Impianti Solari Concentratori

Centrali elettriche solari ad energia concentrata

Utilizzano specchi o lenti per concentrare la luce solare su un ricevitore che riscalda un fluido, azionando una turbina o un motore per generare elettricità.

Una centrale elettrica solare ad energia concentrata è un sistema CSP di grande scala che utilizza specchi o lenti per concentrare la luce solare su un ricevitore che riscalda un fluido che aziona una turbina o un motore per generare elettricità. Una centrale elettrica solare ad energia concentrata è composta da diversi componenti, come:

•   Raccoglitori:Sono dispositivi che riflettono o rifrangono la luce solare su un ricevitore. I raccoglitori possono essere classificati in quattro tipi: tralicci parabolici, piatti parabolici, riflettori lineari Fresnel e ricevitori centrali. I tralicci parabolici sono specchi curvi che concentrano la luce solare su un tubo ricevitore lineare che corre lungo la loro linea focale. I piatti parabolici sono specchi concavi che concentrano la luce solare su un ricevitore a punto al loro fuoco. I riflettori lineari Fresnel sono specchi piani che riflettono la luce solare su un tubo ricevitore lineare sopra di essi. I ricevitori centrali sono torri circondate da un array di specchi piani chiamati eliostati che riflettono la luce solare su un ricevitore a punto in cima.

• Ricevitori:  Sono dispositivi che assorbono la luce solare concentrata e la trasferiscono a un fluido di trasferimento termico (HTF). I ricevitori possono essere classificati in due tipi: ricevitori esterni e interni. I ricevitori esterni sono esposti all'atmosfera e hanno alte perdite di calore dovute alla convezione e alla radiazione. I ricevitori interni sono racchiusi in una camera a vuoto e hanno basse perdite di calore grazie all'isolamento e all'evacuazione.

• Fluidi di trasferimento termico: Sono fluidi che circolano attraverso i ricevitori e trasportano il calore dai raccoglitori al blocco di potenza. I fluidi di trasferimento termico possono essere classificati in due tipi: fluidi termici e sali fusi. I fluidi termici sono liquidi organici come oli sintetici o idrocarburi che hanno punti di ebollizione elevati e punti di congelamento bassi. I sali fusi sono composti inorganici come nitrato di sodio o nitrato di potassio che hanno una capacità termica elevata e una pressione di vapore bassa.

• Blocco di potenza: È qui che l'elettricità viene generata dal calore utilizzando una turbina o un motore accoppiato a un generatore. Il blocco di potenza può essere classificato in due tipi: ciclo a vapore e ciclo Brayton. Il ciclo a vapore utilizza l'acqua come HTF e produce vapore che aziona una turbina a vapore collegata a un generatore elettrico. Il ciclo Brayton utilizza l'aria come HTF e produce aria calda che aziona una turbina a gas collegata a un generatore elettrico.

• Sistema di accumulazione: È qui che il calore eccedente viene immagazzinato per un uso successivo quando non c'è luce solare o quando c'è una alta richiesta di carico. I sistemi di accumulazione possono essere classificati in due tipi: accumulazione di calore sensibile e accumulazione di calore latente. L'accumulazione di calore sensibile utilizza materiali come rocce, acqua o sali fusi che immagazzinano calore aumentando la loro temperatura senza cambiare fase. L'accumulazione di calore latente utilizza materiali come materiali a cambio di fase (PCM) o materiali termochimici (TCM) che immagazzinano calore cambiando fase o stato chimico senza cambiare temperatura.

  
  

La disposizione di una centrale elettrica solare ad energia concentrata dipende da diversi fattori, come le condizioni del sito, la dimensione del sistema, gli obiettivi di progettazione e i requisiti della rete. Tuttavia, una disposizione tipica comprende tre parti principali: campo di raccolta, blocco di potenza e sistema di accumulazione.

Il campo di raccolta include i raccoglitori, i ricevitori e gli HTF che raccolgono e trasportano il calore dalla luce solare.Il blocco di potenza include le turbine, i motori,i generatori e altre attrezzature che convertono il calore in elettricità.Il sistema di accumulazione include serbatoi, vasche e altri dispositivi che immagazzinano il calore per un uso successivo.

L'operazione di una centrale elettrica solare ad energia concentrata dipende da diversi fattori, come le condizioni atmosferiche, la richiesta di carico e lo stato della rete. Tuttavia, un'operazione tipica comprende tre modalità principali: modalità di carica, modalità di scarica e modalità di connessione alla rete.

La modalità di carica si verifica quando c'è eccesso di luce solare e bassa richiesta di carico. In questa modalità, i raccoglitori concentrano la luce solare sui ricevitori che riscaldano l'HTF. L'HTF poi fluisce verso il blocco di potenza o il sistema di accumulazione, a seconda della configurazione del sistema e della strategia di controllo.

La modalità di scarica si verifica quando non c'è luce solare o c'è una alta richiesta di carico. In questa modalità, l'HTF fluisce dal sistema di accumulazione al blocco di potenza, dove produce vapore o aria calda che aziona la turbina o il motore per generare elettricità.

La modalità di connessione alla rete si verifica quando c'è disponibilità di rete e tariffe favorevoli. In questa modalità, l'elettricità generata dal blocco di potenza può essere alimentata nella rete tramite un trasformatore e un interruttore. La modalità di connessione alla rete può verificarsi anche in caso di interruzione della rete, quando è necessaria l'energia di riserva. In questa modalità, l'elettricità generata dal blocco di potenza può essere utilizzata dai carichi tramite un inverter e un interruttore.