Elektrownie słoneczne - czysta energia

Camille Bauer AG z Wohlen w Szwajcarii jest od dziesięcioleci renomowanym dostawcą przetworników kąta obrotu przeznaczonych do różnych zastosowań. Kilka lat temu firma rozszerzyła ofertę produkcyjną o inklinometry, oferując dzisiaj takie nowoczesne przetworniki, jak programowalne wersje Kinax HW730.

Inklinometry i przetworniki kąta obrotu stanowią połączenie między mechaniką a elektroniką. Zamieniają położenie kąta lub nachylenie na odpowiedni proporcjonalny sygnał analogowy 4-20 mA. Ze względu na niezawodność i wytrzymałość na trudne warunki środowiskowe mogą one być stosowane w takich aplikacjach jak elektrownie słoneczne.

Jak buduje się elektrownie słoneczne?

Rys. 1. Inklinometr Kinax N702

Jedną z popularnych technologii jest CSP (Concentrating Solar Power). Jej cechą jest zastosowanie systemu koncentracji energii słonecznej, co odróżnia ten rodzaj elektrowni od fotowoltaicznych. Podczas gdy te ostatnie przekształcają promienie słoneczne bezpośrednio w energię elektryczną, w elektrowniach CSP skupione promienie słoneczne podgrzewają substancję roboczą do temperatury sięgającej 400-1000°C. To ciepło następnie jest przekształcane w energię elektryczną za pomocą konwencjonalnych turbin parowych.

Dużą zaletą technologii CSP jest to, że ciepło można przechowywać dużo łatwiej niż energię elektryczną z wiatraków lub paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu tego typu elektrownie mogą dostarczać energię przez całą dobę - także w nocy, korzystając ze zmagazynowanego za dnia ciepła. Jednocześnie dzięki faktowi braku emisji CO₂ praca elektrowni nie ma negatywnego wpływu na środowisko.

Jak zapewnić efektywność pracy?

Wiedza jest kluczem do wysokiej wydajności, a co za tym idzie do ekonomicznego wykorzystania elektrowni słonecznej. Promienie słoneczne są skupiane przez precyzyjnie uformowane lustra, które muszą stale śledzić kąt nachylenia promieni słonecznych z dokładnością do dziesiętnych części stopnia, aby nie "marnować" padającego na nie promieniowania.

Do tego zadania wykorzystywane są specjalistyczne inklinometry szwajcarskiego specjalisty w tej dziedzinie - firmy Camille Bauer należącej do grupy Metrawatt. W kilku elektrowniach CSP, między innymi w Hiszpanii, inklinometry Camille Bauer wykorzystywane są przy produkcji czystej i wolnej od CO₂ energii elektrycznej.

Camille Bauer oferuje inklinometr Kinax N702, który jest zainstalowany w mechanizmie obrotowym kolektorów i wraz z innymi elementami z największą precyzją podąża za promieniami słonecznymi. W sposób ciągły, za pomocą sygnału 4-20 mA, przekazuje informację o dokładnym nachyleniu kolektora do jednostki sterującej, co pozwola za pomocą siłowników hydraulicznych utrzymać paraboliczne lustro pod odpowiednim kątem w stosunku do promieni słonecznych.

Centralna jednostka zarządzająca w sterowni elektrowni monitoruje napromieniowanie, prędkość wiatru i przepływ masy nośnika ciepła oraz jest w kontakcie z lokalnymi jednostkami. Dzięki tym wszystkim informacjom zarządza rozpoczęciem pracy i jej zakończeniem po zachodzie słońca.

Gdy niebo jest bezchmurne, system zarządzający zna kąt padania promieni słonecznych, korzystając z danych o położeniu geograficznym, dacie i czasie w danym momencie, a zatem jest w stanie odpowiednio pozycjonować lustra. Natomiast w przypadku zachmurzonego nieba, jak również rozproszonego promieniowania, nachylenie promieni słonecznych odbiega od teoretycznego kąta ich padania.

Dlatego system pozycjonowania ma tzw. dodatkowy czujnik słońca, w którym właśnie wykorzystywany jest inklinometr. Innym miejscem zastosowania inklinometru jest kolektor, który może pracować w pozycji "parkowania", która chroni kolektor przed zanieczyszczeniem w nocy oraz przez odpowiednie aerodynamiczne ustawienie kąta chroni przed burzą oraz silnym wiatrem.

Klucz do wieloletniej bezawaryjnej pracy

Elektrownie słoneczne są zaprojektowane przeciętnie na 25 lat użytkowania, a wszystkie elementy w dłuższej perspektywie czasu muszą być jak najmniej podatne na wszelkie zakłócenia w celu zapewnienia bezpiecznej komercyjnej eksploatacji. Na rynku dostępnych jest tylko kilka urządzeń nadających się do trudnych warunków pracy, jakie występują w tego typu aplikacjach. Zwłaszcza temperatura i wilgotność są głównymi wyzwaniami dla tych urządzeń. Po licznych testach producenci elektrowni słonecznych postanowili wykorzystać między innymi produkty firmy Camille Bauer.

Urządzenia pojemnościowe są jednymi z najlepszych systemów bezdotykowego skanowania sygnałów czujnika dla wyjścia analogowego. Kondensator pomiarowy składa się z dwóch elektrod (stojany), pomiędzy którymi zanurzony jest wirnik, który zmienia proporcjonalnie pojemność w stosunku do absolutnej pozycji kąta, etapem końcowym jest generowanie prądu również proporcjonalnego do pozycji kąta. System ma zintegrowany filtr EMC zapewniający jego niezawodność.

Pojemnościowy system pomiarowy stosowany w przyrządach został opatentowany i od wielu lat sprawdzony w praktyce, przykładowo w zakresie eksploatacji statków, biogazowni i elektrowni. Główne jego zalety to: niewrażliwości na znaczne wahania temperatury, wilgotność, brud, wstrząsy i wibracje. Grupy produktów z serii Kinax mają aprobatę GL, występują też wersje iskrobezpieczne EEx ia IIC T6, które mogą być stosowane w strefach zagrożonych wybuchem (strefa 1, 2).

mgr inż. Marek Winiecki
Astat
www.astat.com.pl