Alle concentrerende zonne-energie (CSP) technologieën maken gebruik van een spiegelconfiguratie om de lichtenergie van de zon te concentreren op een ontvanger en om te zetten in warmte. De warmte kan vervolgens worden gebruikt om stoom te produceren waarmee een turbine wordt aangedreven om elektrische energie te produceren, of kan worden gebruikt als industriële proceswarmte.
Concentrerende zonne-energiecentrales kunnen systemen voor de opslag van thermische energie integreren om elektriciteit op te wekken tijdens bewolkte periodes of gedurende uren na zonsondergang of voor zonsopgang.Dit vermogen om zonne-energie op te slaan maakt van geconcentreerde zonne-energie een flexibele en inzetbare bron van hernieuwbare energie.
CSP-systemen kunnen ook worden gecombineerd met elektriciteitscentrales met gecombineerde cyclus, wat resulteert in hybride elektriciteitscentrales die hoogwaardige, inzetbare energie leveren. Ze kunnen ook worden geïntegreerd in bestaande thermische centrales die gebruik maken van een vermogensblok als CSP; zoals kolen-, aardgas-, biobrandstof- of geothermische centrales.
CSP-centrales kunnen ook fossiele brandstoffen gebruiken om de zonne-output aan te vullen tijdens perioden van lage zonnestraling. In dat geval wordt een aardgasgestookte warmte of een gasstoomketel/-herwarming gebruikt.
Er zijn vier soorten CSP-technologieën, waarbij de vroegste in gebruik de trog is, en de snelst groeiende vanaf 2017 de toren. Voor elk van deze zijn er verschillende ontwerpvarianten of verschillende configuraties, afhankelijk van of thermische energieopslag is inbegrepen, en welke methoden worden gebruikt om de zonne-energie thermisch op te slaan.
Parabolische trogsystemen:
In een parabolische trog CSP-systeem wordt de zonne-energie geconcentreerd door parabolisch gebogen, trogvormige reflectoren op een ontvangstbuis – de warmteabsorberbuis – die ongeveer een meter boven het gebogen oppervlak van de spiegels langs loopt. De temperatuur van de warmteoverdrachtvloeistof die door de pijp stroomt, gewoonlijk thermische olie, wordt verhoogd van 293ºC tot 393ºC, en de warmte-energie wordt vervolgens gebruikt in het thermische blok om elektriciteit op te wekken in een conventionele stoomgenerator.
Een trog-zonnecollectorveld bestaat uit meerdere parabolische trogvormige spiegels in parallelle rijen die zodanig zijn uitgelijnd dat deze eenassige trogvormige spiegels de zon overdag van oost naar west kunnen volgen om ervoor te zorgen dat de zon continu op de ontvangstbuizen wordt gericht. In 2018 was 90% van de CSP in commercieel gebruik trogvormig. De database voor de plaatsing van trogsystemen.
Power Tower-systemen:
Power tower- of centrale-ontvangersystemen maken gebruik van zonvolgende spiegels, heliostaten genaamd, om zonlicht te richten op een ontvanger bovenin een toren. Een warmteoverdrachtvloeistof die in de receiver tot ongeveer 600ºC wordt verhit, wordt gebruikt om stoom op te wekken, die op zijn beurt in een conventionele turbinegenerator wordt gebruikt om elektriciteit te produceren.
De vroegste energietorens maakten gebruik van stoom als warmteoverdrachtvloeistof, die zich niet leent voor opslag. Khi Solar One in Zuid-Afrika en Ivanpah in Californië werken commercieel door water rechtstreeks tot stoom te verhitten. Maar Gemasolar (2011), Crescent Dunes (2013), en Noor III (2018) gebruiken gesmolten zouten vanwege hun superieure warmteoverdracht en energieopslagcapaciteiten.
Er wordt veel onderzoek gedaan naar verschillende andere materialen voor warmteoverdracht of energieopslag vanwege het potentieel om hogere temperaturen te bereiken met daaruit voortvloeiende efficiëntiewinsten die tot lagere kosten leiden. Deze mogelijke energieopslagmaterialen variëren van lucht tot zanddeeltjes, tot alternatieve mengsels van chemicaliën.
Lineaire Fresnelsystemen:
Gelijk aan de lange arrays van een parabolische trog CSP-systeem, bestaat een lineair concentrerend collectorveld uit een groot aantal collectoren in parallelle rijen. Deze zijn meestal noord-zuid gericht voor een maximale jaarlijkse en zomerse energie-opvang. De spiegels worden plat op de grond gelegd en weerkaatsen het zonlicht naar de buis erboven. Net als trog en toren kan Fresnel ook opslag in een energieblok integreren, of stoom opwekken voor direct gebruik. Fresnel inzet database.
Parabolische schotel systemen:
Een parabolisch schotel systeem bestaat uit een parabolische puntfocus concentrator in de vorm van een schotel die zonnestraling reflecteert op een ontvanger die in het brandpunt is gemonteerd. Deze concentrators zijn gemonteerd op een structuur met een twee-assig volgsysteem om de zon te volgen. De verzamelde warmte wordt gewoonlijk rechtstreeks gebruikt door een op de ontvanger gemonteerde warmtemotor die met de schotelstructuur meebeweegt. De schotel kan extreem hoge temperaturen bereiken en is veelbelovend voor gebruik in zonnereactoren voor het maken van zonnebrandstoffen die zeer hoge temperaturen vereisen. Stirling- en Brayton-cyclusmotoren genieten momenteel de voorkeur voor energieomzetting, hoewel schotel zelden commercieel is toegepast voor energieopwekking. Databank voor het gebruik van schotel.
