Solární koncentrátory
V zásadě se solární koncentrátory velmi liší od fotovoltaické měniče… Kromě toho jsou solární elektrárny tepelného typu mnohem účinnější než fotovoltaika díky řadě vlastností.
Úkolem solárního koncentrátoru je soustředit sluneční paprsky na nádobu s chladicí kapalinou, kterou může být například olej nebo voda, které dobře pohlcují sluneční energii. Metody koncentrace jsou různé: parabolické válcové koncentrátory, parabolická zrcadla nebo heliocentrické věže.
V některých koncentrátorech je sluneční záření soustředěno podél ohniskové linie, v jiných — v ohnisku, kde je umístěn přijímač. Když se sluneční záření odráží od většího povrchu na menší povrch (povrch přijímače), je dosaženo vysoké teploty, chladivo absorbuje teplo a pohybuje se přijímačem. Systém jako celek dále obsahuje akumulační část a systém přenosu energie.
Účinnost koncentrátorů je výrazně snížena v obdobích oblačnosti, protože je soustředěno pouze přímé sluneční záření.Z tohoto důvodu dosahují tyto systémy nejvyšší účinnosti v oblastech, kde je úroveň slunečního záření obzvláště vysoká: v pouštích, v rovníkové oblasti. Pro zvýšení efektivity využití slunečního záření jsou koncentrátory vybaveny speciálními trackery, sledovacími systémy, které zajistí co nejpřesnější orientaci koncentrátorů ve směru slunce.
Protože náklady na solární koncentrátory jsou vysoké a sledovací systémy vyžadují pravidelnou údržbu, je jejich použití omezeno hlavně na průmyslové systémy na výrobu energie.
Takové instalace lze použít v hybridních systémech společně například s uhlovodíkovým palivem, pak systém skladování sníží náklady na vyrobenou elektřinu. To bude možné, protože generování bude probíhat nepřetržitě.
Solární koncentrátory s parabolickými trubicemi jsou dlouhé až 50 metrů a připomínají podlouhlou zrcadlovou parabolu. Takový koncentrátor se skládá ze sady konkávních zrcadel, z nichž každé sbírá paralelní sluneční paprsky a zaměřuje je na určitý bod. Podél takové paraboly je umístěna trubice s chladicí kapalinou, takže na ni jsou soustředěny všechny paprsky odražené od zrcadel. Pro snížení tepelných ztrát je trubice obklopena skleněnou trubicí, která se táhne podél ohniskové linie válce.
Tyto uzly jsou uspořádány v řadách ve směru sever-jih a jsou jistě vybaveny solárními sledovacími systémy. Záření soustředěné v potrubí ohřívá chladicí kapalinu téměř na 400 stupňů, prochází výměníky tepla a vytváří páru, která roztáčí turbínu generátoru.
Pro spravedlnost je třeba poznamenat, že místo trubice může být umístěna také fotobuňka. Navzdory skutečnosti, že velikosti koncentrátorů mohou být u fotovoltaických článků menší, je to spojeno s poklesem účinnosti a problémem přehřívání, což vyžaduje vývoj vysoce kvalitního chladicího systému.
V kalifornské poušti bylo v 80. letech 20. století postaveno 9 elektráren parabolických válcových koncentrátorů o celkovém výkonu 354 MW. Poté stejná společnost (Luz International) postavila v Degetu také hybridní instalaci SEGS I o výkonu 13,8 MW, která navíc zahrnovala pece na zemní plyn. 80 MW.
Rozvoj výroby solární energie v parabolických elektrárnách probíhá v Maroku, Mexiku, Alžírsku a dalších rozvojových zemích s finanční podporou Světové banky.
V důsledku toho odborníci usuzují, že dnes parabolické žlabové elektrárny zaostávají za věžovými i diskovými solárními elektrárnami z hlediska ziskovosti a účinnosti.
Diskové solární instalace — to jsou, podobně jako satelitní paraboly, parabolická zrcadla, která soustřeďují sluneční paprsky na přijímač umístěný v ohnisku každé takové paraboly. Přitom teplota chladicí kapaliny u této technologie ohřevu dosahuje 1000 stupňů. Teplonosná kapalina je okamžitě přiváděna do generátoru nebo motoru, který je kombinován s přijímačem. Zde se například používají motory Stirling a Brighton, které mohou výrazně zvýšit výkon takových systémů, protože optická účinnost je vysoká a počáteční náklady jsou nízké.
Světovým rekordem v účinnosti solární instalace s parabolickou parabolou je 29% tepelná-elektrická účinnost dosažená instalací parabolického typu v kombinaci se Stirlingovým motorem v Rancho Mirage.
Vzhledem k modulární konstrukci jsou solární systémy typu match velmi slibné, umožňují snadno dosáhnout požadovaných úrovní výkonu jak pro hybridní uživatele připojené k veřejné elektrické síti, tak pro nezávislé. Příkladem je projekt STEP, který tvoří 114 parabolických zrcadel o průměru 7 metrů umístěných ve státě Georgia.
Systém vyrábí střední, nízko a vysokotlakou páru. Nízkotlaká pára je dodávána do vzduchotechnického systému pletárny, středotlaká pára je dodávána do samotného pletařského průmyslu a vysokotlaká pára je dodávána přímo k výrobě elektřiny.
O solární diskové koncentrátory kombinované se Stirlingovým motorem samozřejmě mají zájem majitelé velkých energetických společností. Science Applications International Corporation tedy ve spolupráci se třemi energetickými společnostmi vyvíjí systém využívající Stirlingův motor a parabolická zrcadla, který bude schopen vyrobit 25 kW elektřiny.
U solárních elektráren věžového typu s centrálním přijímačem je sluneční záření soustředěno na přijímač, který je umístěn v horní části věže…. Kolem věží je rozmístěno velké množství reflektorů-heliostatů... Heliostaty jsou vybaveny dvouosým systémem sledování slunce, díky kterému se vždy natáčejí tak, že paprsky jsou stacionární, soustředěné na tepelný přijímač.
Přijímač absorbuje tepelnou energii, která následně roztáčí turbínu generátoru.
Kapalné chladivo cirkulující v přijímači odvádí páru do tepelného akumulátoru. Obvykle se jedná o vodní páru o teplotě 550 stupňů, vzduch a další plynné látky o teplotě do 1000 stupňů, organické kapaliny s nízkým bodem varu - pod 100 stupňů, stejně jako tekutý kov - do 800 stupňů.
V závislosti na účelu stanice může pára otáčet turbínou k výrobě elektřiny nebo být přímo použita v nějakém druhu výroby. Teplota v přijímači se pohybuje od 538 do 1482 stupňů.
Elektrárna Solar One v jižní Kalifornii, jedna z prvních svého druhu, původně vyráběla elektřinu prostřednictvím parovodního systému o výkonu 10 MW. Poté prošel modernizací a vylepšený přijímač, nyní pracující s roztavenými solemi a systémem akumulace tepla, se výrazně zefektivnil.
To vedlo k průlomu v technologii solárních koncentrátorů pro bateriové věžové elektrárny: elektřinu v takové elektrárně lze vyrábět na požádání, protože systém akumulace tepla dokáže uchovat teplo až 13 hodin.
Technologie roztavené soli umožňuje akumulovat solární teplo při 550 stupních a elektřinu lze nyní vyrábět kdykoli během dne a za každého počasí. Věžová stanice "Solar Two" o výkonu 10 MW se stala prototypem průmyslových elektráren tohoto typu. V budoucnu — výstavba průmyslových podniků o výkonu 30 až 200 MW pro velké průmyslové podniky.
Vyhlídky jsou kolosální, ale rozvoji brání potřeba velkých ploch a značné náklady na výstavbu věžových stanic v průmyslovém měřítku. Například pro umístění 100 megawattové věžové stanice je zapotřebí 200 hektarů, zatímco jaderná elektrárna schopná vyrobit 1 000 megawattů elektřiny pouze 50 hektarů. Parabolicko-cylindrické stanice (modulární typ) pro malé kapacity jsou naproti tomu cenově výhodnější než věžové.
Věžové a parabolické žlabové koncentrátory jsou tedy vhodné pro elektrárny od 30 MW do 200 MW, které jsou připojeny k síti. Modulární diskové rozbočovače jsou vhodné pro autonomní napájení sítí, které vyžadují pouze několik megawattů. Jak věžové, tak deskové systémy jsou nákladné na výrobu, ale poskytují velmi vysokou účinnost.
Jak můžete vidět, parabolické žlabové koncentrátory zaujímají optimální pozici jako nejslibnější technologie solárních koncentrátorů pro nadcházející roky.
Přečtěte si také na toto téma: Vývoj solární energie ve světě