Aurinkokeskittimet
Pohjimmiltaan aurinkokeskittimet ovat hyvin erilaisia aurinkosähkömuuntimet… Lisäksi lämpötyyppiset aurinkovoimalat ovat paljon tehokkaampia kuin aurinkosähkö monien ominaisuuksien vuoksi.
Aurinkokeskittimen tehtävänä on kohdistaa auringonsäteet jäähdytysnestesäiliöön, joka voi olla esimerkiksi öljyä tai vettä, jotka imevät hyvin aurinkoenergiaa. Keskitysmenetelmät ovat erilaisia: paraboliset sylinterimäiset keskittimet, paraboliset peilit tai heliosentriset tornit.
Joissakin keskittimissä auringon säteily kohdistuu polttoviivaa pitkin, toisissa - polttopisteeseen, jossa vastaanotin sijaitsee. Kun auringonsäteily heijastuu suuremmalta pinnalta pienempään pintaan (vastaanottimen pintaan), saavutetaan korkea lämpötila, jäähdytysneste imee lämpöä liikkuen vastaanottimen läpi. Järjestelmä kokonaisuudessaan sisältää myös varasto-osan ja energiansiirtojärjestelmän.
Keskittimen tehokkuus laskee merkittävästi pilvisenä aikana, koska vain suora auringon säteily fokusoituu.Tästä syystä nämä järjestelmät saavuttavat korkeimman tehokkuuden alueilla, joilla säteilytaso on erityisen korkea: aavikoilla, päiväntasaajan alueella. Auringon säteilyn käytön tehostamiseksi keskittimet on varustettu erityisillä seurantajärjestelmillä, jotka varmistavat keskittimien tarkimman suunnan auringon suuntaan.
Koska aurinkokeskittimien kustannukset ovat korkeat ja seurantajärjestelmät vaativat säännöllistä huoltoa, niiden käyttö rajoittuu pääasiassa teollisiin sähköntuotantojärjestelmiin.
Tällaisia asennuksia voidaan käyttää hybridijärjestelmissä yhdessä esimerkiksi hiilivetypolttoaineen kanssa, jolloin varastointijärjestelmä alentaa tuotetun sähkön kustannuksia. Tämä tulee mahdolliseksi, kun sukupolvi tehdään ympäri vuorokauden.
Paraboliset putkiaurinkokeskittimet ovat jopa 50 metriä pitkiä ja ne muistuttavat pitkänomaista peiliparaabelia. Tällainen keskitin koostuu joukosta koveria peilejä, joista jokainen kerää yhdensuuntaisia auringonsäteitä ja kohdistaa ne tiettyyn pisteeseen. Tällaista paraabelia pitkin sijaitsee putki, jossa on jäähdytysneste, niin että kaikki peilien heijastamat säteet keskittyvät siihen. Lämpöhäviön vähentämiseksi putkea ympäröi lasiputki, joka ulottuu sylinterin polttoviivaa pitkin.
Nämä navat on järjestetty riveihin pohjois-etelä-suunnassa ja niissä on varmasti aurinkoseurantajärjestelmä. Linjaan kohdistuva säteily lämmittää jäähdytysnesteen lähes 400 asteeseen, se kulkee lämmönvaihtimien läpi muodostaen höyryä, joka kääntää generaattorin turbiinin.
Oikeudenmukaisuuden vuoksi on huomattava, että putken tilalle voidaan sijoittaa myös valokenno. Huolimatta siitä, että keskittimen koot voivat olla pienempiä aurinkokennoilla, tämä on täynnä tehokkuuden laskua ja ylikuumenemisongelmaa, mikä edellyttää korkealaatuisen jäähdytysjärjestelmän kehittämistä.
Kalifornian autiomaassa rakennettiin 1980-luvulla 9 parabolisten sylinterimäisten rikastinten voimalaitosta, joiden kokonaiskapasiteetti oli 354 MW. Sitten sama yritys (Luz International) rakensi Degetiin myös SEGS I -hybridilaitoksen, jonka teho oli 13,8 MW, joka sisälsi lisäksi maakaasuuunit.Yleensä vuoteen 1990 mennessä yhtiö oli rakentanut hybridivoimaloita kokonaiskapasiteetilla 13,8 MW. 80 MW.
Aurinkoenergian tuotantoa parabolisissa voimalaitoksissa kehitetään Maailmanpankin rahoituksella Marokossa, Meksikossa, Algeriassa ja muissa kehitysmaissa.
Tämän seurauksena asiantuntijat päättelevät, että nykyään paraboliset kaukalovoimalaitokset ovat kannattavuudeltaan ja tehokkuudeltaan jäljessä sekä torni- että levyaurinkovoimaloista.
Levy-aurinkoasennukset – nämä ovat, kuten satelliittiantennit, parabolisia peilejä, jotka kohdistavat auringonsäteet vastaanottimeen, joka sijaitsee kunkin antennin keskipisteessä. Samaan aikaan jäähdytysnesteen lämpötila tällä lämmitystekniikalla saavuttaa 1000 astetta. Lämmönsiirtoneste syötetään välittömästi generaattoriin tai moottoriin, joka on yhdistetty vastaanottimeen. Täällä käytetään esimerkiksi Stirling- ja Brighton-moottoreita, jotka voivat parantaa merkittävästi tällaisten järjestelmien suorituskykyä, koska optinen tehokkuus on korkea ja alkukustannukset alhaiset.
Parabolisen lautasen aurinkosähköasennuksen tehokkuuden maailmanennätys on 29 % lämpö-sähköhyötysuhde, joka saavutetaan Rancho Miragen lautastyyppisellä asennuksella yhdistettynä Stirling-moottoriin.
Modulaarisen rakenteensa ansiosta match-tyyppiset aurinkosähköjärjestelmät ovat erittäin lupaavia, ja niillä on helppo saavuttaa tarvittavat tehotasot sekä julkisiin sähköverkkoihin liitetyille että itsenäisille hybridikäyttäjille. Esimerkki on STEP-projekti, joka koostuu 114 halkaisijaltaan 7 metrin parabolisesta peilistä, jotka sijaitsevat Georgian osavaltiossa.
Järjestelmä tuottaa keski-, matala- ja korkeapaineista höyryä. Matalapainehöyry syötetään neuletehtaan ilmastointijärjestelmään, keskipainehöyry itse neuleteollisuuteen ja korkeapainehöyry suoraan sähkön tuottamiseen.
Tietysti aurinkolevykeskittimet yhdistettynä Stirling-moottoriin kiinnostavat suurten energiayhtiöiden omistajia. Niinpä Science Applications International Corporation kehittää yhteistyössä kolmen energiayhtiön kanssa Stirling-moottoria ja parabolisia peilejä käyttävää järjestelmää, joka pystyy tuottamaan 25 kW sähköä.
Tornityyppisissä aurinkovoimalaitoksissa, joissa on keskusvastaanotin, auringon säteily kohdistuu vastaanottimeen, joka sijaitsee tornin huipulla…. Tornien ympärille on sijoitettu suuri määrä heijastimia-heliostaatteja... Heliostaatit on varustettu kaksiakselisella auringonseurantajärjestelmällä, jonka ansiosta ne kääntyvät aina niin, että säteet ovat paikallaan, keskittyneet lämmönvastaanottimeen.
Vastaanotin imee lämpöenergiaa, joka sitten kääntää generaattorin turbiinin.
Vastaanottimessa kiertävä nestemäinen jäähdytysneste kuljettaa höyryn lämmönvaraajaan. Yleensä teoksia ovat vesihöyry, jonka lämpötila on 550 astetta, ilma ja muut kaasumaiset aineet, joiden lämpötila on jopa 1000 astetta, orgaaniset nesteet, joiden kiehumispiste on alhainen - alle 100 astetta, sekä nestemäinen metalli - jopa 800 astetta.
Aseman käyttötarkoituksesta riippuen höyry voi kääntää turbiinin tuottamaan sähköä tai käyttää suoraan jonkinlaiseen tuotantoon. Vastaanottimen lämpötila vaihtelee 538 - 1482 astetta.
Solar One -voimatorni Etelä-Kaliforniassa, yksi ensimmäisistä laatuaan, tuotti alun perin sähköä höyry-vesijärjestelmän kautta, joka tuotti 10 MW. Sitten se modernisoitiin ja parannettu vastaanotin, joka nyt toimii sulan suolan ja lämmön varastointijärjestelmän kanssa, tehostui huomattavasti.
Tämä johti läpimurtoon akkutornivoimaloiden aurinkokeskitinteknologiassa: sähköä tällaisessa voimalaitoksessa voidaan tuottaa tarpeen mukaan, sillä lämmönvaraajajärjestelmä pystyy varastoimaan lämpöä jopa 13 tuntia.
Sulasuolan teknologia mahdollistaa auringon lämmön varastoinnin 550 asteeseen, ja sähköä voidaan nyt tuottaa mihin aikaan päivästä ja säällä kuin säällä. Torniasema "Solar Two", jonka kapasiteetti on 10 MW, on tullut tämän tyyppisten teollisuusvoimalaitosten prototyyppi. Tulevaisuudessa 30-200 MW:n teollisuusyritysten rakentaminen suurille teollisuusyrityksille.
Näkymät ovat valtavat, mutta kehitystä hidastaa suurten alueiden tarve ja korkeat kustannukset torniasemien rakentamisesta teollisessa mittakaavassa. Esimerkiksi 100 megawatin torniaseman sijoittamiseen tarvitaan 200 hehtaaria, kun taas 1000 megawattia sähköä tuottava ydinvoimala vaatii vain 50 hehtaaria. Pienen kapasiteetin parabolisylinteriasemat (modulaarinen tyyppi) ovat sen sijaan kustannustehokkaampia kuin torniasemat.
Näin ollen torni- ja paraboliset kourukeskittimet soveltuvat verkkoon liitettyihin voimalaitoksiin 30 MW - 200 MW. Modulaariset levykeskittimet soveltuvat vain muutaman megawatin vaativien verkkojen autonomiseen virransyöttöön. Sekä torni- että laattajärjestelmät ovat kalliita valmistaa, mutta ne antavat erittäin korkean hyötysuhteen.
Kuten näette, paraboliset koururikastimet ovat optimaalisessa asemassa tulevien vuosien lupaavimpana aurinkorikastusteknologiana.
Lue myös tästä aiheesta: Aurinkoenergian kehitys maailmassa