Fotovoltaik Santraller Yazı Dizisi-22

Tercüme :Alper Çelebi

Her teknoloji, farklı konsantrasyon faktörlerine erişmeyi sağlar; yani maksimum sıcaklığın farklı değerleri ve bununla termik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi için en uygun termodinamik döngü tiplerine izin verir.

Dolayısıyla, bir güneş termik santrali, iki alt-düzeneğin bir grubu olarak görülebilir:

• bir tanesi, enerji dönüşümünün ilk safhasını yürüten solar toplayıcıdan oluşur;
• diğeri termik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir; bu da enerji dönüştürme ekipmanı ve de taşıma ve depolama
sisteminden oluşur ve bu sistem toplayıcıdan gelen ısıyı termodinamik döngüye aktarır.

Termik depolama birimi, hava olayları nedeniyle ışımadaki ani değişimler durumunda santralin düzgün çalışmasını sağlamak için üretilen ısıyı depolamaya yarar. Konvektör sıvının maksimum sıcaklığına göre, termodinamik döngü olarak aşağıdaki tipolojiler benimsenebilir: parabolik oluk tipi toplayıcılara sahip santraller için tipik su buharı Rankine döngüsü (400° ila 600°C sıcaklık aralıkları için), parabolik çanak tipi santrallerde Stirling döngüsü (800°C’ye kadar sıcaklıklar için) ve son olarak, kule tipi santrallerde tipik olan, basit konfigürasyonlu veya birleşik döngülü Joule-Brayton döngüsü (1000°C’ye kadar sıcaklıklar için).

Parabolik oluk yoğunlaştırıcılara sahip santrallerde (Şekil B.5), parabolik oluğun merkez hattı boyunca uzanan
termik-verimli alma boruları üzerinde güneş ışığını odaklamak için aynalar kullanılır.

Isı iletkenli bir sıvı (sentetik yağ veya erimiş tuzların bir karışımı) bu borular içinde dolaşarak alıcıdan ısıyı alırlar ve ısı eşanjörleri üzerinden termodinamik döngünün suyuna aktarırlar; böylece standart bir buhar türbinini sürebilecek kızgın bir buhar üretirler.

Bu tip santraller, yıllık yaklaşık %12-14 net dönüşüm verimine sahiptirler ve neredeyse önceki termodinamik
güneş santrallerinin tamamını oluştururlar.su buharı Rankine döngüsü (400° ila 600°C sıcaklık aralıkları için), parabolik çanak tipi santrallerde Stirling döngüsü (800°C’ye kadar sıcaklıklar için) ve son olarak, kule tipi santrallerde tipik olan, basit konfigürasyonlu veya birleşik döngülü Joule-Brayton döngüsü (1000°C’ye kadar sıcaklıklar için).



Şekil B.5 – Parabolik oluk tipi yoğunlaştırıcılar

Parabolik çanak tipi yoğunlaştırıcılara sahip santrallerde (Şekil B.6), güneş ışıması parabolik çanak tipi yansıtıcının odağına yerleştirilmiş bir toplayıcı üzerinde yoğunlaştırılır. Toplayıcı, radyasyon ısısını emer ve bir sıvıyı ısıtır. Bu sıvı, küçük bir Stirlik motoru veya küçük bir gaz türbini ile alıcıda doğrudan elektrik enerjisi üretmek için kullanılır. Bu tip santraller, günlük %24’lere varan ortalama yıllık %18 net dönüştürme verimi kapasitesine sahiptir ancak düşük güçlerin üretimi için uygundurlar (birkaç düzine kW).



Şekil B.6 – Parabolik çanak tipi santral

Doğrusal Fresnel yoğunlaştırıcılara sahip santraller (Şekil B.7) konsept olarak doğrusal çukur santrallere benzerdir; daha düşük optik geri dönüşleri olmasına karşın rüzgara daha az maruz kaldıklarından aynalar ve hafif yapılar için daha basit takip sistemleri mevcuttur.

Halen test edilmektedirler ancak toplayıcıların üretim maliyetlerine dayanan değerlendirmelere göre diğer
teknolojilere kıyasla daha kârlıdırlar.



Şekil B.7 – Doğrusal Fresnel yoğunlaştırıcı santrali

Merkezi alıcı santrallerde (Şekil B.8), zeminde daire şeklinde yerleştirilmiş düz aynalardan (helyostat) gelen güneş ışınımı, kule üzerine monte edilmiş merkezi alıcı üzerine odaklanır.

Alıcının içinde, yansıtılan ışınımı emen ve onu termik enerjiye dönüştüren bir eşanjör vardır; bu ısıyla türbine
yollanacak kızgın buhar oluşturulur veya gereğince basınçlı hava ya da gaz ısıtılarak açık veya kapalı döngü gaz
türbinlerinde kullanılır.




Şekil B.8 – Merkezi alıcı santral

B.9 Hibrit sistemler

Yakın gelecekte, sadece bir bina ya da bir siteye uygulanan bir yenilenebilir kaynak değil bir kaynağın diğerini
yedeklemesini sağlamak için hibrit çözümler dikkate alınacaktır. Böylesi bir entegrasyon, FV santraller ile birleştirilen termal güneş sistemlerinin ya da solar termik santraller ile birleştirilmiş jeotermal sistemlerin bulunmasının giderek mümkün olduğu konutsal binalarda kendine uygulama alanı bulmaktadır.


Ayrıca bugünlerde, FV santrallere benzer olarak bir inverter tarafından alternatif akıma çevrilen DC elektrik
enerjisi ve ısı üreten birleşik ısı ve güç santrallerinde DC kojenerasyonu hali hazırda mevcuttur.

Bu tip santraller iki avantaj sunar:

-ilki, kullanım gereksinimlerine göre maksimum gücün %15’inden %100’üne elektrik üretiminin modülasyonu olasılığı ile bağlantılıdır;

-ikincisi ise kojeneratörün yerine geçici olarak geçen bir FV sisteme bağlantı sağlar, böylece güneşlenme maksimumdayken ve kojeneratör gece saatlerinde gece saatlerinde veya düşük ışımaya sahipken panellerden yararlanılabilir.

DC kojenerasyonunun esnekliği (%90’a kadar verimalabilen küçük kullanıcılar için de geçerli), yenilebilir kaynakların sürekliliğine gayet iyi uyum sağlayarak elektrik enerjisi depolanması için şebekeye başvurmayan bağımsız sistemlerde de sabit bir besleme sağlar.

Ayrıca, daha kompleks hibrit sistemler de gelmektedir: yük ve şebekenin tüketimi düşük olduğunda, fotovoltaik
veya rüzgar santrallerinde üretilen elektrik enerjisini kullanarak yapılan elektroliz ile üretilen hidrojen içinde enerjinin depolanmasına izin vermektedirler(3) .

Üretilen hidrojen yüksek basınçlı tanklarda depolanır ve yakıt hücreleri ya da biogaz karışımıyla elektrik enerjisi
üretmek için kullanılır(4).

Ancak bu sistemler, elektrik enerjisinin hidrojene ve sonra tekrar yakıt hücreleriyle elektriğe dönüşümü zincirinde
halen düşük bir toplam verimliliğe sahiptir ve ayrıca bu cihazlar oldukça pahalıdır.

Yine de, bu dezavantajları azaltmaya yönelik bazı teknik çözümler vardır; bunların büyük ölçekte kullanımı maliyetlerde azalmaya ve de sürekli artan bir yayılma ile sistem entegrasyonunda artışa neden olacaktır. Aynı zamanda öz tüketici olan çeşitli üreticiler tarafından karakterize edilmiş bir senaryoda, şebekedeki bir noktadan diğerine elektrik gücünün yönünü değiştirebilen “akıllı dağıtım ağları” olan Akıllı Şebekelerin piyasaya girmesi beklenmektedir.

(3)  Bu, Kuzey Avrupa’daki rüzgar gücü sistemleriyle ilgili tipik durumdur. Şebekenin gerçek taleplerine kıyasla çok fazla rüzgar eser ve dolayısıyla rüzgar türbinlerinin durdurulması gerekir. Böylece kullanılabilecek üretim kotası kaybedilir. Bunun üstesinden gelmek için çok rüzgarlı günlerde, yani santral şebekenin ihtiyacından daha fazla enerji ürettiğinde, rüzgar pervaneleri tarafından üretilen enerjiyi depolamak için hidrojen-depolama sistemleri kullanılmaktadır.
(4)  Veya bölgesel ısıtma için ısı üretimi ve olası artık biyogazın ulaşım araçları için yakıt olarak satışı.

Bundan sonraki yazımızda "Fotovoltaik santrallerin boyutlandırılma örnekleri, Fotovoltaik uygulamalarda sıcaklık artışı, MCB ve ayırıcı davranışları "  anlatılacaktır.