Soorten zonne-energiecentrales: toren, schijf, parabolisch-cilindrische concentrator, zonne-vacuüm, gecombineerd

Om zonnestralingsenergie om te zetten of met andere woorden - zonnewarmte en licht, in elektrische energie, gebruiken veel landen over de hele wereld al vele jaren zonne-energiecentrales. Dit zijn kunstwerken met een ander ontwerp, werkend volgens verschillende principes, afhankelijk van het type energiecentrale.

Als iemand die de combinatie "zonne-energiecentrale" hoort, zich een enorm gebied voorstelt dat bedekt is met zonnepanelen, is dat niet verwonderlijk, want dit type energiecentrales, fotovoltaïsche genoemd, is tegenwoordig erg populair in veel huishoudens. Maar dit is niet het enige type zonne-energiecentrale.

Alle tegenwoordig bekende zonne-energiecentrales die op industriële schaal elektriciteit produceren, zijn onderverdeeld in zes typen: toren, plaat, fotovoltaïsche, parabolisch-cilindrische concentratoren, zonne-vacuüm en gecombineerd.Laten we elk type zonne-energiecentrale eens nader bekijken en aandacht besteden aan specifieke constructies in verschillende landen over de hele wereld.

Toren elektriciteitscentrales

Zonne-energiecentrale - Een zonne-energiecentrale waarin straling van een optisch concentratiesysteem gevormd door een veld van heliostaten wordt geleid naar een op een toren gemonteerde zonne-ontvanger.

Torencentrales waren oorspronkelijk gebaseerd op het principe van waterverdamping onder invloed van zonnestraling. Hier wordt waterdamp als werkvloeistof gebruikt. Gelegen in het midden van zo'n station, heeft de toren een watertank bovenop die zwart is geverfd om zowel zichtbare straling als warmte het best te absorberen. Daarnaast heeft de toren een pompgroep die als functie heeft het reservoir van water te voorzien. Stoom, waarvan de temperatuur hoger is dan 500 ° C, laat een turbinegenerator draaien die zich op het grondgebied van het station bevindt.

Om de maximaal mogelijke hoeveelheid zonnestraling op de top van de toren te concentreren, zijn er honderden heliostaten omheen geïnstalleerd, die als functie hebben de gereflecteerde zonnestraling rechtstreeks naar het waterreservoir te leiden. Heliostaten zijn spiegels, waarvan het oppervlak tientallen vierkante meters kan bedragen.

Heliostaat [heliostaat] - Een vlak of scherpstellend spiegelelement van een optisch concentratiesysteem met een individueel oriëntatieapparaat om gereflecteerde directe zonnestraling naar een ontvanger voor zonnestraling te leiden.

Gemonteerd op steunen die zijn uitgerust met een automatisch focussysteem, richten alle heliostaten de gereflecteerde zonnestraling rechtstreeks naar de top van de toren, naar de tank, aangezien de positionering werkt volgens de beweging van de zon gedurende de dag.

Op de warmste dag kan de temperatuur van de geproduceerde stoom oplopen tot 700 °C, wat meer dan voldoende is voor de normale werking van de turbine.

In Israël bijvoorbeeld, op het grondgebied van de Negev-woestijn, zal eind 2017 de bouw van een energiecentrale met een toren met een capaciteit van meer dan 121 MW worden voltooid.De hoogte van de toren zal 240 meter bedragen (de hoogste zonnetoren ter wereld ten tijde van de bouw) , en daaromheen zal een verdieping komen van honderdduizenden heliostaten die via Wi-Fi-besturing zullen worden geplaatst. De stoomtemperatuur in de tank zal 540 ° C bereiken. Het project van $ 773 miljoen zal 1% van de elektriciteitsbehoefte van Israël dekken.

Water is niet het enige dat kan worden verwarmd door zonnestraling in de toren. Zo is in Spanje in 2011 de zonne-energiecentrale Gemasolar in gebruik genomen, waarin een zoutkoelmiddel wordt verwarmd. Deze oplossing maakte het mogelijk om zelfs 's nachts te verwarmen.

Het tot 565°C verwarmde zout komt in een speciale tank terecht, waarna het warmte doorgeeft aan de stoomgenerator, die de turbine laat draaien. Het hele systeem heeft een nominaal vermogen van 19,9 MW en kan 110 GWh elektriciteit leveren (jaargemiddelde) om een ​​netwerk van 27.500 huishoudens gedurende 9 maanden 24 uur per dag op volle capaciteit te laten werken.

Veel energiecentrales

Dergelijke centrales zijn in principe vergelijkbaar met torencentrales, maar verschillen qua structuur. Het maakt gebruik van afzonderlijke modules, die elk elektriciteit opwekken. De module bevat zowel een reflector als een ontvanger. Op de steun is een parabolisch samenstel van spiegels gemonteerd die een reflector vormen.

Spiegelversterker - Een zonnestralingconcentrator met een spiegelcoating.Spiegelende facetconcentrator - Een spiegelende concentrator van zonnestraling bestaande uit individuele spiegels met een platte of gebogen vorm die een gemeenschappelijk reflecterend oppervlak vormen.

De ontvanger bevindt zich in het brandpunt van de paraboloïde. De reflector bestaat uit tientallen spiegels, elk afzonderlijk op maat gemaakt. De ontvanger kan een Stirling-motor zijn in combinatie met een generator, of een tank met water dat wordt omgezet in stoom en de stoom laat de turbine draaien.

Zo testte Ripasso, Zweden, in 2015 een parabolische helothermische eenheid met een Stirling-motor in Zuid-Afrika. De reflector van de installatie is een parabolische spiegel bestaande uit 96 delen en een totale oppervlakte van 104 vierkante meter.

De focus lag op een Stirling waterstofmotor voorzien van een vliegwiel en aangesloten op een generator. De plaat draaide langzaam om de zon gedurende de dag te volgen. Als resultaat was de efficiëntiefactor 34% en kon elk van deze "platen" de gebruiker 85 MWh elektriciteit per jaar leveren.

In alle eerlijkheid merken we op dat in het brandpunt van de "plaat" van een zonne-energiecentrale van dit type een bak met olie kan worden geplaatst, waarvan de warmte kan worden overgedragen aan de stoomgenerator, die op zijn beurt de turbine van de elektrische generator.

Parabolische buis zonne-energiecentrales

Ook hier wordt het verwarmingsmedium verwarmd door geconcentreerde gereflecteerde straling. De spiegel heeft de vorm van een parabolische cilinder tot 50 meter lang, bevindt zich in de noord-zuidrichting en draait mee met de beweging van de zon. In het brandpunt van de spiegel bevindt zich een vaste buis waarlangs het vloeibare koelmiddel beweegt.Zodra de koelvloeistof warm genoeg is, wordt de warmte overgedragen aan het water in de warmtewisselaar, waar de stoom de generator weer laat draaien.

Parabolische gangconcentrator - Een spiegelconcentrator van zonnestraling, waarvan de vorm wordt gevormd door een parabool die evenwijdig aan zichzelf beweegt.

In de jaren tachtig bouwde Luz International in Californië 9 van dergelijke energiecentrales, met een totale capaciteit van 354 MW. Na enkele jaren oefenen zijn experts echter tot de conclusie gekomen dat parabolische energiecentrales tegenwoordig zowel wat betreft winstgevendheid als efficiëntie inferieur zijn aan toren- en plaatzonne-energiecentrales.

In 2016 werd echter een energiecentrale ontdekt in de Sahara-woestijn nabij Casablanca. zonne concentratoren, met een capaciteit van 500 MW. Een half miljoen spiegels van 12 meter lang verhitten het koelmiddel tot 393°C om water om te zetten in stoom voor draaiende generatorturbines. 'S Nachts blijft de thermische energie werken door te worden opgeslagen in gesmolten zout. Op deze manier is de staat Marokko van plan het probleem van een milieuvriendelijke energiebron geleidelijk op te lossen.

Fotovoltaïsche energiecentrales

Stations op basis van fotovoltaïsche modules, zonnepanelen. Ze zijn erg populair en wijdverspreid in de moderne wereld. Modules op basis van siliciumcellen worden veel gebruikt voor het aandrijven van kleine locaties, zoals sanatoria, privévilla's en andere gebouwen, waar een station met het benodigde vermogen uit losse onderdelen wordt samengesteld en op het dak of op een perceel van een geschikt gebied wordt geïnstalleerd. Industriële fotovoltaïsche energiecentrales kunnen kleine steden van elektriciteit voorzien.

Solar Power Plant (SES) [zonne-energiecentrale] — Een energiecentrale die is ontworpen om de energie van zonnestraling om te zetten in elektriciteit.

Zo werd in Rusland in 2015 de grootste fotovoltaïsche energiecentrale van het land gelanceerd. De zonne-energiecentrale "Alexander Vlazhnev", bestaande uit 100.000 zonnepanelen, met een totale capaciteit van 25 MW, bevindt zich op een oppervlakte van 80 hectare tussen de steden Orsk en Gai. De capaciteit van het station is voldoende om de helft van de stad Orsk van elektriciteit te voorzien, inclusief bedrijfs- en woongebouwen.

Het werkingsprincipe van dergelijke stations is eenvoudig. De energie van lichtfotonen wordt omgezet in stroom in een siliciumwafel; het intrinsieke foto-elektrische effect in deze halfgeleider is lang bestudeerd en geaccepteerd door fabrikanten van zonnecellen. Maar kristallijn silicium, dat een rendement geeft van 24%, is niet de enige optie. Technologie verbetert voortdurend. Dus in 2013 bereikten de ingenieurs van Sharp een efficiëntie van 44,4% met een indium-gallium-arsenide-element, en het gebruik van focuslenzen maakt het mogelijk om alle 46% te bereiken.

Vacuümcentrales op zonne-energie

Absoluut ecologisch type zonnestations. In principe wordt de natuurlijke luchtstroom gebruikt, die ontstaat door het temperatuurverschil (de lucht aan het aardoppervlak wordt verwarmd en snelt omhoog). In 1929 werd dit idee gepatenteerd in Frankrijk.

Er wordt een kas gebouwd, een stuk land bedekt met glas. Vanuit het midden van de kas steekt een toren uit, een hoge buis waarin een generatorturbine is gemonteerd. De zon verwarmt de kas en de lucht die door de buis omhoog stroomt, laat de turbine draaien.De trek blijft constant zolang de zon de lucht verwarmt in een gesloten glazen volume en zelfs 's nachts zolang het aardoppervlak warmte vasthoudt.

Een experimenteel station van dit type werd gebouwd in 1982, 150 kilometer ten zuiden van Madrid, in Spanje. De kas had een diameter van 244 meter en de buis was 195 meter hoog. Het maximaal ontwikkelde vermogen is slechts 50 kW. De turbine draaide echter 8 jaar totdat hij het begaf door roest en harde wind. In 2010 voltooide China de bouw van een zonnevacuümstation dat 200 kW kon leveren. Het beslaat een oppervlakte van 277 hectare.

Gecombineerde zonne-energiecentrales

Dit zijn de stations waar warm water en verwarmingscommunicatie zijn aangesloten op warmtewisselaars, over het algemeen verwarmen ze water voor verschillende behoeften. Gecombineerde stations omvatten ook gecombineerde oplossingen wanneer de concentratoren parallel werken met de zonnepanelen. Gecombineerde zonne-energiecentrales zijn vaak de enige oplossing voor alternatieve stroomvoorziening en verwarming van particuliere woningen.