Typen spiegels

Er bestaan twee soorten van spiegelsystemen waarmee de zonnestralen worden geconcentreerd: spiegelsystemen met een brandlijn en systemen met een brandpunt. De hoogste temperaturen worden bereikt met spiegelsystemen die een brandpunt hebben omdat hierbij de concentratiefactor het hoogst is.

Spiegels met een brandlijn

Parabolische trogspiegels

Parabolische trogspiegel

Parabolische trogspiegel

Van spiegelsystemen met een brandlijn zijn de parabolische trogspiegels het meest bekend, zie Fig.3 en Fig.3a; de zonthermische krachtcentrales in de VS en Spanje gebruiken trogspiegels die 5 meter breed zijn en 12 meter lang. De honderden meters lange rijen van spiegels staan in een Noord-Zuid-richting opgesteld. Bij zonsopkomst staan ze naar het Oosten gericht, om 12 uur wijzen ze recht omhoog, en bij zonsondergang wijzen ze naar het Westen. In de brandlijn stroomt hittebestendige olie door een roestvrijstalen buis met een diameter van 7 cm. De buis is bedekt met een spectraal selectieve laag die geoptimaliseerd is op 400°C. Deze laag absorbeert de kortgolvige zonnestralen (de zon is immers een zwarte straler met een temperatuur van 6000 Kelvin). De laag reflecteert echter de langgolvige infra-rood straling die een zwarte straler van 400°C uitzendt. Warmteverlies door geleiding en stroming wordt geminimaliseerd door de buis te monteren in een wijdere glazen buis die vacuum gepompt wordt. De hete olie staat zijn hitte af in een stoomketel, waarin oververhitte stoom wordt gegenereerd die in de turbine expandeert. Aangezien de rotatieas voor de dagelijkse draaiing van de trogspiegels niet samenvalt met de brandlijn, zijn er aan het eind van de spiegelrijen gecompliceerde flexibele koppelingen nodig in de olieleidingen die absoluut lekvrij moeten zijn.
Er wordt op het Europese CSP-laboratorium bij Almeria in Spanje veel onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om de olie uit te bannen, en rechtstreeks stoom te gaan genereren in de brandlijn van de trogspiegels. Trogspiegelsystemen worden o.a gefabriceerd door het Duitse bedrijf Flabeg. Er staat wereldwijd ongeveer 2 Gigawatt aan trogspiegelcentrales. In Spanje hebben een aantal trogspiegelcentrales een warmteopslagcapaciteit van 8 uur vol vermogen.

Lineaire Fresnel Reflector

Het andere spiegelsysteem met een brandlijn is de Lineaire Fresnel Reflector, Fig.4. Licht gekromde spiegels met een breedte van 50 cm en een lengte van honderden meters draaien ieder om hun eigen as zodanig dat de gereflecteerde bundels van 48 aaneensluitende spiegels samenvallen op een sterk gekromde secundaire spiegel, en daarna een dikwandige stalen buis verhitten waarin stoom wordt opgewekt. In Australie is een Fresnelspiegelveld gebouwd naast een bestaande kolencentrale. Hiermee kan overdag een flinke hoeveelheid kolen bespaard worden. Het meest succesvolle Fresnelspiegelbedrijf is Novatec uit Duitsland. Dit bedrijf heeft in de buurt van Murcia (Spanje) een 30 MW centrale in bedrijf gesteld.

Spiegels met een brandpunt

Zonnetoren

De top van een zonnetoren, Fig. 5, wordt beschenen door een veld met duizenden licht gekromde spiegels en vormt het gemeenschappelijke brandpunt van een enorm groot oppervlak aan spiegels. Zeer hoge temperaturen, tot 1000°C, zijn mogelijk. De afzonderlijke spiegels, ook wel heliostaten genoemd, draaien onafhankelijk van elkaar om twee assen om de beweging van de zon te compenseren.

Zonneschotel

De allerhoogste temperaturen zijn bereikbaar met zonneschotels, Fig. 2 rechts onder. Net als de heliostaten moeten zij om twee assen roteren om het beeld van de zon op de gewenste positie te houden. In die positie bevindt zich een Stirlingmotor die een generator aandrijft.

 

Geef een antwoord