Системы с точечной фокусировкой

В солнечных электростанциях башенного типа солнечное излучение концентрируется на центральный теплоприемник при помощи огромного количество плоских отражателей (зеркал), которые в течение светового дня автоматически изменяют угол установки. Это позволяет достичь значительно более высокую концентрацию солнечных лучей по сравнению с системами с линейными концентраторами. При этом температура на теплоприемнике позволяет создавать пар с  температурными  параметрами используюмыми на большинстве традиционных тепловых электростанций, поэтому для получения энергии используются стандартные турбины.

На рис.8.7. приведена схема первой круглосуточной солнечной электростанции Gemasolar введенной в строй  на юге Испании в провинции Севилья в мае 2011 года.

Рис.8.7. Схема круглосуточной солнечной электростанции Gemasolar

Электростанция состоит из центральной башни, на которую солнечную энергию направляют 2650 управляемых компьютером зеркал-гелиостатов площадью 304750 м², расположенных в круге радиусом полтора километра (1). Теплоносителем является смесь расплавленных солей – нитратов натрия и калия.

«Холодный» резервуар (2) содержит расплавленные соли при температуре 290 ⁰С. Теплоноситель закачивается на вершину башни (3) выстой 140 метров, где нагревается солнечной энергией на 275 ⁰С – до 565 ⁰С. Затем теплоноситель поступает в «горячий» резервуар (4), оснащённый хорошей теплоизоляцией. Горячие расплавленные соли прокачиваются через парогенератор (5), где, охлаждаясь, отдают свою энергию пару, который подаётся в турбину (6) и участвует в выработке электроэнергии как на обычной электростанции. Отработанный пар поступает в конденсатор (7).  Мощность электростанции 19,9 МВт. Технология сохранения тепла позволяет турбине работать без притока солнечной энергии в течение 15-и часов, то есть электростанция обеспечивает непрерывную выработку электроэнергии и в тёмное время суток, как летом, так и зимой. За год вырабатывает 110 ГВт час электроэнергии, что достаточно для обеспечения электричеством 25 тысяч домохозяйств и предотвращая выброс 30 тысяч тонн СО₂. Общий вид  первой круглосуточной солнечной электростанции Gemasolar приведен на рис. 8.8.

Солнечные электростанции с параболическими концентраторами представляют собой батарею параболических тарелочных зеркал, которые фокусируют солнечную энергию на приемники, расположенные в фокусной точке каждой тарелки. Жидкость в приемнике нагревается до 1000 градусов и непосредственно применяется для производства электричества в «двигателе Стирлинга».  Двигатель Стирлинга — тепловая машина, в которой жидкое или газообразное рабочее тело движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Основан на периодическом нагреве и охлаждении рабочего тела с извлечением энергии из возникающего при этом изменения объёма рабочего тела.

Общий вид солнечной электростанции с параболоидными концентраторами приведен на рис.8.9.

Системе из двигателя Стирлинга и параболоидного зеркала принадлежит мировой рекорд по эффективности превращения солнечной энергии в электричество. В 1984 году на Ранчо Мираж в штате Калифорния удалось добиться практического КПД 29%.