Güneş enerjisi santrali çeşitleri: kule, disk, parabolik-silindirik yoğunlaştırıcı, güneş-vakum, kombine

Güneş radyasyonu enerjisini dönüştürmek veya başka bir deyişle — güneş ısısı ve ışığı, elektrik enerjisine, uzun yıllardır dünyanın birçok ülkesinde güneş enerjisi santralleri kullanılıyor. Santralin tipine göre farklı dizayna sahip, farklı prensiplerde çalışan mühendislik yapılarıdır.

"Güneş enerjisi santrali" kombinasyonunu duyan biri, güneş panelleriyle kaplı büyük bir alan hayal ederse, bu şaşırtıcı değildir, çünkü fotovoltaik olarak adlandırılan bu tür enerji santralleri günümüzde birçok hanede çok popülerdir. Ancak güneş enerjisi santralinin tek türü bu değil.

Günümüzde endüstriyel ölçekte elektrik üreten bilinen tüm güneş enerjisi santralleri altı türe ayrılır: kule, plaka, fotovoltaik, parabolik-silindirik yoğunlaştırıcılar, güneş-vakum ve kombine.Her bir güneş enerjisi santrali tipine detaylı bir göz atalım ve dünyanın farklı ülkelerindeki belirli yapılara dikkat edelim.

Kule enerji santralleri

Güneş Enerjisi Santrali - Bir helyostat alanı tarafından oluşturulan bir optik yoğunlaştırma sisteminden gelen radyasyonun kuleye monte edilmiş bir güneş alıcısına yönlendirildiği bir güneş enerjisi santrali.

Kule santralleri başlangıçta güneş radyasyonunun etkisi altında suyun buharlaşması prensibine dayanıyordu. Burada çalışma sıvısı olarak su buharı kullanılır. Böyle bir istasyonun merkezinde yer alan kulenin üstünde, hem görünür radyasyonu hem de ısıyı en iyi şekilde emmek için siyaha boyanmış bir su deposu bulunur. Ayrıca kulede işlevi rezervuara su sağlamak olan bir pompa grubu bulunmaktadır. Sıcaklığı 500 ° C'yi aşan buhar, istasyonun topraklarında bulunan bir türbin jeneratörünü döndürür.

Mümkün olan maksimum miktarda güneş ışınımını kulenin tepesinde yoğunlaştırmak için kulenin etrafına, işlevi yansıyan güneş ışınımını doğrudan su kabına yönlendirmek olan yüzlerce helyostat yerleştirilmiştir. Heliostatlar, her birinin alanı onlarca metrekareye ulaşabilen aynalardır.

Heliostat [heliostat] — Yansıtılan doğrudan güneş radyasyonunu bir güneş radyasyonu alıcısına yönlendirmek için ayrı bir yönlendirme cihazına sahip olan bir optik yoğunlaştırma sisteminin düz veya odaklanan bir ayna elemanı.

Otomatik odaklama sistemi ile donatılmış destekler üzerine monte edilen tüm helyostatlar, konumlandırma güneşin gün içindeki hareketine göre çalıştığı için yansıyan güneş ışınımını doğrudan kulenin tepesine, tanka yönlendirir.

En sıcak günde, üretilen buharın sıcaklığı türbinin normal çalışması için fazlasıyla yeterli olan 700 °C'ye yükselebilir.

Örneğin İsrail'de Negev çölü topraklarında 2017 yılı sonunda 121 MW'tan fazla kapasiteli bir kuleye sahip bir elektrik santralinin inşası tamamlanacak, kulenin yüksekliği 240 metre olacak. (inşaat sırasında dünyanın en yüksek güneş kulesi) ve çevresinde Wi-Fi kontrolü ile konumlandırılacak yüzbinlerce helyostattan oluşan bir kat olacak. Tanktaki buhar sıcaklığı 540 °C'ye ulaşacak. 773 milyon dolarlık proje İsrail'in elektrik ihtiyacının %1'ini karşılayacak.

Kulede güneş radyasyonu ile ısıtılabilen tek şey su değildir. Örneğin, İspanya'da 2011 yılında, içinde bir tuz soğutucunun ısıtıldığı Gemasolar kule güneş enerjisi santrali işletmeye alındı. Bu çözüm geceleri bile ısıtmayı mümkün kıldı.

565 ° C'ye ısıtılan tuz özel bir tanka girer ve ardından ısıyı türbini döndüren buhar jeneratörüne iletir. Sistemin tamamı 19,9 MW nominal kapasiteye sahiptir ve 9 ay boyunca günde 24 saat tam kapasite ile çalışan 27.500 hanelik bir ağa güç sağlamak için 110 GWh (yıllık ortalama) elektrik sağlama kapasitesine sahiptir.

Parti santralleri

Prensip olarak bu tip enerji santralleri kule santrallerine benzer, ancak yapısal olarak farklıdır. Her biri elektrik üreten ayrı modüller kullanır. Modül hem bir reflektör hem de bir alıcı içerir. Bir reflektör oluşturan parabolik aynalar desteğin üzerine monte edilmiştir.

Mirror Amplifier — Ayna kaplamalı bir güneş radyasyonu yoğunlaştırıcı.Speküler yönlü yoğunlaştırıcı - Ortak bir yansıtma yüzeyi oluşturan düz veya eğri şekilli ayrı ayrı aynalardan oluşan bir speküler güneş radyasyonu yoğunlaştırıcısı.

Alıcı, paraboloidin odağında bulunur. Reflektör, her biri ayrı ayrı özelleştirilmiş düzinelerce aynadan oluşur. Alıcı, bir jeneratörle birleştirilmiş bir Stirling motoru veya buhara dönüştürülen ve buhar türbini döndüren bir su deposu olabilir.

Örneğin, 2015'te Ripasso, İsveç, Güney Afrika'da Stirling motorlu bir parabolik helotermal üniteyi test etti. Enstalasyonun reflektörü 96 parçadan oluşan ve toplam alanı 104 metrekare olan parabolik aynadır.

Odak noktası, bir volanla donatılmış ve bir jeneratöre bağlı bir Stirling hidrojen motoruydu. Plaka gün boyunca güneşi takip etmek için yavaşça döndü. Sonuç olarak verimlilik faktörü %34 oldu ve bu tür her bir "plaka" kullanıcıya yılda 85 MWh elektrik sağlayabildi.

Adil olmak gerekirse, bu tür bir güneş enerjisi santralinin "plakasının" odağında, ısısı buhar jeneratörüne aktarılabilen ve sırayla dönen bir yağ kabının bulunabileceğini not ediyoruz. elektrik jeneratörünün türbini.

Parabolik tüp güneş enerjisi santralleri

Burada yine ısıtma ortamı konsantre yansıyan radyasyonla ısıtılır. Ayna, kuzey-güney doğrultusunda yer alan 50 metre uzunluğa kadar parabolik silindir şeklindedir ve güneşin hareketine göre döner. Aynanın odak noktasında, sıvı soğutma maddesinin hareket ettiği sabit bir tüp bulunur.Soğutucu yeterince ısındığında, ısı eşanjördeki suya aktarılır ve burada buhar jeneratörü tekrar döndürür.

Parabolik koridor yoğunlaştırıcısı - Şekli kendisine paralel hareket eden bir parabol tarafından oluşturulan bir güneş radyasyonu ayna yoğunlaştırıcısı.

1980'lerde Kaliforniya'da Luz International, toplam kapasitesi 354 MW olan bu tür 9 elektrik santrali inşa etti. Bununla birlikte, birkaç yıllık uygulamadan sonra uzmanlar, günümüzde parabolik enerji santrallerinin hem karlılık hem de verimlilik açısından kule ve plaka güneş enerjisi santrallerine göre daha düşük olduğu sonucuna varmışlardır.

Ancak 2016 yılında Kazablanka yakınlarındaki Sahra çölünde bir elektrik santrali keşfedildi. güneş yoğunlaştırıcılar500 MW kapasiteli. Yarım milyon 12 metrelik ayna, dönen jeneratör türbinleri için suyu buhara dönüştürmek için soğutma sıvısını 393 ° C'ye ısıtıyor. Geceleri termal enerji erimiş tuzda depolanarak çalışmaya devam eder. Bu şekilde, Fas devleti çevre dostu bir enerji kaynağı sorununu kademeli olarak çözmeyi planlıyor.

fotovoltaik enerji santralleri

Fotovoltaik modüllere, güneş panellerine dayalı istasyonlar. Modern dünyada çok popüler ve yaygınlar. Silikon hücrelere dayalı modüller, sanatoryumlar, özel villalar ve diğer binalar gibi, gerekli güce sahip bir istasyonun ayrı parçalardan monte edildiği ve çatıya veya uygun bir alanın arsasına kurulduğu küçük alanlara güç sağlamak için yaygın olarak kullanılır. Endüstriyel fotovoltaik enerji santralleri küçük kasabalara elektrik sağlayabilir.

Güneş Enerjisi Santrali (SES) [güneş enerjisi santrali] — Güneş radyasyonu enerjisini elektriğe dönüştürmek için tasarlanmış bir elektrik santrali.

Örneğin Rusya'da ülkenin en büyük fotovoltaik enerji santrali 2015 yılında hizmete girdi. Orsk ve Gai şehirleri arasında 80 hektar. İstasyonun kapasitesi, iş ve konut binaları da dahil olmak üzere Orsk şehrinin yarısına elektrik sağlamaya yetiyor.

Bu tür istasyonların çalışma prensibi basittir. Işık fotonlarının enerjisi bir silikon levhada akıma dönüştürülür; Bu yarı iletkendeki içsel fotoelektrik etki, güneş pili üreticileri tarafından uzun süredir araştırılmakta ve kabul edilmektedir. Ancak %24 verimlilik sağlayan kristal silikon tek seçenek değil. Teknoloji sürekli gelişiyor. Böylece, 2013'te Sharp mühendisleri bir indiyum-galyum-arsenit elementinden %44,4 verimlilik elde etti ve odaklama lenslerinin kullanılması, %46'nın tamamına ulaşılmasını mümkün kılıyor.

Solar vakum santralleri

Kesinlikle ekolojik tip güneş enerjisi santralleri. Prensip olarak, sıcaklık farkından dolayı oluşan doğal hava akışı kullanılır (dünya yüzeyindeki hava ısınır ve yukarı doğru fırlar). 1929'da bu fikir Fransa'da patentlendi.

Camla kaplı bir arazi parçası olan bir sera inşa ediliyor. Seranın ortasından, içine bir jeneratör türbininin monte edildiği uzun bir boru olan bir kule çıkıntı yapıyor. Güneş serayı ısıtır ve borudan yukarı çıkan hava türbini döndürür.Güneş kapalı bir cam hacminde havayı ısıttığı sürece ve hatta geceleri bile dünyanın yüzeyi ısıyı koruduğu sürece hava akımı sabit kalır.

Bu tür bir deney istasyonu 1982'de İspanya'da Madrid'in 150 kilometre güneyinde inşa edildi. Seranın çapı 244 metre, boru yüksekliği ise 195 metre idi. Geliştirilen maksimum güç sadece 50 kW'dır. Ancak türbin, pas ve şiddetli rüzgarlar nedeniyle arızalanana kadar 8 yıl çalıştı. 2010 yılında Çin, 200 kW sağlayabilen bir güneş enerjisi vakum istasyonunun inşaatını tamamladı. 277 hektarlık bir alanı kaplar.

Kombine güneş enerjisi santralleri

Sıcak su ve ısıtma iletişiminin eşanjörlere bağlandığı istasyonlardır, genellikle çeşitli ihtiyaçlar için su ısıtırlar. Kombine istasyonlar, yoğunlaştırıcılar güneş panelleri ile paralel çalıştığında kombine çözümler de içerir. Kombine güneş enerjisi santralleri genellikle alternatif güç kaynağı ve özel evlerin ısıtılması için tek çözümdür.