Kolektory skupiające promieniowanie słoneczne
Kraje południowej Europy, które z racji swojego położenia dysponują ponadprzeciętnym nasłonecznieniem, mają możliwość wprowadzania technologii pozwalających na znaczne rozszerzenie zakresu stosowania kolektorów słonecznych. Kolektory skupiające promieniowanie słoneczne budowane są w kilku wersjach.
Kolektory z lustrem (rynną) o kształcie paraboli
Kolektory z lustrem (rynną) w kształcie paraboli o szerokości do 6 m i długości do 150 m (rys. 1 i fot. 1) kierują promieniowanie słoneczne na rurę absorbera. Olej przepływający przez rurę ogrzewa się do temperatury rzędu 400°C i kierowany jest do wymiennika ciepła, w którym jego energia wykorzystywana jest do wytworzenia pary. Para ta służy do produkcji energii elektrycznej w tradycyjnych turbinach parowych.
Współczesne instalacje słoneczne wykorzystujące tę technologię mają moc do 80 MW, a sprawność instalacji zamieniającej promieniowanie słoneczne w energię elektryczną sięga 30%. Elektrownie takie budowane są głównie w Hiszpanii (fot. 2).
Kolejnym usprawnieniem w kolektorach wykorzystujących tę technologię jest skupianie promieniowania słonecznego bezpośrednio na szklanej rurze pokrytej absorberem selektywnym, przez którą przepływa woda. Dzięki temu w instalacji nie jest konieczne zastosowanie wymiennika ciepła, a jej sprawność znacznie wzrasta.
Kolektory Fresnela
W wypadku kolektorów wykorzystujących zasadę Fresnela (rys. 2) promieniowanie słoneczne dochodzące do baterii płaskich kolektorów kierowane jest na rurę absorbera. Ponieważ strumień energii dochodzący do rury jest mniejszy niż w wypadku luster skupiających, zastosowano w nich wtórne lustro, które dodatkowo skupia strumień światła. W rurze absorbera bezpośrednio podgrzewana jest woda, a powstała para kierowana jest do turbiny. Na fot. 3 pokazano elektrownię Thermosolar Power Plant 1 znajdującą się w Hiszpanii.
Wieżowe elektrownie słoneczne
W wieżowych elektrowniach słonecznych (rys. 3) promieniowanie słoneczne skupiane jest na szczycie specjalnie zbudowanej wieży przez zestaw indywidualnych, podążających za słońcem luster (tzw. heliostatów). W tej technologii absorber znajdujący się na szczycie wieży osiąga temperaturę powyżej 1000°C i przekazuje ciepło nośnikowi energii, który napędza turbiny.
Pierwsza komercyjna instalacja tego typu powstała w 2006 r., na szczycie wieży umieszczono wymiennik rurowy, który wytwarzał parę kierowaną następnie do turbiny o mocy elektrycznej 11 MW. Elektrownia wytwarza 24 GWh energii rocznie. Nowsze rozwiązania wież mają na szczycie specjalnie ukształtowane wymienniki metalowe lub ceramiczne. Przykładową elektrownię wieżową pokazano na fot. 4.
Instalacje z paraboloidą Dish
W wypadku kolektorów słonecznych tego typu mamy do czynienia z indywidualnymi siłowniami o mocy do kilkudziesięciu kW, dwuosiowo naprowadzanymi na słońce. Ze względu na kształt lustra w formie paraboloidy urządzenia te nazywane są z kolektorami Dish (ang. talerz). Lustro (rys. 4) skupia promienie słoneczne w punkcie centralnym, gdzie znajduje się absorber (odbiornik). Umieszczony w nim gaz (hel lub powietrze) ogrzany zostaje do temperatury powyżej 900°C i służy do napędu umieszczonej bezpośrednio przy nim turbiny gazowej lub silnika Sterlinga.
Kolektory Dish są eksploatowane od lat, zwłaszcza w USA, i osiągają sprawność rzędu 30%. W nowoczesnych urządzeniach lustro stanowi pojedynczy element (fot. 5a) lub budowane jest z segmentów (fot. 5b). Pojedyncze kolektory wraz z zamontowanymi na nich turbinami są zabezpieczeniem energetycznym dużych farm, a w grupach, jako siłownie, dostarczają energię na potrzeby małych miejscowości. Oczywiście dodatkowym wyposażeniem są tu specjalne agregaty, które magazynują energię, aby umożliwić całodzienną pracę siłowni.
