Tipus de centrals solars: torre, disc, concentrador parabòlic-cilíndric, solar-buit, combinat
Per convertir l'energia de la radiació solar o, en altres paraules, calor solar i llum, en energia elèctrica, durant molts anys molts països d'arreu del món han estat utilitzant plantes d'energia solar. Es tracta d'estructures d'enginyeria amb un disseny diferent, que treballen amb diferents principis, segons el tipus de central elèctrica.
Si algú, escoltant la combinació "central solar", s'imagina una enorme superfície coberta de plaques solars, això no és d'estranyar, perquè aquest tipus de centrals, anomenades fotovoltaiques, són molt populars avui dia en moltes llars. Però aquest no és l'únic tipus de central d'energia solar.
Totes les centrals solars conegudes avui dia que produeixen electricitat a escala industrial es divideixen en sis tipus: de torre, de plaques, fotovoltaiques, concentradores parabòliques-cilíndriques, solar-buit i combinades.Fem una ullada detallada a cada tipus de central d'energia solar i prestem atenció a les estructures específiques de diferents països del món.
Centrals elèctriques de torre
Planta d'energia solar: una planta d'energia solar en la qual la radiació d'un sistema de concentració òptic format per un camp d'heliòstats es dirigeix a un receptor solar muntat en una torre.
Les centrals elèctriques de torre es basaven originàriament en el principi de l'evaporació de l'aigua sota la influència de la radiació solar. Aquí s'utilitza vapor d'aigua com a fluid de treball. Situada al centre d'aquesta estació, la torre té un dipòsit d'aigua a la part superior pintat de negre per absorbir millor tant la radiació visible com la calor. A més, la torre disposa d'un grup de bombes la funció del qual és subministrar aigua a l'embassament. El vapor, la temperatura del qual supera els 500 ° C, fa girar un generador de turbina situat al territori de l'estació.
Per tal de concentrar la màxima quantitat possible de radiació solar a la part superior de la torre, al seu voltant s'instal·len centenars d'heliòstats, la funció dels quals és dirigir la radiació solar reflectida directament al recipient d'aigua. Els heliòstats són miralls, l'àrea de cadascun dels quals pot arribar a desenes de metres quadrats.
Heliòstat [heliòstat] — Element de mirall pla o d'enfocament d'un sistema de concentració òptic que té un dispositiu d'orientació individual per dirigir la radiació solar directa reflectida a un receptor de radiació solar.
Muntats sobre suports equipats amb un sistema d'enfocament automàtic, tots els heliòstats dirigeixen la radiació solar reflectida directament a la part superior de la torre, al dipòsit, ja que el posicionament funciona segons el moviment del sol durant el dia.
El dia més calorós, la temperatura del vapor produït pot pujar fins als 700 °C, la qual cosa és més que suficient per al funcionament normal de la turbina.
Per exemple, a Israel, al territori del desert del Nèguev, a finals de 2017, s'acabarà la construcció d'una central elèctrica amb una torre amb una potència de més de 121 MW. L'alçada de la torre serà de 240 metres. (la torre solar més alta del món en el moment de la construcció). , i al seu voltant hi haurà un pis de centenars de milers d'heliòstats que es posicionaran mitjançant control Wi-Fi. La temperatura del vapor del dipòsit arribarà als 540 ° C. El projecte de 773 milions de dòlars cobrirà l'1% de les necessitats d'electricitat d'Israel.
L'aigua no és l'únic que es pot escalfar per radiació solar a la torre. Per exemple, a Espanya, l'any 2011 es va posar en funcionament la central solar de la torre Gemasolar, en la qual s'escalfa un refrigerant de sal. Aquesta solució va permetre escalfar fins i tot a la nit.
La sal, escalfada a 565 ° C, entra en un dipòsit especial, després del qual transmet calor al generador de vapor, que fa girar la turbina. Tot el sistema té una potència nominal de 19,9 MW i és capaç de subministrar 110 GWh d'electricitat (mitjana anual) per alimentar una xarxa de 27.500 llars que funcionen a ple rendiment les 24 hores del dia durant 9 mesos.
Centrals elèctriques de lot
En principi, les centrals elèctriques d'aquest tipus són semblants a les centrals de torre, però són estructuralment diferents. Utilitza mòduls separats, cadascun dels quals genera electricitat. El mòdul inclou tant un reflector com un receptor. Sobre el suport es munta un conjunt parabòlic de miralls que formen un reflector.
Mirror Amplifier: un concentrador de radiació solar amb un recobriment de mirall.Concentrador de facetes especulars — Un concentrador especular de radiació solar que consisteix en miralls individuals de forma plana o corba que formen una superfície reflectant comuna.
El receptor es troba al focus del paraboloide. El reflector consta de desenes de miralls, cadascun personalitzat individualment. El receptor pot ser un motor Stirling combinat amb un generador, o un dipòsit d'aigua que es converteix en vapor, i el vapor fa girar la turbina.
Per exemple, el 2015, Ripasso, Suècia, va provar una unitat helotèrmica parabòlica amb un motor Stirling a Sud-àfrica. El reflector de la instal·lació és un mirall parabòlic format per 96 parts i una superfície total de 104 metres quadrats.
El focus es va centrar en un motor d'hidrogen Stirling equipat amb un volant i connectat a un generador. El plat girava lentament per seguir el sol durant el dia. Com a resultat, el factor d'eficiència va ser del 34%, i cadascuna d'aquestes "plaques" va poder proporcionar a l'usuari 85 MWh d'electricitat per any.
Per ser justos, observem que al focus de la "placa" d'una central d'energia solar d'aquest tipus es pot localitzar un recipient d'oli, la calor del qual es pot transferir al generador de vapor, que, al seu torn, fa girar el turbina del generador elèctric.
Centrals solars de tubs parabòlics
Aquí de nou el medi de calefacció s'escalfa per radiació reflectida concentrada. El mirall té forma de cilindre parabòlic de fins a 50 metres de llarg, situat en direcció nord-sud i gira seguint el moviment del sol. Al focus del mirall hi ha un tub fix al llarg del qual es mou l'agent refrigerant líquid.Un cop el refrigerant està prou calent, la calor es transfereix a l'aigua de l'intercanviador de calor, on el vapor torna a fer girar el generador.
Concentrador de corredor parabòlic: concentrador mirall de radiació solar, la forma del qual està formada per una paràbola que es mou paral·lelament a ella mateixa.
A la dècada de 1980 a Califòrnia, Luz International va construir 9 centrals d'aquest tipus, amb una capacitat total de 354 MW. No obstant això, després de diversos anys de pràctica, els experts han arribat a la conclusió que avui dia les centrals elèctriques parabòliques són inferiors tant en rendibilitat com en eficiència a les centrals solars de torre i placa.
Tanmateix, l'any 2016 es va descobrir una central elèctrica al desert del Sàhara prop de Casablanca. concentradors solars, amb una potència de 500 MW. Mig milió de miralls de 12 metres escalfen el refrigerant a 393 ° C per convertir l'aigua en vapor per fer girar les turbines del generador. A la nit, l'energia tèrmica continua funcionant emmagatzemada en sal fosa. D'aquesta manera, l'estat del Marroc té previst resoldre progressivament el problema d'una font d'energia respectuosa amb el medi ambient.
Centrals fotovoltaiques
Estacions basades en mòduls fotovoltaics, plaques solars. Són molt populars i estès al món modern. Els mòduls basats en cèl·lules de silici s'utilitzen àmpliament per alimentar llocs petits, com ara sanatoris, vil·les privades i altres edificis, on una estació amb la potència necessària s'assembla a partir de peces separades i s'instal·la al terrat o en una parcel·la d'una àrea adequada. Les centrals fotovoltaiques industrials són capaces de subministrar electricitat a les petites ciutats.
Planta d'energia solar (SES) [central d'energia solar] — Una planta d'energia dissenyada per convertir l'energia de la radiació solar en electricitat.
Per exemple, a Rússia, el 2015 es va posar en marxa la central fotovoltaica més gran del país. La central solar "Alexander Vlazhnev", que consta de 100.000 plaques solars, amb una capacitat total de 25 MW, es troba en una àrea de 80 hectàrees entre les ciutats d'Orsk i Gai. La capacitat de l'estació és suficient per subministrar electricitat a la meitat de la ciutat d'Orsk, inclosos els edificis comercials i residencials.
El principi de funcionament d'aquestes estacions és senzill. L'energia dels fotons de llum es converteix en corrent en una hòstia de silici; l'efecte fotoelèctric intrínsec d'aquest semiconductor ha estat estudiat i acceptat durant molt de temps pels fabricants de cèl·lules solars. Però el silici cristal·lí, que dóna una eficiència del 24%, no és l'única opció. La tecnologia millora constantment. Així, el 2013, els enginyers de Sharp van aconseguir un 44,4% d'eficiència a partir d'un element d'arsenur d'indi-galli i l'ús de lents d'enfocament permet aconseguir el 46%.
Centrals solars de buit
Estacions solars de tipus absolutament ecològic. En principi, s'utilitza el flux d'aire natural, que es produeix a causa de la diferència de temperatura (l'aire de la superfície de la terra s'escalfa i es precipita cap amunt). L'any 1929, aquesta idea va ser patentada a França.
S'està construint un hivernacle, que és un tros de terra cobert de vidre. Del centre de l'hivernacle sobresurt una torre, una canonada alta on hi ha muntada una turbina generadora. El sol escalfa l'hivernacle i l'aire que puja per la canonada fa girar la turbina.El corrent es manté constant mentre el sol escalfa l'aire en un volum de vidre tancat i fins i tot de nit mentre la superfície de la terra retingui la calor.
Una estació experimental d'aquest tipus es va construir l'any 1982, a 150 quilòmetres al sud de Madrid, a Espanya. L'hivernacle feia 244 metres de diàmetre i la canonada feia 195 metres d'alçada. La potència màxima desenvolupada és de només 50 kW. Tanmateix, la turbina va funcionar durant 8 anys fins que va fallar a causa de l'òxid i els forts vents. L'any 2010, la Xina va completar la construcció d'una estació solar de buit que podia proporcionar 200 kW. Ocupa una superfície de 277 hectàrees.
Centrals solars combinades
Són les estacions on les comunicacions d'aigua calenta i calefacció es connecten als intercanviadors de calor, en general escalfen aigua per a diverses necessitats. Les estacions combinades també inclouen solucions combinades quan els concentradors funcionen en paral·lel amb les plaques solars. Les centrals solars combinades solen ser l'única solució per al subministrament d'energia alternativa i la calefacció de cases particulars.