güneş yoğunlaştırıcılar

Temel olarak, güneş yoğunlaştırıcılar çok farklıdır fotovoltaik dönüştürücüler… Ayrıca termik tip güneş enerjisi santralleri bir takım özelliklerden dolayı fotovoltaiklere göre çok daha verimlidir.

Güneş yoğunlaştırıcısının görevi, güneş ışınlarını, güneş enerjisini emmede iyi olan, örneğin yağ veya su olabilen bir soğutma sıvısı kabına odaklamaktır. Yoğunlaştırma yöntemleri farklıdır: parabolik silindirik yoğunlaştırıcılar, parabolik aynalar veya güneş merkezli kuleler.

Bazı yoğunlaştırıcılarda, güneş radyasyonu odak çizgisi boyunca, diğerlerinde - alıcının bulunduğu odak noktasında odaklanır. Güneş radyasyonu daha büyük bir yüzeyden daha küçük bir yüzeye (alıcının yüzeyi) yansıtıldığında, yüksek bir sıcaklığa ulaşılır, soğutucu ısıyı emerek alıcı boyunca hareket eder. Sistem bir bütün olarak ayrıca bir depolama parçası ve bir enerji transfer sistemi içerir.

Yoğunlaştırıcıların verimliliği, bulutlu dönemlerde yalnızca doğrudan güneş radyasyonu odaklandığından önemli ölçüde azalır.Bu nedenle, bu sistemler en yüksek verimi güneşlenme seviyesinin özellikle yüksek olduğu çöllerde, ekvator bölgesinde elde eder. Güneş radyasyonu kullanım verimliliğini artırmak için yoğunlaştırıcılar, yoğunlaştırıcıların güneş yönünde en doğru şekilde yönlendirilmesini sağlayan özel izleyiciler, izleme sistemleri ile donatılmıştır.

Güneş yoğunlaştırıcılarının maliyetinin yüksek olması ve izleme sistemlerinin periyodik bakım gerektirmesi nedeniyle kullanımları ağırlıklı olarak endüstriyel enerji üretim sistemleri ile sınırlıdır.

Bu tür tesisler hibrit sistemlerde örneğin hidrokarbon yakıtla birlikte kullanılabilir, o zaman depolama sistemi üretilen elektriğin maliyetini düşürür. Üretim günün her saati yapılacağı için bu mümkün olacaktır.

Parabolik tüplü güneş yoğunlaştırıcıları, uzatılmış bir ayna parabolünü andıran 50 metreye kadar uzunluktadır. Böyle bir yoğunlaştırıcı, her biri güneşin paralel ışınlarını toplayan ve bunları belirli bir noktaya odaklayan bir dizi içbükey aynadan oluşur. Böyle bir parabol boyunca, aynalardan yansıyan tüm ışınların üzerine odaklanacağı şekilde soğutma sıvısı içeren bir tüp bulunur. Isı kaybını azaltmak için tüp, silindirin odak çizgisi boyunca uzanan bir cam tüp ile çevrilidir.

Bu merkezler kuzey-güney yönünde sıralar halinde düzenlenmiştir ve kesinlikle güneş takip sistemleri ile donatılmıştır. Hatta odaklanan radyasyon, soğutucuyu neredeyse 400 dereceye kadar ısıtır, ısı eşanjörlerinden geçerek jeneratörün türbinini döndüren buhar üretir.

Adil olmak gerekirse, tüpün yerine bir fotosel de yerleştirilebileceğine dikkat edilmelidir. Bununla birlikte, yoğunlaştırıcı boyutlarının fotovoltaik hücrelerle daha küçük olabilmesine rağmen, bu, verimlilikte bir düşüş ve yüksek kaliteli bir soğutma sisteminin geliştirilmesini gerektiren aşırı ısınma sorunu ile doludur.

1980'lerde Kaliforniya çölünde, toplam kapasitesi 354 MW olan 9 parabolik silindirik yoğunlaştırıcı santral inşa edildi. Daha sonra aynı şirket (Luz International), Deget'te ayrıca doğal gaz fırınlarını da içeren 13,8 MW kapasiteli bir SEGS I hibrit tesisi inşa etti. 80 MW.

Parabolik santrallerde güneş enerjisi üretiminin geliştirilmesi Fas, Meksika, Cezayir ve diğer gelişmekte olan ülkelerde Dünya Bankası finansmanı ile yürütülmektedir.

Sonuç olarak uzmanlar, günümüzde parabolik oluk santrallerinin karlılık ve verimlilik açısından hem kule hem de disk güneş enerjisi santrallerinin gerisinde kaldığı sonucuna varıyor.

Disk güneş enerjisi kurulumları - bunlar, uydu antenleri gibi, güneş ışınlarını bu tür her bir çanağın odak noktasında bulunan bir alıcıya odaklayan parabolik aynalardır. Aynı zamanda bu ısıtma teknolojisi ile soğutucunun sıcaklığı 1000 dereceye ulaşıyor. Isı transfer akışkanı hemen bir alıcı ile birleştirilmiş bir jeneratöre veya motora beslenir. Burada, örneğin, optik verim yüksek ve başlangıç ​​​​maliyetleri düşük olduğundan, bu tür sistemlerin performansını önemli ölçüde artırabilen Stirling ve Brighton motorları kullanılmaktadır.

Parabolik çanak güneş enerjisi kurulumunun verimliliği için dünya rekoru, Rancho Mirage'da bir Stirling motoruyla birleştirilmiş çanak tipi bir kurulumla elde edilen %29 termalden elektriğe verimliliktir.

Modüler tasarımı sayesinde kibrit tipi güneş sistemleri çok umut vericidir, hem kamu elektrik şebekelerine bağlı hem de bağımsız hibrit kullanıcılar için gerekli güç seviyelerine kolayca ulaşmanızı sağlar. Gürcistan eyaletinde bulunan 7 metre çapında 114 parabolik aynadan oluşan STEP projesi buna bir örnektir.

Sistem orta, düşük ve yüksek basınçlı buhar üretir. Düşük basınçlı buhar, örgü fabrikasının iklimlendirme sistemine, orta basınçlı buhar örme endüstrisinin kendisine ve yüksek basınçlı buhar ise doğrudan elektrik üretmek için verilir.

Tabii ki, bir Stirling motoruyla birleştirilmiş güneş diski yoğunlaştırıcıları, büyük enerji şirketlerinin sahiplerinin ilgisini çekiyor. Bu nedenle, Science Applications International Corporation, üç enerji şirketi ile işbirliği içinde, 25 kW elektrik üretebilecek bir Stirling motoru ve parabolik aynalar kullanan bir sistem geliştiriyor.

Merkezi alıcılı kule tipi güneş enerjisi santrallerinde, güneş ışınımı kulenin tepesinde yer alan alıcıya odaklanır…. Kulelerin etrafına çok sayıda reflektör-heliostat yerleştirilmiştir... Heliostatlar, ışınların sabit, ısı alıcı üzerinde yoğunlaşması için her zaman döndükleri iki eksenli bir güneş takip sistemi ile donatılmıştır.

Alıcı, daha sonra jeneratörün türbinini döndüren ısı enerjisini emer.

Alıcıda dolaşan sıvı soğutucu, buharı ısı akümülatörüne taşır. Genellikle 550 dereceye kadar su buharı, 1000 dereceye kadar sıcaklığa sahip hava ve diğer gazlı maddeler, düşük kaynama noktasına sahip organik sıvılar - 100 derecenin altında ve sıvı metal - 800 dereceye kadar çalışır.

İstasyonun amacına bağlı olarak, buhar bir türbini çevirerek elektrik üretebilir veya doğrudan bir tür üretimde kullanılabilir. Alıcıdaki sıcaklık 538 ila 1482 derece arasında değişir.

Türünün ilk örneklerinden biri olan Güney Kaliforniya'daki Solar One güç kulesi, başlangıçta 10 MW üreten bir buhar-su sistemi aracılığıyla elektrik üretti. Daha sonra modernizasyondan geçti ve artık erimiş tuzlar ve ısı depolama sistemi ile çalışan iyileştirilmiş alıcı önemli ölçüde daha verimli hale geldi.

Bu, pil kuleli elektrik santralleri için güneş yoğunlaştırıcı teknolojisinde bir çığır açtı: ısı depolama sistemi 13 saate kadar ısı depolayabildiğinden, böyle bir elektrik santralinde güç talep üzerine üretilebilir.

Erimiş tuz teknolojisi, güneş ısısını 550 derecede depolamayı mümkün kılıyor ve artık günün her saatinde ve her hava koşulunda elektrik üretilebiliyor. 10 MW kapasiteli "Solar Two" kule istasyonu, bu tür endüstriyel enerji santrallerinin bir prototipi haline geldi. Gelecekte - büyük sanayi kuruluşları için 30 ila 200 MW kapasiteli sanayi kuruluşlarının inşası.

Beklentiler muazzam, ancak geniş alanlara duyulan ihtiyaç ve endüstriyel ölçekte kule istasyonları inşa etmenin önemli maliyetleri gelişmeyi engelliyor. Örneğin 100 megavatlık bir kule istasyonu kurmak için 200 hektar, 1.000 megavatlık elektrik üretebilen bir nükleer santral için ise sadece 50 hektar gerekiyor. Küçük kapasiteler için parabolik-silindirik istasyonlar (modüler tip) ise kule istasyonlara göre daha uygun maliyetlidir.

Bu nedenle kule ve parabolik oluk yoğunlaştırıcılar 30 MW'tan 200 MW'a kadar şebekeye bağlı santraller için uygundur. Modüler disk hub'ları, yalnızca birkaç megavat gerektiren ağların otonom olarak çalıştırılması için uygundur. Hem kule hem de döşeme sistemlerinin üretimi pahalıdır ancak çok yüksek verimlilik sağlar.

Gördüğünüz gibi, parabolik oluk yoğunlaştırıcılar, gelecek yıllar için en umut verici güneş yoğunlaştırıcı teknolojisi olarak optimal bir konuma sahip.

Ayrıca bu konuyu okuyun: Dünyada güneş enerjisinin gelişimi