หัวแสงอาทิตย์

โดยพื้นฐานแล้ว หัวรวมแสงอาทิตย์จะแตกต่างจาก ตัวแปลงไฟฟ้าโซลาร์เซลล์… นอกจากนี้ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบใช้ความร้อนยังมีประสิทธิภาพมากกว่าเซลล์แสงอาทิตย์มาก เนื่องจากมีลักษณะหลายประการ

งานของหัวรวมแสงอาทิตย์คือการโฟกัสรังสีของดวงอาทิตย์ไปยังภาชนะบรรจุของเหลวระบายความร้อน ซึ่งสามารถเป็นเช่น น้ำมันหรือน้ำ ซึ่งดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ได้ดี วิธีการตั้งสมาธิจะแตกต่างกัน: หัววัดรูปทรงกระบอกพาราโบลา กระจกพาราโบลา หรือหอคอยเฮลิโอเซนตริก

ในบางหัววัด การแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จะโฟกัสไปตามเส้นโฟกัส ส่วนอื่นๆ อยู่ที่จุดโฟกัสที่เครื่องรับตั้งอยู่ เมื่อรังสีดวงอาทิตย์สะท้อนจากพื้นผิวที่ใหญ่กว่าไปยังพื้นผิวที่เล็กกว่า (พื้นผิวของเครื่องรับ) อุณหภูมิจะสูงขึ้น สารหล่อเย็นจะดูดซับความร้อนและเคลื่อนที่ผ่านเครื่องรับ ระบบโดยรวมยังมีส่วนจัดเก็บและระบบถ่ายโอนพลังงาน

ประสิทธิภาพของหัววัดจะลดลงอย่างมากในช่วงที่มีเมฆมาก เนื่องจากมีการโฟกัสเฉพาะการแผ่รังสีแสงอาทิตย์โดยตรงเท่านั้นด้วยเหตุผลนี้ ระบบเหล่านี้จึงมีประสิทธิภาพสูงสุดในภูมิภาคที่มีอุณหภูมิสูงเป็นพิเศษ: ในทะเลทราย ในบริเวณเส้นศูนย์สูตร เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการใช้รังสีดวงอาทิตย์ หัววัดมีการติดตั้งตัวติดตามพิเศษ ระบบติดตามที่รับประกันการวางแนวหัววัดที่แม่นยำที่สุดในทิศทางของดวงอาทิตย์

เนื่องจากต้นทุนของเครื่องผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์มีราคาสูงและระบบติดตามต้องมีการบำรุงรักษาเป็นระยะ การใช้งานจึงจำกัดเฉพาะระบบผลิตไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรมเป็นหลัก

การติดตั้งดังกล่าวสามารถใช้ในระบบไฮบริดร่วมกันได้ เช่น กับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ระบบกักเก็บจะลดต้นทุนการผลิตไฟฟ้า สิ่งนี้จะเป็นไปได้เนื่องจากการสร้างจะเกิดขึ้นตลอดเวลา

หลอดสุริยะแบบพาราโบลายาวถึง 50 เมตร มีลักษณะคล้ายพาราโบลากระจกยาว หัววัดดังกล่าวประกอบด้วยชุดกระจกเว้าซึ่งแต่ละชุดจะรวบรวมรังสีคู่ขนานของดวงอาทิตย์และโฟกัสไปที่จุดใดจุดหนึ่ง ตามพาราโบลาดังกล่าวมีท่อที่มีของเหลวหล่อเย็นตั้งอยู่เพื่อให้รังสีทั้งหมดที่สะท้อนจากกระจกมุ่งเน้นไปที่มัน เพื่อลดการสูญเสียความร้อน ท่อจะล้อมรอบด้วยท่อแก้วที่ขยายไปตามแนวโฟกัสของกระบอกสูบ

ฮับเหล่านี้จัดเรียงเป็นแถวในแนวเหนือใต้และติดตั้งระบบติดตามแสงอาทิตย์อย่างแน่นอน การแผ่รังสีที่มุ่งเน้นในสายทำให้สารหล่อเย็นร้อนขึ้นเกือบ 400 องศาผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสร้างไอน้ำที่หมุนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ในความเป็นธรรม ควรสังเกตว่าตาแมวสามารถอยู่ในตำแหน่งแทนหลอดได้ อย่างไรก็ตาม แม้จะมีข้อเท็จจริงที่ว่าขนาดหัววัดอาจเล็กลงด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ แต่ก็เต็มไปด้วยประสิทธิภาพที่ลดลงและปัญหาความร้อนสูงเกินไป ซึ่งจำเป็นต้องพัฒนาระบบระบายความร้อนคุณภาพสูง

ในทะเลทรายแคลิฟอร์เนียในทศวรรษที่ 1980 มีการสร้างโรงไฟฟ้า 9 แห่งที่มีหัวทรงกระบอกพาราโบลาซึ่งมีกำลังการผลิตรวม 354 เมกะวัตต์ จากนั้น บริษัทเดียวกัน (Luz International) ได้สร้างการติดตั้งแบบไฮบริด SEGS I ใน Deget ด้วยกำลังการผลิต 13.8 เมกะวัตต์ ซึ่งรวมถึงเตาอบก๊าซธรรมชาติเพิ่มเติม โดยทั่วไป ในปี 1990 บริษัทได้สร้างโรงไฟฟ้าแบบไฮบริดที่มีกำลังการผลิตรวม 80 เมกะวัตต์

การพัฒนาการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ในโรงไฟฟ้าพาราโบลากำลังดำเนินการในโมร็อกโก เม็กซิโก แอลจีเรีย และประเทศกำลังพัฒนาอื่นๆ โดยได้รับทุนสนับสนุนจากธนาคารโลก

ผลที่ตามมา ผู้เชี่ยวชาญสรุปว่า ทุกวันนี้ โรงไฟฟ้าแบบรางพาราโบลาล้าหลังทั้งโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบทาวเวอร์และแบบจานในแง่ของความสามารถในการทำกำไรและประสิทธิภาพ

การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบดิสก์ — เช่น จานดาวเทียม กระจกพาราโบลาที่โฟกัสแสงอาทิตย์ไปยังเครื่องรับซึ่งอยู่ที่จุดโฟกัสของจานดังกล่าวแต่ละจาน ในเวลาเดียวกันอุณหภูมิของสารหล่อเย็นด้วยเทคโนโลยีการให้ความร้อนนี้สูงถึง 1,000 องศา ของเหลวถ่ายเทความร้อนจะถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์ทันทีซึ่งรวมกับเครื่องรับ ตัวอย่างเช่นที่นี่ใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงและไบรตันซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบดังกล่าวได้อย่างมากเนื่องจากประสิทธิภาพออปติกสูงและต้นทุนเริ่มต้นต่ำ

สถิติโลกด้านประสิทธิภาพของการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์แบบจานพาราโบลาคือประสิทธิภาพความร้อนต่อไฟฟ้า 29% ที่ได้จากการติดตั้งแบบจานร่วมกับเครื่องยนต์สเตอร์ลิงที่แรนโช มิราจ

เนื่องจากการออกแบบโมดูลาร์ ระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบจับคู่มีแนวโน้มดีมาก ช่วยให้คุณบรรลุระดับพลังงานที่ต้องการได้อย่างง่ายดายสำหรับผู้ใช้ไฮบริดที่เชื่อมต่อกับกริดไฟฟ้าสาธารณะและอิสระ ตัวอย่างคือโครงการ STEP ซึ่งประกอบด้วยกระจกพาราโบลา 114 บานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 เมตร ตั้งอยู่ในรัฐจอร์เจีย

ระบบผลิตไอน้ำแรงดันปานกลาง ต่ำ และสูง ไอน้ำแรงดันต่ำจ่ายให้กับระบบปรับอากาศของโรงงานถักไหมพรม ไอน้ำแรงดันปานกลางจ่ายให้กับอุตสาหกรรมถักไหมพรม และจ่ายไอน้ำแรงดันสูงโดยตรงเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

แน่นอน หัววัดแบบแผ่นพลังงานแสงอาทิตย์รวมกับเครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นที่สนใจของเจ้าของบริษัทพลังงานขนาดใหญ่ ด้วยเหตุนี้ Science Applications International Corporation จึงร่วมมือกับบริษัทพลังงานสามแห่ง กำลังพัฒนาระบบโดยใช้เครื่องยนต์สเตอร์ลิงและกระจกพาราโบลาที่จะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 25 กิโลวัตต์

ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหอคอยที่มีตัวรับสัญญาณส่วนกลาง การแผ่รังสีของดวงอาทิตย์จะโฟกัสไปที่ตัวรับซึ่งอยู่ที่ด้านบนสุดของหอคอย…. รอบหอคอยมีตัวสะท้อนแสง-ฮีลิโอสแตทจำนวนมาก...

เครื่องรับจะดูดซับพลังงานความร้อนซึ่งจะเปลี่ยนกังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

สารหล่อเย็นเหลวที่หมุนเวียนในเครื่องรับจะนำไอน้ำไปยังเครื่องสะสมความร้อน โดยปกติงานคือไอน้ำที่มีอุณหภูมิ 550 องศา, อากาศและสารก๊าซอื่น ๆ ที่มีอุณหภูมิสูงถึง 1,000 องศา, ของเหลวอินทรีย์ที่มีจุดเดือดต่ำ - ต่ำกว่า 100 องศา, เช่นเดียวกับโลหะเหลว - สูงถึง 800 องศา

ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของสถานี ไอน้ำสามารถเปลี่ยนกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าหรือใช้โดยตรงในการผลิตบางประเภท อุณหภูมิในเครื่องรับแตกต่างกันไปตั้งแต่ 538 ถึง 1482 องศา

โรงไฟฟ้า Solar One ในแคลิฟอร์เนียตอนใต้ ซึ่งเป็นหนึ่งในอาคารประเภทแรกนี้ เดิมทีผลิตไฟฟ้าผ่านระบบไอน้ำที่ผลิตได้ 10 เมกะวัตต์ จากนั้นจึงผ่านการปรับปรุงให้ทันสมัยและเครื่องรับที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งขณะนี้ทำงานร่วมกับเกลือที่หลอมละลายและระบบกักเก็บความร้อนก็มีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

สิ่งนี้นำไปสู่ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีหัวรวมแสงอาทิตย์สำหรับโรงไฟฟ้าแบบหอแบตเตอรี่: พลังงานในโรงไฟฟ้าดังกล่าวสามารถผลิตได้ตามต้องการ เนื่องจากระบบกักเก็บความร้อนสามารถเก็บความร้อนได้นานถึง 13 ชั่วโมง

เทคโนโลยีเกลือหลอมทำให้สามารถเก็บความร้อนจากแสงอาทิตย์ได้ที่ 550 องศา และตอนนี้สามารถผลิตไฟฟ้าได้ทุกเวลาของวันและทุกสภาพอากาศ สถานีทาวเวอร์ "Solar Two" ที่มีกำลังการผลิต 10 เมกะวัตต์ได้กลายเป็นต้นแบบของโรงไฟฟ้าอุตสาหกรรมประเภทนี้ ในอนาคต — การก่อสร้างสถานประกอบการอุตสาหกรรมที่มีกำลังการผลิต 30 ถึง 200 เมกะวัตต์สำหรับองค์กรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

โอกาสมีมากมายมหาศาล แต่การพัฒนาถูกขัดขวางโดยความต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่และต้นทุนจำนวนมากในการสร้างสถานีหอคอยในระดับอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น ในการวางสถานีหอคอยขนาด 100 เมกะวัตต์ ต้องใช้พื้นที่ 200 เฮกตาร์ ในขณะที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่สามารถผลิตไฟฟ้าได้ 1,000 เมกะวัตต์ ต้องใช้พื้นที่เพียง 50 เฮกตาร์ ในทางกลับกัน สถานีทรงกระบอกพาราโบลา (แบบโมดูลาร์) สำหรับความจุขนาดเล็กนั้นคุ้มค่ากว่าสถานีแบบหอคอย

ดังนั้น หัววัดแบบทาวเวอร์และรางพาราโบลาจึงเหมาะสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดตั้งแต่ 30 เมกะวัตต์ถึง 200 เมกะวัตต์ที่เชื่อมต่อกับกริด ฮับดิสก์แบบโมดูลาร์เหมาะสำหรับการจ่ายไฟอัตโนมัติของเครือข่ายที่ต้องการเพียงไม่กี่เมกะวัตต์ ทั้งระบบหอคอยและพื้นมีราคาแพงในการผลิต แต่ให้ประสิทธิภาพสูงมาก

อย่างที่คุณเห็น หัววัดแบบรางพาราโบลาอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดในฐานะเทคโนโลยีหัวรวมแสงอาทิตย์ที่มีแนวโน้มดีที่สุดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

อ่านหัวข้อนี้ด้วย: การพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ของโลก