Schott Solar

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.



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.



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



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



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



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



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%



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“.



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



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


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


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


heat

loss

[W/m

] @ 4

00°C

NREL

Sandia

EuroTrough

Thermorec

Messung

NREL

SANDIA

EuroTrough

DLR ThermoRec

SCHOTT test


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



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



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



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

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