Napelemes kémények: életképes energiamegoldás vagy sok forró levegő?

Úgy gondoljuk, hogy az általunk generált energia ezekből a különféle forrásokból származik. Olaj, gáz, szén, atomenergia, szél… olyan változatos! Ennek ellenére alapvetően mindannyian egy gázt mozgatnak egy turbinán, hogy ténylegesen felpörgessenek egy generátort és levet készítsenek. Még néhány napelem is működött így, a nap energiáját használva a víz gőzzé melegítésére, hogy megpörgessen néhány pengét, és égve tartsa a lámpákat.

Ezen alapelvek mentén működik egy napelemes feláramlási torony is, de meglehetősen egyedi konfigurációban. Az emberiség nem az ipari korszak hajnala óta épített sok nagy kéményt, és ha ennek a technológiának van értelme, akkor ismét esedékesek lehetünk. Nézzük meg, hogyan működik, és megéri-e a sok döbbenetet, vagy csak egy csomó forró levegő.

Felpörgetsz engem, bébi, jobbra fel

A napelemes felszálló torony fogalma viszonylag egyszerűen érthető. Az ötlet az, hogy egy magas, függőleges kéményt körülvevő nagy üvegház jellegű szerkezetet hozzanak létre. Miközben a napenergia áthalad az üvegház üvegén, felmelegíti a levegőt, valamint a padlót és egyéb tartalmakat. Mivel az üvegház általában nincs teljesen nyitott a légkör felé, a hő nem tud könnyen távozni konvekcióval, így a benne lévő levegő hajlamos a környezeti hőmérsékletnél melegebbé válni. Azaz, kivéve a kéményt. Az üvegház alatti levegő felmelegedésével egyre sűrűbbé válik, így a felhajtóerők hatására felfelé kíván haladni, és az egyetlen kiút a kéményen keresztül van. Így lehetőség van a kémény aljába turbinák felszerelésére, amelyek a toronyból felfelé és onnan kifelé haladó levegőből energiát fognak fel.

Az egyszerű energiatermelésen túl a napelemes feláramlási torony némi energiatárolási lehetőséget is kínál, hasonlóan egy vízi gáthoz. A nap felhasználható az üvegház alatti levegő felmelegítésére, de ezt a levegőt nem kell azonnal átengedni a kéményen. Egy ideig tárolható, mielőtt átengedi a turbinákon és fel a kötegbe. Egyes koncepciók azt javasolják, hogy tovább javítsák a tárolási kapacitást azáltal, hogy nagy víztartályokat helyeznek el hőelnyelőként az üvegház alatt. Azonban, mint minden hőtároló, ez is időkorlátos, mivel az üvegházban lévő levegő energiát veszít, amikor lemegy a nap, és csökken a környezeti hőmérséklet.

Az egyszerű tervezés azt mutatja, hogy a potenciális teljesítmény elsősorban attól függ, hogy mennyi meleg levegővel kell elforgatni a turbinát, és mennyivel tudja mozgatni. Így egy nagyobb üvegházhatású gyűjtőterület nagyobb teljesítménypotenciállal rendelkezik. Ugyanígy lesz a magasabb kémény is, amely nagyobb nyomáskülönbséget hoz létre a talajszinten lévő forró levegő és a felső hűvösebb környezeti levegő között. Ahogy gondolhatod, nincs nagy mennyiségű energia a levegőben, ami most volt kicsit felmelegedett a nap által. Így a jelentős teljesítmény eléréséhez hatalmas kollektorra és hatalmas kéményre van szüksége. Ha a léptékre kíváncsi, akkor érdemes a sok száz méter magas kéményekre és a négyzetkilométerben mért üvegházakra gondolni.

Útmutatóként az egyik javasolt projekt Nyugat-Ausztráliában 200 MW teljesítmény megtermelését ígérte. A kompromisszum? Egy 1 km magas toronyból és egy 10 km átmérőjű kollektorból állt, amelyet 1.67 milliárd dollárból kell megépíteni. Az ötlet mögött álló mérnökcsapat, Schlaich Bergermann és partnere megjegyezte, hogy a napenergiával felszálló tornyoknak csak ilyen hatalmas léptékben van értelme. A kisebb telepítések költsége nem versenyképes a fotovoltaikus napelemekkel, de a nagyobbak igen. A nagy létesítmények elegendő energiát termelnek a hatalmas építési költségek ellensúlyozására, és a folyamatos karbantartás olcsó, mivel valójában csak a turbinák és a generátor üzemben tartásáról van szó. Nincsenek például tisztítandó szennyezett panelek.

Általában véve a napenergiával felszálló tornyok nagyrészt konceptuálisak maradtak, és kevés valós projektet építettek. A tényleges napenergia-felszálló torony legjobb példája az volt egy Manzanaresben épített kis méretű erőfeszítés1982-ben, Madridtól délre, Spanyolországban. 50 kW teljesítményre építették, és mindössze 3 évig tervezték üzemelni. Végül 7 évig működött, majd 1989-ben összeomlott a viharos szél és a 194 méteres tornyot tartó korrodált fickóvezetékek miatt. A kéményt egy 244 méter átmérőjű kollektorral párosították, üveg és műanyag membránok kombinációjával alakították ki az üvegházat.

A közelmúltban más kísérleti projektek is kísérleteztek a technológiával. A botswanai kutatók kisméretű, mindössze 22 méter magas konstrukcióval kísérleteztek egy kis, 15 méter átmérőjű kollektorral. Az ország azóta inkább a fotovoltaikus és a koncentrált napenergia-koncepciók felé fordult.

A kínai erőfeszítések egy kicsit tovább jutottak, de nem sokkal. Jinshawanban egy 200 millió dolláros projekt keretében napelemtornyot építettek sivatagi területeken vissza 2010. Egyesítette a napenergia-feláramlás generálását egy speciális légbejárati ajtóval, amely lehetővé tette, hogy az uralkodó szelek energiáját is megkapja. A nagy tervek szerint az építmény több fázisban bővül, és végül 27.5 megawattot termel, de ez sohasem került közel. Mindössze 200 kilowattot ért el, és az üvegházi kollektorban összetört üvegtáblák sújtották. Eredetileg 200 méter magas kéménynek kellett volna lennie, de a közeli repülőtér miatt csak 50 méteresre lehetett építeni. Ez nagymértékben korlátozta a rendelkezésre álló nyomáskülönbséget, amely elősegíti az energiatermelést a felmelegített levegőből. A projekt folytatódott több éve, de kevés benyomást keltett.

A napenergiával felszálló tornyok egy érdekes koncepció, az biztos. Egyszerű fizikára támaszkodnak, és könnyen érthetők. Az értelmes energia előállításához azonban hatalmas földterületekre és hihetetlenül magas tornyokra van szükségük. Számos kihívást jelentenek, amelyek közül sok egyszerűen az építkezéssel és a földhasználattal kapcsolatos, és nagyon sok ismeretlennel jár.

Összehasonlításképpen, most megtanultuk, hogyan kell napelemeket ragasztani minden sima felületre, és képesek vagyunk generálni hatalmas mennyiségű energia ezen az úton. A fenébe, egyenlők most vízre ragasztva őket. Kevés kormány vagy vállalkozás akarna elfogadni egy „pite-in-the-sky” energiatermelési projektet, amely nagyszabású építkezést foglal magában, ha vannak könnyebb utak. Úgy tűnik, hogy a technológia jóval túllépett azon a ponton, ahol a napelemes kémények életképesek lehetnek, de ki tudja! Lehet, hogy egy nap valaki, akinek sok pénze van, és van ínyére a megaprojekteknek, egyszer csak valósággá teheti.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://hackaday.com/2024/01/15/solar-chimneys-viable-energy-solution-or-a-lot-of-hot-air/