Thermische zonne-energie

Middentemperatuurcollectoren.

Thermische zonne-energie is een technologie voor het benutten van zonne-energie voor thermische energie (warmte). Thermische zonne-energie wekt energie op met gebruik van zonnecentrales. Thermische zonnecollectoren worden gedefinieerd als lage-, midden- of hogetemperatuurverzamelaars. Lagetemperatuurcollectoren zijn vlakke platen die meestal gebruikt worden voor het verwarmen van zwembaden. Middentemperatuurcollectoren zijn ook meestal vlakke platen, maar die worden gebruikt voor het maken van warm water voor huishoudelijk en commercieel gebruik. Hogetemperatuurverzamelaars concentreren het zonlicht met behulp van spiegels of lenzen en worden over het algemeen gebruikt voor de productie van elektriciteit. Bij deze toepassing wordt de energie in zonlicht eerst gebruikt om stoom te maken en die stoom wordt daarna in een stoomturbine gebruikt om elektriciteit op te wekken. Soorten thermische zonne-energiesystemen Torensystemen

Een zonnetoren in het Duitse plaatsje Jülich

Torensysteem in Sevilla

Een zonnetoren is een hoog gebouw waaromheen een groot aantal spiegels opgesteld staat. Deze draaibare spiegels reflecteren het zonlicht allemaal op één centraal punt bovenaan de toren, wat hierdoor enorm opgewarmd wordt. In dit punt wordt een opslagmedium geplaatst, dat de opgevangen hitte doorgeeft aan een waterketel. Het water wordt aan de kook gebracht en de resulterende stoom wordt middels een stoomturbine omgezet in elektriciteit. Het opslagmedium wordt dusdanig gekozen, dat het ook ‘s nachts nog genoeg energie af kan geven om water aan de kook te brengen. Tegenwoordig wordt meestal natrium gebruikt, omdat dit zachte metaal een hoge warmtecapaciteit heeft. Als de zon niet schijnt, werkt dit systeem nauwelijks. Parabolische trog Een parabolische trog is een langgerekte spiegel met een U-profiel. In doorsnede heeft hij een paraboolvorm. In het brandpunt van de parabool loopt een buis met een vloeistof, die wordt opgewarmd tot boven de 400°C en wordt omgezet in stoom onder hoge druk om een turbine aan te drijven. De troggen draaien alleen met hun lengteas met de zon mee. Parabolische schotel Zoals de naam al aangeeft, gebruikt een dergelijk systeem een parabolische, schotelvormige spiegel om het licht te bundelen. Zo'n schotel heeft een doorsnede van ongeveer 10 meter. De receptor bevindt zich in het brandpunt van de schotel. Daar wordt lucht verhit tot zo'n 1000°C. Direct achter de receptor bevindt zich een stirlingmotor die de warmte omzet in beweging, die vervolgens weer in elektriciteit wordt omgezet door een generator. Dit soort systemen is veel kleinschaliger dan de andere twee systemen en kan ook autonoom (dat wil zeggen zonder netkoppeling) fungeren.

Zonne-schoorsteen

Bij een zonneschoorsteen wordt een groot gebied (enkele vierkante kilometers) van een glazen dak voorzien. In het midden staat een hoge schoorsteen. Het met glas overdekte stuk verwarmde lucht stijgt op via de schoorsteen. De stijgende lucht drijft één of meer turbines aan. In Spanje is een prototype gebouwd en in Australië wordt een zonneschoorsteen van één kilometer hoogte gebouwd die een vermogen van 200 MW zal hebben. Geconcentreerde zonne-energie

In Font-Romeu staat deze zonneoven, die niet gebruikt wordt om elektriciteit op te wekken maar om te experimenteren. Zo zijn de neuskegels van enkele ruimteveren hier getest op hittebestendigheid. De oven heeft een combinatie van beweegbare vlakke spiegels en een vaste parabolische spiegel.

Systemen voor geconcentreerde thermische energie bestaan altijd uit spiegels en/of lenzen die het directe zonlicht bundelen en een receptor met daarin een vloeistof die door het gebundelde licht verhit wordt. Het diffuse deel van het zonlicht, dat wil zeggen het deel van het licht dat verstrooid is door wolken en deeltjes in de atmosfeer, is niet te bundelen en wordt daarom door dit soort systemen niet gebruikt. Daardoor zijn thermische zonne-energiesystemen alleen geschikt voor gebieden met weinig bewolking. In Nederland bestaat bijvoorbeeld gemiddeld 60% van het licht uit diffuus licht. In Europa staan alleen een aantal relatief kleine testsystemen bij het onderzoekscentrum in Almería in Spanje en in proefprojecten in de Pyreneeën. Bij Kramers Junction in de woestijn van Californië staan sinds midden jaren tachtig enkele grootschaliger systemen van 350 tot 360 megawatt. Nieuwe systemen staan gepland voor de VS, Spanje, Marokko, Egypte en India. Thermische zonne-energie kan niet worden toegepast in Nederland en Vlaanderen, maar er is wel voldoende zonnekracht binnen de keerkringen en in het zuiden van Spanje, Italië en Griekenland. Theoretisch kunnen spiegelcentrales in de Sahara in een gebied ter grootte van Frankrijk (1/5 van de Sahara) voorzien in het huidige (anno 2007) mondiale energieverbruik. In Europa weerhouden twee praktische obstakels echter investeerders. De samenwerking tussen de Europese en Noord-Afrikaanse landen is van dien aard dat investeringsrisico's groter zijn in Noord-Afrika dan binnen de E.U. Het tweede obstakel is de organisatie van het transport van de stromen en van de waterstof tussen de continenten, hoewel er al hoogspanningsverbindingen bestaan. Zonne-energie in de woestijn van Californië Rond 22 januari 2008 kwam het Amerikaanse bedrijf Stirling Energy Systems in het nieuws met het plan om op grote schaal elektriciteit uit zonne-energie te gaan opwekken in de Californische woestijn. De bouw van de centrales zou in 2009 moeten beginnen. De centrale zal samengesteld worden uit vele eenheden van beperkte omvang. Elke eenheid zou bestaan uit een staalconstructie die een twaalf meter hoge focusserende zonnespiegel draagt die een stirlingmotor van energie voorziet. Noord-Afrika Prins Hassan bin Talal van Jordanië bood op 28 november 2007 namens de Trans-Mediterranean Renewable Energy Cooperation (TREC) het witboek Clean Power from Deserts aan aan het Europees Parlement. Daarin wordt gepleit voor 10 miljard euro aan investeringen in CSP-ontziltingscentralesin Noord-Afrika en het Midden-Oosten. Energieopslagtechnieken Energieopslagcapaciteit speelt een belangrijke rol om fluctuaties in energieproductie en -afname te compenseren. Energieopslagtechniek wordt gebruikt naast het op- en afregelen van centrales om een elektriciteitsnetwerk te balanceren.