Tutte le tecnologie a concentrazione solare (CSP) utilizzano una configurazione a specchio per concentrare l’energia luminosa del sole su un ricevitore e convertirla in calore. Il calore può quindi essere utilizzato per creare vapore per azionare una turbina per produrre energia elettrica o utilizzato come calore di processo industriale.
Le centrali solari a concentrazione possono integrare sistemi di stoccaggio di energia termica da utilizzare per generare elettricità durante i periodi nuvolosi o per ore dopo il tramonto o prima dell’alba.Questa capacità di immagazzinare l’energia solare rende l’energia solare a concentrazione una fonte flessibile e distribuibile di energia rinnovabile.
I sistemi CSP possono anche essere combinati con centrali a ciclo combinato, ottenendo centrali ibride che forniscono energia ad alto valore e distribuibile. Possono anche essere integrati in centrali termiche esistenti che utilizzano un blocco di potenza come il CSP, come il carbone, il gas naturale, il biocarburante o le centrali geotermiche.
Gli impianti CSP possono anche utilizzare combustibili fossili per integrare la produzione solare durante i periodi di bassa radiazione solare. In questo caso, viene utilizzato un riscaldamento a gas naturale o una caldaia/riscaldatore a vapore di gas.
Ci sono quattro tipi di tecnologie CSP, con il primo in uso che è il trough, e il più veloce in crescita dal 2017 che è la torre. Per ognuna di queste, ci sono varie varianti di design o diverse configurazioni, a seconda che l’immagazzinamento di energia termica sia incluso, e quali metodi sono usati per immagazzinare termicamente il solare.
Sistemi a trogolo parabolico:
In un sistema CSP a trogolo parabolico, l’energia del sole è concentrata da riflettori parabolicamente curvi a forma di trogolo su un tubo ricevitore – il tubo assorbitore di calore – che corre lungo circa un metro sopra la superficie curva degli specchi. La temperatura del fluido di trasferimento del calore che scorre nel tubo, di solito olio termico, viene aumentata da 293ºC a 393ºC, e l’energia termica viene poi utilizzata nel blocco di potenza termica per generare elettricità in un generatore di vapore convenzionale.
Un campo di collettori solari trough comprende più specchi parabolici a forma di trogolo in file parallele allineate per consentire a questi specchi a forma di trogolo ad asse singolo di seguire il sole da est a ovest durante il giorno per garantire che il sole sia continuamente concentrato sui tubi ricevitori. A partire dal 2018, il 90% del CSP in esercizio commerciale è a trogolo. Trough deployment database.
Sistemi a torre:
I sistemi a torre o a ricevitore centrale utilizzano specchi che seguono il sole chiamati eliostati per concentrare la luce solare su un ricevitore in cima a una torre. Un fluido di trasferimento del calore riscaldato nel ricevitore fino a circa 600ºC viene utilizzato per generare vapore, che, a sua volta, viene utilizzato in un generatore a turbina convenzionale per produrre elettricità.
Le prime torri di potenza utilizzavano il vapore come fluido di trasferimento del calore, che non si presta allo stoccaggio. Khi Solar One in Sudafrica e Ivanpah in California operano commercialmente riscaldando direttamente l’acqua a vapore. Ma Gemasolar (2011), Crescent Dunes (2013), e Noor III (2018) usano sali fusi a causa delle loro superiori capacità di trasferimento del calore e di immagazzinamento dell’energia.
Una grande quantità di ricerca sta studiando vari altri materiali di trasferimento del calore o di immagazzinamento dell’energia a causa del potenziale di raggiungere temperature più elevate con conseguenti guadagni di efficienza che portano a costi inferiori. Questi possibili materiali di immagazzinamento dell’energia vanno dall’aria alle particelle di sabbia, alle miscele alternative di sostanze chimiche. Database per lo spiegamento delle torri.
Sistemi lineari di Fresnel:
Simile ai lunghi array di un sistema CSP a trogolo parabolico, un campo di collettori a concentrazione lineare consiste in un gran numero di collettori in file parallele. Questi sono tipicamente allineati in un orientamento nord-sud per massimizzare la raccolta di energia annuale ed estiva. Gli specchi sono posati in piano sul terreno e riflettono la luce del sole al tubo sopra. Come il trogolo e la torre, Fresnel può anche incorporare l’immagazzinamento in un blocco di potenza, o generare vapore per uso diretto. Fresnel deployment database.
Sistemi a piatto parabolico:
Un sistema a piatto parabolico consiste in un concentratore a fuoco parabolico a forma di piatto che riflette la radiazione solare su un ricevitore montato nel punto focale. Questi concentratori sono montati su una struttura con un sistema di inseguimento a due assi per seguire il sole. Il calore raccolto è tipicamente utilizzato direttamente da un motore termico montato sul ricevitore che si muove con la struttura della parabola. La parabola può raggiungere temperature estremamente alte e promette di essere utilizzata nei reattori solari per la produzione di combustibili solari che richiedono temperature molto elevate. I motori a ciclo Stirling e Brayton sono attualmente favoriti per la conversione di energia, anche se la parabola è stata raramente impiegata commercialmente per la generazione di energia. Database di distribuzione della parabola.
