Tipos de usinas solares: torre, disco, concentrador parabólico-cilíndrico, solar-vácuo, combinado

Para converter a energia da radiação solar ou em outras palavras - calor e luz solar, em energia elétrica, por muitos anos, muitos países ao redor do mundo têm usado usinas de energia solar. São estruturas de engenharia com desenho diferenciado, que funcionam em princípios diferentes, dependendo do tipo de usina.

Se alguém, ao ouvir a combinação "usina solar", imagina uma enorme área coberta por painéis solares, não é de se estranhar, porque esse tipo de usina, chamada fotovoltaica, é muito popular hoje em dia em muitos lares. Mas este não é o único tipo de usina de energia solar.

Todas as usinas solares conhecidas hoje que produzem eletricidade em escala industrial são divididas em seis tipos: torre, placa, fotovoltaica, concentradores parabólico-cilíndricos, solar-vácuo e combinadas.Vamos dar uma olhada detalhada em cada tipo de usina de energia solar e prestar atenção às estruturas específicas em diferentes países ao redor do mundo.

Usinas de torre

Usina de energia solar — Uma usina de energia solar na qual a radiação de um sistema de concentração óptica formado por um campo de helióstatos é direcionada a um receptor solar montado em uma torre.

As usinas de torre foram originalmente baseadas no princípio da evaporação da água sob a influência da radiação solar. Aqui, o vapor de água é usado como fluido de trabalho. Localizada no centro dessa estação, a torre tem um tanque de água no topo pintado de preto para absorver melhor a radiação visível e o calor. Além disso, a torre possui um grupo de bombas cuja função é fornecer água ao reservatório. O vapor, cuja temperatura ultrapassa os 500 ° C, gira um gerador de turbina localizado no território da estação.

Para concentrar o máximo possível de radiação solar no topo da torre, centenas de heliostatos são instalados ao seu redor, cuja função é direcionar a radiação solar refletida diretamente para o reservatório de água. Helióstatos são espelhos, cuja área de cada um pode chegar a dezenas de metros quadrados.

Heliostato [heliostato] — Um elemento de espelho plano ou de foco de um sistema de concentração ótica com um dispositivo de orientação individual para direcionar a radiação solar direta refletida para um receptor de radiação solar.

Montados em suportes dotados de sistema de focagem automática, todos os heliostatos direcionam a radiação solar refletida diretamente para o topo da torre, para o tanque, pois o posicionamento funciona de acordo com o movimento do sol durante o dia.

No dia mais quente, a temperatura do vapor produzido pode chegar a 700°C, o que é mais do que suficiente para o funcionamento normal da turbina.

Por exemplo, em Israel, no território do deserto de Negev, até o final de 2017, será concluída a construção de uma usina com uma torre com capacidade superior a 121 MW. A altura da torre será de 240 metros (a torre solar mais alta do mundo na época da construção). , e ao redor dela haverá um andar de centenas de milhares de helióstatos que serão posicionados via controle Wi-Fi. A temperatura do vapor no tanque chegará a 540°C. O projeto de US$ 773 milhões cobrirá 1% das necessidades de eletricidade de Israel.

A água não é a única coisa que pode ser aquecida pela radiação solar na torre. Por exemplo, na Espanha, em 2011, foi colocada em operação a usina solar da torre Gemasolar, na qual um refrigerante de sal é aquecido. Esta solução possibilitou o aquecimento mesmo à noite.

O sal, aquecido a 565 ° C, entra em um tanque especial, após o qual transmite calor ao gerador de vapor, que gira a turbina. Todo o sistema tem capacidade nominal de 19,9 MW e é capaz de fornecer 110 GWh de eletricidade (média anual) para abastecer uma rede de 27.500 residências operando em plena capacidade 24 horas por dia durante 9 meses.

Lote usinas

Em princípio, as usinas desse tipo são semelhantes às usinas torre, mas são estruturalmente diferentes. Ele usa módulos separados, cada um dos quais gera eletricidade. O módulo inclui um refletor e um receptor. Um conjunto parabólico de espelhos formando um refletor é montado no suporte.

Amplificador de espelho — Um concentrador de radiação solar com um revestimento de espelho.Concentrador especular facetado - Um concentrador especular de radiação solar que consiste em espelhos individuais de forma plana ou curva formando uma superfície refletora comum.

O receptor está localizado no foco do parabolóide. O refletor consiste em dezenas de espelhos, cada um personalizado individualmente. O receptor pode ser um motor Stirling combinado com um gerador, ou um tanque de água que é convertido em vapor, e o vapor gira a turbina.

Por exemplo, em 2015, Ripasso, Suécia, testou uma unidade parabólica helotérmica com um motor Stirling na África do Sul. O refletor da instalação é um espelho parabólico composto por 96 peças e uma área total de 104 metros quadrados.

O foco estava em um motor a hidrogênio Stirling equipado com um volante e conectado a um gerador. A placa girava lentamente para seguir o sol durante o dia. Como resultado, o fator de eficiência foi de 34%, e cada uma dessas “placas” foi capaz de fornecer ao usuário 85 MWh de eletricidade por ano.

Para ser justo, notamos que no foco da "placa" de uma usina solar desse tipo pode ser localizado um recipiente com óleo, cujo calor pode ser transferido para o gerador de vapor, que, por sua vez, gira o turbina do gerador elétrico.

Usinas solares de tubos parabólicos

Aqui novamente o meio de aquecimento é aquecido por radiação refletida concentrada. O espelho tem a forma de um cilindro parabólico de até 50 metros de comprimento, localizado no sentido norte-sul e gira seguindo o movimento do sol. No foco do espelho está um tubo fixo ao longo do qual o agente de resfriamento líquido se move.Uma vez que o refrigerante esteja suficientemente quente, o calor é transferido para a água no trocador de calor, onde o vapor liga o gerador novamente.

Concentrador de corredor parabólico - Um concentrador de espelho da radiação solar, cuja forma é formada por uma parábola movendo-se paralelamente a si mesma.

Na década de 1980, na Califórnia, a Luz International construiu 9 dessas usinas, com capacidade total de 354 MW. No entanto, após vários anos de prática, os especialistas chegaram à conclusão de que hoje as usinas parabólicas são inferiores em termos de lucratividade e eficiência às usinas solares de torre e placa.

No entanto, em 2016, uma usina foi descoberta no deserto do Saara, perto de Casablanca. concentradores solares, com capacidade de 500 MW. Meio milhão de espelhos de 12 metros aquecem o refrigerante a 393 ° C para transformar a água em vapor para girar as turbinas do gerador. À noite, a energia térmica continua a funcionar sendo armazenada em sal fundido. Desta forma, o estado de Marrocos pretende resolver gradualmente o problema de uma fonte de energia amiga do ambiente.

usinas fotovoltaicas

Estações baseadas em módulos fotovoltaicos, painéis solares. Eles são muito populares e difundidos no mundo moderno. Os módulos baseados em células de silício são amplamente utilizados para alimentar pequenos locais, como sanatórios, vilas particulares e outros edifícios, onde uma estação com a potência necessária é montada a partir de peças separadas e instalada no telhado ou em um terreno de área adequada. As usinas fotovoltaicas industriais são capazes de fornecer eletricidade a pequenas cidades.

Solar Power Plant (SES) [usina de energia solar] — Uma usina projetada para converter a energia da radiação solar em eletricidade.

Por exemplo, na Rússia, a maior usina fotovoltaica do país foi lançada em 2015. A usina solar "Alexander Vlazhnev", composta por 100.000 painéis solares, com capacidade total de 25 MW, está localizada em uma área de 80 hectares entre as cidades de Orsk e Gai. A capacidade da estação é suficiente para fornecer eletricidade a metade da cidade de Orsk, incluindo edifícios comerciais e residenciais.

O princípio de operação de tais estações é simples. A energia dos fótons de luz é convertida em corrente em uma bolacha de silício; o efeito fotoelétrico intrínseco neste semicondutor há muito é estudado e aceito pelos fabricantes de células solares. Mas o silício cristalino, que dá uma eficiência de 24%, não é a única opção. A tecnologia está melhorando constantemente. Assim, em 2013, os engenheiros da Sharp alcançaram 44,4% de eficiência a partir de um elemento de arsenieto de índio-gálio, e o uso de lentes de foco permite atingir todos os 46%.

Usinas de energia solar a vácuo

Tipo absolutamente ecológico de estações solares. Em princípio, é utilizado o fluxo de ar natural, que ocorre devido à diferença de temperatura (o ar na superfície da terra é aquecido e sobe). Em 1929, essa ideia foi patenteada na França.

Está sendo construída uma estufa, que é um pedaço de terra coberto com vidro. Uma torre projeta-se do centro da estufa, um tubo alto no qual está montada uma turbina geradora. O sol aquece a estufa e o ar que sobe pelo cano gira a turbina.A corrente de ar permanece constante enquanto o sol aquece o ar em um volume de vidro fechado e mesmo à noite enquanto a superfície da terra retém o calor.

Uma estação experimental desse tipo foi construída em 1982, 150 quilômetros ao sul de Madri, na Espanha. A estufa tinha 244 metros de diâmetro e o cano tinha 195 metros de altura. A potência máxima desenvolvida é de apenas 50 kW. No entanto, a turbina funcionou por 8 anos até que falhou devido à ferrugem e ventos fortes. Em 2010, a China concluiu a construção de uma estação de vácuo solar capaz de fornecer 200 kW. Ocupa uma área de 277 hectares.

Usinas solares combinadas

Estas são as estações onde as comunicações de água quente e aquecimento são conectadas a trocadores de calor, geralmente aquecem água para várias necessidades. As estações combinadas também incluem soluções combinadas quando os concentradores trabalham em paralelo com os painéis solares. As usinas de energia solar combinadas são muitas vezes a única solução para o fornecimento alternativo de energia e aquecimento de residências particulares.