Mozaika z połyskliwych, wydrążonych kul a użycie energii słonecznej
System CSP bazuje na wykorzystaniu luster czy też reflektorów, których zadaniem jest koncentrowanie energii słonecznej i skupianie jej na odbiorniku słonecznym określonego rodzaju. Na razie wszystkie tego typu systemy są wyposażone w ruchome koncentratory, które śledzą ruch Słońca na nieboskłonie i odbijają skoncentrowane promienie słoneczne w stronę nieruchomego odbiornika. „Pole” słoneczne, czyli koncentratory i ich zaawansowany system śledzenia nie są tanie. W badaniach projektu MOSAIC sprawdzono działanie ustalonych koncentratorów sferycznych, tak zwanych mis słonecznych, które dzięki wyjątkowym właściwościom optycznym eliminują potrzebę śledzenia toru Słońca. Zgodnie z założeniami projektu MOSAIC zamontowano wiele takich elementów zestawionych w innowacyjny, modułowy sposób. Rozwiązanie to daje znaczną oszczędność kosztów oraz ma liczne techniczne i praktyczne zalety.
Jak rysuje się przyszłość?
Dysponujemy kilkoma różnymi rodzajami projektów elektrowni CSP, w których główne różnice są powodowane kształtem reflektorów i odbiorników oraz w efekcie tym, czy światło jest skupiane punktowo czy liniowo. Paraboliczny kolektor rynnowy koncentruje energię słoneczną na odbiorniku zwanym też rurą absorpcyjną przecinając oś ogniskową rynny. Wieża słoneczna to obecnie jedna z najszybciej rozwijających się technologii słonecznych, wykorzystująca setki, a nawet tysiące małych reflektorów, tak zwanych heliostatów, które koncentrują promienie słoneczne na centralnym odbiorniku umieszczonym na szczycie wieży o ustalonej pozycji. Liniowe układy Fresnela to wschodząca technologia. Przypominają działaniem rynny paraboliczne, przy czym zamiast jednego dużego lustra używają wielu małych. Koncentratory sferyczne przez cały czas odbijają promienie słoneczne, które poruszają się po liniach łączących Słońce ze środkiem sfery. Pracują one przez całą dobę i mogą pozostawać w bezruchu. Mimo dobrze znanego potencjału w zakresie redukcji kosztów nie przyciągnęły dotąd większej uwagi. Koordynator projektu Cristobal Villasante z fundacji Tekniker wyjaśnia: „W programie MOSAIC używamy małych sferycznych koncentratorów półfresnelowskich w całkowicie nowatorskiej konfiguracji modularnej. Każdy moduł składa się z ustalonego koncentratora w postaci zwierciadła sferycznego i poruszającego się odbiornika napędzanego przez tani kablowy system śledzenia. Ta radykalna zmiana w podejściu do działania elektrowni CSP przypomina w kwestii zastosowanych rozwiązań olbrzymi teleskop z Obserwatorium Arecibo, miejsca nadania komunikatu radiowego o największej sile sygnału wystrzelonego w przestrzeń kosmiczną w nadziei przekazania wiadomości inteligencji pozaziemskiej. Każdy moduł zbiera energię słoneczną, koncentruje ją i przekazuje do płynu transferującego ciepło. Moduły przekazują swoje obciążenie termiczne do systemu magazynowania, który następnie zasila pojedynczy blok mocy o dużej pojemności (> 1 GW), w którym centralnie generowana jest energia elektryczna”.
Bez ograniczeń
Mniejsza odległość między koncentratorem słonecznym a odbiornikiem niż ma to miejsce w klasycznej wieży słonecznej maksymalizuje sprawność zbierania energii elektrycznej, minimalizuje tłumienie w atmosferze i zmniejsza wymaganą precyzję technologii śledzenia. Wysoki współczynnik koncentracji oraz wysoka temperatura robocza sprawiają, że sprawność cyklu jest również wysoka. Mniej części ruchomych oznacza niższy koszt utrzymania pola słonecznego. Wszystko to przyczynia się do obniżenia wydatków inwestycyjnych i zapewnienia sprawności oraz niezawodności układu, co znacznie obniża ostateczny koszt wytwarzania energii. Modułowa budowa sprawia, że łączna moc elektrowni jest teoretycznie nieograniczona i może liczyć od kilku kilowatów do przeszło 1 GW. Projekt MOSAIC wchodzi obecnie w etap uruchomienia. Fabrizio Perrotta, lider propagowania projektu, mówi: „[…] liczymy na nawiązanie kontaktów z operatorami elektrowni i interesariuszami przemysłowymi w przeszło 25 krajach. Projekt MOSAIC, który zgodnie z początkowymi założeniami miał przyczynić się do generowania energii elektrycznej, może też przynieść korzyści w postaci bezemisyjnego wytwarzania ciepła. Obecnie określamy możliwości zastosowania wyników prac”. Zatem należy się spodziewać, że w najbliższej przyszłości krajobraz urozmaicą nam mozaiki małych sferycznych koncentratorów, które przyczynią się do generowania czystszej energii niezbędnej w coraz bardziej proekologicznym świecie.
Słowa kluczowe
MOSAIC, słoneczny, energia, CSP, koncentrator sferyczny, misa słoneczna, rynna paraboliczna, Fresnel, skoncentrowana energia słoneczna, wieża słoneczna
