Solární tepelné elektrárny – US Energy Information Administration (EIA)

Solární tepelně-elektrické energetické systémy shromažďují a koncentrují sluneční světlo, aby produkovaly vysoké teploty potřebné k výrobě elektřiny. Všechny solární tepelné systémy mají solární kolektory se dvěma hlavními součástmi: reflektory (zrcadla), které zachycují a zaostřují sluneční světlo na a přijímač. Ve většině typů systémů se teplonosná tekutina zahřívá a cirkuluje v přijímači a používá se k výrobě páry. Pára se přeměňuje na mechanickou energii v turbíně, která pohání generátor k výrobě elektřiny. Solární tepelné energetické systémy mají sledovací systémy, které udržují sluneční světlo soustředěné na přijímač po celý den, když slunce mění polohu na obloze. Solární tepelné elektrárny mají obvykle velké pole nebo pole kolektorů, které dodávají teplo do turbíny a generátoru. Několik solárně tepelných energetických zařízení ve Spojených státech má dvě nebo více solárních elektráren s oddělenými poli a generátory.

Solární tepelné energetické systémy mohou mít také systém akumulace tepelné energie, který během dne shromažďuje teplo v systému skladování energie a teplo z akumulačního systému se používá k výrobě elektřiny ve večerních hodinách nebo během oblačného počasí. Solární tepelné elektrárny mohou být také hybridní systémy, které používají jiná paliva (obvykle zemní plyn) k doplnění energie ze slunce během období nízkého slunečního záření.

Koncentrační solární tepelné elektrárny

Lineární koncentrační systémy

Lineární koncentrační systémy shromažďují sluneční energii pomocí dlouhých, obdélníkových, zakřivených zrcadel (ve tvaru U). Zrcadla zaměřují sluneční světlo na přijímače (trubice), které probíhají po délce zrcadel. Koncentrované sluneční světlo ohřívá tekutinu proudící trubicemi. Tekutina se posílá do výměníku tepla, kde se vaří voda v konvenčním generátoru s parní turbínou a vyrábí se elektřina. Existují dva hlavní typy lineárních koncentrátorových systémů: parabolické žlabové systémy, kde jsou přijímací trubice umístěny podél ohniskové linie každého parabolického zrcadla, a lineární Fresnelovy reflektorové systémy, kde je jedna přijímací trubice umístěna nad několika zrcadly, aby umožnila zrcadlům větší pohyblivost při sledování slunce.

Lineární koncentrační kolektorová elektrárna má velký počet, popř polekolektorů v paralelních řadách, které jsou obvykle zarovnány v orientaci sever-jih, aby se maximalizoval sběr sluneční energie. Tato konfigurace umožňuje zrcadlům sledovat slunce od východu na západ během dne a nepřetržitě koncentrovat sluneční světlo do přijímacích trubic.

Parabolické žlaby

Parabolický žlabový kolektor má dlouhý reflektor parabolického tvaru, který soustřeďuje sluneční paprsky na trubku přijímače umístěnou v ohnisku paraboly. Kolektor se naklání spolu se sluncem, aby se sluneční světlo soustředilo na přijímač, když se slunce během dne pohybuje z východu na západ.

Díky svému parabolickému tvaru může žlab soustředit sluneční světlo od 30krát do 100krát než je jeho normální intenzita (poměr koncentrace) na trubku přijímače, umístěnou podél ohniskové linie žlabu, a dosáhnout tak provozní teploty vyšší než 750 °F.

Parabolické žlabové lineární koncentrační systémy se používají v jednom z nejdéle fungujících solárních tepelných energetických zařízení na světě, Solar Energy Generating System (SEGS), který se nachází v Mohavské poušti v Kalifornii. Zařízení mělo v průběhu času devět samostatných závodů. První závod v systému, SEGS I, fungoval v letech 1984 až 2015, a druhý, SEGS II, fungoval v letech 1985 až 2015. Každý SEGS III–VII měl čistou letní kapacitu výroby elektrické energie 36 megawattů (MW) a zahájil provoz v letech 1986 až 1988. SEGS VIII zahájil provoz v roce 1989 a SEGS 1989; každý z nich měl čistou letní kapacitu výroby elektřiny 88 MW. SEGS III–VII a VIII byly všechny uzavřeny v roce 2021 a k 31. prosinci 2023 zůstal v provozu pouze SEGS IX.

• Solana Generating Station: 296 MW dvouelektrárenské zařízení s komponentem pro skladování energie v Gila Bend v Arizoně, které začalo fungovat v roce 2013
• Mojave Solar Project: 275 MW zařízení se dvěma závody v Barstow v Kalifornii, které začalo fungovat v roce 2014
• Genesis Solar Energy Project: 250 MW dvouzávodní zařízení v Blythe v Kalifornii, které začalo fungovat v letech 2013 a 2014
• Nevada Solar One: 69 MW elektrárna poblíž Boulder City, Nevada, která zahájila provoz v roce 2007

Lineární Fresnelovy reflektory

Systémy lineárních Fresnelových reflektorů (LFR) jsou podobné systémům parabolických žlabů, protože oba mají zrcadla (reflektory), které koncentrují sluneční světlo na přijímač umístěný nad zrcadly. Tyto reflektory využívají efekt Fresnelovy čočky, která má koncentrační zrcadlo s velkou clonou a krátkou ohniskovou vzdáleností. Tyto systémy mohou koncentrovat sluneční energii na přibližně 30násobek její normální intenzity. Kompaktní lineární Fresnelovy reflektory (CLFR)—také označované jako koncentrační lineární Fresnelovy reflektory— jsou typem technologie LFR, která má v blízkosti zrcátek více absorbérů. Více přijímačů umožňuje zrcadlům změnit jejich sklon, aby se minimalizovalo, do jaké míry blokují sousední reflektory v přístupu ke slunečnímu světlu. Toto umístění zlepšuje efektivitu systému a snižuje požadavky na materiál a náklady. U Bakersfieldu v Kalifornii byla v roce 2008 postavena demonstrační solární elektrárna CLFR, která však není v provozu.

Solární elektrárny

Systém solárních věží využívá velké pole plochých zrcadel sledujících slunce, tzv heliostaty odrážet a koncentrovat sluneční světlo na přijímač na vrcholu věže. Sluneční světlo může být koncentrováno až 1500krát. Některé energetické věže používají vodu jako teplonosnou kapalinu. Pokročilé konstrukce experimentují s roztavenou dusičnanovou solí kvůli jejímu vynikajícímu přenosu tepla a schopnosti akumulace energie. Schopnost akumulace tepelné energie umožňuje systému vyrábět elektřinu za oblačného počasí nebo v noci.

• Ivanpah Solar Power Facility: zařízení se třemi samostatnými kolektorovými poli a věžemi s kombinovanou čistou letní kapacitou výroby elektrické energie 393 MW v Ivanpah Dry Lake v Kalifornii, které začalo fungovat v roce 2013
• Crescent Dunes Solar Energy Project: 110 MW jednověžové zařízení s komponentem pro skladování energie v Tonapahu v Nevadě, které začalo fungovat v roce 2015

Solární parabolické motory

Systémy solárních parabolických motorů používají zrcadlovou parabolu podobnou velmi velké satelitní parabole. Pro snížení nákladů se zrcadlová miska obvykle skládá z mnoha menších plochých zrcadel tvarovaných do tvaru misky. Plocha ve tvaru misky směřuje a soustřeďuje sluneční světlo na tepelný přijímač, který absorbuje a shromažďuje teplo a přenáší je do generátoru motoru. Nejběžnějším typem tepelného motoru používaného v systémech talířových motorů je Stirlingův motor. Tento systém využívá kapalinu ohřívanou přijímačem k pohybu pístů a vytváření mechanické energie. Mechanická energie pohání generátor nebo alternátor k výrobě elektřiny.

Systémy solárních parabolických motorů vždy míří přímo na slunce a koncentrují sluneční energii do ohniska paraboly. Koncentrační poměr solární paraboly je mnohem vyšší než u lineárních koncentračních systémů; má teplotu pracovní kapaliny vyšší než 1 380 °F. Zařízení na výrobu energie používané se solární parabolou lze namontovat v ohnisku paraboly. Energii lze také odebírat z řady zařízení a přeměnit na elektřinu v centrálním bodě.

Spojené státy nemají v komerčním provozu žádné projekty solárních parabolických motorů v užitkovém měřítku.

Poslední aktualizace: 16. dubna 2024.

Krátké shrnutí solárních tepelných energetických systémů

• Shromažďují a koncentrují sluneční světlo pro výrobu elektřiny.
• Obsahují solární kolektory s reflektory a přijímači.
• Teplonosná tekutina se zahřívá a používá k výrobě páry, která pohání turbínu.
• Sledovací systémy udržují sluneční světlo soustředěné na přijímač během dne.
• Mohou mít akumulační systémy pro využití energie v noci nebo za oblačného počasí.
• Mezi typy patří lineární koncentrační systémy a solární věže.
• Parabolické žlaby a Fresnelovy reflektory jsou dva hlavní typy lineárních koncentračních systémů.
• Solární parabolické motory využívají Stirlingovy motory k výrobě elektrické energie.