태양열 에너지 (STE)는 산업 및 주거 및 상업 분야에서 사용하기 위해 열 에너지 또는 전기 에너지를 생성하기 위해 태양 에너지를 이용하기위한 에너지 및 기술의 한 형태입니다.

개요
태양 열 수집기는 미국 에너지 정보 관리 부서 (Energy Information Administration)에서 저온, 중온 또는 고온 수집기로 분류됩니다. 저온 수집기는 일반적으로 초벌구이가 아니며 수영장을 가열하거나 환기 공기를 가열하는 데 사용됩니다. 중간 온도 집열기는 또한 평판이지만 일반적으로 가정용이나 상업용으로 물이나 공기를 가열하는 데 사용됩니다. 고온 콜렉터는 거울이나 렌즈를 사용하여 햇빛을 집중 시키며 일반적으로 산업 및 전력 생산시 최대 300 ° C / 20 bar의 열 요구 사항을 충족시키는 데 사용됩니다. 산업 부문의 열 요구 사항을 충족시키기위한 집중 형 태양열 (CST)과 집열 된 열을 발전 용으로 사용하는 CSP (Concentrated Solar Power)가 있습니다. CST 및 CSP는 적용면에서 대체 할 수 없습니다. 가장 큰 시설은 캘리포니아와 네바다의 미국 모하비 사막에 위치해 있습니다. 이 식물은 다양한 기술을 사용합니다. 가장 큰 사례로는 Ivanpah Solar Power Facility (377MW), Solar Energy Generating Systems 설치 (354MW) 및 Crescent Dunes (110MW)가 있습니다. 스페인은 태양열 발전소의 다른 주요 개발 업체입니다. 가장 큰 사례로는 Solnova Solar Power Station (150MW), Andasol 태양 광 발전소 (150MW) 및 Extresol Solar Power Station (100MW)이 있습니다.

저온 태양열 가열 및 냉각 시스템
저온 태양열 에너지 활용 시스템은 열 회수 수단을 포함한다. 일반적으로 단기 또는 중간 열 저장; 구조 또는 지역 난방 네트워크 내의 분배. 경우에 따라 이러한 기능 중 둘 이상이 시스템의 단일 기능에 내재되어 있습니다 (예 : 일부 종류의 태양열 집열기도 열을 저장함). 일부 시스템은 수동적이며 다른 시스템은 활성화되어 있습니다 (다른 외부 에너지가 작동해야 함).

가열은 가장 명백한 응용 분야이지만 열에 의한 흡수 또는 흡착 냉각기 (히트 펌프)를 사용하여 건물 또는 지역 냉각 네트워크에서 태양열 냉각을 얻을 수 있습니다. 단열재로 인한 구동 열이 클수록 냉각 출력이 커지는 것은 생산적인 우연의 일치입니다. 1878 년 Auguste Mouchout은 냉동 장치에 부착 된 태양열 증기 엔진을 사용하여 얼음을 만들어 태양열 냉각을 개척했습니다.

미국에서는 상업용 건물 (북부 도시의 경우 50 %)에서 사용되는 에너지의 25 % (4.75 EJ)가 사용되는 난방, 환기 및 공기 조절 (HVAC) 시스템과 사용 된 에너지의 거의 절반 (10.1 EJ) 주거용 건물에서. 태양열 난방, 냉각 및 환기 기술을 사용하여이 에너지의 일부를 상쇄 할 수 있습니다. 건물 난방용 태양열 난방 기술은 건물의 HVAC 장비에 연결되는 건물 일체형 태양열 집열 시스템입니다. 태양 에너지 산업 협회 (Solar Energy Industries Association)에 따르면이 패널 중 50 만 m2 (500 만 평방 피트)가 2015 년까지 북미 지역에서 가동 중입니다.

유럽에서는 1990 년대 중반 이후 약 125 개의 대형 태양열 지역 난방 시설이 건설되었으며, 각각 500m2 (5400ft2) 이상의 태양열 집열기가 건설되었습니다. 최대 규모는 약 1 만 m2이며 7MW의 열 및 태양열 비용은 보조금없이 4 유로 / kWh입니다. 이들 중 40 개는 1 MW 급 이상의 정격 용량을 가지고 있습니다. 솔라 지역 난방 프로그램 (SDH)은 유럽 14 개국과 유럽 집행위원회 (European Commission)의 참여로 기술 및 시장 개발을 위해 노력하고 있으며 연례 컨퍼런스를 개최합니다.

저온 콜렉터
유리 태양열 집열기는 주로 공간 난방을 위해 설계되었습니다. 그들은 공기가 가열되고 다시 건물 안으로 들어오는 태양 공기 패널을 통해 건물 공기를 순환시킵니다. 이러한 태양열 난방 시스템은 건물에 최소 두 개의 침투가 필요하며 태양열 집열기의 공기가 건물 실내 온도보다 따뜻할 때만 수행됩니다. 대부분의 유약 수집가는 주거 부문에서 사용됩니다.

초벌구이 태양열 집열기는 주로 통풍 부하가 큰 상업용, 산업 및 기관용 건물의 보충 환기 공기를 예열하는 데 사용됩니다. 그들은 건물의 벽이나 벽 부분을 저렴한 비용으로 고성능의 초벌구이가없는 태양열 집열기로 바꿉니다. 또한, “증발 된 태양 전지판”또는 “태양 전지판”이라고도 불리는, 그들은 건물의 외벽 표면 역할도하는 페인트 천공 된 금속 태양열 흡수체를 사용합니다. 공기로의 열전달은 흡수 장치 표면, 금속 흡수 장치 및 흡수 장치 뒤에서 일어난다. 태양열 온난 한 공기의 경계층은 열이 대류에 의해 외부 공기로 빠져 나가기 전에 근처의 천공 구멍으로 그려진다. 가열 된 공기는 흡수 판 뒤에서 건물의 환기 시스템으로 빨려 들어갑니다.

트롬 베 (Trombe) 벽은 수동 태양 난방 및 환기 시스템으로, 창과 태양을 향한 열 질량 사이에 끼어있는 공기 채널로 구성됩니다. 환기 사이클 중에 햇빛은 열 질량에 열을 저장하고 공기 채널을 따뜻하게하여 벽의 상단과 하단에있는 통풍구를 통해 순환시킵니다. 가열 사이클 동안 트롬 브 벽은 저장된 열을 방출합니다.

솔라 지붕 연못은 1960 년대 해롤드 헤이 (Harold Hay)가 개발 한 독특한 태양열 난방 및 냉방 시스템입니다. 기본 시스템은 움직일 수있는 절연 커버가있는 지붕 장착형 방수 블 래더로 구성됩니다. 이 시스템은 밤낮으로 방광을 덮고 열어 실내와 외부 환경 간의 열교환을 제어 할 수 있습니다. 난방이 중요 할 때 햇빛이 방광을 따뜻하게하고 저녁 사용을 위해 열을 저장할 수 있도록 낮에는 방광을 밝힙니다. 냉각이 문제가되면 덮개가있는 방광은 낮에는 건물의 내부에서 열을 끌어 당기고 밤에는 더 차가운 대기로 열을 방출합니다. 캘리포니아의 Atascadero에있는 Skytherm 집은 난방 및 냉방을 위해 원형 지붕 연못을 사용합니다.

태양열 집열기를 사용한 태양열 난방은 미국과 캐나다에서 태양열 집열기로 난방하는 것보다 더 인기가 있습니다. 그 이유는 대부분의 건물에는 이미 난방 및 냉방을위한 환기 시스템이 있기 때문입니다. 태양풍 공기 패널의 두 가지 주요 유형은 유약과 unglazed 있습니다.

2007 년 미국에서 생산 된 21,000,000 평방 피트 (200 만 평방 미터)의 태양열 집열 장치 중 1,600 만 평방 피트 (1,500,000 평방 미터)가 저온 변종이었습니다. 저온 수집기는 일반적으로 난방을위한 수영장에 설치되지만 공간 난방에도 사용할 수 있습니다. 수집가들은 대기로 열을 전달하기위한 매체로 공기 또는 물을 사용할 수 있습니다.

저온 태양열 시스템의 열 저장
Interseasonal storage. 태양열 (또는 다른 열원의 열)은 대수층, 지하 지층, 대형 특수 구덩이, 지구가 절연되고 덮여있는 대형 탱크에서 반대 계절 사이에 효과적으로 저장할 수 있습니다.

단기 저장. 열 질량 물질은 낮에는 태양 에너지를 저장하고 더 시원한 기간에는이 에너지를 방출합니다. 일반적인 열 질량 물질에는 돌, 콘크리트 및 물이 포함됩니다. 열 질량의 비율과 배치는 기후, 일광 및 차광 조건과 같은 여러 요인을 고려해야합니다. 제대로 통합되면 열 질량이 수동적으로 쾌적한 온도를 유지하면서 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

태양열 냉각
전 세계적으로 2011 년까지 태양열 히트 펌프가 장착 된 약 750 개의 냉각 시스템이 있으며 연간 시장 성장률은 지난 7 년간 40-70 %입니다. 경제가 어려워 연간 냉각 횟수가 제한적이기 때문에 틈새 시장입니다. 각각의 연간 냉각 시간은 지중해의 경우 약 1000, 동남 아시아의 경우 2500, 중부 유럽의 경우 50-200입니다. 그러나 2007 년과 2011 년 사이에 시스템 구축 비용이 약 50 % 감소했습니다. 국제 에너지기구 (IEA) 태양열 가열 및 냉각 프로그램 (IEA-SHC) 작업 그룹이 관련 기술 개발을 위해 노력하고 있습니다.

태양 열 구동 환기
태양열 굴뚝 (또는 열 굴뚝)은 건물의 내부와 외부를 연결하는 중공 열 질량으로 구성된 수동 태양열 환기 시스템입니다. 굴뚝이 따뜻해지면서 내부의 공기가 가열되어 건물을 통해 공기를 끌어 당기는 상승 기류가 발생합니다. 이 시스템은 로마 시대 이후 사용되어 왔으며 중동에서도 흔히 볼 수 있습니다.

공정 열
태양 공정 난방 시스템은 비주거용 건물에 대량의 온수 또는 공간 난방을 제공하도록 설계되었습니다.

증발 호지는 증발을 통해 용존 고형물을 농축시키는 얕은 호지입니다. 해수에서 염을 얻기위한 증발 연못의 사용은 태양 에너지의 가장 오래된 응용 중 하나입니다. 현대적인 용도로는 침출 채광에 사용되는 염수 용액을 집중시키고 폐기물 흐름에서 용해 된 고체를 제거하는 것이 포함됩니다. 종합적으로, 증발 연못은 오늘날 사용되는 태양 에너지 중 가장 큰 상용 응용 중 하나입니다.

초벌구이 된 증발 된 수집기는 환기 공기 예열에 사용되는 천공 된 벽입니다. 또한 어플리케이터는 1 년 내내 옥상에 장착 할 수 있으며 유입 공기 온도를 22 ° C까지 올리고 45-60 ° C의 출구 온도를 낼 수 있습니다. 증발 된 수집가의 짧은 투자 회수 기간 (3 년에서 12 년)은 유리 수집 시스템보다 경제적 인 대안입니다. 2015 년 현재 전 세계적으로 500,000 평방 미터의 통합 컬렉터 영역을 갖춘 4000 개 이상의 시스템이 설치되었습니다. 대표자에는 커피 콩을 건조하기 위해 사용되는 코스타리카의 860 평방 미터 콜렉터와 인도의 코임 바토르 (Coimbatore)의 1300 평방 미터의 수집가가 포함되어 있습니다.

캘리포니아의 모데 스토 (Modesto)에있는 식품 가공 시설은 파라볼 릭 트로프 (parabolic trough)를 사용하여 제조 공정에 사용되는 증기를 생산합니다. 5,000 평방 미터의 수집 지역은 연간 15 TJ를 제공 할 것으로 예상됩니다.

중온 수집기
이 콜렉터는 미국에서 주거 및 상업용으로 필요한 온수의 약 50 % 이상을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 미국의 경우 전형적인 시스템 비용은 $ 4000- $ 6000 소매 (자료는 $ 1400 – $ 2200 도매)이고 시스템의 30 %는 연방 세액 공제를받을 자격이 + 추가 주 신용이 상태의 약 절반에 존재합니다. 남부 기후에서 간단한 개 루프 시스템을위한 노동은 설치를 위해 3-5 시간, 북부 지역에서 4-6 시간이 걸릴 수 있습니다. 북부 시스템은 수집기가 얼지 않도록 더 많은 수집기 영역과 더 복잡한 배관을 필요로합니다. 이 인센티브를 통해 전형적인 가구의 회수 기간은 국가에 따라 4 년에서 9 년입니다. 유럽의 일부 지역에도 유사한 보조금이 존재합니다. 최소한의 교육을받은 한 명의 태양열 배관공과 보조원 두 명이 하루에 시스템을 설치할 수 있습니다. Thermosiphon 설치는 유지 비용이 거의 들지 않으며 (부동액 및 주전원이 순환 용으로 사용되면 비용이 상승합니다), 미국에서는 가구당 운영 비용이 1 인당 6 달러 씩 감소합니다. 태양열 온수기는 가정에서 4 ~ 1 톤 / 년 (천연 가스를 대체하는 경우) 또는 3 톤 / 년 (전기를 대체하는 경우)의 CO2 배출량을 저감 할 수 있습니다. 중온 설치는 몇 가지 디자인 중 하나를 사용할 수 있습니다. 일반적인 설계는 가압 글리콜, 배수로, 배치 시스템 및 광전지 펌핑과 함께 물을 함유 한 폴리머 파이프를 사용하는 새로운 저압 동결 시스템입니다. 유럽 ​​및 국제 표준은 중간 온도 수집기의 설계 및 운영 혁신을 수용하기 위해 검토 중입니다. 운영 혁신은 “영구적으로 습식 콜렉터”작업을 포함합니다. 이 혁신은 정체라고 불리는 흐름이없는 고온 응력 발생을 줄이거 나 없애 주며, 콜렉터의 예상 수명을 단축시킵니다.

태양 건조
태양열 에너지는 건축용 목재 및 연소 용 목재 칩과 같은 목재 연료를 건조시키는 데 유용 할 수 있습니다. 솔라는 과일, 곡물 및 생선과 같은 식품에도 사용됩니다. 태양 광 수단으로 작물을 건조하는 것은 환경 친화적이며 비용면에서도 효과적이며 품질을 향상시킵니다. 제품을 만드는 데 드는 돈이 적을수록 구매자와 판매자 모두에게 기쁜 마음으로 판매 할 수있는 제품이 줄어 듭니다. 태양 건조 기술은 검은 색 원단을 기반으로하는 매우 저렴한 비용으로 펌핑 된 증발 된 판 공기 수집기를 포함합니다. 태양열 에너지는 목재 칩 및 기타 형태의 바이오 매스와 같은 제품을 공기를 통과시키고 수분을 제거하면서 온도를 상승시켜 건조시키는 과정에서 유용합니다.

조리
태양열 밥솥은 요리, 건조 및 저온 살균을 위해 햇빛을 이용합니다. 태양열 요리는 연료 비용을 상쇄하고, 연료 나 장작에 대한 수요를 줄이며, 연기 발생 원인을 줄이거 나 제거하여 공기 품질을 향상시킵니다.

가장 간단한 유형의 태양열 밥솥은 1767 년 Horace de Saussure가 최초로 만든 상자 밥솥입니다. 기본 상자 밥솥은 투명한 뚜껑이 달린 단열 용기로 이루어져 있습니다. 이 밥솥은 부분적으로 흐린 하늘과 효과적으로 사용할 수 있으며 일반적으로 50-100 ° C의 온도에 도달합니다.

솔라 쿠커를 집중 시키면 반사기를 사용하여 솔라 에너지를 조리 용기에 집중시킵니다. 가장 일반적인 반사기 형상은 평판, 원반 및 파라볼 릭 트 러프 유형입니다. 이러한 디자인은 더 빠르고 더 높은 온도 (최고 350 ° C)에서 조리하지만 직접 조명이 제대로 작동해야합니다.

인도의 오로빌 (Oroville)에 위치한 솔라 키친 (Solar Kitchen)은 태양 용기 (solar bowl)로 알려진 독특한 집중 기술을 사용합니다. 기존의 추적 반사경 / 고정 수신기 시스템과는 달리 태양 보울은 태양이 하늘을 가로 질러 이동함에 따라 빛의 초점을 추적하는 수신기가 달린 고정 된 구형 반사기를 사용합니다. 태양 보울의 수신기는 섭씨 150도에 이르며 스팀을 생산하여 매일 2,000 끼의 식사를합니다.

인도의 다른 많은 태양열 주방은 Scheffler 반사경으로 알려진 또 다른 독특한 집중 기술을 사용합니다. 이 기술은 1986 년 Wolfgang Scheffler에 의해 처음 개발되었습니다. Scheffler 반사경은 일축 추적을 사용하여 태양의 일일 코스를 따라가는 포물선 모양의 접시입니다. 이러한 반사경은 햇빛의 입사각의 계절적 변화에 맞게 곡률을 변경할 수있는 유연한 반 사면을 가지고 있습니다. Scheffler 반사경은 조리의 용이성을 향상시키고 450-650 ° C의 온도에 도달 할 수있는 고정 초점을 갖는 이점이 있습니다. 1999 년 브라흐마 쿠마리스 (Bhrma Kumaris)가 건설 한 Abu Road의 세계 최대 Scheffler 반사경 시스템 인 Rajasthan India는 하루 최대 35,000 개의 음식을 조리 할 수 ​​있습니다. 2008 년 초까지 2000 개가 넘는 Scheffler 디자인의 대형 밥솥이 전 세계적으로 건조되었습니다.

증류
깨끗한 물이 일반적이지 않은 지역에서는 태양열 집열기를 사용하여 식수를 만들 수 있습니다. 이러한 상황에서 사람들에게 정화수를 공급하기 위해서는 태양 증류가 필요합니다. 태양 에너지는 여전히 물속을 가열합니다. 그런 다음 물은 증발하고 덮개 유리 아래에 응축됩니다.

고온 콜렉터
약 95 ℃ 이하의 온도가 충분할 경우, 공간 가열과 같이 비 집중 식 평판 수집기가 일반적으로 사용된다. 유약을 통한 상대적으로 높은 열 손실 때문에 평판 수집기는 열 전달 유체가 정체되어 있더라도 200 ° C를 훨씬 넘는 온도에 도달하지 않습니다. 이러한 온도는 전기로 효율적으로 전환하기에는 너무 낮습니다.

열원의 효율은 열원의 온도에 따라 증가합니다. 태양열 에너지 발전소에서이를 달성하기 위해, 태양 복사는 고온을 얻기 위해 거울이나 렌즈에 집중되어 있습니다. 집중 태양 광 발전 (CSP)이라는 기술이 있습니다. 높은 효율성의 실질적인 효과는 발전소의 수집가 크기 및 생성 된 단위 전력 당 총 토지 이용을 감소시켜 발전소의 환경 영향 및 비용을 줄이는 것입니다.

온도가 증가함에 따라, 다양한 형태의 전환이 실용적이된다. 최대 600 ° C의 표준 기술인 증기 터빈은 최대 41 %의 효율을 제공합니다. 600 ° C 이상에서는 가스 터빈이 더 효율적일 수 있습니다. 다른 재료와 기술이 필요하기 때문에 더 높은 온도가 문제가됩니다. 매우 높은 온도에 대한 하나의 제안은 50 % 이상의 열효율을 달성하기 위해 다단 터빈 시스템을 사용하여 700 ° C ~ 800 ° C 사이에서 작동하는 액체 불화물 염을 사용하는 것입니다. 더 높은 작동 온도는 발전소가 열 방출을 위해 더 높은 온도의 건식 열 교환기를 사용하도록 허용하여 식물의 물 사용을 줄입니다. 대형 태양열 발전소가 실용적인 사막에서는 매우 중요합니다. 고온은 또한 액체의 단위당 더 많은 와트 – 시간이 저장되기 때문에 열 저장을보다 효율적으로 만듭니다.

상업용 집중 태양열 발전소 (CSP) 공장은 1980 년대에 처음 개발되었습니다. 세계 최대 규모의 태양열 발전소는 현재 2014 년에 시운전 된 370MW Ivanpah 태양 광 발전소 및 354MW SEGS CSP 설치로 캘리포니아의 모하비 사막에 위치하고 있으며 여러 다른 태양 프로젝트도 실현되었습니다. 아랍 에미리트의 아부 다비 근처 2013 년에 건설 된 Shams 태양열 발전소를 제외하고 다른 모든 100MW 이상의 CSP 공장은 미국 또는 스페인에 위치하고 있습니다.

CSP의 가장 큰 장점은 열 저장 장치를 효율적으로 추가 할 수있어 최대 24 시간 동안 전기를 송전 할 수 있다는 점입니다. 최대 전기 수요는 일반적으로 약 오후 4시에서 8시 사이에 발생하기 때문에 많은 CSP 발전소는 3-5 시간의 열 저장을 사용합니다. 현재의 기술로 인해 열 저장은 전기 저장보다 훨씬 저렴하고 효율적입니다. 이러한 방식으로, CSP 공장은 밤낮으로 전기를 생산할 수 있습니다. CSP 현장이 예측 가능한 태양 복사를 갖는다면, CSP 공장은 신뢰할 수있는 발전소가된다. 백업 연소 시스템을 설치하여 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 백업 시스템은 대부분의 CSP 시스템을 사용할 수 있으므로 백업 시스템의 비용이 절감됩니다.

CSP 설비는 발전기 및 고전압 변압기뿐만 아니라 발전소 케이블, 접지 네트워크 및 유체 추적 및 펌프 용 모터에서 구리와 같은 높은 전기 전도성 물질을 사용합니다.

신뢰성, 미사용 사막, 무공해 및 연료비가 없기 때문에 CSP를 대규모로 배치하는 데 따르는 장애물은 비용, 미학, 토지 이용 및 필요한 고압 라인 연결에 대한 유사한 요소입니다. 사막의 일부분 만이 전세계 전력 수요를 충족시키는 데 필요하지만 상당한 양의 에너지를 얻기 위해서는 여전히 넓은 지역을 거울이나 렌즈로 덮어야합니다. 비용을 줄이는 중요한 방법은 단순한 디자인을 사용하는 것입니다.

대부분의 전력에 사용되는 화석 연료의 운송 및 전환에 대한 탐사 및 추출과 관련된 토지 이용 영향을 고려할 때, 유틸리티 규모의 태양 광 발전은 이용 가능한 가장 토지 효율적인 에너지 자원 중 하나와 비교됩니다.

연방 정부는 태양 광 발전보다 석유 및 가스리스에 거의 2,000 배 더 많은 면적을 할당했습니다. 2010 년에 국토 관리국 (Bureau of Land Management)은 9,682 메가 와트의 총 발전 용량을 가진 9 개의 대규모 태양 광 발전 프로젝트를 승인하여 약 4 만 에이커에 달했다. 이와는 대조적으로 2010 년 토지 관리국은 5,200 건 이상의 가스 및 석유리스를 처리했으며 1,308 건의리스를 발행하여 총 320 만 에이커에 달했다. 현재 38.2 백만 에이커의 육상 공공 토지와 멕시코만의 36.9 백만 에이커의 해양 탐사가 석유 및 가스 개발, 탐사 및 생산을 위해 임대 중이다.

시스템 설계
낮에는 태양의 위치가 다릅니다. 저농도 시스템 (및 저온)의 경우, 비 이미 징 광학이 사용되는 경우 추적을 피할 수 있습니다 (또는 1 년에 몇 포지션으로 제한). 그러나 더 높은 농도의 경우, 거울이나 렌즈가 움직이지 않으면 거울이나 렌즈의 초점이 바뀝니다 (이러한 경우 비 이미징 광학은 주어진 농도에 대해 가장 넓은 수용 각을 제공합니다). 그러므로 태양의 위치를 ​​추적하는 추적 시스템이 필요하다는 것은 피할 수없는 것처럼 보입니다 (태양 광전지의 경우 태양 광 추적기는 선택 사항 임). 추적 시스템은 비용과 복잡성을 증가시킵니다. 이를 염두에두고 다양한 디자인을 통해 빛을 집중시키고 태양의 위치를 ​​추적하는 방법을 구분할 수 있습니다.

파라볼 릭 트로프 디자인
파라볼 릭 트로프 발전소는 반사경의 초점에 위치한 수조의 길이를 달리는 유체 (수신기, 흡수체 또는 수집기라고도 함)가 들어있는 유리관에 직사 광선을 반사하는 곡선의 거울로 된 골짜기를 사용합니다. 골짜기는 한 축을 따라 포물선이고 직교 축에 선형입니다. 수 광기에 수직 인 태양의 일별 위치를 변경하기 위해 물마루는 동쪽에서 서쪽으로 기울어 져 직접적인 복사가 수 광기에 초점을 맞 춥니 다. 그러나, 빛이 수액기의 다른 곳에 집중되어 있기 때문에, 홈통과 평행 한 햇빛의 각도의 계절적 변화는 거울의 조절을 필요로하지 않는다. 따라서 트로프 설계에서는 두 번째 축에서의 추적이 필요하지 않습니다. 리시버는 유리 진공 챔버에 넣을 수 있습니다. 진공은 대류 열 손실을 상당히 감소시킵니다.

유체 (열전 사 유체라고도 함)는 수 리기를 통과하여 매우 뜨겁습니다. 일반적인 유체는 합성 오일, 용융 염 및 가압 증기입니다. 열을 담고있는 유체는 열 엔진의 약 3 분의 1이 전기로 변환되는 열 엔진으로 이송됩니다.

본격 파라볼 릭 트로프 시스템은 넓은 범위의 토지에 평행하게 배치 된 그러한 많은 골짜기로 구성됩니다. 1985 년부터이 원리를 사용하는 태양열 시스템이 미국 캘리포니아에서 완전 가동되었습니다. 태양 에너지 생성 시스템 (SEGS) 시스템이라고합니다. 다른 CSP 디자인은 이러한 종류의 오랜 경험이 없으므로 현재 포물선 모양의 물마루 설계가 가장 철저하게 입증 된 CSP 기술이라고 할 수 있습니다.

SEGS는 총 용량이 354MW 인 9 개의 발전소를 모아 놓은 것으로 수년 동안 열 및 비 열 모두 세계에서 가장 큰 태양 발전소였습니다. 최신 설비는 64MW 용량의 Nevada Solar One 설비입니다. 150MW의 Andasol 태양 광 발전소는 스페인에 있으며, 각 현장은 50MW 용량을 가지고있다. 그러나 그 식물은 열을 저장하고 동시에 증기 터빈에 열을 보내기 위해 증기 터빈 – 발전기의 크기에 비해 태양열 집열기의 더 큰 분야를 필요로하는 열 저장을 가지고 있습니다. 열 저장은 증기 터빈의보다 나은 활용을 가능하게합니다. 50MW 피크 용량의 스팀 터빈 Andasol 1의 낮과 밤 시간 동안의 작업으로 전 공장의 열에너지 저장 시스템과 더 큰 태양 광 발전소로 인해 64MW 피크 용량의 Nevada Solar One보다 더 많은 에너지를 생산합니다. 280MW 솔라 나 발전소는 2013 년 아리조나에서 6 시간 동안 전력을 저장하여 온라인으로 제공되었습니다. 알제리와 마틴 차세대 태양 에너지 센터의 Hassi R’Mel 통합 태양열 복합 발전소는 천연 가스와 결합 된 주기로 포물선을 사용합니다.

동봉 된 물마루
동봉 된 물마루 구조는 온실과 같은 온실 내에 태양열 시스템을 캡슐화합니다. 유리 공장은 태양열 시스템의 신뢰성과 효율성에 부정적인 영향을 줄 수있는 요소를 견딜 수있는 보호 환경을 조성합니다.

경량의 곡면 태양 반사 거울은 유리 공장 건물 내에 매달려있다. 단일 축 추적 시스템은 거울을 배치하여 태양을 추적하고 그 광선을 고정식 강철 파이프 네트워크에 집중 시키며 유리 건물 구조에 매달 릅니다. 증기는 입구에서 파이프 길이에 걸쳐 열교환 기나 중간 작동 유체없이 물이 흐르면 ​​오일 필드 품질의 물을 사용하여 직접 생성됩니다.

생산 된 스팀은 현장의 기존 스팀 분배 네트워크로 직접 공급되며 스팀은 스팀이 오일 저장소 깊숙히 지속적으로 주입됩니다. 바람에서 거울을 보호하면 더 높은 온도를 얻을 수 있으며 습기에 노출되어 먼지가 축적되는 것을 방지 할 수 있습니다. Enclosed Trough 디자인을 만든 GlassPoint Solar는 자사의 기술이 다른 일반적인 태양열 기술의 경우 $ 10 ~ $ 12에 비해 햇볕이 잘 드는 지역의 영국 열 단위 당 약 $ 5로 EOR의 열을 생산할 수 있다고 말합니다.

GlassPoint의 밀폐 된 골짜기 시스템은 오만의 미라 (Miraah) 공장에서 사용되고 있으며 최근 캘리포니아의 베이커 스 필드 (Bakersfield) 근처의 남부 벨 리지 유전 (Belotel Oil Field)에 동봉 된 쓰루 기술을 도입하기위한 새로운 프로젝트가 발표되었습니다.

파워 타워 설계
파워 타워 ( ‘센트럴 타워’발전소 또는 ‘헬리 스탯’발전소라고도 함)는 약 2 평방 마일의 광속에서 수천 개의 추적 거울 (헬리 스탯이라고 함)을 사용하여 태양 열 에너지를 포착하고 집중시킵니다. 탑은 헬리오스 탯의 중심에 있습니다. 헬리오스 태트는 집중적 인 햇빛을 탑 꼭대기에있는 수신기에 집중합니다. 수용기 내에서 집중된 햇빛은 용융 된 염분을 1,000 ° F (538 ° C) 이상으로 가열합니다. 가열 된 용융 염은 축열조로 흘러 들어가 98 %의 열효율을 유지하고 결국 증기 발생기로 펌핑됩니다. 증기는 전기를 생성하기 위해 표준 터빈을 구동합니다. “Rankine cycle”이라고도하는이 과정은 깨끗하고 자유로운 태양 에너지로 연료가 공급되는 것을 제외하고 표준 석탄 발전소와 유사합니다.

파라볼 릭 트로프 디자인 위의이 디자인의 장점은 더 높은 온도입니다. 고온에서의 열 에너지는 전기로보다 효율적으로 변환 될 수 있으며 나중에 사용하기 위해보다 저렴하게 저장할 수 있습니다. 또한, 지상을 평평하게 할 필요가 적습니다. 원칙적으로 언덕 꼭대기에 전력 타워를 건설 할 수 있습니다. 거울은 평평 할 수 있고 배관은 타워에 집중되어 있습니다. 단점은 파라볼 릭 트로프 (parabolic trough) 설계에서 많은 수의 미러 어레이에 대해 단일 축 추적을 공유 할 수있는 반면 각 미러에는 자체 이중 축 제어가 있어야한다는 것입니다.

파워 타워와 파라볼 릭 트로프 집중 장치 사이의 비용 / 성능 비교는 2020 년까지 전력 타워에서 5.47 ¢ / kWh 및 6.21 ¢ / kWh의 파라볼 릭 트로부터 생산 될 수 있다고 NREL이 추정했다. 전력 탑의 용량 계수는 파라볼 릭 트로프의 경우 72.9 % 및 56.2 %로 추정됩니다. 저렴하고 내구성있는 대량 생산 가능한 헬리 스탯 발전소 구성 요소의 개발로이 비용이 절감 될 수 있다는 희망이 있습니다.

최초의 상업용 타워 발전소는 스페인의 PS10으로 2007 년 완공 된 11MW의 용량을 갖추고 있습니다. 그 이후로 여러 플랜트가 제안되었지만 몇 개 국가 (스페인, 독일, 미국, 터키, 중국 , 인도) 그러나 몇몇 제안 된 식물은 광전지 태양열 가격이 급락함에 따라 취소되었다. Ivanpah Solar Power Facility는 캘리포니아의 Ivanpah 태양 광 발전소가 3 개의 타워에서 392MW의 전력을 생산하여 2013 년 말에 온라인으로 출시 될 때 최대 규모의 태양 광 발전 타워 플랜트가됩니다.

요리 디자인
CSP- 스털링은 모든 태양 기술의 효율이 가장 높은 것으로 알려져 있으며 (태양 광 발전의 약 15 %에 비해 약 30 %) 대규모 생산 및 재생 에너지 원 중 가장 저렴한 에너지를 생산할 수있을 것으로 예상됩니다. 뜨거운 지역, 반 사막 등. 접시 스털링 시스템은 커다란 반사 형 포물선 접시 (위성 TV 접시와 모양이 비슷 함)를 사용합니다. 그것은 접시 위의 단일 지점에 접시를 치는 모든 햇빛을 집중시킵니다. 여기서 수신기는 열을 포착하여 유용한 형태로 변형시킵니다. 전형적으로 접시는 접시 – 스털링 시스템의 스털링 엔진과 결합되지만 때로는 증기 엔진이 사용되기도합니다. 이것들은 전기 발전기를 사용하여 전기로 변환 될 수있는 회전 운동 에너지를 생성합니다.

2005 년 남부 캘리포니아 에디슨 (Southern California Edison)은 20 년 동안 스털링 에너지 시스템 (Stirling Energy Systems)의 태양열 구동 스털링 엔진을 구입하고 500 메가 와트의 전기를 생산하기에 충분한 양 (2 만 개)을 구매하기로 합의했다고 발표했습니다. 2010 년 1 월에 스털링 에너지 시스템 (Stirling Energy Systems)과 테세라 솔라는 애리조나 주 피오 리아 (Peoria)에있는 스털링 (Stirling) 기술을 사용하여 1.5 메가 와트 발전소 ( “Maricopa Solar”)를 시운전했다. 2011 년 초 Stirling Energy의 개발팀 인 Tessera Solar는 709MW Imperial 프로젝트와 850MW Calico 프로젝트를 각각 AES Solar 및 K.Road에 매각했습니다. 2012 년에 Maricopa 공장은 United Sun Systems에 의해 매입 및 해체되었습니다. United Sun Systems은 V 형 스털링 엔진과 33kW의 피크 생산을 기반으로 한 새로운 세대 시스템을 출시했습니다. 새로운 CSP- 스털링 기술은 LCOE를 유틸리티 규모로 0.02 USD로 낮춰줍니다.

개발 업체 인 스웨덴의 Rispasso Energy는 2015 년 남아 프리카 공화국의 칼라 하리 사막에서 시험 한 Dish Sterling 시스템이 34 %의 효율성을 보였다고합니다.

프레 넬 기술
선형 프레 넬 반사기 발전소는 일련의 긴, 좁은, 얕은 곡률 (또는 평평한) 거울을 사용하여 거울 위에 위치한 하나 이상의 선형 수신기에 빛을 집중시킵니다. 리시버 상단에 작은 포물선 모양의 거울을 부착하여 빛을 더욱 집중시킬 수 있습니다. 이 시스템은 추적을 위해 하나의 축이있는 단순한 선 초점 지오메트리를 사용하면서 여러 미러 사이에서 수신기를 공유하여 (물마루 및 접시 개념과 비교하여) 전체적인 비용을 낮추는 것을 목표로합니다. 이것은 물마루 설계와 유사합니다 (중앙 타워와 이중 축이있는 접시와는 다릅니다). 수신기는 고정되어 있으므로 유체 커플 링이 필요하지 않습니다 (골짜기와 접시처럼). 미러는 수신기를 지원할 필요가 없으므로 구조가 간단합니다. 적절한 조준 전략 (하루 중 다른 시간대에 다른 수신기를 목표로하는 거울)을 사용하면 사용 가능한 육지 지역에 거울을보다 고밀도로 패킹 할 수 있습니다.

라이벌 단일 축 추적 기술에는 상대적으로 새로운 선형 프레 넬 반사경 (LFR) 및 소형 LFR (CLFR) 기술이 포함됩니다. LFR은 파라볼 릭 트로프의 것과 다르다. 즉, 흡수체가 미러 필드 위로 공간에 고정되어 있다는 점이다. 또한, 반사기는 반사기 회전축에 평행 한 상승 된 장대형 타워 리시버에 집중적으로 초점을 맞추는 많은 로우 세그먼트로 구성됩니다.

프레 넬 렌즈 집광 장치의 프로토 타입은 국제 자동화 시스템 (International Automated Systems)의 열에너지 수집을 위해 제작되었습니다. No full-scale thermal systems using Fresnel lenses are known to be in operation, although products incorporating Fresnel lenses in conjunction with photovoltaic cells are already available.

MicroCSP
MicroCSP is used for community-sized power plants (1 MW to 50 MW), for industrial, agricultural and manufacturing ‘process heat’ applications, and when large amounts of hot water are needed, such as resort swimming pools, water parks, large laundry facilities, sterilization, distillation and other such uses.

Enclosed parabolic trough
The enclosed parabolic trough solar thermal system encapsulates the components within an off-the-shelf greenhouse type of glasshouse. The glasshouse protects the components from the elements that can negatively impact system reliability and efficiency. This protection importantly includes nightly glass-roof washing with optimized water-efficient off-the-shelf automated washing systems. Lightweight curved solar-reflecting mirrors are suspended from the ceiling of the glasshouse by wires. A single-axis tracking system positions the mirrors to retrieve the optimal amount of sunlight. The mirrors concentrate the sunlight and focus it on a network of stationary steel pipes, also suspended from the glasshouse structure. Water is pumped through the pipes and boiled to generate steam when intense sun radiation is applied. The steam is available for process heat. Sheltering the mirrors from the wind allows them to achieve higher temperature rates and prevents dust from building up on the mirrors as a result from exposure to humidity.