Nhiệt Mặt Trời

5.4.1. Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện 

Năng lượng nhiệt Mặt Trời là nhiệt năng hấp thụ bởi hệ thống thu bắt nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, sử dụng để đun nóng nước (hoặc một số dung dịch khác) hoặc để tạo hơi nước. Khác với các hệ nhiệt Mặt Trời công suất nhỏ sử dụng chảo thu mặt phẳng để thu nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, các nhà máy nhiệt Mặt Trời công suất lớn sử dụng các thiết bị thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời và từ đó đạt nhiệt độ cao cần thiết để tạo hơi nước quay turbin. Nước nóng được sử dụng trong nhà ở, công sở hoặc các cơ sở công nghiệp[ix]. Hơi nước được sử dụng để quay turbin và rồi vận hành phát điện. Nhiệt Mặt Trời có ứng dụng rộng rãi trong việc cung cấp nước nóng và sản xuất điện, với công suất có thể đạt tới vài MW.
 

Có 3 dạng tập trung năng lượng Mặt Trời tạo nhiệt đun là: trũng parabol, dĩa quay và tháp năng lượng. Nếu được khai triển ở qui mô lớn, điện nhiệt Mặt Trời có tính cạnh tranh khá cao. Ứng dụng thương mại của công nghệ này xuất hiện vào đầu những năm 80 và phát triển khá nhanh do các ưu điểm sau:

+       Điện và nước nóng có thể được sản xuất cùng một lúc

+     Qui mô của nhà máy có thể được thay đổi để thích ứng với các ứng dụng theo thời điểm, hoặc công suất của nhà máy có thể được điều tiết để đáp ứng nhu cầu điện ở lúc cao điểm vào ban ngày

+        Nhà máy nhiệt Mặt Trời không gây ô nhiễm và có thể được hoàn tất xây dựng trong thời gian rất ngắn

    5.4.2. Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời

   Các nhà máy nhiệt Mặt Trời sử dụng các phương pháp thu hội tụ ánh sáng khác nhau và có sự khác biệt đáng kể về qui mô.

Hệ thống thu nhiệt trung tâm sử dụng ở các nhà máy lớn bao gồm các gương hội tụ ánh sáng Mặt Trời vào một dĩa thu duy nhất lắp trên đỉnh một tháp trung tâm (Hình 5.11). Bức xạ nhiệt của ánh sáng Mặt Trời sẽ làm nóng chảy muối bên trong chảo thâu, và nhiệt lượng của muối nóng chảy này sẽ được sử dụng để tạo điện thông quan các máy phát dạng hơi thông thường.  Nước hoặc dung dịch đun được bơm vào tháp sẽ được đun nóng để sử dụng trực tiếp hoặc chuyển thành hơi để quay turbine. Các gương này có khả năng theo dõi và quay theo sự thay đổi của hướng nắng[x], từ đó luôn đảm bảo sự hội tụ tối đa của ánh sáng Mặt Trời trên dĩa thu. Mặt thuận lợi của hệ thống này là muối nóng chảy có khả năng giữ nhiệt rất hiệu quả, có thể kéo dài đến vài ngày trước khi được sử dụng để chuyển thành điện, có nghĩa là điện vận có thể được sản xuất trong những ngày âm u hoặc vào vài giờ sau hoàng hôn. 

Một dạng thiết bị thu nhiệt Mặt Trời thứ hai là hệ thống hình dĩa (rất giống dạng dĩa thâu tín hiệu vệ tinh trong viễn thong, xem hình 5.12). Hệ thống này sử dụng dĩa phản chiếu hình parabol để hội tụ ánh sáng vào tâm thu ở tại tiêu điểm của dĩa. Dung dịch đun được truyền vào dĩa thu để hấp thu nhiệt tại đó. Nhiệt khi cho dung dịch đung dãn nở ra làm đẩy piston và từ đó quay turbin. Phương pháp này cho phép tập trung ánh sáng từ 100 đến 2000 lần.
 

Dạng hệ thống còn lại là thiết bị hình trũng (hình 5.13). Thiết bị này là một gương cầu dài dùng hội tụ ánh sáng lên trên các ống dẫn chứa dung dịch đun (dầu-oil).

Dung dịch đun trong ống có thể đạt đến nhiệt độ 400­0C như tại Solar Electric Generating Systems tại vùng Nam California. Dung dịch đun nhiệt độ cao này được sử dụng để đun nóng nước tạo hơi quay turbin và rồi vận hành máy phát điện.

 

     Mỹ, Áo, TBN, Nhất Bản và Pháp là các quốc gia dẫn đầu về khai thác nhiệt Mặt Trời tạo điện thông qua các hệ thống tập trung ánh sáng có công suất lắp đặt lên đến hàng trăm MW (Hình 5.14). Chỉ riêng vào năm 1995, tại Cộng Đồng Châu Âu đã có 6,5 triệu m2 diện tích lắp đặt gương tập trung ánh sáng Mặt Trời với tốc độ phát triển là 15% trong năm trước đó.