Solarkraftwerke sind erstaunliche technische Elemente. Aber wie genau funktionieren sie?
Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.
Was ist ein Solarkraftwerk?
Ein Solarkraftwerk ist jede Art von Anlage, die Sonnenlicht entweder direkt wie Photovoltaik oder indirekt wie Solarthermie-Anlagen in Elektrizität umwandelt.
Sie sind in verschiedenen Ausführungen erhältlich, wobei jede diskret unterschiedliche Techniken verwendet, um die Kraft der Sonne zu nutzen.
Im folgenden Artikel werfen wir einen kurzen Blick auf die verschiedenen Arten von Solarkraftwerke das die Energie der Sonne nutzt, um Strom zu erzeugen.
Was ist ein PV-Solarkraftwerk?
Photovoltaikkraftwerke Verwenden Sie große Flächen von Photovoltaikzellen, die als PV- oder Solarzellen bezeichnet werden, um Sonnenlicht in nutzbaren Strom umzuwandeln. Diese Zellen bestehen normalerweise aus Siliziumlegierungen und sind die Technologie, mit der die meisten Menschen vertraut sind. Möglicherweise haben Sie sogar einedein Dach.
Die Panels selbst gibt es in verschiedenen Formen :
1. Kristalline Solarmodule: Wie der Name schon sagt, bestehen diese Modultypen aus kristallinem Silizium. Sie können entweder monokristallin oder polykristallin sein auch als multikristallin bezeichnet. Als Faustregel monokristalline Versionen sind effizienter etwa 20% oder mehr, aber teurer als ihre Alternativen die in der Regel 15-17% effizient sind, aber Fortschritte schließen die Lücke zwischen ihnen im Laufe der Zeit.
2. Dünnschichtsolarmodule : Diese Arten von Platten bestehen aus einer Reihe von Filmen, die Licht in verschiedenen Teilen des EM-Spektrums absorbieren. Sie bestehen in der Regel aus amorphem Silizium a-Si, Cadmiumtellurid CdTe, Cadmiumsulfid CdS.und Kupferindium Gallium diselenid. Diese Art von Platte ist ideal für Anwendungen als flexible Folien auf vorhandenen Oberflächen oder zur Integration in Baumaterialien wie Dachziegel.
Diese Arten von Solarkollektoren erzeugen Strom, der dann normalerweise direkt in das nationale Netz eingespeist oder in Batterien gespeichert wird.
Kraftwerke, die diese Arten von Paneelen verwenden, haben in der Regel die folgenden Grundkomponenten :
- Die Sonnenkollektoren wandeln Sonnenlicht in Nutzstrom um. Sie neigen dazu, Gleichstrom mit Spannungen bis zu 1500 V zu erzeugen.
- Diese Anlagen benötigen Wechselrichter, um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln.
- Sie haben normalerweise eine Art Überwachungssystem zur Steuerung und Verwaltung der Anlage und;
- Sie werden häufig direkt an ein externes Stromnetz angeschlossen.
- Wenn die Anlage mehr als 500 kW erzeugt, werden normalerweise auch Aufwärtstransformatoren eingesetzt.
Wie funktioniert ein Solar-PV-Kraftwerk?
Solar-PV-Kraftwerke arbeiten genauso wie kleinere PV-Module im Haushaltsmaßstab.
Wie wir gesehen haben, bestehen die meisten Solar-PV-Module aus Halbleitermaterialien, normalerweise einer Form von Silizium. Wenn Photonen aus Sonnenlicht auf das Halbleitermaterial treffen, werden freie Elektronen erzeugt, die dann durch das Material fließen können, um einen elektrischen Gleichstrom zu erzeugen.
Dies ist bekannt als fotoelektrischer Effekt . Der Gleichstrom muss dann mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt werden, bevor er direkt verwendet oder in das Stromnetz eingespeist werden kann.
PV-Module unterscheiden sich von anderen Solarkraftwerken, da sie den Photoeffekt direkt nutzen, ohne dass andere Prozesse oder Geräte erforderlich sind. Beispielsweise verwenden sie kein flüssiges Wärmeträgermittel wie Wasser wie bei SolarthermiePflanzen.
PV-Module Konzentriere keine Energie, sie wandeln einfach Photonen in Elektrizität um, die dann woanders übertragen wird.
Was ist ein Solarthermiekraftwerk?
Solarthermische Kraftwerke hingegen konzentrieren sich auf Sonnenlicht oder sammeln es so, dass Dampf erzeugt wird, um eine Turbine zu speisen und Strom zu erzeugen. Solarthermische Kraftwerke können auch in drei weitere Typen unterteilt werden :
- linear
- Parabolrinne Solarthermie
- Solarschalen-Kraftwerke
Die gebräuchlichsten Formen eines Solarkraftwerks zeichnen sich durch die Verwendung von Feldern aus linearen Kollektoren, Parabolrinnenkollektoren oder Solarschalen aus. Diese Arten von Einrichtungen bestehen in der Regel aus einem großen „Feld“ paralleler Reihen von Solarkollektoren.
Sie bestehen in der Regel aus drei diskreten Systemtypen :
1. Parabolrinnensysteme
Parabolrinnen Verwenden Sie parabelförmige Reflektoren, die in der Lage sind, das 30- bis 100-fache des normalen Sonnenlichts auf den Kollektor zu fokussieren. Mit dieser Methode wird eine Flüssigkeit erwärmt, die dann an einer zentralen Stelle gesammelt wird, um überhitzten Hochdruckdampf zu erzeugen.
Diese Systeme neigen sich, um die Sonne den ganzen Tag über zu verfolgen.
Die am längsten in Betrieb befindliche Solarthermie-Anlage der Welt, die Solar Energy Generating Sytems SEGS in der Mojave-Wüste, Kalifornien, ist eine dieser Arten von Kraftwerken. Die erste Anlage, SEGS 1, wurde 1984 gebaut.
Die letzte gebaute Anlage, SEGS IX, mit einer Stromerzeugungskapazität von 92 Megawatt MW , nahm 1990 den Betrieb auf. Heute gibt es derzeit neun betriebsbereite SEGS-Anlagen auf dem Gelände mit einer Gesamtleistung von rund 354 MW netto 394 MW brutto installierter Leistung - dies macht es zu einem der größten thermischen Solarenergieprojekte der Welt.
Diese Arten von Solarthermiekraftwerken fokussieren das Sonnenlicht von langen Parabolspiegeln auf Empfängerröhren, die an ihrem Brennpunkt über die gesamte Länge des Spiegels verlaufen. Diese konzentrierte Sonnenenergie erwärmt eine Flüssigkeit, die kontinuierlich durch die Röhren fließt.
Diese erhitzte Flüssigkeit wird dann zu einem Wärmetauscher geschickt, um Wasser in einem herkömmlichen Dampfturbinengenerator zur Stromerzeugung zu kochen.
2. Lineare Konzentrationssysteme
Lineare Konzentrationssysteme manchmal auch als Fresnel-Reflektoren bezeichnet bestehen auch aus großen 'Feldern' von Sonnenverfolgungsspiegeln, die dazu neigen, in Nord-Süd-Ausrichtung ausgerichtet zu sein, um die Erfassung des Sonnenlichts zu maximieren. Mit dieser Konfiguration können die Spiegelbänke die Sonne von Ost nach Ost verfolgenden ganzen Tag nach Westen.
Ähnlich wie ihre Cousins im Parabolspiegel lineare Konzentrationssysteme Sammeln Sie Sonnenenergie mit langen, rechteckigen, U-förmigen Spiegeln. Im Gegensatz zu parabolischen Systemen jedoch Lineare Fresnel-Reflektorsysteme platzieren die Empfängerröhre über den Spiegeln, um den Spiegeln eine größere Beweglichkeit bei der Verfolgung der Sonne zu ermöglichen.
Diese Systemtypen verwenden die Fresnellinseneffekt Dies ermöglicht die Verwendung eines großen Konzentrationsspiegels mit großer Blende und kurzer Brennweite. Mit dieser Konfiguration können diese Systeme das Sonnenlicht ungefähr fokussieren. 30 Mal die normale Intensität.
3. Solarschalen und Motoren
Solarschalen Verwenden Sie auch Spiegel, um die Sonnenenergie auf einen Kollektor zu fokussieren. Diese bestehen in der Regel aus Schalen wie übergroßen Satellitenschüsseln, die mit einem Mosaik aus kleinen Spiegeln verkleidet sind, die die Energie auf einen Empfänger im Brennpunkt fokussieren.
Wie das parabolische und das lineare System lenkt und konzentriert die schalenförmige, spiegelverkleidete Oberfläche das Sonnenlicht auf einen Wärmeempfänger im Brennpunkt der Schale. Dieser Empfänger überträgt dann die erzeugte Wärme an einen Motorgenerator.
Der in Dish / Engine-Systemen am häufigsten verwendete Wärmekraftmaschinentyp ist ein Typ von Stirlingmotor . Erhitzte Flüssigkeit aus dem Schüsselbehälter wird verwendet, um Kolben im Motor zu bewegen, um mechanische Kraft zu erzeugen.
Diese mechanische Leistung wird dann zu einem Generator oder einer Lichtmaschine geleitet, um Strom zu erzeugen.
Solarschalen- / Motorsysteme zeigen immer direkt auf die Sonne und konzentrieren die Sonnenenergie im Brennpunkt der Schale. Das Konzentrationsverhältnis einer Solarschale ist viel höher als bei linearen Konzentrationssystemen und hat eine Arbeitsfluidtemperatur von mehr als 749 GradCelsius.
Stromerzeugungsgeräte können entweder direkt am Brennpunkt der Schüssel montiert werden ideal für entfernte Standorte oder aus einer Reihe von Schalen und Stromerzeugung an einem zentralen Punkt gesammelt werden.
Die US-Armee entwickelt derzeit eine 1,5 MW System an der Tooele Army Depot in Utah mit 429 Solarschalen mit Stirlingmotor.
4. Solar Power Towers
Solartürme sind eine interessante Methode, bei der Hunderte bis Tausende von flachen, sonnenverfolgenden Spiegeln Heliostaten Sonnenenergie reflektieren und auf einen zentralen Turm konzentrieren. Diese Methode kann das Sonnenlicht bis zum 1.500-fachen konzentrieren, was normalerweise direkt möglich wäreSonnenlicht allein.
Ein interessantes Beispiel für diese Art von Kraftwerk befindet sich in Juelich, Nordrhein-Westfalen. Die Anlage erstreckt sich über eine Fläche von 18.000 Quadratkilometern und beherbergt mehr als 2.000 Heliostaten, die das Sonnenlicht auf einen zentralen 60-Meter-Bereich fokussierenhoher Turm.
Das US-Energieministerium und andere Elektrizitätsversorgungsunternehmen haben in den 1980er und 1990er Jahren den ersten Demonstrations-Solarturm in der Nähe von Barstow, Kalifornien, gebaut und betrieben.
Einige sind derzeit in Entwicklung in Chile auch.
Heute wurden in den USA drei Solarkraftwerke gebaut. Dies sind die 392 MW Ivanpah Solar Power Facility in Ivanpah Dry Lake, Kalifornien 110 MW Crescent Dunes Solarenergieprojekt in Nevada das derzeit nicht in Betrieb ist und 5 MW Sierra Sun Tower in der Mojave-Wüste, Kalifornien stillgelegt.
Die konzentrierte Sonnenenergie wird verwendet, um die Luft im Turm zu erwärmen 700 Grad Celsius . Die Wärme wird in einem Kessel aufgefangen und zur Stromerzeugung mit Hilfe einer Dampfturbine verwendet.
Einige Türme verwenden auch Wasser als Wärmeübertragungsflüssigkeit. Derzeit werden fortschrittlichere Systeme erforscht und getestet, die aufgrund ihrer höheren Wärmeübertragungs- und Speichereigenschaften im Vergleich zu Wasser und Luft Nitratsalze verwenden.
Durch die Speicherung von Wärmeenergie kann das System bei bewölktem Wetter oder nachts Strom erzeugen.
Diese Arten von Solarkraftwerke sind ideal für den Betrieb in Gebieten mit widrigen Wetterbedingungen geeignet. Sie werden in der Mojave-Wüste in Kalifornien eingesetzt und haben Hagelstürmen und Sandstürmen standgehalten. Zwei der bisher gebauten Anlagen haben sich jedoch als zu teuer erwiesenlaufen.
5. Solarteich
Solarteich-Solarkraftwerke nutzen einen Salzwasserpool, in dem solarthermische Energie gesammelt und gespeichert wird. Dabei wird eine Technik verwendet, die als Salzgehaltsgradiententechnologie bezeichnet wird.
Diese Technik erzeugt eine Wärmefalle im Teich, in der die erzeugte Energie entweder direkt genutzt oder zur späteren Verwendung gespeichert werden kann. Diese Art von Kraftwerk wurde in Israel am verwendet. Beit HaArava Kraftwerk zwischen 1984 und 1988.
Weitere Solarteiche wurden in Bhuj, Indien dies ist nicht mehr in Betrieb und El Paso, Texas, gebaut.
Solarteiche Verwenden Sie eine große Menge Salzwasser, um solarthermische Energie zu sammeln und zu speichern. Salzwasser bildet auf natürliche Weise einen vertikalen Salzgehaltsgradienten, der als Halokline bezeichnet wird, mit Wasser mit niedrigem Salzgehalt oben und Wasser mit hohem Salzgehalt unten.
Die Salzkonzentration nimmt mit der Tiefe zu und daher nimmt auch die Dichte von der Oberfläche bis zum Grund des Sees zu, bis die Lösung in einer bestimmten Tiefe gleichmäßig wird.
Das Prinzip ist ziemlich einfach. Sonnenstrahlen dringen in den Teich ein und erreichen schließlich den Boden des Pools.
In einem normalen Teich oder Gewässer wird das Wasser am Boden des Teichs erwärmt, wird weniger dicht und steigt an, wodurch ein Konvektionsstrom entsteht. Solarteiche sollen diesen Prozess behindern, indem sie dem Wasser Salz bis zum unteren Rand hinzufügenEbenen werden vollständig gesättigt.
wie die Wasser mit hohem Salzgehalt mischt sich nicht leicht mit Wasser mit niedrigem Salzgehalt darüber, Konvektionsströme sind in jeder einzelnen Schicht enthalten und es kommt zu einer minimalen Vermischung zwischen ihnen.
Dieser Prozess konzentriert die Wärmeenergie und reduziert den Wärmeverlust des Gewässers. Im Durchschnitt kann das Wasser mit hohem Salzgehalt erreichen. 90 Grad Celsius mit Schichten mit niedrigem Salzgehalt 30 Grad Celsius .
Dieses heiße, salzige Wasser kann dann zur Verwendung bei der Stromerzeugung durch a abgepumpt werden. Turbine, oder als Wärmeenergiequelle.
Und das ist alles für jetzt Leute.
Wie Sie sehen, geht es bei Solarenergie nicht nur um PV-Module. Tatsächlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, wie die Sonnenenergie zu unserem Vorteil genutzt und genutzt werden kann.
Einfach großartig.