Năng lượng mặt trời tập trung là gì?

Năng lượng mặt trời tập trung: Cách thức hoạt động

Trong khi quang điện dựa vào phản ứng hóa học để chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng, thì năng lượng mặt trời tập trung khai thác nhiệt năng thô từ mặt trời. Họ làm điều này bằng cách sử dụng một loạt gương cầu lõm hoặc gương parabol để tập trung ánh sáng mặt trời vào một khu vực nhỏ. Điều này phóng đại ánh sáng mặt trời và tạo ra một vùng có nhiệt độ cực cao, được sử dụng để làm nóng môi trường lỏng. Nhiệt từ môi chất lỏng quá nhiệt được sử dụng để tạo ra hơi nước, dẫn động tuabin và sản xuất điện. Vì CSP sử dụng năng lượng nhiệt nên nó có nhiều điểm chung với các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch hơn là các trang trại điện mặt trời.

Các nhà máy năng lượng mặt trời tập trung dựa vào chất lỏng có khả năng lưu trữ nhiệt tốt, như dầu hoặc muối nóng chảy. Chất lỏng được lưu trữ trong một bộ thu trung tâm đặt tại tâm điểm của các tấm thu năng lượng mặt trời, hấp thụ ánh sáng mặt trời tập trung. Năng lượng khổng lồ tập trung vào một khu vực nhỏ làm tăng nhiệt độ của chất lỏng lên từ 700 đến 1.000 độ F.

Sau đó, chất lỏng quá nhiệt được bơm qua bộ trao đổi nhiệt, tại đây nhiệt năng được chuyển đến động cơ hơi nước. Môi chất lỏng làm nóng nước trong động cơ, tạo ra hơi nước có áp suất dẫn động tuabin và tạo ra điện. Sau đó, hơi nước được làm lạnh và ngưng tụ trở lại thành nước, và môi trường lỏng được bơm trở lại máy thu tại tiêu điểm. Các nhà máy CSP có thể lưu trữ nhiệt năng trong môi trường lỏng, cho phép chúng tiếp tục tạo ra điện ngay cả sau khi mặt trời lặn.

Đèn năng lượng mặt trời sử dụng cảm biến

Lịch sử tóm tắt:

Năng lượng mặt trời tập trung là một khái niệm tương đối đơn giản, và vì vậy nó đã được sử dụng bởi nhiều nền văn minh trong suốt lịch sử. Ngay từ thế kỷ thứ 7 trước Công nguyên, con người đã sử dụng kính lúp để tạo ra lửa. Người La Mã và Hy Lạp sử dụng gương để đốt đuốc, và người Hy Lạp thậm chí còn có “tia tử thần”, bao gồm một chiếc gương hình parabol sử dụng ánh sáng mặt trời tập trung để đốt cháy tàu địch.

Năm 1767, nhà khoa học Thụy Sĩ Horace de Saussure đã phát minh ra chiếc bếp năng lượng mặt trời đầu tiên được biết đến. Nó được làm bằng một loạt các hộp thủy tinh vừa khít với nhau. Nó tập trung nhiệt của mặt trời vào các hộp trong cùng, các hộp này sẽ đủ nóng để đun sôi nước và nấu chín thức ăn. Bếp năng lượng mặt trời của ông đã được sử dụng bởi Sir John Herschel trong chuyến thám hiểm Nam Phi của ông.

Nhà vật lý người Pháp Augustin Mouchot đã phát minh ra động cơ hơi nước chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên vào những năm 1860. Nó bao gồm một gương mặt trời hình đĩa tập trung ánh sáng mặt trời vào một ống thủy tinh chứa đầy nước. Nước được đun sôi và tạo thành hơi nước làm động cơ hoạt động. Mouchot nhận được sự hỗ trợ tài chính từ chính phủ Pháp, người coi phát minh của ông là một dạng năng lượng khả thi. Nhưng giá than giảm khiến phát minh của ông trở nên kém hấp dẫn hơn về mặt kinh tế, và vì vậy chính phủ đã cắt tài trợ của ông.

Trong vài thập kỷ tiếp theo, các nhà khoa học như Frank Schuman đã tiến hành nghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời tập trung để tưới tiêu, vận chuyển và làm lạnh. Năm 1913, Schuman đã thiết kế và lắp đặt một nhà máy năng lượng mặt trời hình parabol 41 kW ở Ai Cập để bơm nước tưới. Phát minh của ông đã được đánh giá cao bởi các nhà khoa học và nhà phát minh thời đó. Thật không may, sự quan tâm đến năng lượng mặt trời tập trung đã bị cản trở bởi hai cuộc chiến tranh thế giới và sự giảm giá của nhiên liệu hóa thạch.

Trong những năm 1960 và 70, mối quan tâm đến năng lượng mặt trời tập trung một lần nữa lên đến đỉnh điểm khi giá dầu tăng và những lo ngại về môi trường xuất hiện trong cuộc thảo luận của công chúng. Nhà máy CSP phát điện đầu tiên được xây dựng ở Ý vào năm 1968. Được thiết kế bởi nhà tiên phong năng lượng mặt trời Giovanni Francia, nhà máy năng lượng mặt trời sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời trung tâm trong lĩnh vực thu năng lượng mặt trời. Nó có công suất 1 MW.

Những năm 1980 và 90 chứng kiến ​​một số nhà máy CSP được xây dựng ở California. Solar One được xây dựng vào năm 1981 và có công suất 10 MW. Nó được nâng cấp thành Solar Two vào năm 1995, kết hợp một thiết kế mới sử dụng muối nóng chảy làm môi trường lỏng để truyền nhiệt. SEGS được đưa vào vận hành vào năm 1984. Với công suất định mức 354 MW, SEGS là nhà máy CSP lớn nhất thế giới cho đến năm 2014.

Các nhà máy CSP mới tạm lắng cho đến giữa những năm 2000, khi một số nhà máy năng lượng mặt trời được xây dựng ở các vùng nhiều nắng trên toàn cầu. Tây Ban Nha dẫn đầu, xây dựng hơn 40 hệ thống máng hình parabol từ năm 2009 đến năm 2013. Các nhà máy của CSP cũng đã mọc lên ở Úc, Trung Đông và Tây Nam Hoa Kỳ.

Các loại thiết bị tập trung

Có một số cách khác nhau để tập trung năng lượng của mặt trời, mặc dù tất cả các phương pháp đều dựa vào việc tập trung ánh sáng mặt trời vào một điểm duy nhất để làm nóng một loại chất lỏng nào đó. Trong khi nước từng là môi trường chất lỏng được lựa chọn, các muối nóng chảy thường được sử dụng vì chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, mặc dù hệ thống hơi nước trực tiếp vẫn tồn tại. Sự khác biệt chính giữa các hệ thống CSP nằm ở hình dạng và cấu hình của bộ thu và bộ thu năng lượng mặt trời.

Máng parabol

Hệ thống máng hình parabol sử dụng những dãy gương cong parabol dài để hội tụ ánh sáng mặt trời vào một ống thu mỏng tại tiêu điểm của gương, ống này treo qua tâm gương. Ống này chứa đầy môi trường lỏng quá nhiệt, có thể đạt nhiệt độ cao tới 750 độ F. Chất lỏng chạy qua một bộ trao đổi nhiệt, làm nóng nước và tạo ra hơi nước có áp suất. Các nhà máy CSP hình parabol bao gồm hàng trăm dãy bộ thu năng lượng mặt trời song song. Chúng được định hướng từ bắc xuống nam để chúng có thể theo dõi mặt trời trên bầu trời. Một số hệ thống máng hình parabol kết hợp thiết kế giống như nhà kính, trong đó gương cong trở thành một ống kín với bộ thu ở trung tâm. Máng parabol là hình thức CSP chiếm ưu thế trên toàn thế giới, mặc dù các tháp điện mặt trời gần đây đã trở thành hệ thống được ưa chuộng.

Tháp năng lượng mặt trời

Các tháp điện mặt trời sử dụng một hệ thống thu trung tâm, trong đó hàng trăm đến hàng nghìn bộ thu năng lượng mặt trời nhằm vào một tháp trung tâm duy nhất. Tiêu điểm được đặt cao trên đỉnh tháp và môi chất lỏng dẫn động một tuabin hơi bên trong tháp. Các tấm gương trong nhà máy phẳng và theo dõi mặt trời khi nó di chuyển trên bầu trời. Vì chúng chỉ có một bộ thu nên chúng có thể đạt nhiệt độ cao hơn so với máng hình parabol, làm cho chúng hoạt động hiệu quả hơn. Môi trường lỏng trong tháp năng lượng mặt trời có thể đạt nhiệt độ hơn 1.000 độ F. Các tháp điện mặt trời đang chiếm lĩnh hệ thống máng hình parabol vì hiệu suất cao hơn và khả năng tích hợp lưu trữ năng lượng dễ dàng hơn.

Gương Phản xạ Fresnel

Gương phản xạ Fresnel sử dụng một loạt gương dài, hẹp để tập trung ánh sáng mặt trời vào bộ thu trung tâm. Chúng có thiết kế tương tự như máng parabol, nhưng chúng sử dụng gương phẳng, rẻ hơn đáng kể. Tất cả các gương đều sử dụng chung một ống nhận trung tâm chạy theo chiều dài của các gương tại tiêu điểm của chúng. Chóa phản xạ Fresnel rẻ hơn và có thiết kế đơn giản hơn khi so sánh với máng hình parabol.

Động cơ Stirling đĩa năng lượng mặt trời

Các bộ thu đĩa năng lượng mặt trời sử dụng một đĩa hình parabol lớn duy nhất để tập trung ánh sáng mặt trời vào tiêu điểm. Máy thu ở tiêu điểm thường được gắn với động cơ Stirling, động cơ này sử dụng chất lỏng quá nhiệt để tạo ra năng lượng cơ học. Hệ thống đĩa-động cơ đáng chú ý vì hiệu quả cao so với các thiết kế CSP khác.

Đơn vị cung cấp hệ thống điện mặt trời gia đình uy tín

Intech Energy – là một công ty chuyên tư vấn giải pháp lắp đặt hệ thống điện năng lượng mặt trời uy tín ở Việt Nam.

Hotline: 0966966819

Địa chỉ: Lô 5+6, KCN, Lai Xá, Hoài Đức, Hà Nội.