijke installaties kunnen samen met bijvoorbeeld koolwaterstofbrandstof in hybride systemen worden gebruikt, waarna het opslagsysteem de kosten van geproduceerde elektriciteit zal verlagen. Dit wordt mogelijk omdat de generatie de klok rond zal plaatsvinden.

Parabolische buiszonneconcentrators zijn tot 50 meter lang en lijken op een langwerpige spiegelparabool. Zo'n concentrator bestaat uit een set concave spiegels, die elk evenwijdige zonnestralen opvangen en op een specifiek punt richten. Langs zo'n parabool bevindt zich een buis met een koelvloeistof, zodat alle stralen die door de spiegels worden gereflecteerd daarop worden gefocusseerd. Om warmteverlies te verminderen, is de buis omgeven door een glazen buis die zich uitstrekt langs de brandlijn van de cilinder.

Deze hubs zijn gerangschikt in rijen in noord-zuidrichting en zijn zeker uitgerust met zonnevolgsystemen. De straling die in de leiding wordt geconcentreerd, verwarmt het koelmiddel tot bijna 400 graden, het gaat door de warmtewisselaars en genereert stoom die de turbine van de generator laat draaien.

In alle eerlijkheid moet worden opgemerkt dat er ook een fotocel kan worden geplaatst in plaats van de buis. Ondanks het feit dat de afmetingen van de concentrator kleiner kunnen zijn met fotovoltaïsche cellen, gaat dit echter gepaard met een afname van de efficiëntie en het probleem van oververhitting, wat de ontwikkeling van een hoogwaardig koelsysteem vereist.

In de Californische woestijn werden in de jaren tachtig 9 energiecentrales van parabolische cilindrische concentratoren met een totale capaciteit van 354 MW gebouwd. Vervolgens bouwde hetzelfde bedrijf (Luz International) ook een hybride SEGS I-installatie in Deget, met een capaciteit van 13,8 MW, die bovendien aardgasovens omvatte. In het algemeen had het bedrijf tegen 1990 hybride energiecentrales gebouwd met een totale capaciteit van 80 MW.

De ontwikkeling van de productie van zonne-energie in parabolische energiecentrales wordt uitgevoerd in Marokko, Mexico, Algerije en andere ontwikkelingslanden met financiering van de Wereldbank.

Dientengevolge concluderen experts dat parabolische trog-energiecentrales tegenwoordig achterblijven bij zowel toren- als schijfzonne-energiecentrales in termen van winstgevendheid en efficiëntie.

Zonne-installaties met schijven - dit zijn, net als satellietschotels, parabolische spiegels die de zonnestralen richten op een ontvanger die zich in het brandpunt van elk van deze schotels bevindt. Tegelijkertijd bereikt de temperatuur van het koelmiddel met deze verwarmingstechnologie 1000 graden. De warmteoverdrachtsvloeistof wordt direct naar een generator of motor geleid die is gecombineerd met een ontvanger. Hier worden bijvoorbeeld Stirling- en Brighton-motoren gebruikt, die de prestaties van dergelijke systemen aanzienlijk kunnen verbeteren, aangezien het optische rendement hoog is en de initiële kosten laag.

Het wereldrecord voor efficiëntie van een zonne-installatie met parabolische schotel is 29% thermisch-naar-elektrisch rendement behaald door een schotelachtige installatie in combinatie met een Stirling-motor bij Rancho Mirage.

Vanwege het modulaire ontwerp zijn match-type zonnesystemen veelbelovend, ze stellen u in staat om eenvoudig de vereiste vermogensniveaus te bereiken voor zowel hybride gebruikers die zijn aangesloten op het openbare elektriciteitsnet als onafhankelijke gebruikers. Een voorbeeld is het STEP-project, dat bestaat uit 114 parabolische spiegels met een diameter van 7 meter in de staat Georgia.

Het systeem produceert stoom met gemiddelde, lage en hoge druk. De lagedrukstoom wordt geleverd aan het airconditioningsysteem van de breifabriek, de middendrukstoom wordt geleverd aan de breiindustrie zelf en de hogedrukstoom wordt rechtstreeks geleverd om elektriciteit op te wekken.

Natuurlijk zijn zonneschijfconcentratoren in combinatie met een Stirlingmotor interessant voor eigenaren van grote energiebedrijven. Zo ontwikkelt Science Applications International Corporation in samenwerking met drie energiebedrijven een systeem met een Stirlingmotor en parabolische spiegels dat 25 kW elektriciteit kan produceren.

Bij zonne-energiecentrales van het torentype met een centrale ontvanger wordt de zonnestraling gericht op de ontvanger, die zich bovenaan de toren bevindt…. Rond de torens is een groot aantal reflectoren-heliostaten geplaatst. De heliostaten zijn uitgerust met een tweeassig zonvolgsysteem, waardoor ze altijd draaien zodat de stralen stationair zijn, geconcentreerd op de warmteontvanger.

De ontvanger absorbeert warmte-energie, die vervolgens de turbine van de generator laat draaien.

Het vloeibare koelmiddel dat in de ontvanger circuleert, voert de stoom naar de warmteaccumulator. Meestal werken zijn waterdamp met een temperatuur van 550 graden, lucht en andere gasvormige stoffen met een temperatuur tot 1000 graden, organische vloeistoffen met een laag kookpunt - onder 100 graden, evenals vloeibaar metaal - tot 800 graden.

Afhankelijk van het doel van het station kan de stoom een ​​turbine laten draaien om elektriciteit op te wekken of direct worden gebruikt in een of andere vorm van productie. De temperatuur in de ontvanger varieert van 538 tot 1482 graden.

De Solar One-energietoren in Zuid-Californië, een van de eerste in zijn soort, produceerde oorspronkelijk elektriciteit via een stoom-watersysteem dat 10 MW produceerde. Daarna onderging het een modernisering en werd de verbeterde ontvanger, nu werkend met gesmolten zouten en het warmteopslagsysteem, aanzienlijk efficiënter.

Dit leidde tot een doorbraak in zonneconcentratortechnologie voor batterijtoren-energiecentrales: stroom in zo'n energiecentrale kan naar behoefte worden geproduceerd, aangezien het warmteopslagsysteem tot 13 uur warmte kan opslaan.

De gesmolten zouttechnologie maakt het mogelijk om zonnewarmte op te slaan op 550 graden en elektriciteit kan nu op elk moment van de dag en bij elk weer worden geproduceerd. Torenstation "Solar Two" met een capaciteit van 10 MW is een prototype geworden van industriële energiecentrales van dit type. In de toekomst — de bouw van industriële ondernemingen met een capaciteit van 30 tot 200 MW voor grote industriële ondernemingen.

De vooruitzichten zijn enorm, maar de ontwikkeling wordt belemmerd door de behoefte aan grote gebieden en de hoge kosten van het bouwen van torenstations op industriële schaal. Voor de plaatsing van een torenstation van 100 megawatt is bijvoorbeeld 200 hectare nodig, terwijl voor een kerncentrale die 1.000 megawatt elektriciteit kan produceren slechts 50 hectare nodig is. Parabolisch-cilindrische stations (modulair type) voor kleine capaciteiten zijn daarentegen voordeliger dan torenstations.

Zo zijn toren- en parabolische trogconcentratoren geschikt voor elektriciteitscentrales van 30 MW tot 200 MW die op het net zijn aangesloten. Modulaire schijfhubs zijn geschikt voor het autonoom voeden van netwerken die slechts enkele megawatts nodig hebben. Zowel toren- als plaatsystemen zijn duur om te vervaardigen, maar geven een zeer hoog rendement.

Zoals u kunt zien, nemen parabolische trogconcentratoren een optimale positie in als de meest veelbelovende zonneconcentratortechnologie voor de komende jaren.

Lees ook over dit onderwerp: Ontwikkeling van zonne-energie in de wereld