Arten von Solarkraftwerken: Turm, Scheibe, parabolisch-zylindrischer Konzentrator, Solar-Vakuum, kombiniert

Um Sonnenstrahlungsenergie umzuwandeln oder mit anderen Worten – Sonnenwärme und Licht in elektrische Energie umwandelnSeit vielen Jahren nutzen viele Länder auf der ganzen Welt Solarkraftwerke. Dabei handelt es sich um Ingenieurbauwerke unterschiedlicher Bauart, die je nach Kraftwerkstyp nach unterschiedlichen Prinzipien funktionieren.

Wenn sich jemand bei der Kombination „Solarkraftwerk“ eine riesige, mit Sonnenkollektoren bedeckte Fläche vorstellt, ist das nicht verwunderlich, denn diese Art von Kraftwerken, Photovoltaik genannt, erfreut sich heute in vielen Haushalten großer Beliebtheit. Dies ist jedoch nicht die einzige Art von Solarkraftwerken.

Alle heute bekannten Solarkraftwerke, die im industriellen Maßstab Strom erzeugen, werden in sechs Typen unterteilt: Turm-, Platten-, Photovoltaik-, parabolisch-zylindrische Konzentratoren, Solar-Vakuum- und kombinierte Kraftwerke.Werfen wir einen detaillierten Blick auf jeden Typ von Solarkraftwerken und achten wir auf spezifische Strukturen in verschiedenen Ländern auf der ganzen Welt.

Turmkraftwerke

Solarkraftwerk – Ein Solarkraftwerk, bei dem Strahlung von einem optischen Konzentrationssystem, das aus einem Feld von Heliostaten besteht, auf einen auf einem Turm montierten Solarempfänger geleitet wird.

Turmkraftwerke basierten ursprünglich auf dem Prinzip der Wasserverdunstung unter dem Einfluss von Sonneneinstrahlung. Als Arbeitsmedium wird hier Wasserdampf verwendet. Der Turm befindet sich in der Mitte einer solchen Station und verfügt oben über einen Wassertank, der schwarz gestrichen ist, um sowohl sichtbare Strahlung als auch Wärme optimal zu absorbieren. Darüber hinaus verfügt der Turm über eine Pumpengruppe, deren Aufgabe es ist, das Reservoir mit Wasser zu versorgen. Dampf, dessen Temperatur 500 ° C übersteigt, treibt einen Turbinengenerator an, der sich auf dem Gelände der Station befindet.

Um die größtmögliche Menge an Sonnenstrahlung an der Spitze des Turms zu konzentrieren, sind um ihn herum Hunderte von Heliostaten installiert, deren Aufgabe es ist, die reflektierte Sonnenstrahlung direkt auf den Wasserbehälter zu richten. Heliostaten sind Spiegel, deren Fläche jeweils mehrere zehn Quadratmeter erreichen kann.

Heliostat [Heliostat] – Ein flaches oder fokussierendes Spiegelelement eines optischen Konzentrationssystems mit einer individuellen Ausrichtungsvorrichtung zum Lenken der reflektierten direkten Sonnenstrahlung auf einen Sonnenstrahlungsempfänger.

Alle Heliostaten sind auf Trägern montiert, die mit einem automatischen Fokussierungssystem ausgestattet sind, und leiten die reflektierte Sonnenstrahlung direkt auf die Spitze des Turms, zum Tank, da die Positionierung entsprechend der Bewegung der Sonne während des Tages erfolgt.

An den heißesten Tagen kann die Temperatur des erzeugten Dampfes auf 700 °C ansteigen, was für den normalen Betrieb der Turbine mehr als ausreichend ist.

In Israel beispielsweise wird auf dem Territorium der Negev-Wüste bis Ende 2017 der Bau eines Kraftwerks mit einem Turm mit einer Leistung von mehr als 121 MW abgeschlossen sein. Die Höhe des Turms wird 240 Meter betragen (der höchste Solarturm der Welt zum Zeitpunkt des Baus). Und um ihn herum wird sich ein Boden aus Hunderttausenden Heliostaten befinden, die per Wi-Fi-Steuerung positioniert werden. Die Dampftemperatur im Tank wird 540 °C erreichen. Das 773 Millionen Dollar teure Projekt wird 1 % des israelischen Strombedarfs decken.

Nicht nur Wasser kann durch Sonneneinstrahlung im Turm erwärmt werden. In Spanien wurde beispielsweise 2011 das Turmsolarkraftwerk Gemasolar in Betrieb genommen, in dem ein Salzkühlmittel erhitzt wird. Diese Lösung ermöglichte das Heizen auch nachts.

Das auf 565 °C erhitzte Salz gelangt in einen speziellen Tank und überträgt anschließend Wärme an den Dampferzeuger, der die Turbine antreibt. Das gesamte System hat eine Nennleistung von 19,9 MW und ist in der Lage, 110 GWh Strom (Jahresdurchschnitt) zu liefern, um ein Netz von 27.500 Haushalten zu versorgen, die 9 Monate lang 24 Stunden am Tag mit voller Kapazität betrieben werden.

Viele Kraftwerke

Prinzipiell ähneln Kraftwerke dieser Art Turmkraftwerken, unterscheiden sich jedoch baulich. Es verwendet separate Module, die jeweils Strom erzeugen. Das Modul umfasst sowohl einen Reflektor als auch einen Empfänger. Auf dem Träger ist eine parabolische Anordnung von Spiegeln montiert, die einen Reflektor bilden.

Spiegelverstärker – Ein Sonnenstrahlungskonzentrator mit einer Spiegelbeschichtung.Spiegelnder Facettenkonzentrator – Ein spiegelnder Konzentrator der Sonnenstrahlung, der aus einzelnen Spiegeln flacher oder gebogener Form besteht, die eine gemeinsame reflektierende Oberfläche bilden.

Der Empfänger befindet sich im Brennpunkt des Paraboloids. Der Reflektor besteht aus Dutzenden von Spiegeln, die jeweils individuell angepasst sind. Der Empfänger kann ein Stirlingmotor in Kombination mit einem Generator oder ein Wassertank sein, der in Dampf umgewandelt wird und der Dampf die Turbine antreibt.

Beispielsweise testete Ripasso, Schweden, im Jahr 2015 in Südafrika eine parabolische Helothermieanlage mit einem Stirlingmotor. Der Reflektor der Installation ist ein Parabolspiegel bestehend aus 96 Teilen und einer Gesamtfläche von 104 Quadratmetern.

Im Mittelpunkt stand ein Stirling-Wasserstoffmotor, der mit einem Schwungrad ausgestattet und an einen Generator angeschlossen ist. Die Platte drehte sich langsam, um tagsüber der Sonne zu folgen. Dadurch betrug der Wirkungsgrad 34 % und jede dieser „Platten“ konnte den Nutzer mit 85 MWh Strom pro Jahr versorgen.

Der Fairness halber sei darauf hingewiesen, dass sich im Brennpunkt der „Platte“ eines solchen Solarkraftwerks ein Behälter mit Öl befinden kann, dessen Wärme auf den Dampferzeuger übertragen werden kann, der ihn wiederum dreht Turbine des elektrischen Generators.

Parabolröhren-Solarkraftwerke

Auch hier wird das Heizmedium durch konzentrierte reflektierte Strahlung erhitzt. Der Spiegel hat die Form eines bis zu 50 Meter langen Parabolzylinders, ist in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet und dreht sich entsprechend der Bewegung der Sonne. Im Fokus des Spiegels befindet sich ein feststehendes Rohr, entlang dem sich das flüssige Kühlmittel bewegt.Sobald das Kühlmittel warm genug ist, wird die Wärme im Wärmetauscher an das Wasser übertragen, wo der Dampf den Generator erneut antreibt.

Parabolischer Korridorkonzentrator – Ein Spiegelkonzentrator der Sonnenstrahlung, dessen Form durch eine parallel zu sich selbst bewegte Parabel gebildet wird.

In den 1980er Jahren baute Luz International in Kalifornien neun solcher Kraftwerke mit einer Gesamtkapazität von 354 MW. Nach mehrjähriger Praxis sind Experten jedoch zu dem Schluss gekommen, dass Parabolkraftwerke heute sowohl in Bezug auf Rentabilität als auch Effizienz den Turm- und Plattensolarkraftwerken unterlegen sind.

Doch 2016 wurde in der Sahara in der Nähe von Casablanca ein Kraftwerk entdeckt. Solarkonzentratorenmit einer Leistung von 500 MW. Eine halbe Million 12-Meter-Spiegel erhitzen das Kühlmittel auf 393 °C, um Wasser in Dampf für drehende Generatorturbinen umzuwandeln. Nachts wirkt die thermische Energie weiter, indem sie in geschmolzenem Salz gespeichert wird. Auf diese Weise will der Staat Marokko das Problem einer umweltfreundlichen Energiequelle schrittweise lösen.

Photovoltaik-Kraftwerke

Stationen basierend auf Photovoltaikmodulen, Sonnenkollektoren. Sie sind in der modernen Welt sehr beliebt und weit verbreitet. Auf Siliziumzellen basierende Module werden häufig zur Stromversorgung kleinerer Standorte wie Sanatorien, Privatvillen und anderer Gebäude verwendet, wobei eine Station mit der erforderlichen Leistung aus Einzelteilen zusammengesetzt und auf dem Dach oder auf einem Grundstück mit geeigneter Fläche installiert wird. Industrielle Photovoltaikkraftwerke können Kleinstädte mit Strom versorgen.

Solarkraftwerk (SES) [Solarkraftwerk] – Ein Kraftwerk, das die Energie der Sonnenstrahlung in Strom umwandelt.

Beispielsweise wurde in Russland im Jahr 2015 das größte Photovoltaik-Kraftwerk des Landes in Betrieb genommen. Auf einer Fläche von 1.000 m² befindet sich das Solarkraftwerk „Alexander Vlazhnev“, bestehend aus 100.000 Solarmodulen mit einer Gesamtleistung von 25 MW 80 Hektar zwischen den Städten Orsk und Gai. Die Kapazität der Station reicht aus, um die Hälfte der Stadt Orsk, einschließlich Geschäfts- und Wohngebäuden, mit Strom zu versorgen.

Das Funktionsprinzip solcher Stationen ist einfach. Die Energie von Lichtphotonen wird in einem Siliziumwafer in Strom umgewandelt; Der intrinsische photoelektrische Effekt dieses Halbleiters wird von Solarzellenherstellern seit langem untersucht und akzeptiert. Aber kristallines Silizium, das einen Wirkungsgrad von 24 % ergibt, ist nicht die einzige Option. Die Technologie verbessert sich ständig. Im Jahr 2013 erreichten die Sharp-Ingenieure mit einem Indium-Gallium-Arsenid-Element einen Wirkungsgrad von 44,4 %, und der Einsatz von Fokussierungslinsen ermöglicht es, ganze 46 % zu erreichen.

Solare Vakuumkraftwerke

Absolut ökologische Art von Solarstationen. Grundsätzlich wird der natürliche Luftstrom genutzt, der durch den Temperaturunterschied entsteht (die Luft an der Erdoberfläche erwärmt sich und strömt nach oben). Bereits 1929 wurde diese Idee in Frankreich patentiert.

Es entsteht ein Gewächshaus, ein mit Glas bedecktes Stück Land. Aus der Mitte des Gewächshauses ragt ein Turm heraus, ein hohes Rohr, in dem eine Generatorturbine montiert ist. Die Sonne erwärmt das Gewächshaus und die durch das Rohr nach oben strömende Luft treibt die Turbine an.Der Luftzug bleibt konstant, solange die Sonne die Luft in einem geschlossenen Glasvolumen erwärmt und auch nachts, solange die Erdoberfläche Wärme speichert.

Eine Versuchsstation dieser Art wurde 1982 150 Kilometer südlich von Madrid in Spanien gebaut. Das Gewächshaus hatte einen Durchmesser von 244 Metern und das Rohr war 195 Meter hoch. Die maximal entwickelte Leistung beträgt nur 50 kW. Allerdings lief die Turbine acht Jahre lang, bis sie aufgrund von Rost und starkem Wind ausfiel. Im Jahr 2010 schloss China den Bau einer Solarvakuumstation ab, die 200 kW liefern konnte. Es nimmt eine Fläche von 277 Hektar ein.

Kombinierte Solarkraftwerke

Dies sind die Stationen, an denen Warmwasser- und Heizungskommunikation mit Wärmetauschern verbunden sind. Im Allgemeinen erhitzen sie Wasser für verschiedene Bedürfnisse. Kombinierte Stationen umfassen auch kombinierte Lösungen, bei denen die Konzentratoren parallel zu den Solarmodulen arbeiten. Kombinierte Solarkraftwerke sind oft die einzige Lösung zur alternativen Stromversorgung und Beheizung von Privathäusern.