モジュール式で、簡単に展開でき、華氏1,300度までの工業プロセス熱を発生させることができます。 これが、透明なスポンジのようなエアロゲルの形をしたヒートトラップタイルを備えた新しい集光型太陽光発電システムの売り込みです。 究極の目的は、産業部門の脱炭素化が困難な地域から化石エネルギーを除去することです。 さて、太陽光発電の集中は行き止まりだと思っていた人々はどこにいるのでしょうか。

誰にでも太陽光発電を集中させる：私の死の報告は…

集光型太陽光発電システムは、電気ではなく熱を供給するように設計されています。 彼らはによって働きます 周囲の太陽光を集める 多くの異なるポイントから、通常は特殊なミラーのアレイまたは一連の長いトラフから。 集中光は、ミラーの場合は中心点に、トラフの場合は長いチューブに焦点を合わせます。 次に、熱は溶融塩や特殊油などの輸送可能な再循環流体に伝達されます。

通常、高温の流体は、蒸気を生成するために水を沸騰させるために使用されます。 次に、蒸気はタービンを動かして電気を生成するために使用されます。 それは、なぜ太陽電池を使って直接発電するのではなく、蒸気を作ることについてすべてをスキップするのかという疑問を提起します。 結局のところ、蒸気のことは、より多くのインフラストラクチャ、より複雑、そしてより多くのコストを追加します。

それは、初期の間にソーラー技術を集中させる批評家によって展開された基本的な議論でした。 しかし、太陽光発電を集中させる魅力のXNUMXつは、エネルギー貯蔵角度です。 循環流体が加熱されると、それは潜在的に何時間も熱くなり続ける可能性があり、太陽が沈んだ後も蒸気発電所がキロワットをずっとかき回し続けることを可能にします。

…誇張

批判の弾幕にもかかわらず、米国エネルギー省は、オバマ政権を通じて、米国のクリーンエネルギーのノウハウのショーケースとして太陽光発電の集中を促進し始めました。 エネルギー省 トーチを運び続けた 追加の技術改善 オバマ政権に続き、その後バイデン政権に取って代わられた政権の間。 プロジェクトには、の分野でいくつかの興味深い動きが含まれていました 超臨界二酸化炭素 およびその他の革新を目的とした 太陽エネルギーの競争を可能にする 国の電力網を制御するための化石エネルギーを備えたマノアマノ。

それはすべて、発電事業の脱炭素化には十分で良いことですが、それでも工業プロセスの熱の領域は広く開かれたままです。

今年の初めに、エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所が数字を実行し、何かをする必要性を概説しました 工業プロセス熱、製紙工場や熱を必要とするその他の工業プロセスなど。

「化石燃料は、米国のすべての製造燃料使用量の約87％を占めており、これは基本的にXNUMX年前と同じです」とNRELは観察し、戦略的アプローチの必要性を強調しました。

皮肉なことに、その製造燃料の使用のかなりの部分は石油精製に関連しています。 2014年の数値に基づいて、NRELは、石油産業が産業プロセス熱用燃料の最も重要なユーザーであり、次に大きいユーザーの2倍を記録していると推定しています。

NRELは、石油精製所からサイズ順にカウントダウンして、製紙工場（新聞用紙を除く）、板紙工場、製鉄、基礎化学製品、エチルアルコール製造として最大の工業プロセス熱ユーザーをランク付けしています。 これらのセクターは、石油と合わせて、米国で使用されるすべての工業プロセス熱の約半分を占めています。

太陽光発電を集中させるための新生活

他のソーラー技術の中でも、新しいNRELレポートは、放物線トラフコレクターを配備する集光型ソーラーシステムが、産業プロセスを脱炭素化するための効率的な戦略の鍵となる可能性があることを示しています。

「PTCテクノロジー、サーマルと組み合わせた場合 エネルギー貯蔵（TES）は、流通の面で最大の機会を持っているだけではありません 地理と時間だけでなく、適用可能なIPH要求の観点からも、NRELは熱狂し、「TESを使用したPTCは 約2,500兆Btusの燃焼燃料の排出量。これは137億XNUMX万Btusに相当します。 メートルトンのCO2、またはすべての産業燃焼CO15排出量の約2％。」

これはすべて、放物面トラフ技術の改善が産業エネルギーユーザーからの排出量に大きな打撃を与える可能性があるということです。

そこで、新しいエアロゲルが登場します。先週、ミシガン大学は、エネルギー部門の助成金で3.1万ドルを展開することを発表しました。 新しい「太陽透過性エアロゲル」 トラフスタイルの集光型太陽光発電所で使用します。

「現在最も広く導入されている太陽熱技術であるパラボリックトラフ発電所は、一種のミラーリングされたハーフパイプを使用して、循環流体を運ぶレシーバーチューブに太陽光を集中させます。 その流体は熱を吸収し、貯蔵または使用のために輸送します—発電または燃料や他の化学物質の生産」と学校は説明します。

問題は、従来のトラフスタイルのシステムでは、循環流体を十分に加熱して、多くの工業プロセスに電力を供給できないことです。 特殊コーティングの助けを借りて、華氏約1,000度に達することができます。これにより、一部の産業ユースケースをカバーできますが、多くは手つかずのままです。これが、研究者がエアロゲルやその他のより耐久性のある新しいコーティングに注目している理由を説明しています。そしてより効率的です。

NASAから地球へのラブレター

米国が宇宙計画を通じて世界の太陽産業の初期を支配していたことを考えると、ミシガン大学の研究チームがスペースシャトルで使用されているセラミックエアロゲルに触発されたことは適切です。

エアロゲルは非常に軽量で多孔質の素材です。 粘土とポリマーは、で一般的に使用される材料のXNUMXつです。 エアロゲルを作る。 しかし、エアロゲルで何が起こっているのかを完全に把握するために、NASAは、粉末と水からゼラチンを作り、すべての水を除去しながら、ゼラチンが固体の形と構造を維持できるようにすることを想像してみてください。

NASAとエネルギー省はどちらも、その優れた断熱性のためにエアロゲルに非常に興味を持っています。これは、他の用途の中でもとりわけ、エアロゲルがスペースシャトルの外部に現れた理由を説明しています。

秘訣は、最も多くの熱が逃げるのを防ぎながら、最も効果的な熱獲得のために最も多くの日光を取り入れることです。 チームは会社と協力してきました AeroShieldマテリアル 標準のXNUMXメートルの放物面トラフで使用できるサイズの新しい透明エアロゲルタイルを開発します。

耐久性も重要です。 会社の助けを借りて フォージナノ、エアロゲルタイルは、高熱下での劣化やひび割れを防ぐ特別な原子薄コーティングを施しています。

チームは、新しいエアロゲルにより、放物線トラフ太陽熱発電システムが循環流体を華氏1,300度まで加熱できるようになると確信しています。 また、産業サイト全体に広く展開できるモジュール式のスケーラブルなシステムも想定しています。

太陽光発電を集中させるための次のステップ

新しい資金が手元にあれば、チームはパイロット規模のデモンストレーションシステムを構築できるようになります。 この計画には、効率を高めてコストを削減する製造戦略の開発も含まれています。

チームは、デモンストレーションモデルの3.1万ドルに加えて、ソーラーシステムの集光における熱増加と熱損失のさらに効果的なバランスを提供する材料を特定することを目的とした300,000万ドルのエネルギー部門の助成金も獲得しました。

太陽光発電業界は透明性の時代に突入しようとしているようです。 太陽光発電システムを集光するための透明なエアロゲルに加えて、太陽光発電技術が 透明性の変身、あまりにも。

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写真： "太陽透過性エアロゲル 太陽熱発電所で使用するために原子の厚さのコーティングを適用するデバイスに配置されます。」 画像クレジット：Evan Dougherty / Michigan Engineering

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出典：https：//cleantechnica.com/2021/11/29/new-transparent-aerogel-sponge-spikes-the-solar-power-ball/