Päikesekontsentraatorid
Põhimõtteliselt on päikesekontsentraatorid väga erinevad fotogalvaanilised muundurid… Lisaks on termilised päikeseelektrijaamad mitmete omaduste tõttu palju tõhusamad kui fotogalvaanilised elektrijaamad.
Päikesekontsentraatori ülesanne on suunata päikesekiired jahutusvedeliku anumasse, milleks võib olla näiteks õli või vesi, mis neelavad hästi päikeseenergiat. Kontsentreerimismeetodid on erinevad: paraboolsed silindrilised kontsentraatorid, paraboolpeeglid või heliotsentrilised tornid.
Mõnes kontsentraatoris fokusseeritakse päikesekiirgus piki fookusjoont, teistes - fookuspunktis, kus asub vastuvõtja. Kui päikesekiirgus peegeldub suuremalt pinnalt väiksemale pinnale (vastuvõtja pinnale), saavutatakse kõrge temperatuur, jahutusvedelik neelab soojust, liikudes läbi vastuvõtja. Süsteem tervikuna sisaldab ka salvestusosa ja energiaülekandesüsteemi.
Kontsentraatorite kasutegur väheneb pilvistel perioodidel oluliselt, kuna fokusseeritakse ainult otsest päikesekiirgust.Sel põhjusel saavutavad need süsteemid kõrgeima efektiivsuse piirkondades, kus insolatsiooni tase on eriti kõrge: kõrbetes, ekvatoriaalpiirkonnas. Päikesekiirguse kasutamise efektiivsuse tõstmiseks on kontsentraatorid varustatud spetsiaalsete jälgimisseadmetega, jälgimissüsteemidega, mis tagavad kontsentraatorite võimalikult täpse orientatsiooni päikese suunas.
Kuna päikesekontsentraatorite maksumus on kõrge ja jälgimissüsteemid vajavad perioodilist hooldust, piirdub nende kasutamine peamiselt tööstuslike elektritootmissüsteemidega.
Selliseid paigaldisi saab kasutada hübriidsüsteemides koos näiteks süsivesinikkütusega, siis vähendab salvestussüsteem toodetud elektri maksumust. See saab võimalikuks, kuna genereerimine toimub ööpäevaringselt.
Parabooltoru päikesekontsentraatorid on kuni 50 meetri pikkused, meenutades piklikku peegelparabooli. Selline kontsentraator koosneb nõgusate peeglite komplektist, millest igaüks kogub paralleelseid päikesekiiri ja fokuseerib need kindlasse punkti. Mööda sellist parabooli asub jahutusvedelikuga toru, nii et kõik peeglitelt peegelduvad kiired on keskendunud sellele. Soojuskadude vähendamiseks on toru ümbritsetud klaastoruga, mis ulatub piki silindri fookusjoont.
Need sõlmpunktid on paigutatud ridadesse põhja-lõuna suunas ja kindlasti varustatud päikese jälgimissüsteemidega. Torusse fokuseeritud kiirgus soojendab jahutusvedeliku ligi 400 kraadini, see läbib soojusvahetiid, tekitades auru, mis keerab generaatori turbiini.
Ausalt öeldes tuleb märkida, et toru asemel võib asuda ka fotosilm. Hoolimata asjaolust, et fotogalvaaniliste elementide puhul võivad kontsentraatori mõõtmed olla väiksemad, on see täis efektiivsuse vähenemist ja ülekuumenemise probleemi, mis nõuab kvaliteetse jahutussüsteemi väljatöötamist.
California kõrbes ehitati 1980. aastatel 9 paraboolsete silindriliste kontsentraatorite elektrijaama koguvõimsusega 354 MW. Seejärel ehitas sama firma (Luz International) Degeti ka SEGS I hübriidpaigaldise, võimsusega 13,8 MW, mis sisaldas lisaks maagaasi ahjusid.Üldiselt oli firma 1990. aastaks ehitanud hübriidelektrijaamu koguvõimsusega 13,8 MW. 80 MW.
Päikeseenergia tootmise arendamine paraboolelektrijaamades toimub Maailmapanga rahastusel Marokos, Mehhikos, Alžeerias ja teistes arengumaades.
Sellest tulenevalt järeldavad eksperdid, et tänapäeval jäävad paraboolelektrijaamad kasumlikkuse ja efektiivsuse poolest maha nii torn- kui ketaspäikeseelektrijaamadest.
Päikeseenergia ketaspaigaldised – need on nagu satelliitantennid, paraboolpeeglid, mis suunavad päikesekiired vastuvõtjale, mis asub iga sellise taldri fookuses. Samal ajal ulatub jahutusvedeliku temperatuur selle küttetehnoloogiaga 1000 kraadini. Soojusülekandevedelik juhitakse kohe generaatorisse või mootorisse, mis on kombineeritud vastuvõtjaga. Siin kasutatakse näiteks Stirlingi ja Brightoni mootoreid, mis võivad selliste süsteemide jõudlust märkimisväärselt tõsta, kuna optiline efektiivsus on kõrge ja algkulud madalad.
Paraboolplaadi päikesepatareipaigaldise tõhususe maailmarekord on 29% soojuse ja elektri vahelduv kasutegur, mis saavutatakse Rancho Mirage'i taldritüüpi paigaldusega koos Stirlingi mootoriga.
Tänu moodulkonstruktsioonile on match tüüpi päikesesüsteemid väga paljulubavad, need võimaldavad hõlpsasti saavutada vajalikke võimsustasemeid nii avalike elektrivõrkudega ühendatud kui ka sõltumatute hübriidkasutajate jaoks. Näiteks võib tuua projekti STEP, mis koosneb 114 paraboolpeeglist, mille läbimõõt on 7 meetrit, mis asuvad Georgia osariigis.
Süsteem toodab keskmise, madala ja kõrge rõhuga auru. Madalsurveaur suunatakse kudumisvabriku kliimaseadmesse, kesksurveaur suunatakse kudumistööstusse ennast ja kõrgsurveaur suunatakse otse elektri tootmiseks.
Loomulikult pakuvad päikeseketta kontsentraatorid koos Stirlingi mootoriga huvi suurte energiafirmade omanikele. Nii arendab Science Applications International Corporation koostöös kolme energiafirmaga Stirlingi mootorit ja paraboolpeegleid kasutavat süsteemi, mis suudab toota 25 kW elektrit.
Torn-tüüpi päikeseelektrijaamades, millel on keskvastuvõtja, on päikesekiirgus suunatud vastuvõtjale, mis asub torni tipus…. Tornide ümber on paigutatud suur hulk reflektoreid-heliostaate... Heliostaadid on varustatud kaheteljelise päikesejälgimissüsteemiga, tänu millele pöörduvad nad alati nii, et kiired on paigal, koondunud soojusvastuvõtjale.
Vastuvõtja neelab soojusenergiat, mis seejärel keerab generaatori turbiini.
Vastuvõtjas ringlev vedel jahutusvedelik kannab auru soojusakumulaatorisse. Tavaliselt on töödeks veeaur temperatuuriga 550 kraadi, õhk ja muud gaasilised ained temperatuuriga kuni 1000 kraadi, orgaanilised vedelikud madala keemistemperatuuriga - alla 100 kraadi, samuti vedel metall - kuni 800 kraadi.
Sõltuvalt jaama otstarbest võib aur keerata turbiini elektri tootmiseks või kasutada seda otse mõnes tootmises. Vastuvõtja temperatuur varieerub vahemikus 538 kuni 1482 kraadi.
Solar One’i elektritorn Lõuna-Californias, üks esimesi omataolisi, tootis algselt elektrit 10 MW võimsusega auru-veesüsteemi kaudu. Seejärel seda moderniseeriti ja täiustatud vastuvõtja, mis töötab nüüd sulasoolade ja soojussalvestussüsteemiga, muutus oluliselt tõhusamaks.
See tõi kaasa läbimurde akutornelektrijaamade päikesekontsentraatorite tehnoloogias: sellises elektrijaamas saab voolu toota nõudmisel, kuna soojussalvestav süsteem suudab soojust salvestada kuni 13 tundi.
Sulasoola tehnoloogia võimaldab salvestada päikesesoojust 550 kraadini ning elektrit saab nüüd toota igal kellaajal ja iga ilmaga. Tornjaam "Solar Two" võimsusega 10 MW on muutunud seda tüüpi tööstuslike elektrijaamade prototüübiks. Tulevikus — suurtele tööstusettevõtetele 30 kuni 200 MW võimsusega tööstusettevõtete ehitamine.
Väljavaated on kolossaalsed, kuid arengut takistab vajadus suurte pindalade järele ja tornjaamade tööstuslikuks ehitamiseks suured kulud. Näiteks 100 megavatise tornjaama paigutamiseks on vaja 200 hektarit, samas kui 1000 megavatti elektrit tootva tuumajaama jaoks on vaja vaid 50 hektarit. Seevastu väikese võimsusega parabool-silindrilised jaamad (moodultüüpi) on kulutõhusamad kui tornjaamad.
Seega sobivad torn- ja paraboolkontsentraatorid elektrijaamadele võimsusega 30 MW kuni 200 MW, mis on ühendatud võrku. Modulaarsed kettajaoturid sobivad vaid mõne megavatti nõudvate võrkude autonoomseks toiteks. Nii torni- kui ka plaatsüsteemide tootmine on kulukas, kuid nende tõhusus on väga kõrge.
Nagu näete, on paraboolkontsentraatoritel optimaalne positsioon lähiaastate kõige lootustandvama päikesekontsentraatori tehnoloogiana.
Loe ka sellel teemal: Päikeseenergia areng maailmas