太陽光集光器
基本的に、太陽光集光器は、 太陽光発電コンバータ…さらに、火力型太陽光発電所は、多くの特徴により太陽光発電よりもはるかに効率的です。
太陽集光器の役割は、太陽エネルギーを吸収するのに優れた油や水などの冷却液の容器に太陽光線を集中させることです。集光方法は放物線円筒集光器、放物面鏡、太陽中心タワーなどによって異なります。
一部の集光器では、太陽放射は焦線に沿って集束しますが、他の集光器では、受信機が設置されている焦点に集光されます。太陽放射がより大きな表面からより小さな表面 (レシーバーの表面) に反射されると、高温に達し、冷却剤が熱を吸収し、レシーバーを通って移動します。システム全体には、貯蔵部分とエネルギー伝達システムも含まれています。
曇りの期間中は直接太陽放射のみが集光されるため、集光器の効率は大幅に低下します。このため、これらのシステムは、日射量が特に高い地域、つまり砂漠や赤道地域で最高の効率を達成します。太陽放射の利用効率を高めるために、集光器には特別なトラッカー、つまり太陽の方向における集光器の最も正確な方向を保証する追跡システムが装備されています。
太陽光集光器のコストは高く、追跡システムは定期的なメンテナンスが必要なため、その使用は主に産業用発電システムに限定されています。
このような設備は、例えば炭化水素燃料と組み合わせてハイブリッドシステムで使用することができ、その場合、蓄電システムは生成される電気のコストを削減します。生成は 24 時間行われるため、これが可能になります。
放物線管型太陽光集光器は長さが最大 50 メートルで、細長い鏡の放物線に似ています。このような集光器は一組の凹面鏡で構成されており、各凹面鏡は太陽の平行光線を集めて特定の点に焦点を合わせます。このような放物線に沿って、冷却液の入ったチューブが配置され、ミラーで反射されたすべての光線がそれに焦点を合わせます。熱損失を減らすために、チューブは円筒の焦線に沿って延びるガラス管で囲まれています。
これらのハブは南北方向に一列に配置されており、太陽追跡システムが確実に装備されています。ライン内で集束した放射線は冷却剤をほぼ 400 度に加熱し、熱交換器を通過して蒸気を発生させ、発電機のタービンを回転させます。
公平を期すために、チューブの代わりに光電池を配置することもできることに注意してください。ただし、太陽電池を使用すると集光器のサイズを小さくできるという事実にもかかわらず、これには効率の低下と過熱の問題が伴い、高品質の冷却システムの開発が必要になります。
1980 年代のカリフォルニアの砂漠には、総容量 354 MW の放物線状円筒形集光器からなる発電所が 9 基建設されました。その後、同じ会社 (Luz International) もデゲットに 13.8 MW の容量を持つ SEGS I ハイブリッド施設を建設しましたが、これにはさらに天然ガスオーブンも含まれていました。 80MW。
パラボラ発電所での太陽エネルギー生産の開発は、世界銀行からの資金提供を受けて、モロッコ、メキシコ、アルジェリア、その他の発展途上国で実施されています。
その結果、専門家は現在、パラボラトラフ発電所は収益性と効率の点でタワー型太陽光発電所とディスク型太陽光発電所の両方に遅れをとっていると結論付けています。
ディスクソーラー設備 - これらは、パラボラアンテナと同様に、各パラボラアンテナの焦点にある受信機に太陽光線を集中させる放物面鏡です。同時に、この加熱技術による冷却液の温度は1000度に達します。熱伝達流体は、レシーバーと組み合わされた発電機またはエンジンに直ちに供給されます。ここでは、例えばスターリングエンジンやブライトンエンジンが使用されており、光学効率が高く初期コストが低いため、このようなシステムの性能を大幅に向上させることができます。
パラボラ ディッシュ型太陽光発電設備の効率の世界記録は、ランチョ ミラージュのスターリング エンジンと組み合わせたパラボラ型ディッシュ型太陽光発電設備によって達成された 29% の熱対電気効率です。
モジュール設計により、マッチ型ソーラーシステムは非常に有望であり、公共送電網に接続されているハイブリッドユーザーと独立したユーザーの両方に必要な電力レベルを簡単に達成できます。一例は、ジョージア州にある直径 7 メートルの 114 枚の放物面鏡で構成される STEP プロジェクトです。
このシステムは中圧、低圧、高圧の蒸気を生成します。低圧蒸気は編み工場の空調システムに供給され、中圧蒸気は編み産業自体に供給され、高圧蒸気は発電のために直接供給されます。
もちろん、スターリングエンジンと組み合わせたソーラーディスク集光器は、大手エネルギー会社の所有者にとって興味深いものです。そこで、サイエンス アプリケーションズ インターナショナル コーポレーションは、エネルギー会社 3 社と協力して、スターリング エンジンと放物面鏡を使用し、25 kW の電力を生成できるシステムを開発しています。
中央受光器を備えたタワー型太陽光発電所では、日射はタワーの最上部にある受光器に集中します。タワーの周りには多数の反射鏡ヘリオスタットが配置されています。ヘリオスタットには 2 軸の太陽追跡システムが装備されており、そのおかげでヘリオスタットは常に回転し、光線が静止して受熱器に集中します。
受信機は熱エネルギーを吸収し、発電機のタービンを回転させます。
レシーバー内を循環する液体冷却剤は蒸気を蓄熱器に運びます。通常、温度が550度の水蒸気、温度が1000度までの空気やその他の気体物質、100度未満の低沸点の有機液体、および800度までの液体金属が作用します。
ステーションの目的に応じて、蒸気はタービンを回して発電したり、何らかの生産に直接使用したりできます。受信機内の温度は 538 度から 1482 度まで変化します。
南カリフォルニアにあるソーラー ワン発電塔は、この種のものとしては最初のものの 1 つで、当初は 10 MW を生成する蒸気水システムを通じて電力を生成していました。その後、近代化が図られ、改良された受信機は溶融塩と蓄熱システムを利用できるようになり、大幅に効率が向上しました。
これにより、バッテリータワー発電所用の太陽光集光器技術が画期的に進歩しました。蓄熱システムは最大 13 時間熱を蓄えることができるため、このような発電所の電力はオンデマンドで生産できます。
溶融塩技術により、太陽熱を 550 度で蓄えることが可能になり、一日中いつでも、どんな天候でも発電できるようになりました。容量10MWのタワーステーション「Solar Two」は、このタイプの産業用発電所のプロトタイプとなっています。将来的には、大規模な産業企業向けに 30 ～ 200 MW の容量を備えた産業企業が建設されます。
将来性は計り知れないものですが、広大な敷地の必要性と、工業規模でタワーステーションを建設するための多額の費用が開発を妨げています。たとえば、100メガワットのタワーステーションを設置するには200ヘクタールが必要ですが、1,000メガワットの電力を生成できる原子力発電所には50ヘクタールしか必要ありません。一方、小容量用の放物線円筒型ステーション (モジュラー タイプ) は、タワー型ステーションよりもコスト効率が高くなります。
したがって、タワーおよびパラボラトラフ集光器は、送電網に接続された 30 MW ～ 200 MW の発電所に適しています。モジュラー ディスク ハブは、数メガワットのみを必要とするネットワークの自律電源供給に適しています。タワー システムとスラブ システムはどちらも製造に高価ですが、非常に高い効率が得られます。
ご覧のとおり、パラボラトラフ集光器は、今後数年間で最も有望な太陽光集光器技術として最適な位置を占めています。
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