רכזי שמש

בעיקרון, רכזי שמש שונים מאוד ממירים פוטו-וולטאיים... בנוסף, תחנות כוח סולאריות מסוג תרמי יעילות הרבה יותר מפוטו-וולטאיות בשל מספר מאפיינים.

המשימה של רכז השמש היא למקד את קרני השמש אל מיכל של נוזל קירור, שיכול להיות למשל שמן או מים, הטובים בקליטת אנרגיית השמש. שיטות הריכוז שונות: רכזים גליליים פרבוליים, מראות פרבוליות או מגדלים הליוצנטריים.

ברכזים מסוימים, קרינת השמש ממוקדת לאורך קו המוקד, באחרים - בנקודת המוקד שבה ממוקם המקלט. כאשר קרינת השמש מוחזרת ממשטח גדול יותר למשטח קטן יותר (משטח המקלט), מגיעה לטמפרטורה גבוהה, נוזל הקירור סופג את החום, נע דרך המקלט. המערכת בכללותה מכילה גם חלק אגירה ומערכת העברת אנרגיה.

יעילותם של הרכזים מופחתת באופן משמעותי בתקופות מעוננות, שכן רק קרינת שמש ישירה ממוקדת.מסיבה זו, מערכות אלו משיגות את היעילות הגבוהה ביותר באזורים בהם רמת הבידוד גבוהה במיוחד: במדבריות, באזור המשווה. על מנת להגביר את יעילות השימוש בקרינת השמש, מצוידים הרכזים בגששים מיוחדים, מערכות מעקב המבטיחות את הכיוון המדויק ביותר של הרכזים לכיוון השמש.

מכיוון שעלות רכזי שמש גבוהה ומערכות המעקב דורשות תחזוקה תקופתית, השימוש בהן מוגבל בעיקר למערכות ייצור חשמל תעשייתיות.

מתקנים כאלה יכולים לשמש במערכות היברידיות יחד, למשל, עם דלק פחמימני, ואז מערכת האחסון תפחית את עלות החשמל המיוצר. זה יתאפשר מכיוון שהדור יתבצע מסביב לשעון.

ריכוזי השמש של צינורות פרבוליים הם באורך של עד 50 מטר, הדומים לפרבולת מראה מוארכת. רכז כזה מורכב מסט של מראות קעורות, שכל אחת מהן אוספת קרני שמש מקבילות וממקדת אותן בנקודה מסוימת. לאורך פרבולה כזו ממוקם צינור עם נוזל קירור, כך שכל הקרניים המשתקפות מהמראות ממוקדות בו. כדי להפחית את איבוד החום, הצינור מוקף בצינור זכוכית המשתרע לאורך קו המוקד של הגליל.

רכזות אלו מסודרות בשורות בכיוון צפון-דרום ובהחלט מצוידות במערכות מעקב סולאריות. הקרינה הממוקדת בקו מחממת את נוזל הקירור לכמעט 400 מעלות, היא עוברת דרך מחליפי החום, ויוצרת קיטור שהופך את הטורבינה של הגנרטור.

למען ההגינות, יש לציין כי במקום הצינור ניתן למקם גם תא פוטו. עם זאת, למרות העובדה שמידות הרכז יכולים להיות קטנים יותר בתאים פוטו-וולטאיים, הדבר טומן בחובו ירידה ביעילות ובבעיית התחממות יתר, המצריכה פיתוח מערכת קירור איכותית.

במדבר קליפורניה בשנות ה-80 נבנו 9 תחנות כוח של רכזים גליליים פרבוליים בהספק כולל של 354 MW. אז בנתה אותה חברה (לוז אינטרנשיונל) בדגט גם מתקן היברידי SEGS I בהספק של 13.8 מגוואט שכלל בנוסף תנורי גז טבעי. ככלל עד שנת 1990 הקימה החברה תחנות כוח היברידיות בהספק כולל של 80 מגה וואט.

פיתוח הפקת אנרגיה סולארית בתחנות כוח פרבוליות מתבצע במרוקו, מקסיקו, אלג'יריה ומדינות מתפתחות נוספות במימון הבנק העולמי.

כתוצאה מכך, מומחים מסכמים שכיום, תחנות כוח שוקת פרבוליות מפגרות אחרי תחנות כוח סולאריות מגדלים ודיסקים במונחים של רווחיות ויעילות.

מתקנים סולאריים של דיסק - אלו הם, כמו צלחות לווין, מראות פרבוליות הממקדות את קרני השמש אל מקלט הממוקם במוקד של כל צלחת כזו. במקביל, טמפרטורת נוזל הקירור בטכנולוגיית חימום זו מגיעה ל-1000 מעלות. נוזל העברת החום מוזן מיד לגנרטור או למנוע המשולבים עם מקלט. כאן, למשל, משתמשים במנועי סטירלינג וברייטון, מה שיכול להגביר משמעותית את הביצועים של מערכות כאלה, שכן היעילות האופטית גבוהה והעלויות הראשוניות נמוכות.

שיא העולם ליעילות של מתקן סולארי של צלחת פרבולית הוא 29% יעילות תרמית לחשמלית המושגת על ידי התקנה מסוג צלחת בשילוב מנוע סטירלינג ב-Rancho Mirage.

בשל העיצוב המודולרי, מערכות סולאריות מסוג התאמה מבטיחות מאוד, הן מאפשרות לך להשיג בקלות את רמות ההספק הנדרשות הן עבור משתמשים היברידיים המחוברים לרשתות חשמל ציבוריות והן עצמאיות. דוגמה לכך היא פרויקט STEP, המורכב מ-114 מראות פרבוליות בקוטר 7 מטרים הממוקמות במדינת ג'ורג'יה.

המערכת מפיקה קיטור בלחץ בינוני, נמוך וגבוה. הקיטור בלחץ נמוך מסופק למערכת המיזוג של מפעל הסריגה, הקיטור בלחץ הבינוני מסופק לתעשיית הסריגה עצמה והקיטור בלחץ גבוה מסופק ישירות לייצור חשמל.

כמובן שמרכזי דיסק סולאריים בשילוב מנוע סטירלינג מעניינים את הבעלים של חברות אנרגיה גדולות. כך, Science Applications International Corporation, בשיתוף שלוש חברות אנרגיה, מפתחת מערכת באמצעות מנוע סטירלינג ומראות פרבוליות שתהיה מסוגלת לייצר 25 קילוואט חשמל.

בתחנות כוח סולאריות מסוג מגדל עם מקלט מרכזי, קרינת השמש ממוקדת על המקלט, הממוקם בראש המגדל... מסביב למגדלים ממוקמים מספר רב של מחזירי אור-הליוסטטים... ההליוסטטים מצוידים במערכת מעקב שמש דו-צירית, שבזכותה הם מסתובבים תמיד כך שהקרניים יהיו נייחות, מרוכזות במקלט החום.

המקלט סופג אנרגיית חום, אשר לאחר מכן הופך את הטורבינה של הגנרטור.

נוזל הקירור הנוזלי שמסתובב במקלט מוביל את הקיטור אל מצבר החום. בדרך כלל העבודות הן אדי מים בטמפרטורה של 550 מעלות, אוויר וחומרים גזים אחרים בטמפרטורה של עד 1000 מעלות, נוזלים אורגניים עם נקודת רתיחה נמוכה - מתחת ל-100 מעלות, וכן מתכת נוזלית - עד 800 מעלות.

בהתאם למטרת התחנה, הקיטור יכול להפוך טורבינה לייצור חשמל או לשמש ישירות בייצור כלשהו. הטמפרטורה במקלט משתנה בין 538 ל-1482 מעלות.

מגדל הכוח Solar One בדרום קליפורניה, מהראשונים מסוגו, ייצר במקור חשמל באמצעות מערכת מים-קיטור המפיקה 10 מגה-וואט. אחר כך הוא עבר מודרניזציה והמקלט המשופר, שעובד כעת עם מלחים מותכים ומערכת אחסון החום, התייעל משמעותית.

זה הוביל לפריצת דרך בטכנולוגיית ריכוז השמש עבור תחנות כוח של מגדל סוללות: כוח בתחנת כוח כזו ניתן להפקה לפי דרישה, שכן מערכת אגירת החום יכולה לאגור חום עד 13 שעות.

טכנולוגיית המלח המומס מאפשרת לאגור חום שמש ב-550 מעלות, וכיום ניתן להפיק חשמל בכל שעה ביום ובכל מזג אוויר. תחנת מגדל "Solar Two" בהספק של 10 מגוואט הפכה לאב טיפוס של תחנות כוח תעשייתיות מסוג זה. בעתיד - הקמת מפעלים תעשייתיים בהספק של 30 עד 200 מגוואט עבור מפעלי תעשייה גדולים.

הסיכויים הם עצומים, אך הפיתוח מעכב על ידי הצורך בשטחים גדולים והעלויות המשמעותיות של בניית תחנות מגדלים בקנה מידה תעשייתי. לדוגמה, כדי להציב תחנת מגדל של 100 מגה-ואט, נדרשים 200 הקטרים, בעוד שתחנת כוח גרעינית המסוגלת לייצר 1,000 מגה-ואט חשמל דורשת 50 הקטרים ​​בלבד. לעומת זאת, תחנות פרבוליות-גליליות (סוג מודולרי) עבור קיבולות קטנות, חסכוניות יותר מאלו של מגדלים.

לפיכך, רכזי מגדלים ושקתות פרבוליות מתאימים לתחנות כוח מ-30 MW עד 200 MW המחוברות לרשת. רכזות דיסק מודולריות מתאימות להפעלה אוטונומית של רשתות הדורשות רק כמה מגה וואט. הן מערכות המגדל והן לוחות יקרות לייצור אך נותנות יעילות גבוהה מאוד.

כפי שניתן לראות, רכזי שוקת פרבוליים תופסים מיקום אופטימלי כטכנולוגיית הרכז הסולארי המבטיחה ביותר לשנים הקרובות.

קרא גם בנושא זה: פיתוח אנרגיה סולארית בעולם