Güç İstasyonları
Güneş kulesi güç istasyonlarının alıcıları, heliostat alanı tarafından yönlendirilen ve yoğunlaştırılan radyasyon enerjisini teknik faydalı enerjiye dönüştürmeye yarar. Günümüzde yaygın radyasyon akı yoğunlukları 600 ile 1.000 kW/m2 arasında değişmektedir.
Bu tür alıcılar ayrıca uygulanan ısı transfer ortamına (ör. hava, erimiş tuz, su/buhar, sıvı metal) ve alıcı geometrisine (ör. çift, boşluklu, silindirik veya koni biçimli alıcılar) göre ayırt edilir. Aşağıda, uygulanan ısı transfer ortamına göre ana teknik gelişmeler sunulmaktadır.
Su/buhar alıcısı
İlk güneş kulesi elektrik santralleri (örn. Kaliforniya’da Solar One, İspanya’da CESA-I) tüp alıcılarla tasarlanmıştır. Tasarımları büyük ölçüde gösterilen tuz tüpü alıcısına karşılık gelir. Geleneksel buhar işlemlerine benzer şekilde, su böyle bir ısı eşanjöründe (yani tüp alıcı) buharlaştırılır ve kısmen aşırı ısıtılır.
Aşırı ısınma, istenmeyen ısı iletimine eğilimli olduğundan ve başlatma işletimi veya kısmi yük işletiminin karmaşık kontroller gerektirmesi nedeniyle, bu yaklaşım şu anda daha fazla geliştirilmemiştir.
Yukarıda belirtilen zorluklar, aşırı ısınmadan kaçınılarak kısmen önlenebilir (yani, doymuş buhar üretilir). Ancak, bu koşullar altında enerji santrali süreci, termodinamik kısıtlamalar nedeniyle yalnızca nispeten düşük verimliliğe izin verir.
Tuz alıcısı
Örnek olarak gösterilen dikey bir tüp alıcı ile ısı iletiminin zorlukları, ilave bir ısı transfer ortamı devresi ile kısmen önlenebilir. Bu sekonder devre için uygulanan ısı transfer ortamı, yüksek ısı kapasitesine ve iyi ısı iletim özelliklerine sahip olmalıdır.
Sodyum veya potasyum nitrattan (NaNO3, KNO3) oluşan erimiş tuz bu gereksinimlere uygundur. Her iki seçenekte de, iyi termal iletim özellikleri sayesinde, ısı transfer ortamı ek olarak depolama ortamı olarak hizmet eder ve böylece mevcut radyasyondaki dalgalanmaları dengeleyebilir. Bu ısı transfer ortamının ısısı daha sonra karşılık gelen ısı eşanjörleri aracılığıyla termal sürece dahil edilir.
Tüm bu tür tuz alıcılarının bir dezavantajı, tuzun güneş radyasyonunun olmadığı boş zamanlarda da sıvı tutulması gerekmesidir. Bu, ya tesisin tuzla doldurulmuş kısmının tamamını ısıtmayı (diğer bileşenlerin yanı sıra tanklar, borular, vanalar dahil) ve böylece tesisin enerji tüketimini artırmayı ya da tuz devresinin tamamen yıkanmasını gerektirir.
Kullanılan tuzların yüksek derecede korozif gaz fazı da zararlı bir etkiye sahiptir, çünkü bazı işlemler için, yerel aşırı ısınma nedeniyle küçük miktarlarda tuzun istenmeyen buharlaşması tamamen önlenemez.
Tuz tüpü alıcılarına alternatif olarak tuz filmi alıcıları da uygulanabilir. Bu işlem sırasında, erimiş tuz doğrudan konsantre güneş radyasyonuna maruz bırakılır veya düz veya boşluklu bir soğurucu, bir iç tuz filmi tarafından soğutulur.
Erimiş tuzların yanı sıra genellikle sıvı metaller, örneğin; sodyum (Na) uygulanabilir. Ancak, bu ısı transfer ortamı (yangın tehlikesi) ile yapılan olumsuz deneyimler nedeniyle, bu yaklaşım durdurulmuştur.
Açık Hacimsel Hava Deposu
Konsantre güneş radyasyonu, çelik tel veya gözenekli seramiklerden oluşan hacimsel soğurucu malzeme üzerine düşer. Bu tür hacimsel alıcılar, emici ısı transfer ortamı havasının akış yoluna yüksek bir emici yüzey oranı ile karakterize edilir. Ortam havası bir üfleyici tarafından emilir ve yayılan soğurucu malzemeye nüfuz eder.
Hava akışı ısıyı emer, böylece heliostat alanına bakan soğurucu alanlar (yani helyostatlar tarafından yansıtılan güneş radyasyonu ile aydınlatılan) içeri akan hava tarafından soğutulur. Bu soğutma etkisi nedeniyle, güneş ışınımı tarafından yayılan soğurucu alanlar, ısının içeriye akan hava tarafından taşındığı iç soğurucu alanlardan daha soğuktur.
TAŞINABİLİR Güç Kaynağı
Kablosuz güç kaynağı
Güneş Enerjili Lityum Bataryalı Paket Sistem
EcoFlow Güç İstasyonu
Güneş Enerjili Güç Kaynağı
Solar Panelli Güç Kaynağı
Taşınabilir güç Jeneratörü
EcoFlow RIVER mini
Bu nedenle soğurucuyu terk eden hava, güneş ışınımı ile yayılan soğurucu bölgelerin sıcaklığına kıyasla da daha yüksek bir sıcaklık gösterir. Bu alıcı tipinin nispeten düşük termal kayıplara sahip olmasının nedeni budur. Açık bir alıcı olan bu tür santraller, ortam basıncıyla çalışır. Hava nispeten düşük bir ısı kapasitesi ile karakterize edildiğinden, büyük hacimli akışlar ve emici yüzeyler gereklidir.
Isı transfer ortamı olarak hava, toksik olmaması, aşındırıcı olmaması, ateşe dayanıklı olması, her yerde bulunması ve kolay taşınması gibi avantajlar sunar. Dezavantajı, büyük ısı iletim yüzeyleri gerektiren nispeten düşük ısı kapasitesidir, ancak bu genellikle hacimsel alıcılarla uygulanabilir. Düşük termal kütleleri, tesisin sorunsuz bir şekilde başlatılmasını sağlar.
Kapalı (basınçlı) Hava Depoları
Güneş kulesi santrallerinin alıcıları, kapalı basınçlı alıcılar olarak da tasarlanabilir. Bu tür alıcıların açıklığı, erimiş bir kuvars penceresiyle kapatılır, böylece çalışma ortamı havası aşırı basınç altında ısıtılabilir ve örneğin doğrudan bir gaz türbininin yanma odasına aktarılabilir.
Bugüne kadar, örneğin, 1.000 kW’a kadar ısı kapasitesine sahip bir grup kapalı hava deposu 15 bar’da test edilmiştir. Elde edilen hava çıkış sıcaklıkları 1.000 °C /5-9/’nin biraz üzerindedir. Bireysel alıcılar, farklı termal gerilmelerine göre tasarlanmış ve birbirine bağlanmıştır. Ticari uygulamalar için birkaç modül grubu eklenebilir.
Santral döngüleri
Güneş kulesi enerji santralleri için uygulanan santral çevrimleri, temel olarak bugün ticari olarak temin edilebilen geleneksel enerji santrali bileşenlerine dayanmaktadır; güneş kulesi enerji santralleri için uygulanan çalışma ortamının mevcut ulaşılabilir basınç ve sıcaklıkları, mevcut santral teknolojisi ile uyumludur.
Böylece, 5 ila 200 MW kapasite aralığındaki güneş enerjisi kulesi santralleri, gerekli tüm yardımcılar dahil olmak üzere piyasada bulunan türbinler ve jeneratörler kullanılarak tasarlanabilir.
Sistem Kavramları
Uygulanan ısı transfer akışkanı veya çalışma ortamına göre farklı sistem konseptleri uygulanmaktadır. Açık veya boşluklu tüp alıcılar, yaklaşık 500 ila 550 °C çalışma sıcaklıklarına ulaştıklarından, ağırlıklı olarak buharla çalışan Rankine çevrimleri için uygulanırlar. Buhar ya doğrudan alıcının içinde ya da ikincil devre (örn. erimiş tuz) tarafından üretilir.
Açık hacimsel alıcılar tarafından üretilen yaklaşık 700 °C’lik sıcak hava, örn. ısı geri kazanım kazanları. Giriş sıcaklığı, örneğin, entegre bir doğal gazla çalışan kanal brülörü ile sabit tutulabilir, böylece bu konsept özellikle hibridizasyon için uygundur (yani, örneğin doğal gaz gibi fosil yakıtlarla birlikte güneş enerjisinin uygulanması).
Çıkış gazı/havası, en az yaklaşık %60’a kadar yeniden sirküle edilecek şekilde bir üfleyici aracılığıyla alıcıya yeniden aktarılır.
Diğer bir olasılık da sözde ters gaz türbini işlemidir. Böyle bir döngüde, açık hacimsel bir hava alıcısı kullanılır ve sıcak hava doğrudan havanın genleştiği gaz türbinine beslenir.
Buhar döngüsüne kıyasla bir avantaj, çok daha basit bir tasarımdır. Ancak şimdiye kadar bu tür döngüler yalnızca teorik olarak analiz edildi. Geçmişte, kamu finansmanı ve sanayi tarafından desteklenen Ar-Ge projeleri kapsamında birkaç güneş enerjisi santrali gerçekleştirilmiştir. Aşağıdaki açıklamalarda bu araştırma bitkilerinden bazıları sunulmaktadır.