โรงไฟฟ้าความร้อนสุริยะ

พลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมแสง

บางทีเรียกว่า โรงไฟฟ้าความร้อนสุริยะ เป็นการผลิตไฟฟ้าแบบเดียวกับโรงไฟฟ้าแบบเดิม ความแตกต่างก็คือโรงไฟฟ้าชนิดนี้รับพลังงานนำเข้าโดยการรวมรังสีความร้อนจากแสงอาทิตย์และนำความร้อนไปทำไอน้ำหรือแก๊สอุณหภูมิสูงเพื่อหมุนกังหันไฟฟ้า แผ่นกระจกขนาดใหญ่จะรวมแสงอาทิตย์ให้เป็นลำเดียวหรือจุด ความร้อนที่เกิดขึ้นจะนำไปผลิตไอน้ำ ไอน้ำที่มีแรงดันและความร้อนสูงจะปั่นกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า ในพื้นที่ที่มีแสงอาทิตย์มาก โรงไฟฟ้าประเภทนี้สามารถผลิตไฟฟ้าได้ในในปริมาณมาก

ระบบนี้มีส่วนประกอบหลัก 4 ส่วน คือ ตัวรวมแสง ตัวรับ ตัวกลางหรือตัวเก็บและการเปลี่ยนรูปพลังงาน ระบบนี้มีอยู่หลายชนิดด้วยกัน รวมถึงระบบที่ผนวกเข้ากับเทคโนโลยีพลังงานหมุนเวียนและพลังงานอื่น ๆ แต่มีเทคโนโลยีอยู่ 3 แบบที่เป็นความหวังมากที่สุดของระบบนี้ ได้แก่

• ระบบกระจกโค้งแนวยาว เป็นการใช้กระจกสะท้อนตามแนวยาวในการรวมแสงอาทิตย์ไปที่หลอดตัวรับความร้อนที่มีประสิทธิภาพที่ติดอยู่บนจุดรวมแสงของกระจกโค้ง ของเหลวนำความร้อน เช่น น้ำมันสังเคราะห์ จะหมุนเวียนอยู่ภายในหลอดนี้ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการรวมแสงอาทิตย์อยู่ที่ประมาณ 400 องศาเซลเซียส น้ำมันสังเคราะห์นี้จะถูกสูบผ่านเข้าไปในชุดตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อผลิตไอน้ำที่มีความร้อนสูง ไอน้ำจะไปหมุนกังหันไอน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า ซึ่งอาจเป็นได้ทั้งส่วนของกังหันไอน้ำแบบเดิม หรือ ผสมผสานเข้าไปกับระบบร่วมกังหันไอน้ำและแก๊ส ระบบนี้เป็นเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ ตัวอย่างเช่นโรงไฟฟ้าความร้อนสุริยะขนาด 345 เมกะวัตต์ เชื่อมต่อกับโครงข่ายสายส่งไฟฟ้าทางตอนใต้ของรัฐแคลิฟอร์เนียนับตั้งแต่คริสทศวรรษ 1980 และมีการติดตั้งระบบกระจกรวมแสงทั่วโลกโดยใช้พื้นที่ไปแล้วมากกว่า 2 ล้านตารางเมตร

• หอคอยไฟฟ้าสุริยะ เป็นการใช้กระจกสะท้อนแสงที่หมุนไปตามทิศทางตกการกระทบของแสงอาทิตย์ ที่วางเป็นแนวรูปวงกลมอยู่รอบหอคอยที่อยู่ตรงกลาง แผงกระจกเหล่านี้จะรวมแสงอาทิตย์ไปที่ตัวรับที่ติดอยู่ด้านบนสุดของหอคอย ตัวกลางเปลี่ยนผ่านความร้อนจะรับแสงที่รวมมาจากกระจกและเปลี่ยนให้เป็นพลังงานความร้อนเพื่อใช้ผลิตไอน้ำและนำไปหมุนกังหันเพื่อผลิตไฟฟ้า ปัจจุบัน ตัวกลางเปลี่ยนผ่านความร้อนนั้นมีหลายชนิด เช่น น้ำ/ไอน้ำร้อน เกลือ(molten salt) โซเดียมเหลวและอากาศ ถ้านำแก๊สหรืออากาศที่มีความดันสูงมาใช้เป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 องศาเซลเซียสหรือมากกว่า จะสามารถใช้แทนแก๊สธรรมชาติในกังหันแก๊สได้โดยตรง เกิดกประสิทธิภาพที่ดีเยี่ยมมาก (มากกว่าร้อยละ 60) ในการใช้กับวัฏจักรร่วมกังหันไอน้ำและแก๊ส หลังจากการขยายกำลังการผลิตปานกลางขึ้นไปที่ 30 เมกะวัตต์ นักพัฒนาโครงการหอคอยสุริยะมีความมั่นใจว่าจะสามารถสร้างหอคอยไฟฟ้าสุริยะที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายสายส่งไฟฟ้าที่มีกำลังผลิตจนถึง 200 เมกกะวัตต์ได้ การใช้ตัวเก็บความร้อนจะเพิ่มความยืดหยุ่นของระบบ ถึงแม้ว่าระบบหอคอยไฟฟ้าสุริยะจะยังต้องใช้เวลาพัฒนาเพื่อนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์มากกว่าระบบกระจกโค้งแนวยาว แต่ระบบนี้มีอนาคตที่ดีในระยะยาวสำหรับประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนที่สูง มีการพัฒนาโครงการโดยใช้หอคอยสุริยะนี้ในสเปน แอฟริกาใต้และออสเตรเลีย

• ระบบจานโค้ง เป็นระบบที่ใช้กระจกรูปจานโค้งรวมแสงอาทิตย์ไปตกที่ตัวรับที่ติดไว้ ณ จุดรวมแสง ลำแสงจากตัวรับแสงจะผ่านเข้าให้ความร้อนกับของเหลวหรือแก๊ส(อากาศ) ที่อุณหภูมิประมาณ 750 องศา เพื่อนำไปผลิตไฟฟ้าจากกังหันขนาดเล็กที่ต่อเข้ากับตัวรับแสง ระบบนี้เหมาะกับการจ่ายไฟฟ้าในระบบกระจายศูนย์และระบบไฟฟ้าในพื้นที่ห่างไกล มีแผนการทำโครงการโดยใช้ระบบนี้ในสหรัฐอเมริกา ออสเตรเลียและยุโรป