Concentrated solar power (CSP)

Betekenis

Concentrated solar power (CSP) bundelt zonlicht met behulp van spiegels naar een ontvanger (een buis of één punt), waardoor warmte ontstaat die gewoonlijk water in stoom omzet om een stoomturbine aan te drijven en elektriciteit op te wekken. De installatie waarin dit gebeurt wordt een zonthermische krachtcentrale of zonnekrachtcentrale genoemd.

Toepassing

CSP levert elektriciteit als een vorm van groene stroom.

• Opwekking van elektriciteit in zonthermische krachtcentrales.
• Direct aandrijven van een turbine met stoom uit een buis-collector (bijvoorbeeld stoom van ca. 330 °C bij ongeveer 30 bar).
• Warmteoverdracht via thermische olie en wisselaars om water tot stoom te maken.
• Combinatie met thermische energieopslag (bijv. tanks met heet vloeibaar zout of hete keramische kogeltjes) om ook buiten zonne-uren stroom te leveren.

Aandachtspunten

• Vereist intensieve aansturing: de methode is complex en gevoelig.
• Vereist veel grondoppervlakte: een CSP-centrale van circa 1 GW vraagt ruwweg 50 km².
• Beschikbaarheidsbeperking: stroomproductie is afhankelijk van zonneschijn (vooral overdag) en veel zonneschijn is nodig.
• Spiegels moeten voortdurend volgen (draaien) om nauwkeurig op de zon gericht te blijven; dat verhoogt kosten en mechanische complexiteit.
• Ontvangers en oppervlakken moeten een zo groot mogelijk deel van het licht absorberen; nauwkeurigheid van concentratie is belangrijk.
• Risico op dodelijke verbranding voor vliegende dieren die in de geconcentreerde straal terechtkomen.

Voordelen

• Val onder duurzame energie; de zon levert gratis straling (geen hernieuwbare energie maar wel redelijk permanent).
• Mogelijkheid tot directe stoomproductie in buis-collectors, geschikt voor directe aandrijving van turbines.
• Gebruik van thermische olie in collectors maakt warmteoverdracht via wisselaars mogelijk.
• Combinatie met thermische opslag maakt levering buiten zonne-uren mogelijk; opslagcapaciteit wordt vaak in uren vermeld (frequent circa 7 uur).

Nadelen

• Hoge complexiteit en gevoelige besturing.
• Grote benodigde oppervlaktes, ongeschikt voor dichtbevolkte of kleine landen.
• Enkel operationeel bij zonneschijn; 's nachts geen directe productie zonder opslag.
• Hoge kostprijs van spiegels en noodzakelijke nauwkeurigheid bij positionering.
• Historisch minder aantrekkelijk geworden doordat zonnepanelen goedkoper en bedrijfszekerder kunnen zijn voor dezelfde oppervlakte.

Methodes

Het zonlicht kan op verschillende manieren geconcentreerd worden:

• PTC (Parabolic Trough Collector, zonnetrog)

  • Het zonlicht wordt gebundeld in een lange buis.
  • Parabolische trogspiegel draait om één as.
  • Elke spiegel bundelt zonlicht naar zijn eigen lange buis, gevuld met thermische olie of water.
  • Ontvanger: een lokale brandlijn.

• DC (Dish Collector, zonneschotel)

  • Spiegel draait om twee assen.
  • Omvangrijke schotelspiegel bundelt naar zijn eigen brandpunt.
  • Ontvanger: één lokaal brandpunt.

• ST (Solar Tower, zonnetoren)

  • Heliostaatspiegels draaien op twee assen.
  • Veel spiegels bundelen licht naar een centraal brandpunt bovenin de toren.
  • Ontvanger: één centraal brandpunt.

• LFC (Linear Fresnel Collector, Fresnel)

  • Lineaire Fresnel-spiegel draait om één as, vergelijkbaar met PTC maar met vele kleine langwerpige spiegels.
  • Alle kleine spiegels richten zich op een lokale buis.
  • Ontvanger: een lokale brandlijn.

Energieopslag

• Veel CSP-centrales bevatten thermische opslag om ook buiten zonne-uren elektriciteit te leveren.
• Gebruikelijke opslagvormen: tanks met heet, vloeibaar zout of opslag in hete keramische kogeltjes.
• In documentatie van centrales wordt vaak het aantal uren opslag vermeld; een veelvoorkomend voorbeeld is circa 7 uur opslag.

Geschikte locaties

CSP is voornamelijk geschikt voor landen die:

• omvangrijke, vrij vlakke open ruimten hebben;
• lange en krachtige zonnestraling ontvangen;
• een afweging maken tussen CSP en zonnepanelen voor hun energievoorziening.