Солнечная тепловая энергия

Солнечная тепловая энергия (STE) представляет собой форму энергии и технологию для использования солнечной энергии для производства тепловой энергии или электрической энергии для использования в промышленности, а также в жилом и коммерческом секторах.

обзор
Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением энергетической информации Соединенных Штатов в качестве низко-, средне- или высокотемпературных коллекторов. Низкотемпературные коллекторы, как правило, неглазурованы и используются для нагрева бассейнов или для нагрева вентиляционного воздуха. Среднетемпературные коллекторы также обычно представляют собой плоские пластины, но используются для нагрева воды или воздуха для жилого и коммерческого использования. Высокотемпературные коллекторы концентрируют солнечный свет с использованием зеркал или линз и обычно используются для удовлетворения требований к нагреву до 300 градусов C / 20 бар в промышленности и для производства электроэнергии. Две категории включают концентрированную солнечную тепловую энергию (CST) для удовлетворения требований к нагреву в промышленности и концентрированную солнечную энергию (CSP), когда собранное тепло используется для выработки электроэнергии. CST и CSP не заменяются с точки зрения применения. Самые крупные объекты расположены в американской пустыне Мохаве в Калифорнии и Неваде. Эти заводы используют различные технологии. Наибольшие примеры включают в себя: солнечную энергетическую установку Ivanpah (377 МВт), установку систем солнечной энергии (354 МВт) и полумесяцы (110 МВт). Испания является другим крупным разработчиком солнечной тепловой электростанции. Самые крупные примеры включают Солнечную электростанцию ​​Солнечной (150 МВт), Солнечную электростанцию ​​Андасол (150 МВт) и Солнечную электростанцию ​​Extresol (100 МВт).

Низкотемпературные системы солнечного нагрева и охлаждения
Системы для использования низкотемпературной солнечной тепловой энергии включают средства для сбора тепла; обычно — хранение тепла, краткосрочное или межсезонное; и распределение в рамках структуры или сети централизованного теплоснабжения. В некоторых случаях более одной из этих функций присуща одна особенность системы (например, некоторые виды солнечных коллекторов также хранят тепло). Некоторые системы являются пассивными, другие активны (требуя использования другой внешней энергии).

Нагревание является наиболее очевидным применением, но солнечное охлаждение может быть достигнуто для строительной или районной сети охлаждения с использованием теплового насоса для поглощения или адсорбции (теплового насоса). Существует плодотворное совпадение того, что чем больше тепловое тепло от изоляции, тем выше выход охлаждения. В 1878 году Огюст Моучэ впервые стал солнечным охлаждением, создав лед, используя солнечный паровой двигатель, прикрепленный к холодильному устройству.

В Соединенных Штатах системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) составляют более 25% (4,75 EJ) энергии, используемой в коммерческих зданиях (50% в северных городах) и почти половину (10,1 EJ) используемой энергии в жилых зданиях. Технологии солнечного нагрева, охлаждения и вентиляции могут использоваться для компенсации части этой энергии. Самой популярной технологией солнечного нагрева для отопления зданий является встроенная встроенная система сбора солнечного воздуха, которая соединяется с оборудованием HVAC здания. По данным Ассоциации солнечной энергетики, более 500 000 м2 (5 000 000 кв. Футов) этих панелей работают в Северной Америке с 2015 года.

В Европе с середины 1990-х годов было построено около 125 крупных солнечно-тепловых станций централизованного теплоснабжения, каждый из которых имеет более 500 м2 (5400 фт2) солнечных коллекторов. Наибольшие площади составляют около 10 000 м2, а мощности 7 МВт — тепловые и солнечные тепловые затраты — около 4 евроцентов / кВтч без субсидий. 40 из них имеют номинальную мощность 1 МВт-тепловую или больше. В Программе солнечного теплоснабжения (SDH) участвуют 14 европейских государств и Европейская комиссия и работает над техническим и рыночным развитием и проводит ежегодные конференции.

Низкотемпературные коллекторы
Застекленные солнечные коллекторы предназначены в первую очередь для обогрева помещений. Они рециркулируют воздух здания через солнечную воздушную панель, где воздух нагревается, а затем направляется обратно в здание. Эти системы солнечного обогрева требуют, по крайней мере, двух проникновений в здание и работают только тогда, когда воздух в солнечном коллекторе теплее, чем температура в помещении. Большинство застекленных коллекционеров используются в жилом секторе.

Неглазурованные солнечные коллекторы в основном используются для предварительного нагрева вентиляционного воздуха в коммерческих, промышленных и институциональных зданиях с высокой вентиляционной нагрузкой. Они превращают стены или секции стен в недорогие, высокопроизводительные, неглазурованные солнечные коллекторы. Также называемые «экранированные солнечные панели» или «солнечная стена», они используют окрашенный перфорированный металлический солнечный поглотитель тепла, который также служит наружной поверхностью стены здания. Передача тепла в воздух происходит на поверхности абсорбера через поглотитель металла и за абсорбером. Пограничный слой солнечного нагретого воздуха втягивается в ближайшую перфорацию до того, как тепло может выйти из-за конвекции к наружному воздуху. Затем нагретый воздух выводится из-за пластины поглотителя в систему вентиляции здания.

Стена Тромбе представляет собой пассивную систему солнечного нагрева и вентиляции, состоящую из воздушного канала, зажатого между окном и солнечной тепловой массой. Во время цикла вентиляции солнечный свет сохраняет тепло в тепловой массе и нагревает воздушный канал, вызывая циркуляцию через вентиляционные отверстия сверху и снизу стены. Во время цикла нагрева стена Тромбе излучает накопленное тепло.

Солнечные крышные бассейны представляют собой уникальные системы солнечного нагрева и охлаждения, разработанные Гарольдом Хэем в 1960-х годах. Базовая система состоит из крытого водяного пузыря с подвижным изоляционным покрытием. Эта система может контролировать теплообмен между внутренней и внешней средой путем покрытия и раскрытия мочевого пузыря между днем ​​и ночью. Когда нагревание вызывает беспокойство, пузырь раскрывается в течение дня, позволяя солнечному свету нагревать водяной пузырь и хранить тепло для вечернего использования. Когда охлаждение вызывает беспокойство, крытый пузырь тянет тепло от внутреннего пространства здания днем ​​и ночью обнаруживается, чтобы излучать тепло в более прохладную атмосферу. Дом Skytherm в Атаскадеро, штат Калифорния, использует прототип кровельного пруда для отопления и охлаждения.

Солнечное пространство с солнечными коллекторами тепла более популярно в США и Канаде, чем отопление солнечными коллекторами, поскольку в большинстве зданий уже есть система вентиляции для отопления и охлаждения. Два основных типа солнечных панелей воздуха застеклены и неглазурованы.

Из 21 000 000 квадратных футов (2 000 000 м2) солнечных тепловых коллекционеров, произведенных в Соединенных Штатах в 2007 году, 16 000 000 квадратных футов (1500 000 м2) были низкотемпературного сорта. Низкотемпературные коллекторы обычно устанавливаются для нагрева бассейнов, хотя их также можно использовать для обогрева помещений. Коллекторы могут использовать воздух или воду в качестве среды для передачи тепла в пункт назначения.

Хранение тепла в низкотемпературных солнечных тепловых системах
Межсезонное хранение. Солнечное тепло (или тепло из других источников) может эффективно храниться между противостоящими сезонами в водоносных горизонтах, подземных геологических пластах, крупных специально построенных ямах и больших резервуарах, которые изолированы и покрыты землей.

Краткосрочное хранение. Тепловые материалы хранят солнечную энергию в течение дня и выделяют эту энергию в течение более прохладных периодов. Общие тепловые материалы включают камень, бетон и воду. Доля и размещение тепловой массы должны учитывать несколько факторов, таких как климат, дневной свет и условия затенения. При правильной установке тепловая масса может пассивно поддерживать комфортные температуры при одновременном снижении потребления энергии.

Солнечное охлаждение
Во всем мире к 2011 году было около 750 систем охлаждения с солнечными тепловыми насосами, а ежегодный рост рынка составлял 40-70% за предыдущие семь лет. Это нишевой рынок, потому что экономика сложна, а годовое количество часов охлаждения является ограничивающим фактором. Соответственно, ежегодные часы охлаждения составляют примерно 1000 в Средиземном море, 2500 в Юго-Восточной Азии и только 50-200 в Центральной Европе. Тем не менее, затраты на строительство системы снизились примерно на 50% в период с 2007 по 2011 год. Целевые группы по солнечному нагреву и охлаждению (МЭА) Международного энергетического агентства (МЭА), работающие над дальнейшей разработкой соответствующих технологий.

Солнечная тепловая вентиляция
Солнечная дымовая труба (или тепловая дымовая труба) представляет собой пассивную систему солнечной вентиляции, состоящую из полого тепловой массы, соединяющей внутреннюю и внешнюю часть здания. Когда дымоход нагревается, воздух внутри нагревается, что вызывает восходящий поток, который тянет воздух через здание. Эти системы использовались с римских времен и остаются распространенными на Ближнем Востоке.

Технологическое тепло
Солнечные технологические системы отопления предназначены для обеспечения большого количества горячей воды или обогрева помещений для нежилых зданий.

Испарительные пруды представляют собой мелкие водоемы, которые концентрируют растворенные твердые вещества в результате испарения. Использование испарительных прудов для получения соли из морской воды является одним из старейших применений солнечной энергии. Современное использование включает концентрацию растворов соляного раствора, используемых в добыче выщелачивания, и удаление растворенных твердых веществ из потоков отходов. В целом, испарительные пруды представляют собой одно из крупнейших коммерческих применений солнечной энергии, используемых сегодня.

Неглазурованные прозрачные коллекторы представляют собой перфорированные стены, обращенные к солнцу, используемые для предварительного нагрева вентиляционного воздуха. Трансформированные коллекторы также могут монтироваться на крыше для круглогодичного использования и могут повышать температуру поступающего воздуха до 22 ° C и обеспечивать температуру на выходе 45-60 ° C. Короткий срок окупаемости опытных коллекционеров (от 3 до 12 лет) делает их более рентабельной альтернативой для остекленных систем сбора. По состоянию на 2015 год во всем мире было установлено более 4000 систем с общей площадью коллектора 500 000 м2. Представители включают сборщик 860 м2 в Коста-Рике, используемый для сушки кофейных зерен, и сборщик 1300 м2 в Коимбаторе, Индия, используемый для сушки бархатцев.

Завод по переработке пищевых продуктов в Модесто, Калифорния, использует параболические желоба для производства пара, используемого в производственном процессе. Предполагается, что площадь коллектора площадью 5000 м2 составит 15 TJ в год.

Среднетемпературные коллекторы
Эти коллекторы могут использоваться для производства примерно 50% и более горячей воды, необходимой для жилого и коммерческого использования в Соединенных Штатах. В Соединенных Штатах типичная система стоит 4000-6000 долл. США (1400 долл. США до 2200 долл. США на оптоволокно), а 30% системы соответствует федеральному налоговому кредиту + дополнительный государственный кредит существует примерно в половине государств. Труд для простой системы с открытым контуром в южном климате может занять 3-5 часов для установки и 4-6 часов в северных районах. Северная система требует больше площади коллектора и более сложной сантехники, чтобы защитить сборщик от замерзания. Благодаря этому стимулу срок окупаемости типичного домашнего хозяйства составляет от четырех до девяти лет, в зависимости от состояния. Аналогичные субсидии существуют в некоторых частях Европы. Экипаж одного солнечного водопроводчика и двух помощников с минимальным обучением может установить систему в день. Термосифонная установка имеет незначительные эксплуатационные расходы (расходы растут, если антифриз и сетевая мощность используются для обращения), а в США сокращает эксплуатационные расходы домашних хозяйств на 6 долл. США на человека в месяц. Солнечное водонагревание может снизить выбросы CO2 в семействе из четырех на 1 тонну в год (при замене природного газа) или 3 тонны в год (при замене электричества). В установках средней температуры может использоваться любая из нескольких конструкций: общие конструкции — герметичный гликоль, дренаж, системы периодического действия и более новые системы, устойчивые к замораживанию под низким давлением, с использованием полимерных труб, содержащих воду с фотогальванической накачкой. Европейские и международные стандарты пересматриваются для учета инноваций в проектировании и эксплуатации коллекторов с низкой температурой. Эксплуатационные инновации включают в себя операцию «постоянно смачиваемый коллектор». Это новшество уменьшает или даже устраняет возникновение неточечных высокотемпературных напряжений, называемых застойными, что в противном случае снизило бы продолжительность жизни коллекционеров.

Солнечная сушка
Солнечная тепловая энергия может быть полезна для сушки древесины для строительства и использования древесных топлив, таких как древесная щепа для сжигания. Solar также используется для пищевых продуктов, таких как фрукты, зерно и рыба. Высушивание сельскохозяйственных культур солнечными средствами является экологически чистым, а также экономически эффективным и улучшает качество. Чем меньше денег требуется, чтобы сделать продукт, тем меньше он может быть продан, радуя как покупателей, так и продавцов. Технологии солнечной сушки включают сверхнизкие затраты на перекачку пластинчатых воздухосборников на основе черных тканей. Солнечная тепловая энергия полезна в процессе сушки продуктов, таких как древесная щепа и другие виды биомассы, путем повышения температуры, позволяя воздуху проходить и избавляться от влаги.

Готовка
Солнечные плиты используют солнечный свет для приготовления, сушки и пастеризации. Солнечная готовка компенсирует расходы на топливо, снижает спрос на топливо или дрова и улучшает качество воздуха за счет уменьшения или удаления источника дыма.

Самый простой тип солнечной плиты — это кухонная плита, впервые построенная Горасом де Соссюром в 1767 году. Базовая кухонная плита состоит из изолированного контейнера с прозрачной крышкой. Эти плиты могут эффективно использоваться с частично пасмурным небом и обычно достигают температур 50-100 ° C.

Концентрирующие солнечные плиты используют отражатели для концентрирования солнечной энергии на кухонной таре. Наиболее распространенными геометриями отражателей являются плоская пластина, диск и параболический тип желоба. Эти конструкции готовятся быстрее и при более высоких температурах (до 350 ° C), но требуют прямого света для правильной работы.

Солнечная кухня в Ауровиле, Индия, использует уникальную концентрационную технологию, известную как солнечная чаша. В отличие от обычных отражающих отражателей / стационарных приемных систем, солнечная чаша использует фиксированный сферический отражатель с приемником, который отслеживает фокус света, когда Солнце перемещается по небу. Приемник солнечной чаши достигает температуры 150 ° C, которая используется для производства пара, который помогает готовить 2000 ежедневных блюд.

Многие другие солнечные кухни в Индии используют еще одну уникальную технологию концентрирования, известную как отражатель Шеффлера. Эта технология была впервые разработана Вольфганом Шеффлером в 1986 году. Отражатель Шеффлера представляет собой параболическое блюдо, которое использует одноосевое отслеживание, чтобы следить за ежедневным курсом Солнца. Эти отражатели имеют гибкую отражающую поверхность, способную изменять ее кривизну, чтобы приспособиться к сезонным изменениям угла падения солнечного света. Отражатели Шеффлера имеют то преимущество, что имеют фиксированную фокальную точку, что улучшает легкость приготовления и способно достигать температур 450-650 ° C. Построенный в 1999 году компанией Brahma Kumaris, крупнейшей в мире системой отражателей Scheffler на Абу-Роуд, Индия раджастан способна готовить до 35 000 блюд в день. К началу 2008 года более 2000 больших кухонных конструкций Scheffler были построены по всему миру.

дистилляция
Солнечные кадры могут использоваться для приготовления питьевой воды в районах, где чистая вода не является обычной. Солнечная дистилляция необходима в этих ситуациях для обеспечения людей очищенной водой. Солнечная энергия нагревает воду в неподвижном состоянии. Затем вода испаряется и конденсируется на дне покрывающего стекла.

Высокотемпературные коллекторы
Там, где температуры ниже примерно 95 ° C, достаточно, так как для обогрева помещений обычно используются плоские коллекторы неконцентрирующего типа. Из-за относительно высоких потерь тепла через остекление плоские пластинчатые коллекторы не достигнут температур намного выше 200 ° C, даже когда жидкость для теплопередачи застаивается. Такие температуры слишком низки для эффективного преобразования в электричество.

Эффективность тепловых двигателей возрастает с температурой источника тепла. Для достижения этого в солнечных тепловых энергетических установках солнечная радиация концентрируется зеркалами или линзами для получения более высоких температур — метода под названием «Концентрированная солнечная энергия» (CSP). Практический эффект высокой эффективности заключается в уменьшении размера коллектора завода и общего землепользования на единицу электроэнергии, что снижает экологические последствия использования электростанции, а также ее расходы.

По мере повышения температуры различные формы превращения становятся практичными. До 600 ° C паровые турбины, стандартная технология, имеют КПД до 41%. Более 600 ° C газовые турбины могут быть более эффективными. Более высокие температуры являются проблематичными, потому что необходимы разные материалы и методы. Одно предложение для очень высоких температур заключается в использовании жидких фторидных солей, работающих от 700 до 800 ° С, с использованием многоступенчатых турбинных систем для достижения 50% или более тепловой эффективности. Более высокие рабочие температуры позволяют установке использовать тепловые теплоносители с более высокой температурой для ее тепловых выхлопов, что снижает использование воды в заводе, что является критическим в пустынях, где применяются большие солнечные установки. Высокие температуры также повышают эффективность хранения тепла, поскольку на единицу жидкости хранится больше ватт-часов.

В 1980-х годах были впервые разработаны коммерческие установки для солнечной тепловой энергии (CSP). Крупнейшими в мире солнечными тепловыми электростанциями в настоящее время являются солнечная энергетическая установка Ivanpah мощностью 370 МВт, введенная в эксплуатацию в 2014 году, и установка SEGS CSP мощностью 354 МВт, расположенная в пустыне Мохаве в Калифорнии, где также реализовано несколько других солнечных проектов. За исключением солнечной электростанции Shams, построенной в 2013 году вблизи Абу-Даби, Объединенные Арабские Эмираты, все остальные 100 МВт или более крупные установки CSP расположены либо в Соединенных Штатах, либо в Испании.

Основным преимуществом CSP является способность эффективно добавлять тепловое хранилище, позволяя отправлять электроэнергию до 24-часового периода. Поскольку пик спроса на электроэнергию обычно происходит примерно между 4 и 8 часами, многие электростанции CSP используют от 3 до 5 часов хранения тепла. В современных технологиях хранение тепла намного дешевле и эффективнее, чем хранение электроэнергии. Таким образом, завод CSP может производить электричество день и ночь. Если сайт CSP имеет предсказуемую солнечную радиацию, то завод CSP станет надежной электростанцией. Надежность также может быть улучшена путем установки резервной системы сжигания. Резервная система может использовать большую часть установки CSP, что снижает стоимость резервной системы.

В объектах CSP используются материалы с высокой электропроводностью, такие как медь, в полевых силовых кабелях, заземляющих сетях и двигателях для отслеживания и перекачки жидкостей, а также в основном генераторе и высоковольтных трансформаторах.

С надежностью, неиспользованной пустыней, отсутствием загрязнения и отсутствием затрат на топливо препятствиями для большого развертывания для CSP являются стоимость, эстетика, землепользование и аналогичные факторы для необходимых соединительных линий высокого напряжения. Хотя для удовлетворения мирового спроса на электроэнергию требуется лишь небольшой процент пустыни, все же большая площадь должна быть покрыта зеркалами или линзами для получения значительного количества энергии. Важным способом снижения стоимости является использование простой конструкции.

При рассмотрении воздействия землепользования, связанного с разведкой и добычей, на транспортировку и конверсию ископаемых видов топлива, которые используются для большей части нашей электроэнергии, солнечная энергия по шкале полезной нагрузки сравнивается как один из наиболее доступных в мире энергоресурсов:

Федеральное правительство выделило почти в 2000 раз больше площади для аренды нефти и газа, чем для солнечного развития. В 2010 году Бюро по управлению земельными ресурсами утвердило девять крупных солнечных проектов общей мощностью 3682 мегаватт, что составляет около 40 000 акров. Напротив, в 2010 году Бюро по управлению земельными ресурсами обработало более 5200 заявок на аренду газа и нефти и выпустило 1308 договоров аренды на общую сумму 3,2 млн. Акров. В настоящее время 38,2 млн. Акров наземных государственных земель и дополнительные 36,9 млн. Акров морской разведки в Мексиканском заливе находятся в аренде для разработки и разведки нефти и газа, разведки и добычи.

Проектирование систем
В течение дня солнце имеет разные позиции. Для систем с низкой концентрацией (и низких температур) отслеживание можно избежать (или ограничить несколькими положениями в год), если используется неизображающая оптика. Однако для более высоких концентраций, если зеркала или линзы не перемещаются, изменяется фокус зеркал или линз (но также и в этих случаях неизолирующая оптика обеспечивает самые широкие углы восприятия для данной концентрации). Поэтому представляется неизбежным, что должна существовать система слежения, которая следует за положением солнца (для солнечной фотогальваники солнечный трекер является необязательным). Система отслеживания увеличивает стоимость и сложность. Имея это в виду, различные конструкции можно различить в том, как они концентрируют свет и отслеживают положение солнца.

Параболические корыта
На параболических электростанциях используется изогнутый зеркальный желоб, который отражает прямое солнечное излучение на стеклянную трубку, содержащую жидкость (также называемую приемником, поглотителем или коллектором), проходящую по длине желоба, расположенную в фокальной точке отражателей. Полюс параболический вдоль одной оси и линейный по ортогональной оси. Для изменения суточного положения солнца, перпендикулярного приемнику, корыто наклоняется на восток на запад, так что прямое излучение остается сосредоточенным на приемнике. Однако сезонные изменения угла солнечного света, параллельные корыту, не требуют регулировки зеркал, поскольку свет просто сосредоточен в другом месте на приемнике. Таким образом, конструкция корыта не требует отслеживания на второй оси. Приемник может быть заключен в стеклянную вакуумную камеру. Вакуум значительно снижает конвективные потери тепла.

Жидкость (также называемая теплоносителем) проходит через приемник и становится очень горячей. Обычными жидкостями являются синтетическое масло, расплавленная соль и водяной пар под давлением. Жидкость, содержащая тепло, транспортируется в тепловой двигатель, где около трети тепла преобразуется в электричество.

Полномасштабные системы параболического желоба состоят из многих таких желобов, выложенных параллельно на большой площади суши. С 1985 года солнечная тепловая система, использующая этот принцип, полностью работает в Калифорнии в Соединенных Штатах. Он называется системой солнечной энергии (SEGS). Другие конструкции CSP не имеют такого долгого опыта, и поэтому в настоящее время можно сказать, что дизайн параболического желоба является наиболее проверенной технологией CSP.

SEGS — это коллекция из девяти установок общей мощностью 354 МВт и уже много лет является крупнейшей в мире солнечной электростанцией, как тепловой, так и нетепловой. Новый завод — завод Nevada Solar One мощностью 64 МВт. Солнечные электростанции Andasol мощностью 150 МВт находятся в Испании, каждый из которых имеет мощность 50 МВт. Обратите внимание, однако, что эти установки имеют хранилище тепла, которое требует большего поля солнечных коллекторов относительно размера паротурбинного генератора для хранения тепла и отправки тепла в паровую турбину в одно и то же время. Хранение тепла позволяет лучше использовать паровую турбину. С днем ​​и ночью работа паровой турбины Andasol 1 с максимальной мощностью 50 МВт вырабатывает больше энергии, чем Nevada Solar One с пиковой мощностью 64 МВт, благодаря системе хранения тепловой энергии бывшего завода и более крупному солнечному полю. 280MW Solana Generating Station вышла в интернет в Аризоне в 2013 году с 6 часами хранения энергии. Интегрированная солнечная комбинированная электростанция Hassi R’Mel в Алжире и Центр солнечной энергии Martin Next Generation используют параболические желоба в комбинированном цикле с природным газом.

Закрытый желоб
Архитектура закрытого желоба инкапсулирует солнечную тепловую систему в тепличной, как теплица. Стеклянная камера создает защищенную среду для противодействия элементам, которые могут негативно повлиять на надежность и эффективность солнечной тепловой системы.

Легкие изогнутые солнечно-отражающие зеркала подвешены внутри структуры теплицы. Одноосевая система слежения позиционирует зеркала для отслеживания солнца и фокусирует свой свет на сети стационарных стальных труб, также подвешенных к структуре теплицы. Пар генерируется напрямую, используя воду с качеством масла, так как вода течет из впускного отверстия по всей длине труб без теплообменников или промежуточных рабочих жидкостей.

Полученный пар затем подается непосредственно в существующую сеть распределения пара, где пар непрерывно инжектируется глубоко в масляный резервуар. Укрытие зеркал от ветра позволяет им достичь более высоких температурных скоростей и предотвращает образование пыли в результате воздействия влажности. GlassPoint Solar, компания, которая создала проект Enclosed Trough, заявляет, что его технология может вырабатывать тепло для EOR примерно за 5 долларов США за миллион британских тепловых единиц в солнечных регионах, по сравнению с 10 и 12 долларов США для других традиционных солнечных тепловых технологий.

Система закрытого желоба GlassPoint была использована на объекте Miraah в Омане, и недавно был анонсирован новый проект для того, чтобы компания внедрила свою замкнутую технологию пробки на Южно-Черничное нефтяное месторождение, недалеко от Бейкерсфилда, штат Калифорния.

Конструкции энергоблоков
Башни власти (также известные как «центральные башни» или электростанции «гелиостат») захватывают и фокусируют солнечную тепловую энергию с тысячами следящих зеркал (называемых гелиостатами) примерно в двух квадратных милях. Башня находится в центре поля гелиостата. Гелиостаты фокусируют солнечный свет на приемнике, который сидит на вершине башни. Внутри приемника концентрированный солнечный свет нагревает расплавленную соль до температуры более 1000 ° F (538 ° C). Затем нагретая расплавленная соль поступает в резервуар для хранения тепла, где он хранится, выдерживая термический КПД на 98% и в конечном итоге закачивается в парогенератор. Пар управляет стандартной турбиной для выработки электроэнергии. Этот процесс, также известный как «цикл Ренкина», похож на стандартную угольную электростанцию, за исключением того, что она питается чистой и свободной солнечной энергией.

Преимущество этой конструкции над параболическим контуром конструкции — более высокая температура. Тепловая энергия при более высоких температурах может быть преобразована в электричество более эффективно и может быть дешевле храниться для последующего использования. Кроме того, меньше необходимости сглаживать земельный участок. В принципе, башня власти может быть построена на стороне холма. Зеркала могут быть плоскими, а сантехника сосредоточена в башне. Недостатком является то, что каждое зеркало должно иметь свое собственное управление с двумя осями, в то время как в параболическом дизайне корыта одноосное отслеживание может использоваться для большого массива зеркал.

Сравнение затрат и производительности между башней мощности и параболическими концентраторами было сделано НРЭЛ, согласно которому к 2020 году электричество могло быть произведено от силовых вышек на 5,47 ¢ / кВтч и 6,21 ¢ / кВтч от параболических желобов. По оценкам, коэффициент мощности для энергетических башен составил 72,9% и 56,2% для параболических желобов. Есть надежда, что развитие дешевых, долговечных, массовых производственных компонентов гелиостата может привести к снижению этой стоимости.

Первой коммерческой башней была PS10 в Испании мощностью 11 МВт, завершена в 2007 году. С тех пор было предложено несколько заводов, некоторые из них были построены в ряде стран (Испания, Германия, США, Турция, Китай , Индия), но несколько предлагаемых заводов были отменены по мере того, как цены на фотогальванические солнечные батареи резко упали. Ожидается, что солнечная энергетическая башня появится в Южной Африке в 2014 году. Ivanpah Solar Power Facility в Калифорнии производит 392 МВт электричества с трех башен, что делает его крупнейшим заводом солнечной энергии, когда он появился в сети в конце 2013 года.

Дизайн блюд
Известно, что CSP-Стирлинг обладает наивысшей эффективностью всех солнечных технологий (около 30% по сравнению с солнечной фотогальваникой примерно на 15%) и, как ожидается, сможет производить самую дешевую энергию среди всех возобновляемых источников энергии в крупномасштабном производстве и горячие зоны, полупустыни и т. д. В системе Стирлинга используется большое отражательное параболическое блюдо (похожее по форме на сателлитное телевизионное блюдо). Он фокусирует весь солнечный свет, который ударяет блюдо вверх на одну точку над блюдом, где приемник захватывает тепло и превращает его в полезную форму. Обычно блюдо сочетается с двигателем Стирлинга в системе Dish-Stirling, но иногда используется паровой двигатель. Они создают вращательную кинетическую энергию, которая может быть преобразована в электричество с использованием электрического генератора.

В 2005 году Южная Калифорния Эдисон объявила о соглашении о покупке солнечных двигателей Стирлинга от Stirling Energy Systems в течение двадцати лет и в количествах (20 000 единиц), достаточных для производства 500 мегаватт электроэнергии. В январе 2010 года Stirling Energy Systems и Tessera Solar заказали первую демонстрационную силовую установку мощностью 1,5 мегаватта («Maricopa Solar») с использованием технологии Стирлинга в Пеории, штат Аризона. В начале 2011 года подразделение по развитию Стирлинга Энергии Tessera Solar продало два своих крупных проекта: Имперский проект 709 МВт и проект Calico 850 MW для AES Solar и K.Road соответственно. В 2012 году завод «Марикопа» был куплен и демонтирован компанией United Sun Systems. United Sun Systems выпустила систему нового поколения, основанную на V-образном двигателе Стирлинга и пиковой производительности 33 кВт. Новая технология CSP-Stirling снижает LCOE до 0,02 доллара США в масштабе полезности.

По словам его разработчика, шведская фирма Rispasso Energy, в 2015 году, ее система Dish Sterling, протестированная в пустыне Калахари в Южной Африке, показала эффективность на 34%.

Технологии Френеля
Линейная рефлекторная электростанция Френеля использует серию длинных, узких, неглубоких криволинейных (или даже плоских) зеркал для фокусировки света на один или несколько линейных приемников, расположенных над зеркалами. В верхней части приемника может быть прикреплено небольшое параболическое зеркало для дальнейшей фокусировки света. Эти системы стремятся обеспечить более низкие общие затраты за счет совместного использования приемника между несколькими зеркалами (по сравнению с концепциями корыта и посуды), но при этом используют простую геометрию линии с одной осью для отслеживания. Это похоже на дизайн желоба (и отличается от центральных башен и посуды с двойной осью). Приемник неподвижен и, следовательно, не требуется соединение жидкости (как в желобах и посудах). Зеркалам также не нужно поддерживать приемник, поэтому они структурно проще. Когда используются подходящие стратегии прицеливания (зеркала, предназначенные для разных приемников в разное время суток), это может позволить более плотную упаковку зеркал на доступной площади суши.

Технологии одноосного отслеживания конкурирующих технологий включают относительно новые линейные технологии рефлектора Френеля (LFR) и компактного LFR (CLFR). LFR отличается от скорости параболического желоба тем, что поглотитель закреплен в пространстве над зеркальным полем. Кроме того, отражатель состоит из множества сегментов с малыми рядами, которые совместно фокусируются на приподнятом длинном приемнике башни, проходящем параллельно оси вращения отражателя.

Для сбора тепловой энергии Международными автоматизированными системами были разработаны прототипы концентраторов линз Френеля.Известно, что полномасштабные тепловые системы с использованием линз Френеля не работает, хотя продукты, содержащие линзы Френеля в комплекте с фотогальваническими клетками, уже доступны.

MicroCSP
MicroCSP используется для электростанций на уровне сообщества (от 1 МВт до 50 МВт), для промышленных, сельскохозяйственных и производственных процессов «технологического тепла», а также при большом количестве горячей воды, таких как курортные бассейны, аквапарки, крупные прачечная, стерилизация, дистилляция и другие подобные применения.

Закрытый параболический желоб
Закрытая параболическая солнечная тепловая система включает компоненты в готовом тепличном теплице. Стеклянная камера защищает компоненты от элементов, которые могут негативно влиять на надежность и эффективность системы. Эта защита важна для ночной мойки стеклянной крыши с оптимизированными водосберегающими готовыми автоматическими стиральными системами. Легкие изогнутые солнечно-отражающие зеркала подвешены к потолку из теплицы по проводам. Одноосевая система слежения позиционирует зеркала для получения оптимального количества солнечного света. Зеркала концентрируют солнечный свет и фокусируют его на сети стационарных стальных труб, также подвешенных к структуре теплицы. Вода прокачивается через трубы и отваривается для получения пара при приложении интенсивного солнечного излучения.Пар доступен для технологического тепла.Укрытие зеркал от ветра позволяет добиться более высоких температурных скоростей и предотвращает образование пыли на зеркалах в результате воздействия влажности.