Kolektor słoneczny paraboliczny skupiający PTC
Kolektory paraboliczne (PTC) to zaawansowana technologia koncentracji energii słonecznej, która odgrywa kluczową rolę w sektorze odnawialnych źródeł energii, szczególnie w dekarbonizacji przemysłu. Firma Soliterm, z siedzibą w Niemczech, specjalizuje się w projektowaniu, produkcji i instalacji systemów PTC, oferując innowacyjne rozwiązania dla różnych sektorów.
Wprowadzenie do technologii PTC
Paraboliczne kolektory słoneczne (PTC) Soliterm wykorzystują parabolicznie zakrzywione lustra do skupiania promieni słonecznych na rurze odbiornika, gdzie płyn roboczy, taki jak olej termalny, jest podgrzewany do temperatur 100–250°C. Systemy te są lekkie (13 kg/m²), co umożliwia instalację na dachach i elewacjach, oraz wyposażone w precyzyjne systemy śledzenia słońca z dokładnością ±0,1° dla modelu PTC 1800 i 0,01° dla ogólnego systemu.
Kluczowe cechy kolektorów skupiających PTC:
- Lekka konstrukcja: Lustra paraboliczne są łatwe do instalacji i utrzymania.
- Precyzyjne śledzenie: Systemy śledzenia słońca z dokładnością 0,01° (0,1° dla modelu PTC 1800) zapewniają optymalne ustawienie kolektorów, maksymalizując wychwyt energii.
- Materiał odbłyśnika: Aluminium powlekane, które minimalizuje straty odbicia i zwiększa efektywność.
- Zautomatyzowane rozwiązania: Soliterm integruje systemy SCADA do zdalnego monitorowania i optymalizacji, co obniża koszty operacyjne.
- Zabezpieczenie przed gradem oraz pozycja nocna:
Produkcja odbywa się na w pełni zautomatyzowanej linii z 6 stacjami (od spawania do pakowania), wykorzystując AI, co pozwala na produkcję 40 000 kolektorów rocznie z łączną mocą cieplną do 250 MW, zapewniając wysoką precyzję i jakość.
Zastosowania w procesach przemysłowych
Szczegółowa analizę, jak PTC Soliterm mogą być stosowane w procesach przemysłowych, uwzględniając wymagania temperaturowe i możliwości technologiczne.
Tabela procesów i temperatur:
Przemysł |
Proces |
Średnia temperatura |
Przemysł spożywczy i napojów |
Suszenie |
30°C - 90°C |
Mycie |
40°C - 80°C |
|
Pasteryzacja |
80°C - 110°C |
|
Gotowanie |
95°C - 105°C |
|
Czyszczenie |
140°C - 150°C |
|
Podgrzewanie wstępne |
40°C - 60°C |
|
Przemysł tekstylny |
Mycie |
40°C - 80°C |
Bielenie |
60°C - 100°C |
|
Barwienie |
100°C - 160°C |
|
Przemysł chemiczny |
Gotowanie |
95°C - 105°C |
Destylacja |
110°C - 300°C |
|
Inne procesy chemiczne |
120°C - 180°C |
|
Przemysł ogólny |
Podgrzewanie wody zasilającej kocioł |
30°C - 100°C |
Ogrzewanie zakładu produkcyjnego |
30°C - 80°C |
|
Chłodzenie procesowe |
do 60°C |
Przemysł spożywczy i napojów
- Suszenie (30°C - 90°C): PTC mogą dostarczyć ciepło w tym zakresie, używając wody jako płynu roboczego, co jest wystarczające do suszenia owoców, warzyw czy produktów mlecznych.
- Mycie (40°C - 80°C): Gorąca woda z PTC jest odpowiednia, co znajduje zastosowanie w myciu sprzętu czy pojemników.
- Pasteryzacja (80°C - 110°C): Para generowana przez PTC może spełnić te wymagania, szczególnie w procesach pasteryzacji mleka czy soków.
- Gotowanie (95°C - 105°C): Para lub woda pod ciśnieniem, co jest idealne do gotowania produktów spożywczych.
- Czyszczenie (140°C - 150°C): Wyższe temperatury mogą być osiągnięte za pomocą oleju termalnego lub pary pod ciśnieniem, co nadaje się do sterylizacji i czyszczenia wysokotemperaturowego.
- Podgrzewanie wstępne (40°C - 60°C): Gorąca woda z PTC jest wystarczająca, redukując zużycie energii w procesach wstępnych.
Przemysł tekstylny
- Mycie (40°C - 80°C): Gorąca woda z PTC jest odpowiednia do mycia tkanin.
- Bielenie (60°C - 100°C): Gorąca woda lub para, co znajduje zastosowanie w procesach bielenia tkanin.
- Barwienie (100°C - 160°C): Olej termiczny lub para pod wysokim ciśnieniem z PTC mogą dostarczyć potrzebne ciepło, szczególnie dla barwienia przy wyższych temperaturach.
Przemysł chemiczny
- Gotowanie (95°C - 105°C): Para lub gorąca woda są odpowiednie, co znajduje zastosowanie w procesach chemicznych wymagających umiarkowanego ciepła.
- Destylacja (110°C - 300°C): Dla temperatur do 250°C PTC z olejem termalnym, co pokrywa dolny zakres destylacji. Dla temperatur powyżej 250°C, takich jak niektóre procesy destylacji, mogą być potrzebne dodatkowe rozwiązania.
- Inne procesy chemiczne (120°C - 180°C): W pełni pokryte przez PTC z olejem termalnym.
Przemysł ogólny
- Podgrzewanie wody zasilającej kocioł (30°C - 100°C): Gorąca woda z PTC do redukcji zużycia energii w kotłach.
- Ogrzewanie zakładu produkcyjnego (30°C - 80°C): Gorąca woda jest wystarczająca do ogrzewania pomieszczeń.
- Chłodzenie procesowe (do 60°C): PTC mogą napędzać chłodziarki adsorpcyjne i absorpcyjne, dostarczając chłodzenie dla procesów, co jest efektywnym zastosowaniem.
Chłodzenie solarne
Chłodzenie solarne wykorzystuje ciepło jako źródło energii do napędzania systemów chłodzenia. Technologia ta znajduje zastosowanie w dekarbonizacji przemysłu, umożliwiając wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna, do procesów chłodniczych. Poniżej omówione są kluczowe technologie: chłodziarki adsorpcyjne, chłodzenie termoakustyczne (THEAC), generowanie pary oraz produkcja energii elektrycznej z wykorzystaniem turbin ORC.
Chłodziarka adsorpcyjna
Chłodziarki adsorpcyjne to systemy chłodzenia napędzane ciepłem, wykorzystujące proces adsorpcji do wytwarzania schłodzonej wody. W przeciwieństwie do chłodziarek absorpcyjnych, które używają roztworu ciekłego, chłodziarki adsorpcyjne stosują materiał stały (adsorbent), np. krzemionkę żelową.
Zasada działania:
Proces działania chłodziarki adsorpcyjnej przebiega w dwóch cyklach:
-
Faza adsorpcji (chłodzenia): Adsorbent schładza się, adsorbując parę wodną z parownika. Powoduje to odparowanie wody, co generuje efekt chłodzenia. Schłodzona woda (o temperaturze 7°C - 12°C) jest wykorzystywana do klimatyzacji lub chłodzenia procesowego.
-
Faza desorpcji (regeneracji): Drugie złoże adsorbentu jest podgrzewane, co uwalnia zaadsorbowaną wodę, która następnie ulega kondensacji w skraplaczu. Ciepło do desorpcji pochodzi z niskotemperaturowych źródeł (50°C - 90°C), takich jak kolektory słoneczne czy ciepło odpadowe. Temperatura skraplacza wynosi zazwyczaj 30°C - 40°C.
-
Moc chłodnicza: od 10 kW do 500 kW (w zależności od konfiguracji).
Zalety chłodziarek adsorpcyjnych:
-
Efektywność energetyczna: Możliwość wykorzystania niskotemperaturowego ciepła sprawia, że są idealne do integracji z odnawialnymi źródłami energii.
-
Przyjazność dla środowiska: Woda jako czynnik chłodniczy eliminuje ryzyko niszczenia warstwy ozonowej i zmniejsza potencjał globalnego ocieplenia (GWP=0).
-
Niskie zużycie energii elektrycznej (EER 33): Proces chłodzenia nie wymaga znacznych nakładów energii elektrycznej, co redukuje ślad węglowy.
Więcej informacji: https://ecoprius.pl/pl/agregaty-adsorpcyjne-chlodzenie-z-ciepla.html
Chłodzenie termoakustyczne (THEAC)
Chłodzenie termoakustyczne to technologia przekształcająca ciepło w chłodzenie za pomocą fal dźwiękowych. Wykorzystuje procesy termoakustyczne, które nie wymagają konwencjonalnych mechanicznych komponentów.
Zasada działania:
System THEAC działa poprzez wykorzystanie ciepła jako energii napędowej do generowania fal dźwiękowych w układzie zamkniętym. Fale te powodują sprężanie i rozprężanie gazu (np. argonu), co prowadzi do przenoszenia ciepła i powstawania efektu chłodzenia. Wydajne chłodzenie uzyskuje się bez potrzeby stosowania syntetycznych czynników chłodniczych.
-
Zakres temperatury chłodzenia: od -25°C do 0°C.
-
Moc chłodnicza: od 25 kW do 250 kW (w zależności od konfiguracji).
Zalety chłodzenia termoakustycznego:
-
Bezobsługowość: Brak ruchomych części mechanicznych zmniejsza potrzebę konserwacji.
-
Ekologiczność: Zastosowanie argonu jako czynnika chłodniczego (GWP=0).
-
Wysoka trwałość: Szacowana żywotność systemów wynosi do 30 lat.
Więcej informacji: https://ecoprius.pl/pl/chlodziarka-termoakustyczna-chlodzenie-z-ciepla.html
Generowanie pary i wspomaganie pomp ciepła
Kolektory PTC (Parabolic Trough Collectors) mogą być wykorzystywane do bezpośredniego generowania pary lub wspomagania przemysłowych pomp ciepła. Dzięki wysokiej efektywności w przechwytywaniu energii słonecznej umożliwiają produkcję pary do 130°C.
Zasada działania:
-
Generowanie pary: Energia słoneczna skupiona przez kolektory PTC podgrzewa płyn roboczy, który odparowuje, umożliwiając bezpośrednie wytwarzanie pary do zastosowań przemysłowych.
-
Wspomaganie pomp ciepła: Kolektory PTC mogą działać jako dolne źródło ciepła dla pomp ciepła, podnosząc temperaturę medium roboczego i umożliwiając uzyskanie pary o wyższych temperaturach, ale przede wszystkim zwiększając znacznie COP. Przemysłowe pompy ciepła Ochsner, osiągają moce od 2 kW do 2500 kW.
Więcej informacji: https://ecoprius.pl/pl/przemyslowe-pompy-ciepla.html
Produkcja energii elektrycznej z turbin ORC
Technologia Organic Rankine Cycle (ORC) pozwala na konwersję ciepła w energię elektryczną. Wykorzystuje się ją w połączeniu z kolektorami PTC do generowania energii z odnawialnych źródeł.
Zasada działania:
Ciepło z kolektorów PTC podgrzewa płyn organiczny o niskiej temperaturze wrzenia, który odparowuje i napędza turbinę generującą prąd. Po przejściu przez turbinę para jest skraplana i cykl rozpoczyna się ponownie.
-
Zakres mocy: od 10 kW do 1 MW (zależnie od systemu).
Zalety turbin ORC:
-
Efektywność: Możliwość konwersji niskotemperaturowego i wysokotemperaturowego ciepła na energię elektryczną.
-
Modularność: Systemy ORC mogą być skalowane do różnych mocy w zależności od zapotrzebowania.
Więcej informacji: https://ecoprius.pl/pl/orc-organiczny-cykl-rainkine-a.html
Kolektory skupiające PTC - typoszereg
Kolektor skupiający paraboliczny PTC 1800
Parametry kolektorów Soliterm PTC 1800:
Cecha |
Specyfikacja |
Wydajność |
500-700 kWh/m² (w zależności od warunków) |
Waga luster parabolicznych |
13 kg/m² |
Moc |
Od 50 kW do 100 MW |
Precyzja śledzenia słońca |
0,01° (ogólny system), 0,1° (PTC 1800) |
Zakres temperatur |
100°–250°C |
Moc cieplna |
5 kW (PTC 1800) |
Średnio |
Woda / Para / Olej termiczny |
Typ śledzenia |
Jednosłupowy |
Paraboloida odbijająca |
Aluminium powlekane |
Czynnik koncentracji |
C = 43 (PTC 1800) |
Długość kolektora |
5020 mm (PTC 1800) |
Apertura |
1800 mm (PTC 1800) |
Waga |
130 kg (PTC 1800) |
Roczna zdolność produkcyjna fabryki |
40 000 kolektorów, łączna moc cieplna do 250 MW |
Współpraca z KfW Bankiem
Soliterm współpracuje z KfW Development Bank, niemieckim bankiem rozwoju, który oferuje kredyty eksportowe dla projektów odnawialnych źródeł energii poza Niemcami, w tym w Polsce i Europie. KfW specjalizuje się w finansowaniu zrównoważonych inwestycji, takich jak instalacje solarne, wspierając transformację energetyczną. Współpraca obejmuje dostęp do preferencyjnych warunków finansowania, co ułatwia firmom inwestowanie w systemy PTC Soliterm. W Polsce KfW działa poprzez lokalne banki partnerskie, oferując kredyty na projekty OZE, co obniża barierę wejścia dla przedsiębiorstw (Loan (KfW Renewable Energy Standard)).
Przykłady Zrealizowanych Projektów
Firma Soliterm zrealizowała liczne projekty na całym świecie, dostarczając technologie PTC do zakładów przemysłowych, instytucji publicznych i sektora komercyjnego. Przykłady wdrożeń obejmują:
- Zakład produkcji napojów w Hiszpanii:
- Zastosowanie: Podgrzewanie wody do procesów mycia i pasteryzacji.
- Efekt: Redukcja zużycia gazu ziemnego o 30%.
- Fabryka tekstyliów w Indiach:
- Zastosowanie: Podgrzewanie wody do procesów barwienia.
- Efekt: Obniżenie kosztów energii o 25% i redukcja emisji CO₂ o 200 ton rocznie.
- Instalacja w szpitalu w Niemczech:
- Zastosowanie: Ogrzewanie wody użytkowej.
- Efekt: Oszczędność energii o 40% i redukcja emisji CO₂ o 150 ton rocznie.
- Zakład chemiczny we Francji:
- Zastosowanie: Wytwarzanie pary technologicznej.
- Efekt: Redukcja zużycia gazu o 35% i znaczne obniżenie kosztów operacyjnych.
- Farma mleczna w Austrii:
- Zastosowanie: Podgrzewanie wody do mycia urządzeń.
- Efekt: Redukcja kosztów energii o 28%.
- Fabryka farmaceutyczna w Włoszech:
- Zastosowanie: Procesy sterylizacji.
- Efekt: Oszczędność energii o 33%.