Un design inovator poate crește de peste două ori producția de energie a turnurilor solare cu curent ascendent și funcționează în condiții de căldură și uscăciune. S-a demonstrat că un turn solar cu tehnologie dublă dezvoltat de cercetători de la universitățile din Iordania și Qatar poate furniza energie non-stop. Această inovație funcționează eficient în zonele calde și uscate, dar nu are nevoie de panouri fotovoltaice, conform noilor cercetări. Turnul solar updraft este o tehnologie care este în curs de dezvoltare de mulți ani, dar care nu a înregistrat prea multe progrese la nivel comercial. La fel ca panourile solare, această tehnologie poate funcționa doar în timpul zilei, dar nu a reușit să ofere randamente semnificative pentru a fi considerată o sursă de energie economică. O colaborare între cercetătorii din Iordania și Qatar a analizat această problemă și a descoperit o problemă în proiectarea turnului solar cu curent ascendent. Într-o configurație tipică, se utilizează un colector circular mare din sticlă pentru a încălzi aerul de deasupra sa cu ajutorul razelor solare. Deoarece aerul cald se ridică în sus, acesta este direcționat pentru a curge printr-un turn lung cu flux ascendent care este prevăzut cu o turbină pentru a genera energie.
Un nou model de turn solar
În cadrul investigației lor, cercetătorii au constatat că un astfel de design al unui turn solar are o eficiență termică mai scăzută – este generată mai puțină energie pentru căldura mare produsă de sistem. Pentru a îmbunătăți randamentul sistemului, trebuie să se utilizeze colectori de sticlă mai mari, ceea ce crește și mai mult costul de intrare al instalației și îndepărtează conceptul de comercializare. Încercările anterioare de îmbunătățire a acestei eficiențe s-au axat pe creșterea înălțimii coșului de fum sau pe îmbunătățirea ventilației, dar nu au dat randamente ridicate. Abordarea inovatoare a cercetătorilor a presupus amplasarea unui turn secundar în afara turnului cu curent ascendent și stropirea cu o ceață de apă a aerului uscat și fierbinte care a trecut o dată prin turbină. Adaosul de apă face aerul mai greu și mai rece, care începe apoi să cadă spre Pământ ca urmare a gravitației. Acest curent descendent este apoi lăsat să curgă prin aceste canale mai mici dispuse în exteriorul turnului coșului de fum și are, de asemenea, turbine care generează mai multă energie electrică.
Producția de energie și limitările
Cercetătorii estimează că designul lor inovator de turn solar, denumit Twin-Technology Solar System (TTSS), poate produce de 2,14 ori mai multă energie decât un turn solar tradițional. Acest lucru nu este surprinzător, deoarece designul TTSS generează energie atât în timpul fluxului ascendent, cât și în timpul fluxului descendent al aerului. Turnul exterior funcționează cel mai bine în timpul după-amiezii, când temperaturile sunt mai ridicate, iar umiditatea este mai scăzută. Pe de altă parte, turnurile interioare funcționează independent de iradierea solară și pot continua să producă energie chiar și noaptea, făcând din acest dispozitiv un generator de energie 24 de ore din 24. Cercetătorii recunosc că performanța dispozitivului este puternic afectată în condiții de umiditate ridicată și, prin urmare, este ideal pentru vremea caldă și uscată, a relatat Recharge News. Un test de simulare efectuat folosind date meteorologice locale din orașul Riyadh a arătat că un singur TTSS ar putea genera 753 MWh de energie anual, 350 MWh de energie fiind generați de turnul cu tiraj ascendent, în timp ce tirajul descendent a generat 400 MWh de energie. Nevoia constantă de apă în sistem reprezintă, de asemenea, o limitare în cazul utilizării acestuia în condiții de deșert fierbinte. Cercetătorii lucrează acum la modul în care soluția poate fi extinsă și integrată cu alte tipuri de energie regenerabilă. Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Energy Reports.
Rezumat
Centralele solare tradiționale cu curent ascendent funcționează în timpul zilei, deoarece depind de radiația solară pentru a genera electricitate. Prin urmare, productivitatea, eficiența și performanța energetică sunt limitate. Această lucrare prezintă o nouă încercare de a crește productivitatea unui sistem solar tradițional cu flux ascendent prin combinarea acestuia cu o tehnologie cu flux descendent într-un singur sistem, sistemul solar cu tehnologie dublă (TTSS). TTSS cuprinde două turnuri solare interior și exterior co-centrice, turbine, aspersoare de apă și un colector. Turnul interior funcționează ca un sistem solar tradițional cu curent ascendent, în care aerul este încălzit sub colector datorită iradierii și apoi urcă pe coș datorită coloanei de presiune. În timp ce turnul exterior creează un curent de vânt descendent prin pulverizarea apei în aerul ambiant fierbinte din partea superioară a turnului. Aerul cald absoarbe instantaneu apa și coboară din turn pentru a interacționa cu turbinele de la bază și a produce energie electrică. Acest mod este independent de iradierea solară și poate funcționa zi și noapte. Prin urmare, TTSS generează energie electrică, ziua și noaptea. A fost dezvoltat un model matematic de simulare bazat pe ecuațiile de bilanț energetic și de masă ale sistemului propus pentru a evalua performanța. TTSS a generat 752 763 kWh de electricitate pe an, de 2,14 ori mai mult decât un sistem solar tradițional cu curent ascendent. În consecință, a fost obținută o reducere de 677 tone de CO2 odată cu producția. Designul este potrivit pentru implementarea în zone cu vreme caldă și uscată, cum ar fi sate izolate și deșerturi. Lucrările viitoare vor investiga introducerea altor tehnologii pentru a spori performanța TTSS.