SCHOTT SolarSCHOTT Solar Business Segment CSP

Setiembre 25, 2008SHS/SOLA

Avances en Tecnología de Receptores para Colectores Parabólicos

Generación Eléctrica conPlantas Termosolares

Zaragoza, 25 de Setiembre 2008

L. A. Solá

SCHOTT Solar, S.L.

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Mitterteich (Alemania)§ Central, R&D

§ Producción: Agosto 2006

§ Capacidad: 200 MW p.a.

§ Incl. planta piloto para nuevos desarrollos

Albuquerque (USA) Lineas 4 & 5§ Producción: Primavera 2009

§ Capacidad:

1. fase: 200 MW p.a.

2. fase: 400 MW p.a.

Nuevos emplazamientos en EspaNuevos emplazamientos en Españña y New Mexicoa y New Mexico

Sevilla (España) Linea 2 & 3§ Producción: Marzo 2008

§ Capacidad:1. fase: 200 MW p.a.2. fase: 400 MW p.a.

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El El TuboTubo Receptor Receptor eses el el ComponenteComponente Clave de los Clave de los ColectoresColectores CilindroCilindro ParabParabóólicoslicosLa eficiencia viene determinada por:

è las propiedades ópticas del tubo de vidrio y

del recubrimiento selectivo

è la alta estabilidad del vacío

18 kW DNI (max)

absorbedor 4m x 70mm∅

Radiation heat loss0.6 kW - 1.4 kW (300-400°C)

pérdidas porreflexión 0.85 kW

pérdidas porsombras 0.1 kW pérdidas por

reflexión 0.7 kW

vacío

15 kW max

potentialgas heat lossesup to 3-4 kW

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SCHOTT PTR 70 SCHOTT PTR 70 -- Receptor Receptor parapara CilindroCilindro ParabParabóólicoslicosè Desarrollo 2002 - 2005

è En el mercado desde 2006

Unión Vidrio-Metal a prueba de defectosnueva combinación de materiales con coeficientes térmicos de dilatación adecuados

Diseño con longitud reducidadel fuelle de compensaciónlongitud activa > 96%

Tubo de vidrio con recubrimiento AR de Alta transmitancia • 96%Alta resistencia a la abrasión

Aislamiento por vaciopresión < 10-3 mbar mantenido por getters

Tubo de acero con recubrimientoaltamente selectivo absortividad solar • 95%emisividad • 14% @400°Calta durabilidad

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Aceite térmico / diseño LS3

K Operación hasta 400 °C con generador de vapor

J tecnología probadaK almacenamiento térmico posible

(indirecto) K eficiencia global 16-17%L problema permeabilidad del

Hidrógeno

Generación Directa de Vapor- temperaturas > 500°C - eficiencia >20% - HTF más barato

Nuevo HTF- temperaturas más altas - más eficiencia - sin problemas de H2

Sales fundidas- temperaturas > 500°C - eficiencia >20% - almacenamiento

?

Nuevas dimensiones / diseños- sistemas de menor coste- más concentración - más eficiencia

Hoy:

TecnologTecnologííaa del del ColectorColector CilindroCilindro ParabParabóólicolico FuturoFuturo

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Pricipal problema

Problema con Hidrogeno

Corrosión en el tubo absorbedor

Presión del sistema

Temperatura máxima deoperación

Estabilidad del fluido

si

no

30 - 40 bar

400°C

Aceitesintético

Alta presión, peso

Congelación

improbableimprobable

no?

60 - 120 bar10 - 20 bar

480-500°C500-520°C

GDVSales fundidas

CompaciCompacióónn de de HTFsHTFs

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è recubrimiento Sol-Gel basado en solución alcohólica con nano partículas de SiO2

è alta resistencia a la abrasión

è transmitancia solar hasta un 97%

RecubrimientoRecubrimiento AR con AR con altaalta TransmitanciaTransmitancia SolarSolar

Solo vidrioτ = 92%

Con rec. ARτ > 96%

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Soluciones para el Problema con el HidrogenoSoluciones para el Problema con el Hidrogeno

H2

oiloil

Glass

Steel tubeGetter

vacuum

Problema:è Descomposición térmica del aceite, en operación

se genera hidrogeno.è La permeación del Hidrogeno a través del tubo

absorbedor de acero ocasiona pérdida de vacío e incremento de la pérdida térmica (factor 2-3)

Solución:è Barrera para reducir la permeabilidadè Cantidad apropiada de getters asamblados en el

lugar „más frio“.

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BloquearBloquear el el HidrHidróógenogeno con con cargacarga de Xenon en el de Xenon en el vacvacííoo

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Pressure [mbar]

Heat Losses [W] @ 400°C

radiation level

Hydrogen gas heat conduction loses

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Pressure [mbar]

Heat Losses [W] @ 400°C

radiation level

Hydrogen gas heat conduction loses

è Hidrogeno puede reducir la eficiencia en un 20%

è Hidrogeno puede ser bloqueado con Xenon. Las pérdidas térmicas resultantes son solo ligéramente superiores a las de radiación

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El mayor El mayor retoreto eses la la reduccireduccióónn de de laslas ppéérdidasrdidas ttéérmicasrmicasè pérdidas térmicas promedio son 220 - 250 W/m

è una reducción de 1/3 mejora la eficiencia global en un 2%

è esta reducción es obligatoria en operación a mayor temperatura

è solución obvia: menor emisividad del tubo absorbedor

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T_absorber - T_ambient [K]

heat

loss

[W/m

] @ 4

00°C

NREL

Sandia

EuroTrough

Thermorec

Messung

NREL

SANDIA

EuroTrough

DLR ThermoRec

SCHOTT test

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T_absorber - T_ambient [K]

heat

loss

[W/m

] @ 4

00°C

NREL

Sandia

EuroTrough

Thermorec

Messung

NREL

SANDIA

EuroTrough

DLR ThermoRec

SCHOTT test

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T_absorber - T_ambient [K]

heat

loss

[W/m

] @ 4

00°C

NREL

Sandia

EuroTrough

Thermorec

Messung

NREL

SANDIA

EuroTrough

DLR ThermoRec

SCHOTT test

0

100

200

300

400

500

0 50 100 150 200 250 300 350 400

T_absorber - T_ambient [K]

heat

loss

[W/m

] @ 4

00°C

NREL

Sandia

EuroTrough

Thermorec

Messung

NREL

SANDIA

EuroTrough

DLR ThermoRec

SCHOTT test

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Setiembre 25, 2008SHS/SOLA 0,4 0,6 0,8 1 2 4

0

500

1000

1500

2000

2500

Σ Eλ

= 0,992,5

100 °C

Σ Eλ

= 0,95

1,35 1,75

500 °C

400 °CΣ E

λ= 0,87

radi

ance

tem

pera

ture

[K]

wave length [µm]

AM 1.5, beam

0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 200,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

E λ[Wm

-2µm

-1] (

norm

.) / r

efle

ctan

ce

wave length [µm]

AM 1.5, beamblack body 500°Cblack body 400°Cblack body 300°C

DiseDiseññoo de un de un RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor NuevoNuevoRequerimientos:è emisividad <0.12 @ 500°C

è absortividad > 0.95

è estable hasta 550-600°C

è proceso de producción estable

High absorptance High reflectance

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0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 200,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

α = 95.5% ε(400°C) = 12% ε(500°C) = 17%α = 95.5 %

ε(400°C) = 8% ε(500°C) = 11.5%

refle

ctan

ce

wave length [µm]

RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor Nuevo Nuevo –– PropiedadesPropiedades ÓÓpticaspticasè recubrimiento en múltiples capas con diferentes capas barrera

è emisividad @ 400°C por debajo del 10%

è absortancia sin cambio

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0 200 400 600 800 10000,82

0,84

0,86

0,88

0,90

0,92

0,94

0,96

0,98

thermal emittance @ 400°C

solar absorptance

aging time [h] @ 550°C

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

0,18

0,20

RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor Nuevo Nuevo -- Accelerated AgingAccelerated Agingè Env. Acelerado realizado a 550°C (1000 h)

è probada estabilidad a 400°C, muy probable a 500°C

è son necesarias más pruebas para definir el límite de estabilidad

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ConclusionesConclusiones

èSales fundidas y generación directa de vapor como las opciones más prometedoras

para incrementar la eficiencia del sistema

è La temperatura de operación está limitada a las propiedas del tubo absorbedor

( emisividad y durabilidad )

è Una temperatura de operación de 500°C parece posible

è Nuevo recubrimiento absorbedor desarrollado con baja emisividad y excelente estabilidad

a altas temperaturas

è Nuevos aparatos de medida desarrollados para controlar la calidad del acero y de los

getters en relación a la permeabilidad del Hidrógeno

è la carga de Xe bloquea permanentemente la conducción térmica del Hidrógeno pero

incrementa ligeramente pérdidas térmicas