Geconcentreerde zonne-energie, ook wel het concentreren van zonne-energie genoemd, is technologie die speciale reflectoren gebruikt om de energie van de zon te concentreren op een klein gebied dat bekend staat als een ontvanger. De ontvanger verzamelt de warmte en slaat deze op als gas, vloeistof of zelfs vaste deeltjes. De opgewekte warmte kan direct worden gebruikt om een elektriciteitsopwekkende stoomturbine aan te drijven, of later worden opgeslagen.
Omdat geconcentreerde zonne-energie gebruikmaakt van de warmte-energie van de zon, wordt het een thermische zonne-energiebron genoemd. Dit in tegenstelling tot zijn bekendere broer op zonne-energie, zonnepanelen, die energie opwekken uit het licht van de zon, via een proces dat fotovoltaïsche zonne-energie wordt genoemd.
Hoewel hoge kosten en technische uitdagingen de acceptatie van deze technologie hebben beperkt, lijkt dat allemaal te veranderen door de groeiende belangstelling. Het ministerie van Energie werkt aan het verbeteren en promoten van de CSP's als een levensvatbare bron van hernieuwbare energie, terwijl particuliere CSP-ondernemingen, ondersteund door onder meer Bill Gates, onlangs enig succes hebben geboekt.
Wat zijn de verschillende soorten geconcentreerde zonne-energie?
Alle soorten geconcentreerde zonne-energie werken volgens hetzelfde principe: geconcentreerde thermische zonne-energie gebruiken om elektriciteit te produceren. De twee meest voorkomende toepassingen van de technologie zijn parabolische trogsystemen en zonne-energietorens.
1. Parabolische trogsystemen
Parabolische trog CSP-systemen zijn een soort lineair concentratorsysteem. Ze danken hun naam aan de grote, parabolisch gebogen, trogvormige collectoren die worden gebruikt om zonlicht te concentreren op een lineaire ontvangstbuis.
De lineaire ontvangstbuis is gevuld met een warmteoverdrachtsvloeistof die thermische energie (warmte) van het gefocuste zonlicht absorbeert. De opgevangen warmte kan dan direct worden gebruikt om een elektriciteit producerende warmtemotor te laten draaien, of opgeslagen worden om later stroom op te wekken.
Van de vele verschillende soorten CSP worden parabolische trogsystemen beschouwd als de meest kosteneffectieve op gebruiksschaal. Er zijn al meer dan 100 fabrieken over de hele wereld, met als grootste het 580 megawatt (MW) Noor Ouarzazate Solar Complex in Marokko, hierboven afgebeeld.
2. Zonne-energie toren
In zonne-energiecentrales wordt een hoge centrale toren omringd door duizenden of zelfs tienduizenden speciale platte reflectoren die bekend staan als heliostaten. De heliostaten passen hun positie aan met de beweging van de zon om de zonnestraling te concentreren op een centraal brandpunt, dat bekend staat als de ontvanger.
De ontvanger verzamelt de thermische energie in een opslagmedium - meestal gesmolten zout of water - en de warmte die een turbine aandrijft om elektriciteit te produceren.
Vanwege hun unieke ontwerp en componenten staan power towers bekend onder verschillende namen, waaronder zonnetorens, gesmolten zouttorens of ontvangercentrales.
Projecten die gebruik maken van zoutvaten bieden meestal thermische opslag, wat betekent dat de verzamelde warmte-energie enkele uren kan worden opgeslagen voordat de turbine wordt aangedreven.
Het bekendste energiesysteem is het Ivanpah-project in de Mojave-woestijn in Californië. Ivanpah gebruikt 173.500 heliostaten en water als warmteabsorberend materiaal. Toen het in 2014 werd geopend, was het 's werelds grootste CSP-centrale, met een elektriciteitsopwekkingscapaciteit van 392 MW. Ondertussen is 's werelds grootste CSP-fabriek met opslagcapaciteit het 280 MW Solana Solana Generating Station in Arizona.
In 2020 waren er 10 van dergelijke fabrieken, maar er zijn momenteel wereldwijd verschillende projecten in aanbouw. Het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy gelooft dat deze technologie uiteindelijk goedkoper zal worden dan fossiele brandstoffen.