סוגי תחנות כוח סולאריות: מגדל, דיסק, רכז פרבולי-גלילי, סולארי-וואקום, משולבים

להמיר אנרגיית קרינת שמש או במילים אחרות - חום ואור שמש, לאנרגיה חשמלית, במשך שנים רבות מדינות רבות ברחבי העולם משתמשות בתחנות כוח סולאריות. מדובר במבנים הנדסיים בעיצוב שונה, הפועלים על עקרונות שונים, בהתאם לסוג תחנת הכוח.

אם מישהו, השומע את השילוב "תחנת כוח סולארית", מדמיין שטח עצום מכוסה פאנלים סולאריים, זה לא מפתיע, כי סוג זה של תחנות כוח, הנקראות פוטו-וולטאיות, פופולרי מאוד היום בהרבה משקי בית. אבל זה לא הסוג היחיד של תחנת כוח סולארית.

כל תחנות הכוח הסולאריות המוכרות היום המייצרות חשמל בקנה מידה תעשייתי מתחלקות לשישה סוגים: מגדל, פלטה, פוטו-וולטאיים, רכזים פרבוליים-גליליים, סולארי-וואקום ומשולבים.בואו נסתכל מפורטת על כל סוג של תחנת כוח סולארית ונשים לב למבנים ספציפיים במדינות שונות ברחבי העולם.

תחנות כוח במגדל

תחנת כוח סולארית - תחנת כוח סולארית שבה קרינה ממערכת ריכוז אופטית שנוצרה על ידי שדה של הליוסטטים מופנית למקלט סולארי מותקן במגדל.

תחנות כוח במגדל התבססו במקור על עיקרון של אידוי מים בהשפעת קרינת השמש. כאן אדי מים משמשים כנוזל העבודה. ממוקם במרכז תחנה כזו, המגדל כולל מיכל מים על גביו הצבוע בשחור כדי לספוג בצורה הטובה ביותר הן קרינה גלויה והן חום. בנוסף, למגדל קבוצת משאבות שתפקידה לספק מים למאגר. קיטור, שהטמפרטורה שלו עולה על 500 מעלות צלזיוס, הופך מחולל טורבינה הממוקם בשטח התחנה.

על מנת לרכז את כמות קרינת השמש המקסימלית האפשרית בראש המגדל, מותקנים סביבו מאות הליוסטטים שתפקידם לכוון את קרינת השמש המוחזרת ישירות אל מיכל המים. הליוסטטים הם מראות, ששטחן של כל אחת מהן יכול להגיע לעשרות מטרים רבועים.

Heliostat [heliostat] - אלמנט מראה שטוח או מיקוד של מערכת ריכוז אופטית בעל התקן כיוון אינדיבידואלי לכיוון קרינת שמש ישירה מוחזרת למקלט קרינת שמש.

מותקנים על תומכים המצוידים במערכת מיקוד אוטומטית, כל ההליוסטטים מכוונים את קרינת השמש המוחזרת ישירות לראש המגדל, אל הטנק, כאשר המיקום פועל בהתאם לתנועת השמש במהלך היום.

ביום החם ביותר, טמפרטורת הקיטור המופק יכולה לעלות ל-700 מעלות צלזיוס, וזה די והותר לפעילות הרגילה של הטורבינה.

כך למשל, בישראל, בשטח מדבר הנגב, עד סוף שנת 2017 תושלם הקמת תחנת כוח עם מגדל בהספק של יותר מ-121 מגוואט. גובה המגדל יעמוד על 240 מטר. (המגדל הסולארי הגבוה בעולם בזמן הבנייה). , ומסביבו תהיה קומה של מאות אלפי הליוסטטים שימוקמו באמצעות בקרת Wi-Fi. טמפרטורת הקיטור במיכל תגיע ל-540 מעלות צלזיוס. הפרויקט בסך 773 מיליון דולר יכסה 1% מצרכי החשמל של ישראל.

מים הם לא הדבר היחיד שניתן לחמם על ידי קרינת השמש במגדל. לדוגמה, בספרד, בשנת 2011, הופעלה תחנת הכוח הסולארית של מגדל Gemasolar, בה מחומם נוזל קירור מלח. פתרון זה איפשר לחמם גם בלילה.

המלח, המחומם ל-565 מעלות צלזיוס, נכנס למיכל מיוחד, ולאחר מכן הוא מעביר חום למחולל הקיטור, אשר הופך את הטורבינה. למערכת כולה הספק מדורג של 19.9 MW ומסוגלת לספק 110 GWh של חשמל (ממוצע שנתי) להנעת רשת של 27,500 משקי בית הפועלים בהספק מלא 24 שעות ביממה למשך 9 חודשים.

לוט תחנות כוח

באופן עקרוני, תחנות כוח מסוג זה דומות לתחנות מגדלים, אך שונות מבחינה מבנית. הוא משתמש במודולים נפרדים, שכל אחד מהם מייצר חשמל. המודול כולל גם רפלקטור וגם מקלט. מכלול פרבולי של מראות היוצרות רפלקטור מותקן על התמיכה.

מגבר מראה - רכז קרינת שמש עם ציפוי מראה.רכז חזיתות ספקקולרי - רכז ספואר של קרינת שמש המורכב ממראות בודדות בעלות צורה שטוחה או מעוקלת היוצרות משטח מחזיר אור משותף.

המקלט ממוקם במוקד הפרבולואיד. המשקף מורכב מעשרות מראות, כל אחת בהתאמה אישית. המקלט עשוי להיות מנוע סטירלינג בשילוב גנרטור, או מיכל מים אשר הופך לקיטור, והקיטור הופך את הטורבינה.

לדוגמה, בשנת 2015, ריפאסו, שבדיה, בדק יחידה הלו-תרמית פרבולית עם מנוע סטירלינג בדרום אפריקה. המשקף של המתקן הוא מראה פרבולית המורכבת מ-96 חלקים ושטח כולל של 104 מ"ר.

ההתמקדות הייתה במנוע מימן של סטירלינג המצויד בגלגל תנופה ומחובר לגנרטור. הצלחת הסתובבה באיטיות כדי לעקוב אחר השמש במהלך היום. כתוצאה מכך, מקדם היעילות עמד על 34%, וכל "צלחת" כזו הצליחה לספק למשתמש 85 MWh חשמל בשנה.

למען ההגינות, נציין כי במוקד ה"צלחת" של תחנת כוח סולארית מסוג זה, ניתן לאתר מיכל שמן, אשר ניתן להעביר את החום שלו אל מחולל הקיטור, אשר בתורו, מסובב את טורבינה של הגנרטור החשמלי.

תחנות כוח סולאריות עם צינור פרבולי

כאן שוב מחומם מדיום החימום על ידי קרינה מוחזרת מרוכזת. המראה בצורת גליל פרבולי באורך של עד 50 מטר, ממוקם בכיוון צפון-דרום ומסתובב בעקבות תנועת השמש. במוקד המראה נמצא צינור קבוע שלאורכו נע חומר הקירור הנוזלי.ברגע שנוזל הקירור חם מספיק, החום מועבר למים במחליף החום, שם הקיטור הופך את הגנרטור שוב.

רכז מסדרון פרבולי - מרכז מראה של קרינת שמש, שצורתו נוצרת על ידי פרבולה הנעה במקביל לעצמה.

בשנות ה-80 בקליפורניה בנתה לוז אינטרנשיונל 9 תחנות כוח כאלה, בהספק כולל של 354 מגה וואט. עם זאת, לאחר מספר שנים של תרגול, מומחים הגיעו למסקנה שכיום תחנות כוח פרבוליות נחותות הן מבחינת רווחיות והן מבחינת יעילות מתחנות כוח סולאריות במגדל ובלוח.

עם זאת, בשנת 2016 התגלתה תחנת כוח במדבר סהרה ליד קזבלנקה. רכזי שמש, בהספק של 500 מגוואט. חצי מיליון מראות של 12 מטר מחממות את נוזל הקירור ל-393 מעלות צלזיוס כדי להפוך מים לקיטור לסיבוב טורבינות גנרטור. בלילה, האנרגיה התרמית ממשיכה לפעול על ידי אחסון במלח מותך. בדרך זו מתכננת מדינת מרוקו לפתור בהדרגה את בעיית מקור האנרגיה הידידותי לסביבה.

תחנות כוח פוטו-וולטאיות

תחנות המבוססות על מודולים פוטו-וולטאיים, פאנלים סולאריים. הם מאוד פופולריים ונפוצים בעולם המודרני. מודולים המבוססים על תאי סיליקון נמצאים בשימוש נרחב להפעלת אתרים קטנים, כגון בתי הבראה, וילות פרטיות ומבנים אחרים, שבהם תחנה עם הכוח הנדרש מורכבת מחלקים נפרדים ומותקנת על הגג או על מגרש של אזור מתאים. תחנות כוח פוטו-וולטאיות תעשייתיות מסוגלות לספק חשמל לעיירות קטנות.

תחנת כוח סולארית (SES) [תחנת כוח סולארית] - תחנת כוח שנועדה להמיר את האנרגיה של קרינת השמש לחשמל.

לדוגמה, ברוסיה, תחנת הכוח הפוטו-וולטאית הגדולה ביותר במדינה הושקה בשנת 2015. תחנת הכוח הסולארית "אלכסנדר ולז'נייב", המורכבת מ-100,000 פאנלים סולאריים, בהספק כולל של 25 מגה-וואט, ממוקמת על שטח של 80 דונם בין הערים אורסק וגיא. קיבולת התחנה מספיקה לאספקת חשמל למחצית העיר אורסק, כולל מבני עסקים ומגורים.

עקרון הפעולה של תחנות כאלה הוא פשוט. האנרגיה של פוטוני האור מומרת לזרם בפריסת סיליקון; האפקט הפוטואלקטרי המהותי במוליך למחצה זה נחקר ומקובל במשך זמן רב על ידי יצרני תאים סולאריים. אבל סיליקון גבישי, שנותן יעילות של 24%, הוא לא האופציה היחידה. הטכנולוגיה משתפרת כל הזמן. אז בשנת 2013, מהנדסי שארפ השיגו יעילות של 44.4% מיסוד אינדיום-גליום-ארסניד, והשימוש בעדשות מיקוד מאפשר להשיג את כל ה-46%.

תחנות כוח ואקום סולאריות

סוג אקולוגי לחלוטין של תחנות סולאריות. באופן עקרוני, נעשה שימוש בזרימת האוויר הטבעית, המתרחשת עקב הפרש הטמפרטורות (האוויר על פני כדור הארץ מחומם וממהר כלפי מעלה). עוד בשנת 1929, הרעיון הזה זכה לפטנט בצרפת.

נבנית חממה, שהיא פיסת אדמה מכוסה בזכוכית. ממרכז החממה בולט מגדל, צינור גבוה בו מותקנת טורבינת גנרטור. השמש מחממת את החממה, והאוויר הזוהר דרך הצינור הופך את הטורבינה.הטיוטה נשארת קבועה כל עוד השמש מחממת את האוויר בנפח זכוכית סגור ואפילו בלילה כל עוד פני כדור הארץ שומרים על חום.

תחנת ניסוי מסוג זה נבנתה בשנת 1982, 150 קילומטרים דרומית למדריד, בספרד. קוטר החממה היה 244 מטר וגובה הצינור היה 195 מטר. ההספק המרבי המפותח הוא רק 50 קילוואט. עם זאת, הטורבינה פעלה במשך 8 שנים עד שנכשלה בגלל חלודה ורוחות חזקות. בשנת 2010 השלימה סין את בנייתה של תחנת ואקום סולארית שהצליחה לספק 200 קילוואט. הוא תופס שטח של 277 דונם.

תחנות כוח סולאריות משולבות

אלו התחנות בהן מחוברות מים חמים ותקשורת חימום למחלפי חום, באופן כללי הן מחממות מים לצרכים שונים. תחנות משולבות כוללות גם פתרונות משולבים כאשר הרכזים פועלים במקביל לפאנלים הסולאריים. תחנות כוח סולאריות משולבות הן לרוב הפתרון היחיד לאספקת חשמל חלופית וחימום של בתים פרטיים.