Schott Solar

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SCHOTT Solar

Business Segment CSP

Avances en Tecnologa de Receptores para Colectores Parablicos

Generacin Elctrica con Plantas TermosolaresZaragoza, 25 de Setiembre 2008 L. A. Sol SCHOTT Solar, S.L.

Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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Nuevos emplazamientos en Espaa y New MexicoMitterteich (Alemania) Central, R&D Produccin: Agosto 2006 Capacidad: 200 MW p.a. Incl. planta piloto para nuevos desarrollos

Sevilla (Espaa) Linea 2 & 3 Albuquerque (USA) Lineas 4 & 5 Produccin: Primavera 2009 Capacidad: 1. fase: 200 MW p.a. 2. fase: 400 MW p.a. Produccin: Marzo 2008 Capacidad: 1. fase: 200 MW p.a. 2. fase: 400 MW p.a.

Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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El Tubo Receptor es el Componente Clave de los Colectores Cilindro ParablicosLa eficiencia viene determinada por:

las propiedades pticas del tubo de vidrio ydel recubrimiento selectivo

la alta estabilidad del vaco

18 kW DNI (max) prdidas por sombras 0.1 kW prdidas por reflexin 0.7 kW

prdidas por reflexin 0.85 kW

vaco absorbedor 4m x 70mm 15 kW max

potential gas heat losses up to 3-4 kWSetiembre 25, 2008 SHS/SOLA

Radiation heat loss 0.6 kW - 1.4 kW (300-400C)

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SCHOTT PTR 70 - Receptor para Cilindro Parablicos Desarrollo 2002 - 2005 En el mercado desde 2006Tubo de vidrio con recubrimiento AR de Alta transmitancia 96% Alta resistencia a la abrasin Unin Vidrio-Metal a prueba de defectos nueva combinacin de materiales con coeficientes trmicos de dilatacin adecuados

Tubo de acero con recubrimiento altamente selectivo absortividad solar 95% emisividad 14% @400C alta durabilidad

Diseo con longitud reducida del fuelle de compensacin longitud activa > 96%

Aislamiento por vacio presin < 10-3 mbar mantenido por getters

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Tecnologa del Colector Cilindro Parablico FuturoNuevo HTF - temperaturas ms altas - ms eficiencia - sin problemas de H2

Hoy:Aceite trmico / diseo LS3 K Operacin hasta 400 C con generador de vapor J tecnologa probada K almacenamiento trmico posible (indirecto) K eficiencia global 16-17% L problema permeabilidad del Hidrgeno

?

Generacin Directa de Vapor - temperaturas > 500C - eficiencia >20% - HTF ms barato

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

Nuevas dimensiones / diseos - sistemas de menor coste - ms concentracin - ms eficiencia

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Compacin de HTFs

Aceite sinttico Temperatura mxima de operacin Presin del sistema Corrosin en el tubo absorbedor Problema con Hidrogeno Pricipal problema 400C 30 - 40 bar no si Estabilidad del fluido

Sales fundidas 500-520C 10 - 20 bar ? improbable Congelacin

GDV 480-500C 60 - 120 bar no improbable Alta presin, peso

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Recubrimiento AR con alta Transmitancia Solar recubrimiento Sol-Gel basado en solucin alcohlica connano partculas de SiO2

alta resistencia a la abrasin transmitancia solar hasta un 97%Solo vidrio = 92% Con rec. AR > 96%

Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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Soluciones para el Problema con el HidrogenoProblema: Descomposicin trmica del aceite, en operacin se genera hidrogeno. La permeacin del Hidrogeno a travs del tubo absorbedor de acero ocasiona prdida de vaco e incremento de la prdida trmica (factor 2-3) Solucin: Barrera para reducir la permeabilidad Cantidad apropiada de getters asamblados en el lugar ms frio.Glass vacuum H2 oil Getter Steel tube

Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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Bloquear el Hidrgeno con carga de Xenon en el vaco Hidrogeno puede reducir la eficiencia en un 20% Hidrogeno puede ser bloqueado con Xenon. Las prdidas trmicas resultantes son solo ligramente superiores a las de radiacinHeat Losses [W] @ 400C

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500radiation level Hydrogen gas heat conduction loses

1000 0,001Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

0,01

0,1

1 Pressure [mbar]

10

100

1000

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El mayor reto es la reduccin de las prdidas trmicas prdidas trmicas promedio son 220 - 250 W/m una reduccin de 1/3 mejora la eficiencia global en un 2% esta reduccin es obligatoria en operacin a mayor temperatura solucin obvia: menor emisividad del tubo absorbedor500NREL NREL

400

Sandia SANDIA EuroTrough EuroTrough

heat loss [W/m] @ 400C

300

Thermorec DLR ThermoRec Messung SCHOTT

test

200

100

0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 T _absorber - T _ambient [K]Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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Diseo de un Recubrimiento Absorbedor NuevoRequerimientos:E[Wm m ] (norm.) / reflectance1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,4 0,6 0,8 1High absorptance High reflectance

emisividad 0.95 estable hasta 550-600C proceso de produccin estable

AM 1.5, beam black body 500C black body 400C black body 300C

2500AM 1.5, beam

radiance temperature [K]

2000

1500

-2

-1

wave length [m]

2

4

6

8 10

20

1000500 C 400 C 100 C E = 0,99

500

E = 0,87 E = 0,95

0Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

0,4

0,6

0,8 1

1,35

1,75

2

2,5

4

wave length [m]

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Recubrimiento Absorbedor Nuevo Propiedades pticas recubrimiento en mltiples capas con diferentes capas barrera emisividad @ 400C por debajo del 10% absortancia sin cambio1,0

0,8

reflectance

0,6 = 95.5% (400C) = 12% (500C) = 17% = 95.5 % (400C) = 8% (500C) = 11.5%

0,4

0,2

0,0 0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 20

wave length [m]Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

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Recubrimiento Absorbedor Nuevo - Accelerated Aging Env. Acelerado realizado a 550C (1000 h) probada estabilidad a 400C, muy probable a 500C son necesarias ms pruebas para definir el lmite de estabilidad 0,980,96 0,94 0,92 0,90 0,88

0,20 0,18

solar absorptance

0,16 0,14 0,12 0,10

thermal emittance @ 400C0,86 0,84 0,82 0,08 0,06 0,04

0Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA

200

400 600 aging time [h] @ 550C

800

1000

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ConclusionesSales fundidas y generacin directa de vapor como las opciones ms prometedoras para incrementar la eficiencia del sistema La temperatura de operacin est limitada a las propiedas del tubo absorbedor ( emisividad y durabilidad ) Una temperatura de operacin de 500C parece posible Nuevo recubrimiento absorbedor desarrollado con baja emisividad y excelente estabilidad a altas temperaturas Nuevos aparatos de medida desarrollados para controlar la calidad del acero y de los getters en relacin a la permeabilidad del Hidrgeno la carga de Xe bloquea permanentemente la conduccin trmica del Hidrgeno pero incrementa ligeramente prdidas trmicas

Setiembre 25, 2008 SHS/SOLA