سیستم های متمرکز انرژی خورشیدی در حال تغییر در بهره وری انرژی و راهکارهای جدیدی هستند: تولید سوخت های خورشیدی.

میدان سوخت‌های خورشیدی شروع به جمع‌آوری بخار کرده و این می‌تواند خبر خوبی برای طرفداران تمرکز انرژی خورشیدی باشد و در مقایسه با پانل های خورشیدی معمولی، سیستم های متمرکز کننده گران و پیچیده تر هستند.

با این حال آنها می توانند گرمای بالایی را برای تولید سوخت بدون مداخله انرژی فسیلی ارائه دهند و این می تواند به ارتقاء سطح آنها کمک کند.

سوخت های خورشیدی و اتصال انرژی خورشیدی متمرکز

سوخت‌های خورشیدی سوخت‌های مصنوعی هستند که تحت همان چتر کلی سوخت‌های الکتریکی یا سوخت‌های الکترونیکی هستند، مخرج مشترک استفاده از انرژی های تجدیدپذیر برای تولید گاز هیدروژن است که سپس می تواند با کربن جذب شده ترکیب شود تا سوخت مایع را فرموله کند.

تفاوت در این است که سوخت های الکترونیکی می توانند برق را از هر منبع تجدیدپذیر، از جمله انرژی باد، دریایی، زمین گرمایی و همچنین انرژی خورشیدی به کار گیرند، نیروگاه‌های هسته‌ای نیز به‌عنوان منبع برق بدون انتشار برای هیدروژن در زنجیره تامین سوخت الکترونیکی ذکر شده‌اند.

سوخت‌های خورشیدی به طور خاص به الکترولیز با انرژی خورشیدی، سلول‌های فوتوالکتروشیمیایی برگ مصنوعی و سایر سیستم‌هایی که انرژی خورشیدی را مستقر می‌کنند، از جمله سیستم‌های انرژی خورشیدی متمرکز اشاره دارد.

آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی، سیستم های متمرکز را به عنوان وسیله ای برای کاهش هزینه سوخت های خورشیدی به صفر رسانده است. یکی از مسیرها شامل الکترولیز در دمای بالا است که می تواند بهره وری انرژی را بهبود بخشد. گرمای زیاد را می توان برای تولید هیدروژن ترموشیمیایی نیز به کار برد.

کاهش هزینه سوخت های خورشیدی با تمرکز انرژی خورشیدی

CleanTechnica در سال 2018، زمانی که پروژه تحقیقاتی سوخت های خورشیدی در دانشگاه ایالتی واشنگتن را با همکاری آزمایشگاه ملی آرگون در وزارت انرژی ایالات متحده و آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام، مورد توجه قرار داد، متوجه اتصال انرژی خورشیدی متمرکز شد.

محققان سوخت های خورشیدی از آن زمان مشغول بوده اند. یکی از مثال‌های اخیر از تیمی از مهندسان MIT است که رویکرد کارآمدتری برای تولید هیدروژن حرارتی خورشیدی ارائه کرده‌اند.

سیستم‌های ترموشیمیایی مبتنی بر نسخه‌ای با بخار و فوق سریع فرآیند زنگ‌زدگی هستند که در هنگام برخورد آهن با آب اتفاق می‌افتد. این فرآیند هیدروژن را آزاد می کند. پس از گرم شدن مجدد در خلاء، فلز دوباره ساخته شده و آماده تکرار فرآیند اکسیداسیون است.

MIT News در اوایل این ماه گزارش داد: تنها حدود 7 درصد از نور خورشید ورودی برای تولید هیدروژن استفاده می شود و نتایج تا کنون کم بازده و هزینه بالا بوده است.

خب اون موقع بود تیم MIT این فرآیند را بهینه‌سازی کرد تا تا 40 درصد از انرژی خورشید را جذب کند. از جمله نوآوری‌ها، طراحی جدیدی است که قطاری از راکتورهای جعبه‌ای را به صورت دایره‌ای در اطراف برج مرکزی یک نیروگاه خورشیدی متمرکز می‌فرستد.

راه حل کانال ها و منافذ

رویکرد دیگری برای بهبود فناوری ترموشیمیایی توسط تیمی از مهندسان در ETH زوریخ در سوئیس ارائه شده است که آنها با چالش به حداکثر رساندن انتقال گرما از سیستم متمرکز انرژی خورشیدی به داخل راکتور مقابله کردند.

راه حل آنها از یک سیستم انرژی خورشیدی متمرکز به سبک سهموی استفاده می کند تا یک راکتور خورشیدی را تا 1500 درجه سانتیگراد گرم کند. این راکتور دارای ساختاری از اکسید سریم است که نوعی از فلز سریم است، اکسید سریم به دلیل استفاده از آن در سرامیک و شیشه سازی شناخته شده است.

ساختار اکسید سریم طراحی شده توسط تیم ETH به عنوان یک ساختار سرامیکی متخلخل توصیف می‌شود که برای اطمینان از رسیدن گرمای سیستم انرژی خورشیدی متمرکز به داخل راکتور با حداقل تداخل طراحی شده است.

این تیم یک چاپگر سه بعدی مبتنی بر اکستروژن را برای ساخت این سازه با کانال‌ها و منافذی که در سطح گسترده‌تر هستند برای جذب نور خورشید بیشتر فراخواندند. این چاپگر همچنین یک جوهر منحصر به فرد حاوی غلظت بالایی از ذرات سریا را برای کمک به تقویت واکنش به کار برد.

ETH توضیح می‌دهد: طراحی‌های مرتب شده به‌صورت سلسله مراتبی با کانال‌ها و منافذی که در سطح در معرض نور خورشید باز هستند و به سمت عقب راکتور باریک‌تر می‌شوند، کارآمدی ویژه‌ای دارند.

راکتور ETH همچنین تقسیم آب را با دی اکسید کربن جذب شده ترکیب می کند تا ترکیبی آماده از هیدروژن و مونوکسید کربن تولید کند که سپس می تواند مراحل بیشتری را برای تولید سوخت جت نفت سفید مایع انجام دهد.

امیدی جدید برای تمرکز انرژی خورشیدی

تیم ETH گزارش می دهد که آنها بهبود قابل توجهی در بهره وری انرژی برای ساختار چاپ سه بعدی خود نشان داده اند، با توانایی تولید دو برابر سوخت در مقایسه با سازه های معمولی زمانی که در معرض همان سطح گرما قرار می گیرند.

مراحل بعدی بر عهده شرکت Synhelion است که از تحقیقات ETH خارج شده و مجوز فناوری چاپ سه بعدی را صادر کرده است.

Synhelion قبلاً طرح هایی را برای یک کارخانه سوخت جت نفت سفید خورشیدی در مقیاس نمایشی در آلمان که با یک نیروگاه خورشیدی متمرکز ادغام شده است، با خطوط هوایی بین المللی سوئیس برای آزمایش سوخت در هواپیماهایش آماده کرده است.

در همین حال یک اسپین آف دیگر Climeworks مجوز فناوری ETH را برای سیستم جذب مستقیم کربن هوا صادر کرده است.

زمانی که دولت اوباما پنج سیستم متمرکز متمرکز را به عنوان بخشی از تلاش های خود برای تحریک صنعت خورشیدی ایالات متحده به نمایش گذاشت، انرژی خورشیدی متمرکز از لحظه خود در خورشید لذت برد.

پس از روی کار آمدن ترامپ، رئیس جمهور سابق آمریکا در سال 2017، اوضاع آرام شد، اما وزارت انرژی به ترویج تمرکز انرژی خورشیدی به عنوان جایگزینی برای نیروگاه‌های اوج با سوخت گاز ادامه داد.

وزارت انرژی همچنین به تأمین مالی تحقیقات در مورد سیستم‌های خورشیدی متمرکز با دمای بالا و سایر پیشرفت‌ها، از جمله پتانسیل افزایش بازده و کاهش هزینه‌ها با استقرار دی اکسید کربن فوق بحرانی ادامه داد.

در آخرین توسعه، در فوریه گذشته، وزارت انرژی در مقیاس آزمایشی، نیروگاه خورشیدی متمرکز با گرمای بالا در نیومکزیکو، با هدف نشان دادن توانایی ذخیره یک گیگاوات به مدت یک ساعت، دست به کار شد.

این تاسیسات نسل بعدی یک برنامه تحقیقاتی 100 میلیون دلاری به نام Generation 3 (Gen3) CSP را پوشش می‌دهد که در زمان - حدس زدید - دولت ترامپ در سال 2017 راه‌اندازی شد.

برخلاف سیستم‌های معمولی که تا 565 درجه سانتیگراد می‌رسند، Gen3 هدف دارد، در هدف 720 درجه سانتیگراد.

آزمایشگاه ملی ساندیا این پروژه را رهبری می کند که ذرات سرامیکی را به جای نمک مذاب مورد استفاده در سیستم های معمولی مستقر می کند. ذرات گرم شده را می توان به عنوان یک محیط ذخیره انرژی استفاده کرد و می تواند یک توربین دی اکسید کربن فوق بحرانی را تامین کند.

وزارت انرژی پیش بینی می کند که این پروژه به هدف 5 ¢ در هر کیلووات ساعت برای ذخیره الکتریسیته به علاوه ذخیره سازی از یک نیروگاه خورشیدی متمرکز برسد، ما به زودی می دانیم، زیرا انتظار می رود این کارخانه در سال آینده راه اندازی شود.

به قول معروف تا زمانی که تمام نشود، تمام نمی شود…

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.