Konsantrasyonlu Güneş Enerji Santralleri
Aynalar veya lensler kullanılarak güneş ışığı bir alıcıya odaklanır ve bu alıcı bir akışı ısıtıp, bir türbin veya motora güç sağlayarak elektrik üretir.
Bir konsantrasyonlu güneş enerji santrali, aynalar veya lensler kullanılarak güneş ışığını bir alıcıya odaklayan büyük ölçekli CSP sistemidir. Bu alıcı, bir akışı ısıtıyor ve bu akış bir türbin veya motora güç sağlayarak elektrik üretir. Bir konsantrasyonlu güneş enerji santrali, aşağıdaki bileşenlerden oluşur:
Toplayıcılar:Bu cihazlar, güneş ışığını bir alıcıya yansıtan veya kırılan cihazlardır. Toplayıcılar dört türe ayrılabilir: parabolik oluklar, parabolik tepsi, doğrusal Fresnel yansıtıcıları ve merkezi alıcılar. Parabolik oluklar, odak çizgileri boyunca uzanan doğrusal bir alıcı tüpüne güneş ışığını odaklayan eğri aynalardır. Parabolik teplikler, odak noktasına bir nokta alıcısına güneş ışığını odaklayan iç çapraz aynalardır. Doğrusal Fresnel yansıtıcıları, üstlerindeki doğrusal bir alıcı tüpüne güneş ışığını yansıtan düz aynalardır. Merkezi alıcılar, tepelerinde bir nokta alıcısına güneş ışığını yansıtan düz aynalar olan heliostatların etrafında bulunan kulelerdir.
Alıcılar: Bu cihazlar, yoğunlaştırılmış güneş ışığını emerek bir ısı aktarım sıvısına (HTF) ileterek onu ısıtırır. Alıcılar ikiye ayrılabilir: dış alıcılar ve iç alıcılar. Dış alıcılar atmosfere maruz kalır ve konveksiyon ve radyasyon nedeniyle yüksek ısı kayıpları vardır. İç alıcılar vakum odasında kaplıdır ve yalıtım ve boşaltma nedeniyle düşük ısı kayıpları vardır.
Isı aktarım sıvıları: Bu sıvılar, alıcılar boyunca dolaşarak toplayıcılardan güç bloğuna ısıyı taşır. Isı aktarım sıvıları ikiye ayrılabilir: termal sıvılar ve erimiş tuzlar. Termal sıvılar, yüksek kaynama noktaları ve düşük donma noktaları olan sentetik yağlar veya hidrokarbonlar gibi organik sıvılardır. Erimiş tuzlar, yüksek ısı kapasitesi ve düşük buhar basıncı olan sodyum nitrat veya potasyum nitrat gibi inorganik bileşenlerdir.
Güç bloğu: Burada, bir türbin veya motor ile birlikte bir jeneratör kullanılarak ısıdan elektrik üretilir. Güç bloğu ikiye ayrılabilir: buhar döngüsü ve Brayton döngüsü. Buhar döngüsü, HTF olarak su kullanır ve bir buhar türbini ile bağlantılı bir elektrik jeneratörüyü sürükleyecek buhar üretir. Brayton döngüsü, HTF olarak hava kullanır ve bir gaz türbini ile bağlantılı bir elektrik jeneratörüyü sürükleyecek sıcak hava üretir.
Depolama sistemi: Burada, daha sonra kullanılacak fazla ısı depolanır. Gündüz ışığı olmadığı zaman veya yük talebi yüksek olduğunda depolanan ısı kullanılır. Depolama sistemleri ikiye ayrılabilir: mantıklı ısı depolama ve potansiyel ısı depolama. Mantıklı ısı depolama, ısıyı faz değiştirmeden sıcaklıklarını artırarak depolar. Potansiyel ısı depolama, faz değiştirme malzemeleri (PCMs) veya termokimyasal malzemeler (TCMs) gibi malzemeler kullanılarak ısı, faz veya kimyasal durumu değiştirilerek depolanır.
Bir konsantrasyonlu güneş enerji santralinin düzeni, site koşulları, sistem büyüklüğü, tasarım amaçları ve şebeke gereklilikleri gibi birçok faktöre bağlıdır. Ancak, tipik bir düzen üç ana bölümden oluşur: toplama alanı, güç bloğu ve depolama sistemi.
Toplama alanı, toplayıcılar, alıcılar ve HTF'ler dahil olmak üzere güneşten ısıyı toplayıp taşıyan elemanları içerir.Güç bloğu, ısıyı elektrige dönüştüren türbinler, motorlar, jeneratörler ve diğer ekipmanları içerir.Depolama sistemi, daha sonra kullanılacak ısıyı depolayan tanklar, kaplar ve diğer cihazları içerir.
Bir konsantrasyonlu güneş enerji santralinin işlemi, hava koşulları, yük talebi ve şebeke durumu gibi birçok faktöre bağlıdır. Ancak, tipik bir işlem üç ana moddan oluşur: şarj modu, deşarj modu ve şebeke entegrasyon modu.
Şarj modu, fazla güneş ışığı ve düşük yük talebi olduğunda gerçekleşir. Bu modda, toplayıcılar güneş ışığını alıcıya odaklar ve alıcı HTF'yi ısıtır. HTF, sistem yapılandırmasına ve kontrol stratejisine bağlı olarak güç bloğuna veya depolama sistemine akar.
Deşarj modu, güneş ışığı olmadığı veya yük talebi yüksek olduğunda gerçekleşir. Bu modda, HTF, depolama sisteminden güç bloğuna akar ve buhar veya sıcak hava üretir, böylece türbin veya motora güç sağlayarak elektrik üretir.
Şebeke entegrasyon modu, şebeke mevcut olduğunda ve uygun tarife oranları olduğunda gerçekleşir. Bu modda, güç bloğu tarafından üretilen elektrik, bir transformatör ve bir anahtarı aracılığıyla şebekeye beslenir. Şebeke entegrasyon modu, şebeke kesintisi olduğunda ve yedek güç gerektiğinde de gerçekleşebilir. Bu modda, güç bloğu tarafından üretilen elektrik, bir inverter ve bir anahtarı aracılığıyla yükler tarafından kullanılabilir.
