Solvärme fortsätter att tugga även när solen går ner. Se fler bilder på grönt boende. AP Photo/SkyFuel, Jack Dempsey De flesta av oss tänker inte mycket på varifrån vår el kommer, bara att det är tillgängligt och gott. El som genereras genom förbränning av fossila bränslen som kol, olja och naturgas, avger koldioxid, kväveoxider och svaveloxider - gaser som forskare tror bidrar till klimatförändringarna. Solvärme (värme) energi är kolfritt, förnybart alternativ till den kraft vi genererar med fossila bränslen som kol och gas. Det här är inte en sak i framtiden, antingen. Mellan 1984 och 1991, USA byggde nio sådana anläggningar i Kaliforniens Mojave -öken, och idag fortsätter de att tillhandahålla en sammanlagd kapacitet på 354 megawatt årligen, effekt som används i 500, 000 hem i Kalifornien [källa:Hutchinson]. Pålitlig kraft, vid den. År 2008 när sex dagar med hög efterfrågan spände elnätet och gav elavbrott i Kalifornien, dessa solvärmeverk fortsatte att producera med 110 procents kapacitet [källa:Kanellos].
Undrar du var tekniken har varit sedan dess? På 1990 -talet när priserna på naturgas sjönk, så gjorde intresset för solvärme. I dag, fastän, tekniken är redo för en comeback. Det uppskattas av U.S. National Renewable Energy Laboratories att solvärme kan ge hundratals gigawatt el, motsvarar mer än 10 procent av efterfrågan i USA [källa:LaMonica].
Skaka bilden av solpaneler från ditt huvud - den typen av efterfrågan kommer att kräva kraftverk. Det finns två huvudsakliga sätt att generera energi från solen. Solceller ( PV ) och koncentrera solvärme ( CST ), även känd som koncentrerad solenergi (CSP) teknik.
PV omvandlar solljus direkt till elektricitet. Dessa solceller är vanligtvis drivna enheter som klockor, solglasögon och ryggsäckar, samt att ge ström i avlägsna områden.
Solvärmetekniken är storskalig i jämförelse. En stor skillnad från PV är att solvärmekraftverk genererar el indirekt. Värme från solens strålar samlas in och används för att värma en vätska. Ångan som produceras från den uppvärmda vätskan driver en generator som producerar elektricitet. Det liknar hur fossila bränsleförbränande kraftverk fungerar förutom att ångan produceras av den uppsamlade värmen snarare än från förbränningen av fossila bränslen.
Innehåll
Paraboliska tråg, som dessa som används i Colorado, koncentrera solens energi till höga temperaturer. AP Photo/SkyFuel, Jack Dempsey Det finns två typer av solvärmesystem:passiva och aktiva. Ett passivt system kräver ingen utrustning, som när värme byggs upp inuti din bil när den lämnas parkerad i solen. Ett aktivt system kräver ett sätt att absorbera och samla solstrålning och sedan lagra den.
Solvärmekraftverk är aktiva system, och även om det finns några typer, det finns några grundläggande likheter:Speglar reflekterar och koncentrerar solljus, och mottagare samlar in den solenergin och omvandlar den till värmeenergi. En generator kan sedan användas för att producera elektricitet från denna värmeenergi.
Den vanligaste typen av solvärmeverk, inklusive dessa växter i Kaliforniens Mojave -öken, använda en paraboliskt tråg design för att samla solens strålning. Dessa kollektorer är kända som linjära koncentratorsystem, och de största kan generera 80 megawatt el [källa:U.S. Department of Energy]. De är formade som ett halvrör som du skulle se användas för snowboard eller skateboard, och har linjära, parabolformade reflektorer täckta med mer än 900, 000 speglar som är nord-syd-inriktade och kan svänga för att följa solen när den rör sig österut till väst under dagen. På grund av dess form, denna typ av anläggning kan nå driftstemperaturer på cirka 750 grader F (400 grader C), koncentrera solens strålar vid 30 till 100 gånger sin normala intensitet på värmeöverföringsvätska eller vatten/ångfyllda rör [källa:Energy Information Administration]. Den heta vätskan används för att producera ånga, och ångan snurrar sedan en turbin som driver en generator för att producera el.
Medan paraboliska trågkonstruktioner kan köras med full effekt som solenergianläggningar, de används oftare som en sol- och fossilbränslehybrid, lägga till kapacitet för fossilt bränsle som backup.
Solenergistorn är en annan typ av solvärmesystem. Power towers förlitar sig på tusentals heliostat , som är stora, platta solspår, att fokusera och koncentrera solens strålning på en enda tornmonterad mottagare. Som paraboliska tråg, värmeöverföringsvätska eller vatten/ånga värms upp i mottagaren (krafttorn, fastän, kan koncentrera solens energi så mycket som 1, 500 gånger), slutligen konverterade till ånga och används för att producera el med en turbin och generator.
Power tower-konstruktioner är fortfarande under utveckling men kan en dag realiseras som nätanslutna kraftverk som producerar cirka 200 megawatt el per torn.
Ett tredje system är solfat/motor . Jämfört med det paraboliska tråget och krafttornen, disksystem är små tillverkare (cirka 3 till 25 kilowatt). Det finns två huvudkomponenter:solkoncentratorn (skålen) och kraftomvandlingsenheten (motorn/generatorn). Skålen riktas mot och spårar solen och samlar solenergi; den kan koncentrera den energin med cirka 2, 000 gånger. En termisk mottagare, en serie rör fyllda med en kylvätska (t.ex. väte eller helium), sitter mellan skålen och motorn. Det absorberar den koncentrerade solenergin från skålen, omvandlar den till värme och skickar den värmen till motorn där den blir elektricitet.
Solvärmesystem är en lovande förnybar energilösning - solen är en riklig resurs. Förutom när det är natt. Eller när solen blockeras av molntäcke. Värmeenergilagring ( TES ) system är högtrycksvätskelagringstankar som används tillsammans med ett solvärmesystem för att låta växter ta emot flera timmar potentiell el. Lagring utanför topp är en kritisk komponent för effektiviteten hos solvärmekraftverk.
Tre primära TES-tekniker har testats sedan 1980-talet då de första solvärmekraftverken byggdes:ett direkt system med två tankar, ett indirekt system med två tankar och ett termoklinsystem med en tank.
I en två-tank direkt system , solenergi lagras direkt i samma värmeöverföringsvätska som samlade den. Vätskan är uppdelad i två tankar, en tank förvarar den vid en låg temperatur och den andra vid en hög temperatur. Vätska som lagras i lågtemperaturbehållaren rinner genom kraftverkets solfångare där den värms upp och skickas till högtemperaturbehållaren. Vätska som lagras vid en hög temperatur skickas genom en värmeväxlare som producerar ånga, som sedan används för att producera el i generatorn. Och när det väl gått igenom värmeväxlaren, vätskan återgår sedan till lågtemperaturbehållaren.
A indirekt system med två tankar fungerar i princip samma som det direkta systemet förutom att det fungerar med olika typer av värmeöverföringsvätskor, vanligtvis de som är dyra eller inte är avsedda att användas som lagringsvätska. För att övervinna detta, indirekta system passerar vätskor med låg temperatur genom en extra värmeväxlare.
Till skillnad från system med två tankar, de en-tank termoklin system lagrar termisk energi som ett fast ämne, vanligtvis kiselsand. Inuti den enda tanken, delar av det fasta materialet hålls vid låga till höga temperaturer, i en temperaturgradient, beroende på vätskeflödet. För lagringsändamål, varm värmeöverföringsvätska strömmar in i tankens ovansida och svalnar när den färdas nedåt, lämnar som en lågtemperaturvätska. För att generera ånga och producera el, processen är omvänd.
Solvärmesystem som använder mineralolja eller smält salt som värmeöverföringsmedium är bra för TES, men tyvärr utan ytterligare forskning, system som körs på vatten/ånga kan inte lagra värmeenergi. Andra framsteg inom värmeöverföringsvätskor inkluderar forskning om alternativa vätskor, genom att använda fasförändringsmaterial och nya termiska lagringskoncept allt för att minska lagringskostnaderna och förbättra prestanda och effektivitet.
Lisa Kivirist och John Ivanko står bredvid ett solvärmesystem som värmer ett växthus vid deras bed and breakfast. AP Photo/Andy Manis Idén med att använda termiska massmaterial-material som har kapacitet att lagra värme-för att lagra solenergi är tillämplig på mer än bara storskaliga solvärmekraftverk och lagringsanläggningar. Idén kan fungera i något så vanligt som ett växthus.
Alla växthus fångar solenergi under dagen, vanligtvis med fördelen av söderläge och ett sluttande tak för att maximera solens exponering. Men när solen går ner, vad ska en odlare göra? Solvärme växthus kan behålla den termiska värmen och använda den för att värma växthuset på natten.
Stenar, cement och vatten eller vattenfyllda fat kan alla användas så enkelt, passiva termiska massmaterial (kylflänsar), fånga solens värme under dagen och utstråla den tillbaka på natten.
Större ambitioner? Tillämpa samma idéer som används i solvärmekraftverk (även om det är mycket mindre) och du är på väg att växa året runt. Solvärme växthus, kallas även aktiva solväxthus, kräver samma grunder som alla andra solvärmesystem:en solfångare, en vattentank, slang eller rör (begravd i golvet), en pump för att flytta värmeöverföringsmediet (luft eller vatten) i solfångaren till lagring och el (eller annan strömkälla) för att driva pumpen.
I ett scenario, luft som samlas i växthusets tak, dras ner genom rör och under golvet. Under dagen, denna luft är varm och värmer marken. På natten, kall luft dras ner i rören. Den varma marken värmer den kalla luften, som i sin tur värmer växthuset. Alternativt, vatten används ibland som värmeöverföringsmedium. Vatten samlas upp och soluppvärms i en extern lagringstank och pumpas sedan genom rören för att värma växthuset.
Solvärme har stor potential eftersom tekniken redan finns där. Guang Niu/Getty Images Precis som solvärme växthus är ett sätt att tillämpa solvärme teknik för ett dagligt behov, solvärme skorstenar, eller termiska skorstenar, dra också nytta av termiska massmaterial. Termiska skorstenar är passiva solventilationssystem, vilket betyder att de är icke -mekaniska. Exempel på mekanisk ventilation inkluderar hela huset ventilation som använder fläktar och kanaler för att avlägsna inaktuell luft och tillföra frisk luft. Genom konvektiva kylprinciper, termiska skorstenar släpper in kall luft samtidigt som varmluft pressas inifrån och ut. Designad baserat på det faktum att varm luft stiger, de minskar oönskad värme under dagen och byter inre (varm) luft mot yttre (sval) luft.
Termiska skorstenar är vanligtvis gjorda av en svart, ihålig termisk massa med en öppning upptill för varmluft till avgaser. Inloppsöppningarna är mindre än avgaserna och placeras på låg till medelhöjd i ett rum. När varm luft stiger, det släpper ut genom det yttre avgasutloppet, antingen utåt eller in i ett öppet trapphus eller atria. När detta händer, en uppblåsning drar in kall luft genom inloppen.
Inför den globala uppvärmningen, stigande bränslekostnader och en ständigt växande efterfrågan på energi, energibehovet förväntas öka med nästan motsvarande 335 miljoner fat olja per dag, mestadels för el [källa:Meisen]. Vare sig stor eller liten, på eller utanför nätet, en av de stora sakerna med solvärme är att den existerar just nu, ingen väntan. Genom att koncentrera solenergi med reflekterande material och omvandla den till elektricitet, moderna solvärmeverk, om den antas idag som en oumbärlig del av energiproduktionen, kan ha tillgång till mer än 100 miljoner människor el under de närmaste 20 åren [källa:Brakmann]. Allt från en stor förnybar resurs:solen.
