Fokusiranje Sunčeve energije

Fokusiranje sunčeve energije upotrebljava se za pogon velikih generatora ili toplinskih pogona. Fokusiranje se postiže pomoći mnogo leća ili češće pomoću zrcala složenih u tanjur ili konfiguraciju tornja. Postoje konfiguracije tornja tipa "Power Tower" i "Dish". "Power tower" konfiguracije koriste kompjuterski kontrolirano polje zrcala za fokusiranje sunčevog zračenja na centralni toranj, koji onda pokreče glavni generator. Do sada su napravljeni demonstracijski sistemi koji imaju izlaznu snagu i iznad 10 MW. Ti novi sustavi imaju i mogućnost rada preko noći i u lošem vremenu tako da spremaju vruću tekućinu u vrlo efikasni spremnik (neka vrsta termo boce). "Dish" sistemi prate kretanje Sunca i na taj način fokusiraju sunčevo zračenje. Postoji još i "Trough" sistem fokusiranja sunčeva zračenja, koji može biti vrlo efikasan. 

Vrste solarnih elektrana:

1.      Parabolična protočna TE
2.      Solarni toranj
3.      Parabolični tanjur
4.      Solarni dimnjak

 Parabolična protočna TE:
 
S poljem cijevi u fokusu polja linearnih paraboličnih koncentratora – najveći potencijal za posve komercijalno korištenje. Kumulativno iskustvo i ukupne probne instalacije daleko premašuju sva ostala rješenja solarnih TE. Veliko iskustvo sa ovim rješenjem dolazi od 354 Mwe instalacije u Mojave pustinji u Californiji još prije 20 godina čini parabolične protočne STE najrazvijenijom tehnologijom. Relativan zastoj u aktivnostima se mijenja u zadnje vrijeme izgradnjom postrojenja u Španjolskoj, Izraelu i drugdje, ali u zastoje i nesigurnu budućnost.

 
Koncentracijom Sunčevog zračenja od 75x postižu se temperature radnog medija i do 400 °C. Ukupna efikasnost ovisi o specifičnoj izvedbi, ali se kreće oko 12%. Solarni koncentratori mogu pratiti Sunce samo u jednoj osi i to je obično istok-zapad.
 
Kao kružni proces obično se koristi Rankineov direktni ili posredni proces. Usklađivanje dostupnosti energije Sunca i potrošnje se rješava toplinskim spremnicima velikog kapaciteta (otopljene soli). Optimalna snaga za postrojenje se računa na oko  200 Mwe (najviše zbog površine).

Slika 37. Parabolična protočna TE 30 MWe, Kramer Junction, California (golema površina)


Slike 38. i 39. Parabolični paneli s protočnim medijem,  Kramer Junction, California
 

Solarni toranj:

Tehnologija s centralnim tornjem je nešto slabije razvijena. Ovdje se postiže koncentracija sunčevih zraka i do 800x i temperature u tornju od 560 °C (istopljena dušična sol, organske kapljevine ili zrak). Optimalna snaga se procjenjuje u rasponu od 100 do 1000 MWe.
 
Kada nema dovoljno energije od Sunca, sistemi koji fokusiraju sunčevo zračenje mogu se bez većih problema prebaciti na prirodni plin ili neki drugi izvor energije. To je moguće jer Sunce koristimo za grijanje tekućine, a kad nema sunca zagrijemo tekućinu ne neki drugi način. Problem kod fokusiranja je veliki potrebni prostor za elektranu, ali to se rješava tako da se elektrana radi npr. u pustinji. U pustinjama je ionako snaga sunčeva zračenja najizraženija. Veliki problem je i cijena zrcala i sustava za fokusiranje.
 

Slike 40. i 41. Solarni toranj, Sevilla (Španjolska)

Solarna TE sa paraboličnim tanjurom:

Najmanje razvijen od prve tri gore navede izvedbe STE je izvedba sa solaranim paraboličnim tanjurima. Ove STE najmanje izgledaju kao uobičajene termoelektrane jer jedna jedinica ima snagu od 10-25 MWe.

Kompletan toplinski stroj i generator nalazi se u fokusu tanjura promjera 10m. Uobičajena je izvedba Strilingovim toplinskim strojem (postoje izvede sa mikroturbinama i Braytonovim kružnim procesom). Stirlingov motor ima prednost zbog efikasnosti (i preko 40%), ali problem predstavlja pouzdanost.
Ukupna efikasnost koja se postiže iznosi 22% što je dosta bolje od ostalih izvedbi STE Sunčeva svjetlost se koncentrira više od 3000x što predstavlja izazov kod realizacije (skupo).
 
STE sa paraboličnim tanjurom karakterizira velika gustoća snage (oko 55kW/l). Medij u toplinskom stroju postiže temperature od preko 750 °C. Značajna razlika STE sa paraboličnim tanjurom u odnosu na ostale izvedbe u jediničnoj snazi određuje i potencijal za primjenu kao distribuirani izvor električne energije za izdvojene lokacije i sl. Trenutno u svijetu postoji više MWe ukupno instaliranih jedinica u svrhe razvoja i probnog rada. Postoje planovi za stotine MWe instalacija.

          Slika 44. Solarni parabolički  tanjur   Slika 45. Polje solarnih paraboličkih tanjura


Slika 46. 2D Solarna TE s paraboličnim tanjurima
 

Solarni dimnjak:

Trenutno u konceptualnoj fazi (nema komercijalne upotrebe) no postoje prototipi kao Manzanares u Španjolskoj.