Napełniany powietrzem kolektor słoneczny zapewnia bezemisyjne źródło energii
Zwierciadła lub soczewki mogą skupiać duże ilości światła słonecznego na małej powierzchni, aby przetworzyć je następnie na energię cieplną i elektryczną. Technologia, znana jako skoncentrowana energia słoneczna (CSP), ma olbrzymi potencjał, jeśli chodzi o komercyjną produkcję energii w Afryce Północnej, na Bliskim Wschodzie, w południowych regionach Stanów Zjednoczonych oraz w Europie, gdzie zapotrzebowanie na energię w wieczornym szczycie nie może być w sposób efektywny zaspokojone za pomocą ogniw fotowoltaicznych. Jednakże jedną z przeszkód w stosowaniu dostępnej obecnie technologii CSP są zbyt wysokie koszty uzupełniania tych niedoborów. Twórcy projektu pn. HELIOtube odrzucili konwencjonalną technologię CSP wymagającą ciężkich i kosztownych kolektorów z lustrami parabolicznymi. Zamiast tego zdecydowali się na opracowanie taniej i lekkiej technologii, która polega na zastosowaniu dużych napełnianych powietrzem cylindrycznych komór koncentrujących promieniowanie słoneczne. Podtrzymują je metalowe obręcze, które są częścią konstrukcji modułowej i pomagają obracać kolektor, tak aby ustawić go w odpowiedniej pozycji względem słońca. Kierownik projektu Christoph Schnabel wyjaśnia: „Zespół zbudował pełnowymiarowy kolektor HELIOtube, mający 220 metrów długości i 9 metrów średnicy. My go zainstalowaliśmy i uruchomiliśmy w warunkach rzeczywistych jako obiekt demonstracyjny”. Nowe podejście do energii słonecznej Do budowy cylindrów użyto bardzo trwałego, elastycznego i lekkiego materiału, który nadaje się do recyklingu. Cylindry składają się z trzech warstw tworzyw sztucznych: warstwy bazowej, warstwy przezroczystej i warstwy lustrzanej. Warstwa lustrzana dzieli koncentrator na dwie hermetyczne komory, które biegną przez całą długość rury. Niewielkie różnice ciśnienia między górną i dolną komorą zaginają lustrzaną warstwę w dół, tworząc kanał lustrzany. W ten sposób koncentrowane jest promieniowanie słoneczne (współczynnik koncentracji wynosi 100), rozgrzewając ciecz termalną przechodzącą przez odbiornik w górnej komorze do maksymalnej temperatury 400°C. Każdy kolektor HELIOtube wytwarza energię termiczną o mocy około jednego megawata. Można je też połączyć ze sobą i zbudować elektrownię słoneczną. Wytworzona w ten sposób energia zużywana jest bezpośrednio do różnych procesów przemysłowych lub przekształcana za pomocą turbiny parowej w energię elektryczną. Zatem instalację można wykorzystać na małą skalę, na przykład w przemysłowym systemie ogrzewania, lub w elektrowni produkującej energię na dużą skalę. Zwinięta rura HELIOtube waży o 90% mniej niż kolektor paraboliczny o porównywalnej skali. Można ją też łatwo przewieźć w standardowym 20-metrowym kontenerze, a następnie napełnić powietrzem w miejscu przeznaczenia. Dzięki temu znacznie spadają koszty produkcji, transportu i montażu. Dodatkową korzyścią jest fakt, że innowacyjne materiały użyte do konstrukcji cylindrów radykalnie zmniejszają zapotrzebowanie na cenną wodę potrzebną do czyszczenia urządzenia. Cząsteczki jak piasek i kurz można usuwać za pomocą sprężonego powietrza, co także zmniejsza zużycie wody. Sprawdzona technologia Uczestnicy projektu przeprowadzili badania obciążenia wywieranego przez wiatr na modelu w zmniejszonej skali, dzięki czemu mogli określić, jakiej wielkości powinny być urządzenia zabezpieczające przed wiatrem, oraz ustalić i przetestować ostateczny kształt geometryczny kolektora i konfigurację pola. „Udało nam się poddać analizie nieprawdopodobną ilość danych”, zauważa Christoph Schnabel. „Pozwoliło nam to na zrozumienie i zoptymalizowanie systemu oraz na zaprezentowanie go potencjalnym klientom, dzięki czemu staliśmy się widoczni na arenie międzynarodowej jako dostawcy technologii”. Pilotażowe zastosowanie dużego kolektora HELIOtube w Hiszpanii udowodniło, że ta tańsza i pochłaniająca mniej zasobów technologia przeznaczona do instalacji CSP może wytyczać standardy dotyczące ograniczania emisji węgla przez elektrownie. Jak twierdzi Christoph Schnabel: „Opracowana przez nas technologia jest prawdopodobnie najbardziej wszechstronną ofertą na obecnym rynku. Nadaje się do niemal każdego możliwego zastosowania”. Projekt HELIOtube stanie się ważną siłą napędową w procesie wdrażania ekologicznych instalacji CSP na potrzeby zastosowań przemysłowych i wytwarzania energii elektrycznej. „Celem nadrzędnym projektu jest zwiększenie skali wykorzystania odnawialnych źródeł energii w ramach ogólnych dostaw energii, a ponadto zwiększenie liczby klientów zainteresowanych wykorzystaniem technologii CSP i podniesienie ogólnej akceptacji tego rozwiązania”, podsumowuje Schnabel.
Słowa kluczowe
HELIOtube, skoncentrowana energia słoneczna (CSP), warstwa, odbiornik ciepła, elektrownia
