Czy istnieje sposób na pozyskanie energii słonecznej w nocy?

Jeśli kiedykolwiek kupowałeś kompensację emisji dwutlenku węgla, być może zauważyłeś, że większość lub całość ceny zakupu idzie na energię wiatrową, a nie słoneczną. W świecie alternatywnych źródeł energii na dużą skalę dominuje wiatr, głównie dlatego, że jest tańszy. Jednak niedawny rozwój produkcji energii słonecznej może sprawić, że energia słoneczna stanie się znacznie bardziej opłacalną opcją.

W większości przypadków energia słoneczna jest przekształcana w energię elektryczną na dwa sposoby: za pomocą ogniw fotowoltaicznych, które zamieniają światło słoneczne w energię elektryczną za pomocą materiału półprzewodnikowego, który pochłania fotony i uwalnia elektrony; lub za pomocą turbin słoneczno-termicznych, które wykorzystują ciepło słoneczne do wytwarzania pary, która następnie obraca turbinę do produkcji energii elektrycznej. To elektrownia słoneczno-cieplna jest przygotowana na wielką zmianę.

Największy problem z energią słoneczną jest najbardziej oczywisty: słońce nie świeci przez cały czas. W nocy lub w pochmurne dni elektrownie po prostu nie mają dostępu do energii słonecznej. To sprawia, że ​​energia słoneczna jest droga, ponieważ elektrownie nie mogą działać 24/7. Chmura unosi się nad głową, a elektrownia nagle zatrzymuje się energetycznie, nie produkując nic. Sprawia również, że energia generowana przez energię słoneczną jest czasami niedostępna – na przykład w nocy, kiedy zapotrzebowanie na energię jest największe.

Rozwiązanie jest proste: przechowuj energię słoneczną, aby móc z niej korzystać, gdy słońce nie jest dostępne. Niestety, wdrożenie tego rozwiązania było niezwykle problematyczne – aż do niedawnego przełomu, magazynowanie energii słonecznej stało się realistyczną opcją dla przemysłu energetycznego.

W tym artykule dowiemy się, w jaki sposób można efektywnie przechowywać energię w słońcu, aby mieć do niej dostęp po zachodzie słońca. Przyjrzymy się również pierwszej elektrowni komercyjnej zbudowanej z wykorzystaniem tej technologii, aby dowiedzieć się, jak działa system.

Materiał do przechowywania, który umożliwia dokonanie przełomu, prawdopodobnie znajduje się teraz w Twojej kuchni.

Pomysł na magazynowanie energii słonecznej nie jest niczym nowym. Ludzie próbowali wymyślić sposób na zatrzymanie tego procesu – trzymaj przez chwilę energię słoneczną przed zamianą jej na energię elektryczną – tak długo, jak energia słoneczna była opcją elektryczną. Wszystkie poprzednie próby były jednak nadmiernie problematyczne.

Niektórzy próbowali przechowywać energię słoneczną, używając jej do pompowania wody pod górę, gdzie energia pozostaje, dopóki woda nie opadnie z powrotem, uwalniając ją. Inną opcją jest sprężanie, a następnie rozprężanie powietrza. Ale obie te metody marnują energię – tylko około 80 procent włożonej energii słonecznej jest odzyskiwane po drugiej stronie [źródło: Bielo ]. Baterie są również wyjątkowo nieefektywne, co czyni je zbyt drogimi, aby mogły być opłacalną opcją przechowywania na dużą skalę. W termosie do kawy można zmagazynować tyle samo energii, co w baterii laptopa, która kosztuje 10 razy więcej [źródło: Wald ].

I tu pojawia się przełom: ciepło jest łatwe do przechowywania.

Zasadniczo właśnie to robi termos, przechowując ciepło tej kawy. Ciepło wytwarza energię elektryczną w elektrowni słonecznej, więc magazynowanie ciepła jest sposobem na zatrzymanie procesu: niech słońce coś ogrzeje, utrzymuj to ciepło, aż słońce zajdzie, a następnie użyj tego ciepła do wytworzenia pary, która obraca turbinę.

Oczywiście, ponieważ przechowywanie ciepła jest stosunkowo łatwe, musisz znaleźć odpowiednią substancję do zastosowania w energii słonecznej. Aby przechowywać ekstremalne ciepło, które napędza elektrownię słoneczno-termiczną, substancja musi pozostać stabilna w wysokich temperaturach - w obszarze 750 stopni F (400 stopni C) - w przeciwnym razie wystąpiłyby problemy z parowaniem i ciśnieniem zmiany [źródło: Bielo ]. Pomocne jest również to, że substancja jest tania i łatwo dostępna.

Włóż do swojej szafki białe, krystaliczne rzeczy, które prawdopodobnie nałożyłeś na jajecznicę, szklankę margarity i edamame: sól. Sól topi się tylko w bardzo wysokich temperaturach, paruje w bardzo, bardzo wysokich temperaturach i jest dostępna w praktycznie nieograniczonych, tanich dostawach. Dodatkowo traci tylko około 7 procent włożonej w niego energii [źródło: Bielo ].

W rzeczywistości pierwsza elektrownia słoneczna wyposażona w magazyn soli nie wykorzystuje soli kuchennej. Wykorzystuje inną mieszankę soli, często stosowaną jako nawóz, kombinację azotanu sodu i potasu. Elektrownia Andasol 1 w Grenadzie w Hiszpanii jest wypełniona 30 865 tonami (28 000 ton metrycznych) materiału [źródło: Bielo ].

Elektrownia Andasol 1 w Hiszpanii zaczęła wytwarzać energię w listopadzie 2008 r. i dopóki świeci słońce, działa prawie jak każda inna elektrownia słoneczno-termiczna. Światło słoneczne pada na jakiś rodzaj kolektora słonecznego – w tym przypadku pole parabolicznych luster skupionych na rurkach wypełnionych olejem, który nagrzewa się do ponad 752 stopni Farenheita (400 stopni Celsjusza). Ten gorący olej służy do gotowania wody, która wytwarza parę, która wprawia w ruch turbinę.

System magazynowania energii wpływa na wytwarzanie energii tylko wtedy, gdy nie świeci słońce. Konfiguracja wygląda tak:

Pole kolektorów słonecznych w Andasol 1 jest wystarczająco duże, aby zebrać prawie dwa razy więcej światła słonecznego, niż roślina potrzebuje do pracy w słonecznych porach. Dodatkowy podgrzany olej jest przesyłany do wymiennika ciepła biegnącego między gigantycznymi kadziami stopionej soli. Jedna kadź zawiera stosunkowo chłodną stopioną sól (około 500 stopni F lub 260 stopni C). Sól ta jest pompowana do wymiennika ciepła, gdzie odbiera ciepło z oleju. Teraz cieplejsza stopiona sól (752 stopni F lub 400 stopni C) wpływa do drugiej kadzi, gdzie czeka, aż słońce schowa się za chmurą.

Kiedy elektrownia potrzebuje zmagazynowanego ciepła, gorętsza stopiona sól jest pompowana z powrotem przez wymiennik ciepła. Tam przekazuje swoje ciepło do oleju, który wytworzy parę. Ciepły olej trafia do centrum mocy, a teraz chłodniejsza stopiona sól spływa z powrotem do chłodniejszego zbiornika. Następnie proces zaczyna się od nowa.

Wykorzystując sól do magazynowania ciepła słonecznego, elektrownia może działać bez światła słonecznego, pracując prawie dwa razy dłużej niż inne elektrownie słoneczne. Konfiguracja magazynu soli pozwala Andasolowi 1 generować o 50 procent więcej energii niż bez niego – 178 000 megawatogodzin energii elektrycznej [źródło: Dość ]. Ta dodatkowa zdolność generacyjna obniża całkowity koszt energii elektrycznej elektrowni. Może ostatecznie konkurować z kosztami energii z gazu ziemnego.

Ten rodzaj przechowywania soli to nie jedyny projekt na stole do przechowywania energii słonecznej. Niektóre rośliny szukają bardziej bezpośredniego podejścia, które pomija olej – zarówno zbierałyby, jak i magazynowały ciepło słoneczne w soli. Piasek to kolejny potencjalny materiał do magazynowania ciepła.

Inna grupa opracowała system, który naśladuje molekularne efekty fotosyntezy w celu przechowywania energii słonecznej: wykorzystuje światło słoneczne do rozbijania cząsteczek wody na wodór i tlen, które są następnie składane z powrotem w ogniwie paliwowym.

Więcej informacji na temat magazynowania energii słonecznej i powiązanych tematów można znaleźć w linkach na następnej stronie.

Powiązane artykuły