Geconcentreerde zonnecentrales
Gebruiken spiegels of lenzen om zonlicht te focussen op een ontvanger die een vloeistof verhit, waardoor een turbine of motor wordt aangedreven om elektriciteit op te wekken.
Een geconcentreerde zonnecentrale is een grote schaal CSP-systeem dat spiegels of lenzen gebruikt om zonlicht te concentreren op een ontvanger die een vloeistof verhit die een turbine of motor aandrijft om elektriciteit op te wekken. Een geconcentreerde zonnecentrale bestaat uit verschillende componenten, zoals:
Verzamelaars:Dit zijn apparaten die zonlicht reflecteren of breken naar een ontvanger. Verzamelaars kunnen worden ingedeeld in vier types: parabolische troggen, parabolische schotels, lineaire Fresnel-reflectoren en centrale ontvangers. Parabolische troggen zijn gebogen spiegels die zonlicht focussen op een lineaire ontvangerbuis die langs hun brandlijn loopt. Parabolische schotels zijn holle spiegels die zonlicht focussen op een puntontvanger op hun brandpunt. Lineaire Fresnel-reflectoren zijn vlakke spiegels die zonlicht reflecteren op een lineaire ontvangerbuis boven hen. Centrale ontvangers zijn torens omgeven door een array van vlakke spiegels, genaamd heliostaten, die zonlicht reflecteren op een puntontvanger op hun top.
Ontvangers: Dit zijn apparaten die geconcentreerd zonlicht absorberen en overbrengen naar een warmteoverdrachtvloeistof (HTF). Ontvangers kunnen worden ingedeeld in twee types: externe ontvangers en interne ontvangers. Externe ontvangers zijn blootgesteld aan de atmosfeer en hebben hoge warmteverliezen door convectie en straling. Interne ontvangers zijn afgesloten in een vacuümruimte en hebben lage warmteverliezen door isolatie en evacuatie.
Warmteoverdrachtvloeistoffen: Dit zijn vloeistoffen die circuleren door de ontvangers en warmte vervoeren van de verzamelaars naar de energieblok. Warmteoverdrachtvloeistoffen kunnen worden ingedeeld in twee types: thermische vloeistoffen en gesmolten zouten. Thermische vloeistoffen zijn organische vloeistoffen zoals synthetische oliën of koolwaterstoffen die hoge kookpunten en lage vriespunten hebben. Gesmolten zouten zijn anorganische verbindingen zoals natriumnitraat of kaliumnitraat die een hoge warmtecapaciteit en lage dampdruk hebben.
Energieblok: Hier wordt elektriciteit gegenereerd uit warmte met behulp van een turbine of motor gekoppeld aan een generator. Het energieblok kan worden ingedeeld in twee types: stoomcyclus en Brayton-cyclus. De stoomcyclus gebruikt water als HTF en produceert stoom die een stoomturbine aandrijft die verbonden is met een elektrische generator. De Brayton-cyclus gebruikt lucht als HTF en produceert hete lucht die een gasturbine aandrijft die verbonden is met een elektrische generator.
Opslagstelsel: Hier wordt overtollige warmte opgeslagen voor later gebruik wanneer er geen zonlicht is of wanneer er een hoge belastingsvraag is. Opslagstelsels kunnen worden ingedeeld in twee types: sensibele warmteopslag en latente warmteopslag. Sensibele warmteopslag gebruikt materialen zoals stenen, water of gesmolten zouten die warmte opslaan door hun temperatuur te verhogen zonder hun fase te veranderen. Latente warmteopslag gebruikt materialen zoals faseschakelmateriaal (PCMs) of thermochemische materialen (TCMs) die warmte opslaan door hun fase of chemische staat te veranderen zonder hun temperatuur te veranderen.
De indeling van een geconcentreerde zonnecentrale hangt af van verschillende factoren, zoals siteomstandigheden, systeemgrootte, ontwerpdoelen en netwerkvereisten. Echter, een typische indeling bestaat uit drie hoofddelen: verzamelveld, energieblok en opslagsysteem.
Het verzamelveld omvat de verzamelaars, ontvangers en HTFs die warmte uit zonlicht verzamelen en transporteren.Het energieblok omvat turbines, motoren,generators en andere apparatuur die warmte omzetten in elektriciteit.Het opslagsysteem omvat tanks, reservoirs en andere apparatuur die warmte opslaan voor later gebruik.
Het functioneren van een geconcentreerde zonnecentrale hangt af van verschillende factoren, zoals weersomstandigheden, belastingsvraag en netwerkstatus. Echter, een typisch functioneren bestaat uit drie hoofdmodi: oplademodus, ontlademodus en netwerkverbindingmodus.
De oplademodus vindt plaats wanneer er overtollig zonlicht is en er een lage belastingsvraag is. In deze modus concentreren de verzamelaars zonlicht op de ontvangers die de HTF verhitten. De HTF stroomt dan naar het energieblok of het opslagsysteem, afhankelijk van de systeemconfiguratie en controlestrategie.
De ontlademodus vindt plaats wanneer er geen zonlicht is of er een hoge belastingsvraag is. In deze modus stroomt de HTF van het opslagsysteem naar het energieblok, waar het stoom of hete lucht produceert die de turbine of motor aandrijft om elektriciteit op te wekken.
De netwerkverbindingmodus vindt plaats wanneer er netwerkbeschikbaarheid is en gunstige tarieven. In deze modus kan de elektriciteit die door het energieblok wordt opgewekt, via een transformator en een schakelaar in het netwerk worden ingevoerd. De netwerkverbindingmodus kan ook optreden wanneer er een netwerkuitval is en noodvoorziening nodig is. In deze modus kan de elektriciteit die door het energieblok wordt opgewekt, via een inverter en een schakelaar worden gebruikt door de belastingen.
