Varför du bör koncentrera dig på denna form av solenergi

Moderna solceller är så bra på att omvandla solljus till elektricitet att dagens platta solceller (PV) är billiga, effektiva, långvariga och rikliga. Som jag nämnde förra månaden, de överträffar ekonomiskt koncentrator solceller (CPV), som använder linser eller böjda speglar för att fokusera solens strålar på små solceller. Trots att de visar mycket tidiga löften, verkar CPVs idag alldeles för komplicerade och dyra för att lyckas.

Det finns dock en annan sorts solenergi som jag tycker är spännande, som använder solljus för att värma upp en värmebevarande vätska. Den heta vätskan kan användas för att koka vatten, med den resulterande ångan som driver en turbin för att generera elektricitet. Känd som koncentrator solenergi (CSP), det är egentligen bara ekonomiskt i stor skala, men har en stor fördel. Eftersom vätskorna i CSP kan lagras kan energin omvandlas till elektricitet även när solen inte skiner.

Koncentrerad solenergi har en stor fördel: energin kan omvandlas till elektricitet även när solen inte skiner

Enligt US National Renweable Energy Laboratorytre huvudtyper av CSP har testats under åren. Först finns det linjära koncentratorsystem, som använder långa U-formade speglar för att samla upp solens energi. Motorer lutar aktivt speglarna mot solen och fokuserar solljuset på rör (mottagare) som löper längs speglarna. Rören, som innehåller den heta vätskan, placeras vanligtvis i tråg som ligger längs spegelns brännvidd, även om ibland ett enda rör placeras ovanför flera speglar.

En annan typ av CSP använder en spegelfat snarare som en stor parabol. För att minimera kostnaderna är skålen inte en enda struktur utan består vanligtvis av många mindre platta speglar. Den böjda ytan riktar och koncentrerar solljus mot en termisk mottagare, som absorberar och samlar upp värmen. Den heta vätskan värmer en gas i en version av den klassiska Stirling-motorn, flyttar kolvarna för att skapa mekanisk kraft, som driver en generator.

Äntligen finns det "krafttornssystem", som använder ett stort fält av platta solspårande speglar. Kända som heliostater, fokuserar och koncentrerar solljuset på en mottagare på toppen av ett torn. Som med de andra CSP:erna genererar en värmeöverföringsvätska som värms upp i mottagaren ånga för att driva en turbin. De flesta använder smälta salter som en värmeöverföringsvätska som kan lagra energi för användning på natten eller när det är molnigt.

Blandade förmögenheter

Det fanns mer än 90 CSP:er i drift runt om i världen i slutet av 2021, där Spanien och USA stod för över hälften av den globalt installerade kapaciteten på 6.4 GW. Exempel inkluderar 110 MW Crescent Dunes anläggning i Nevada (som använder smält salt) och 394 MW Ivanpah projekt i Kalifornien (som går på vatten). Det fina med CSP:er är att de alla är mycket effektiva. Krafttornssystem (där vätskan är vid 250–565 °C) kan omvandla upp till 35 % av all solenergi till elektricitet, medan disksystem (som körs vid 550–750 °C) kan vara upp till 34 % effektiva.

Enligt en rapport från 2021 från International Renweable Energy Association (IREA), den utjämnade elkostnaden (LCOE) – ett slags genomsnittlig nettokostnad – för CSP:er har sjunkit kraftigt de senaste åren. Under decenniet fram till 2020 föll den globala vägda genomsnittliga LCOE för nystartade CSP-anläggningar med 70 % från 0.361 USD/kWh till 0.107 USD/kWh. Minskningarna har till stor del drivits på att dessa anläggningar kan arbeta vid allt högre temperaturer, vilket minskar lagringskostnaderna och gör att de kan köras under längre perioder.

Allt handlar om pengar. Varför till synes fantastiska tekniska lösningar ibland kan misslyckas

För anläggningar som togs i drift mellan 2016 och 2020 fann IRENA-rapporten att cirka fyra femtedelar hade minst fyra timmars lagring, medan 35 % hade åtta timmar eller mer. Denna trend förväntas accelerera ytterligare, eftersom IRENA redan har upptäckt att den genomsnittliga lagringstiden hade ökat från 4.7 timmar för projekt som togs i drift 2020 till 17.5 timmar för de som togs i drift följande år. Den genomsnittliga CSP-projektstorleken 2021 var respektabla 110 MW.

Kostnadsproblem

Men CSP-system är inte perfekta. De använder mycket vatten och det är inte billigt att hålla speglarna rena, vilket är viktigt om du vill hålla deras effektivitet hög. Och naturligtvis fungerar dessa system bara bra om det finns mycket solljus, vilket gör dem opraktiska i många delar av världen. Dessutom har kostnaderna för rivaliserande förnybara energikällor rasat.

Enligt IRENA har LCOE för solcellsenergi sjunkit med 88 % sedan 2010 till 0.08 USD/kWh, medan landbaserad vindkraft har sjunkit med 68 % under den tiden till 0.033 USD/kWh och havsvind har minskat med 60 % till 0.075 USD/kWh. Trots det senaste prisfallet är CSP fortfarande mycket högre på 0.107 USD/kWh. Det får CSP att se oekonomiskt ut, även om denna rubrik inkluderar kostnaden för att lagra energin, som utelämnas från de andra LCOE-numren.

Trots allt löfte, släpar koncentrerade solenergisystem långt efter konventionella solcellspaneler

Ändå, trots allt löfte, ligger CSP:er långt efter konventionella solcellspaneler, som hade en total installerad kapacitet på 957 GW 2021. Solceller är helt enkelt en så enkel och skalbar teknik, givetvis förutsatt att du kan lagra energin i batterier . Med tanke på den enorma mängd arbete som går åt att utveckla batterier för elfordon, är jag säker på att solcells-PV kommer att ge CSP med termisk lagring en kör för pengarna under de kommande 20 åren.

Som IRENA 21-rapporten avslutar: "I avsaknad av starkt globalt politiskt stöd för CSP förblir marknaden liten och pipelinen för nya projekt oambitiös". Jag tycker att det är en besvikelse, med tanke på den anmärkningsvärda kostnadsminskningen för CSP sedan 2010 och dess förmåga att tillhandahålla sändningsbar kraft 24/7 i soliga områden till ett rimligt pris. Tyvärr handlar energiproduktion bara om ekonomi – och CSP spelar alltid ikapp kostnaderna.

Men kanske är inte allt förlorat. För det första kan batterierna som behövs för solceller skjuta i pris eftersom de kräver sällsynta material som en dag kan bli dyra. För det andra tyder forskning på att värmen som lagras i CSP:er kan användas för att producera en rad "gröna bränslen", såsom väte eller ammoniak. Kanske kan CSP en dag till och med arbeta tillsammans med sin nemesis – den platta solcellspanelen – för att producera el och bränsle dygnet runt.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/why-you-should-concentrate-on-this-form-of-solar-power/