Tipos de plantas de energía solar: torre, disco, concentrador cilíndrico-parabólico, solar-vacío, combinadas

Para convertir la energía de la radiación solar o, en otras palabras, luz y calor solar, en energía eléctrica, durante muchos años, muchos países de todo el mundo han estado utilizando plantas de energía solar. Estas son estructuras de ingeniería con un diseño diferente, que funcionan con diferentes principios, según el tipo de planta de energía.

Si alguien, al escuchar la combinación "planta de energía solar", imagina una gran área cubierta con paneles solares, no es de extrañar, porque este tipo de plantas de energía, llamadas fotovoltaicas, son muy populares hoy en día en muchos hogares. Pero este no es el único tipo de planta de energía solar.

Todas las plantas de energía solar conocidas hoy en día que producen electricidad a escala industrial se dividen en seis tipos: torre, placa, fotovoltaica, concentradores cilíndricos-parabólicos, solar-vacío y combinadas.Echemos un vistazo detallado a cada tipo de planta de energía solar y prestemos atención a estructuras específicas en diferentes países del mundo.

Centrales eléctricas de torre

Planta de energía solar: una planta de energía solar en la que la radiación de un sistema de concentración óptica formado por un campo de helióstatos se dirige a un receptor solar montado en una torre.

Las centrales eléctricas de torre se basaron originalmente en el principio de la evaporación del agua bajo la influencia de la radiación solar. Aquí se utiliza vapor de agua como fluido de trabajo. Ubicada en el centro de dicha estación, la torre tiene un tanque de agua en la parte superior que está pintado de negro para absorber mejor tanto la radiación visible como el calor. Además, la torre dispone de un grupo de bombeo cuya función es la de suministrar agua al embalse. El vapor, cuya temperatura supera los 500 ° C, hace girar un generador de turbina ubicado en el territorio de la estación.

Para concentrar la máxima cantidad posible de radiación solar en la parte superior de la torre, se instalan alrededor de ella cientos de helióstatos, cuya función es dirigir la radiación solar reflejada directamente al depósito de agua. Los helióstatos son espejos, el área de cada uno de los cuales puede alcanzar decenas de metros cuadrados.

Heliostato [helióstato]: un elemento de espejo plano o de enfoque de un sistema de concentración óptica que tiene un dispositivo de orientación individual para dirigir la radiación solar directa reflejada a un receptor de radiación solar.

Montados sobre soportes equipados con un sistema de enfoque automático, todos los helióstatos dirigen la radiación solar reflejada directamente a la parte superior de la torre, al tanque, ya que el posicionamiento funciona según el movimiento del sol durante el día.

En el día más caluroso, la temperatura del vapor producido puede subir hasta los 700 °C, lo que es más que suficiente para el normal funcionamiento de la turbina.

Por ejemplo, en Israel, en el territorio del desierto de Negev, a fines de 2017, se completará la construcción de una central eléctrica con una torre con una capacidad de más de 121 MW La altura de la torre será de 240 metros (la torre solar más alta del mundo en el momento de la construcción), y alrededor habrá un piso de cientos de miles de helióstatos que se posicionarán a través del control de Wi-Fi. La temperatura del vapor en el tanque alcanzará los 540 °C. El proyecto de $773 millones cubrirá el 1% de las necesidades de electricidad de Israel.

El agua no es lo único que se puede calentar por la radiación solar en la torre. Por ejemplo, en España, en 2011, se puso en funcionamiento la planta solar de torre Gemasolar, en la que se calienta un refrigerante salino. Esta solución hizo posible calentar incluso por la noche.

La sal, calentada a 565 ° C, ingresa a un tanque especial, luego de lo cual transmite calor al generador de vapor, que hace girar la turbina. Todo el sistema tiene una potencia nominal de 19,9 MW y es capaz de suministrar 110 GWh de energía eléctrica (promedio anual) para alimentar una red de 27.500 hogares operando a pleno rendimiento las 24 horas del día durante 9 meses.

Lote plantas de energía

En principio, las centrales eléctricas de este tipo son similares a las centrales de torre, pero son estructuralmente diferentes. Utiliza módulos separados, cada uno de los cuales genera electricidad. El módulo incluye un reflector y un receptor. Sobre el soporte se monta un conjunto parabólico de espejos que forman un reflector.

Amplificador de espejo: un concentrador de radiación solar con un revestimiento de espejo.Concentrador facetado especular: un concentrador especular de radiación solar que consta de espejos individuales de forma plana o curva que forman una superficie reflectante común.

El receptor se encuentra en el foco del paraboloide. El reflector consta de docenas de espejos, cada uno personalizado individualmente. El receptor puede ser un motor Stirling combinado con un generador, o un tanque de agua que se convierte en vapor, y el vapor hace girar la turbina.

Por ejemplo, en 2015, Ripasso, Suecia, probó una unidad helotérmica parabólica con un motor Stirling en Sudáfrica. El reflector de la instalación es un espejo parabólico que consta de 96 piezas y una superficie total de 104 metros cuadrados.

La atención se centró en un motor de hidrógeno Stirling equipado con un volante y conectado a un generador. El plato giró lentamente para seguir al sol durante el día. Como resultado, el factor de eficiencia fue del 34%, y cada una de esas "placas" pudo proporcionar al usuario 85 MWh de electricidad por año.

Para ser justos, notamos que en el foco de la "placa" de una planta de energía solar de este tipo, se puede ubicar un contenedor de aceite, cuyo calor se puede transferir al generador de vapor, que, a su vez, hace girar el turbina del generador eléctrico.

Plantas solares de tubos parabólicos

Aquí nuevamente el medio de calentamiento es calentado por radiación reflejada concentrada. El espejo tiene forma de cilindro parabólico de hasta 50 metros de largo, está ubicado en dirección norte-sur y gira siguiendo el movimiento del sol. En el foco del espejo hay un tubo fijo a lo largo del cual se mueve el agente refrigerante líquido.Una vez que el refrigerante está lo suficientemente caliente, el calor se transfiere al agua en el intercambiador de calor, donde el vapor vuelve a hacer girar el generador.

Concentrador de corredor parabólico: concentrador de espejo de radiación solar, cuya forma está formada por una parábola que se mueve paralelamente a sí misma.

En la década de 1980 en California, Luz International construyó 9 centrales eléctricas de este tipo, con una capacidad total de 354 MW. Sin embargo, tras varios años de práctica, los expertos han llegado a la conclusión de que hoy en día las plantas parabólicas son inferiores tanto en rentabilidad como en eficiencia a las plantas solares de torre y de placas.

Sin embargo, en 2016, se descubrió una central eléctrica en el desierto del Sahara, cerca de Casablanca. concentradores solares, con una capacidad de 500 MW. Medio millón de espejos de 12 metros calientan el refrigerante a 393 °C para convertir el agua en vapor para hacer girar las turbinas del generador. Por la noche, la energía térmica sigue funcionando al ser almacenada en sales fundidas. De esta manera, el estado de Marruecos planea resolver gradualmente el problema de una fuente de energía respetuosa con el medio ambiente.

Plantas de energía fotovoltaica

Estaciones basadas en módulos fotovoltaicos, paneles solares. Son muy populares y están muy extendidos en el mundo moderno. Los módulos basados ​​en celdas de silicio se usan ampliamente para alimentar sitios pequeños, como sanatorios, villas privadas y otros edificios, donde se ensambla una estación con la potencia requerida a partir de partes separadas y se instala en el techo o en una parcela de un área adecuada. Las centrales fotovoltaicas industriales son capaces de suministrar electricidad a pequeñas ciudades.

Planta de energía solar (SES) [planta de energía solar]: una planta de energía diseñada para convertir la energía de la radiación solar en electricidad.

Por ejemplo, en Rusia, la planta de energía fotovoltaica más grande del país se inauguró en 2015. La planta de energía solar "Alexander Vlazhnev", que consta de 100,000 paneles solares, con una capacidad total de 25 MW, está ubicada en un área de 80 hectáreas entre las ciudades de Orsk y Gai. La capacidad de la estación es suficiente para suministrar electricidad a la mitad de la ciudad de Orsk, incluidos los edificios comerciales y residenciales.

El principio de funcionamiento de tales estaciones es simple. La energía de los fotones de luz se convierte en corriente en una oblea de silicio; el efecto fotoeléctrico intrínseco en este semiconductor ha sido estudiado y aceptado durante mucho tiempo por los fabricantes de células solares. Pero el silicio cristalino, que otorga una eficiencia del 24%, no es la única opción. La tecnología está mejorando constantemente. Entonces, en 2013, los ingenieros de Sharp lograron una eficiencia del 44,4 % a partir de un elemento de arseniuro de indio y galio, y el uso de lentes de enfoque hace posible alcanzar el 46 %.

Plantas de energía solar de vacío

Tipo absolutamente ecológico de estaciones solares. En principio, se utiliza el flujo de aire natural, que se produce debido a la diferencia de temperatura (el aire en la superficie de la tierra se calienta y se precipita hacia arriba). En 1929, esta idea fue patentada en Francia.

Se está construyendo un invernadero, que es un terreno cubierto de vidrio. Del centro del invernadero sobresale una torre, un tubo alto en el que se monta una turbina generadora. El sol calienta el invernadero y el aire que sube por la tubería hace girar la turbina.El tiro permanece constante mientras el sol calienta el aire en un volumen de vidrio cerrado e incluso durante la noche mientras la superficie de la tierra retiene el calor.

Una estación experimental de este tipo se construyó en 1982, 150 kilómetros al sur de Madrid, en España. El invernadero tenía 244 metros de diámetro y la tubería tenía 195 metros de altura. La potencia máxima desarrollada es de sólo 50 kW. Sin embargo, la turbina funcionó durante 8 años hasta que falló debido a la oxidación y los fuertes vientos. En 2010, China completó la construcción de una estación de vacío solar que podía proporcionar 200 kW. Ocupa una superficie de 277 hectáreas.

Plantas de energía solar combinada

Son las estaciones donde se conectan las comunicaciones de agua caliente y calefacción a los intercambiadores de calor, en general calientan agua para diversas necesidades. Las estaciones combinadas también incluyen soluciones combinadas cuando los concentradores trabajan en paralelo con los paneles solares. Las plantas de energía solar combinada son a menudo la única solución para el suministro de energía alternativo y la calefacción de casas particulares.