Kominy słoneczne to alternatywa dla  paneli fotowoltaicznych. Konwertują one gorące powietrze na energię. Testy nad  wykorzystaniem wiatru wznoszącego są przeprowadzane od lat ’80. Dzisiaj, nowe wysiłki na rzecz budowy kominów słonecznych spotykają się z wyzwaniami finansowymi.

Pustynia Atacama w Chile jest niesamowicie pięknym, jałowym, gorącym i suchym miejscem, które pozornie wydaje się być niegościnnym, a tak naprawdę doskonałym gospodarzem  dla innego rodzaju energii słonecznej, który nie ma nic wspólnego z panelami fotowoltaicznymi. Słoneczny wiatr wznoszący przyciąga zainteresowanie na całym świecie w regionach pustynnych w południowo-zachodniej Chile, Stanów Zjednoczonych, Australii, Chinach i na Bliskim Wschodzie. Napędzane gorącym powietrzem, a nie bezpośrednio działaniem promieni słonecznych, turbiny wiatrowe umiejscowione w kominach są atrakcyjną perspektywą dla produkcji czystej i odnawialnej energii. Muszą one jednak stawić czoła bardzo poważnym przeszkodom finansowym.

 
Źródło: SCHLAICH BERGERMANN SOLAR  
Jak działa komin słoneczny?
Duże, przezroczyste zadaszenie, lub kolektor, jest zawieszony od 2 do 20 metrów (6 do 65 stóp) nad ziemią. Pod tą konstrukcją powietrze ogrzewane słońcem staje się coraz cieplejsze, więc równocześnie coraz lżejsze. W środku pola kolektorowego znajduje się wysoka, smukła wieża. U podstawy wieży znajdują się turbiny wiatrowe, które napędzane są gorącym powietrzem spod pola kolektorowego. Jest to jedyna droga ucieczki tego rozprężonego powietrza. Turbiny wiatrowe zasilają generator. Technologia wznoszących wiatrów solarnych do dzisiaj jest dla niektórych istnym futurystycznym źródłem energii, a mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że pierwszy pomysł by wykorzystać taki mechanizm pojawił się już 101 lat temu, przez pułkownika hiszpańskiej armii, Isidoro Cabanyes.

„Jest to idealne rozwiązanie, gdy jest dużo słońca i dużo taniej, płaskiej ziemi”, powiedział Patrick Cottam, doktorant inżynierii na University College London Centrum Utility Bills. Główną przewagą słonecznego wiatru wznoszącego nad panelami fotowoltaicznymi, jest to, że pokonują one niestabilność energii słonecznej. Taki mechanizm nie potrzebuje światła słonecznego do pracy, a tylko ciepłego powietrzach umożliwia produkcję energii również po zachodzie słońca.  W jaki sposób?  Energia, jest pochłaniana przez ziemię, gdy nagrzane powietrze jest przetrzymywane w kolektorze. W nocy to ciepło jest uwalniane i utrzymuje turbiny wiatrowe w ruchu.

Efekt ten może być łatwo i tanio zwiększany przez pokrycie podłoża żwirem lub bitumem. Co więcej, moduły fotowoltaiczne tracą wydajność, jeśli zostaną pokryte nawet cienką warstwą pyłu. Jest to duży problem szczególnie na obszarach pustynnych, które są nie tylko zakurzone, ale również bardzo ubogie w wodę potrzebną do utrzymania paneli PV w czystości. Wieże słoneczne nie potrzebują wody, a ich powierzchnie są mniej podatne na zabrudzenia pyłem.

Dlaczego na pustyniach nie mamy szeregów wież słonecznych?      
„Koszty inwestycyjne są bardzo wysokie”, powiedział Rudolf Bergermann, współzałożyciel Schlaich Bergermann i Partner ( SBP), niemieckiej firmy inżynieryjnej. SBP współpracuje obecnie z inną australijską firmą Hyperion Energy, przy budowie 200MW instalacji w zachodniej Australii. Zapewni ona w założeniu energię elektryczną do wydobycia i przerobu cyny. Komin wykonany z cementu i stali będzie miał wysokość ok. 1km (0,62 mili),a pole kolektorowe będzie miało średnicę 10 kilometrów (6.2mil). Koszty inwestycyjne oszacowano na 1,67 miliardy dolarów. SBP i Hyperion są pełni nadziei, że fundusze rządowe wspomogą inwestycje, choć na pieniądze trzeba będzie sporo poczekać. Według Bergemanna, budowa mniejszego obiektu nie ma sensu: „Elektrownia słoneczna wiatru wznoszącego ma sens tylko w dużej skali, ponieważ koszty wstępne są bardzo wysokie”. Efektywność elektrowni opartych na słonecznym wietrze wznoszącym jest dużo niższa niż elektrowni PV. Tylko 1-2% energii dostarczonej do wieży, jest przekształcane na energię elektryczną, ale efektywność w tym przypadku nie ma znaczenia. Dlaczego? Ze względu na skalę inwestycji. Jeżeli elektrownia jest wystarczająco duża, może wytwarzać energię elektryczną w cenach konkurencyjnych, nawet z cenami produkcji energii w elektrowniach konwencjonalnych.  Ruchomymi elementami instalacji są tylko turbiny i generator, to łączny koszt prowadzenia i utrzymania instalacji jest bardzo niski.

Technologia, mimo iż instalacji tego typu mamy jak na lekarstwo, jest poznana dość dobrze. Kilka małych, pilotażowych projektów zrealizowanych w Hiszpanii pozwoliło zrozumienie termodynamiki systemu oraz ekstrapolowanie jej na wielkoskalowe instalacje. Większość inwestycji ma szansę być zrealizowanych jedynie przy wsparciu rządu. Oprócz kosztów inwestycji, odrzuca również brak zagwarantowanych cen sprzedaży energii elektrycznej do sieci.
Jest szansa na przełom?
W ostatnim czasie, wszedł na rynek nowy i nieoczekiwany konkurent, który zapewnił, że może znacznie obniżyć koszt budowy komina słonecznego wykorzystując tkaniny.

Za Lindstrand, szwedzki inżynier aeronautyki powiedział,  że jego firma brytyjska Lindstrand Technologies może wznieść kilometrową wieżę tylko za 200 mln dolarów. Koszt wieży zazwyczaj stanowi tylko jedną czwartą całkowitego kosztu instalacji, tak więc, w przypadku całego zakładu, koszt wyniósłby ok. 800mln dolarów.  Przyniosłoby to rzeczywiście całkiem przyzwoite oszczędności. Zainteresowanie Lindstrand’a budowaniem kominów słonecznych sięga kilku lat. Wydawać się on może osobą godną zaufania, ponieważ pomógł w projekcie obserwatorium na Atakamie. Lubi wyzwania i chętnie podejmie się przeprowadzenia studium wykonalności dla nadmuchiwanych kominów słonecznych.

Wieża z tkaniny… Bujanie w obłokach?
Aby jak najlepiej zaprojektować i zbudować dmuchany komin słoneczny  zgromadzono £ 65.000 czyli ok. 107900 dolarów . Według analiz wystarczy to na 4 lata badań.  Planowo, mają się one zakończyć w przyszłym roku.

Nikt inny nie pracuje nad wieżą z tkaniny. Badania prowadzone są na 3,5 – metrowym (11,5 stóp) prototypie. Następnie planuje się budowę i przeprowadzenie testów na większym prototypie o wysokości  od 10 do 20 metrów (33 i 65 stóp). W założeniach model zakłada jednomodułową konstrukcję. Jego wieża, przytrzymywana przez odciągi, będzie składać się z paneli tkaniny oddzielonych wypełnionymi helem pączkami a’la pierścienie. Jeszcze nie wiadomo, który materiał zostanie wykorzystany do końcowego  projektu wieży. Wiadomo jednak, że materiał musi wytrzymać 8-20 lat w trudnych warunkach atmosferycznych. Musi być odporny zarówno na ostre ścieranie piaskiem jak i na światło UV.  Pomimo zacnych celów, wielu ekspertów jest jednak sceptycznie nastawionych do tego pomysłu.
Źródło: National Geographic
Anna Będkowska