ตัวสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นขนาดกะทัดรัด ( CLFR ) – หรือเรียกอีกอย่างว่าตัวสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นแบบรวมแสง – เป็นเทคโนโลยี ตัวสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้น ( LFR ) ประเภทหนึ่งโดยเฉพาะชื่อนี้ตั้งขึ้นเนื่องจากมีความคล้ายคลึงกับเลนส์เฟรสเนลซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนเลนส์ขนาดเล็กและบางจำนวนมากที่รวมกันเพื่อจำลองเลนส์ธรรมดาที่หนากว่ามาก กระจกเหล่านี้สามารถรวมพลังงานแสงอาทิตย์ให้มีความเข้มประมาณ 30 เท่าของความเข้ม ปกติ ^{[ 1 ]}

ตัวสะท้อนแสงแบบเฟรสเนลเชิงเส้น (Linear Fresnel Reflectors: CLFR) ใช้กระจกเงายาวและบางหลายชิ้นเพื่อรวมแสงอาทิตย์ไปยังตัวดูดซับที่ติดตั้งอยู่ ณ จุดโฟกัสร่วมของตัวสะท้อนแสง พลังงานที่เข้มข้นนี้จะถูกถ่ายโอนผ่านตัวดูดซับไปยังของเหลวถ่ายเทความร้อน (โดยทั่วไปคือน้ำมันที่สามารถรักษาสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิสูงมาก) จากนั้นของเหลวจะไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อจ่ายพลังงานให้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำแตกต่างจาก LFR แบบดั้งเดิม CLFR ใช้ตัวดูดซับหลายตัวในบริเวณใกล้เคียงกับกระจกเงา

ระบบผลิต ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นระบบแรกได้รับการพัฒนาขึ้นในอิตาลีในปี 1961 โดย Giovanni Francia จากมหาวิทยาลัยเจนัว^{[ 2 ]} Francia ได้แสดงให้เห็นว่าระบบดังกล่าวสามารถสร้างอุณหภูมิที่สูงขึ้นซึ่งทำให้ของเหลวทำงานได้ เทคโนโลยีนี้ได้รับการศึกษาเพิ่มเติมโดยบริษัทต่างๆ เช่นFMC Corporationในช่วงวิกฤตการณ์น้ำมันในปี 1973แต่ก็ยังไม่ได้รับการพัฒนามากนักจนกระทั่งต้นทศวรรษ 1990 ^{[ 1 ]}ในปี 1993 CLFR ตัวแรกได้รับการพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์และจดสิทธิบัตรในปี 1995 ในปี 1999 การออกแบบ CLFR ได้รับการปรับปรุงโดยการนำตัวดูดซับขั้นสูงมาใช้^{[ 2 ]}ในปี 2003 แนวคิดนี้ได้รับการขยายไปสู่รูปทรงเรขาคณิต3 มิติ^{[ 3 ]}งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในปี 2010 แสดงให้เห็นว่าความเข้มข้นที่สูงขึ้นและมุมรับแสง ที่สูงขึ้น สามารถทำได้โดยใช้เลนส์ที่ไม่สร้างภาพ^{[ 4 ]}เพื่อสำรวจระดับความเป็นอิสระที่แตกต่างกันในระบบ เช่น การเปลี่ยนแปลงขนาดและความโค้งของเฮลิโอสแตท การวางเฮลิโอสแตทไว้ที่ความสูงที่แตกต่างกัน (บนเส้นโค้งรูปคลื่น) และการรวมเลนส์หลักที่ได้เข้ากับเลนส์รองที่ไม่สร้างภาพ^{[ 5 ]}

ตัวสะท้อนแสงตั้งอยู่ที่ฐานของระบบและรวมรังสีของดวงอาทิตย์เข้าสู่ตัวดูดซับ ส่วนประกอบสำคัญที่ทำให้ LFR ทั้งหมดมีข้อได้เปรียบมากกว่าระบบกระจกสะท้อนแสงแบบรางพาราโบลาแบบดั้งเดิมคือการใช้ตัวสะท้อนแสงเฟรสเนล ตัวสะท้อนแสงเหล่านี้ใช้ประโยชน์จาก ผล ของเลนส์เฟรสเนลซึ่งช่วยให้กระจกสะท้อนแสงมีรูรับแสง ขนาดใหญ่ และระยะโฟกัส สั้น ในขณะเดียวกันก็ลดปริมาณวัสดุที่จำเป็นสำหรับตัวสะท้อนแสงลง ซึ่งช่วยลดต้นทุนของระบบลงอย่างมาก เนื่องจากตัวสะท้อนแสงแบบพาราโบลาที่ทำ จากกระจกโค้งง อมักมีราคาแพงมาก^{[ 2 ]} อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีนาโนฟิล์มบางได้ลดต้นทุนของกระจกสะท้อนแสงแบบพาราโบลาลงอย่างมาก^{[ 6 ]}

ความท้าทายสำคัญที่ต้องได้รับการแก้ไขในเทคโนโลยีการรวมแสงอาทิตย์ใดๆ ก็คือ มุมที่เปลี่ยนแปลงของรังสีตกกระทบ (รังสีของแสงอาทิตย์ที่กระทบกระจก) เมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนที่ไปตลอดทั้งวัน โดยทั่วไปแล้ว ตัวสะท้อนแสงของ CLFR จะถูกจัดเรียงในแนวเหนือ-ใต้ และหมุนรอบแกนเดียวโดยใช้ระบบติดตามแสงอาทิตย์ ที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ ^{[ 7 ]}ซึ่งช่วยให้ระบบรักษามุมตกกระทบ ที่เหมาะสม ระหว่างรังสีของดวงอาทิตย์กับกระจก จึงทำให้การถ่ายโอนพลังงานมีประสิทธิภาพสูงสุด

ตัวดูดซับตั้งอยู่ที่แนวโฟกัสของกระจก โดยวางขนานและอยู่เหนือส่วนสะท้อนแสงเพื่อส่งผ่านรังสีไปยังของเหลวความร้อนที่ใช้ในการทำงาน การออกแบบพื้นฐานของตัวดูดซับสำหรับระบบ CLFR คือช่องอากาศกลับหัวที่มีฝาครอบกระจกหุ้มท่อไอน้ำฉนวน ดังแสดงในรูปที่ 1 การออกแบบนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเรียบง่ายและคุ้มค่า โดยมีประสิทธิภาพทางแสงและความร้อนที่ดี^{[ 1 ]}

เพื่อให้ CLFR ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ จำเป็นต้องปรับปัจจัยการออกแบบหลายอย่างของตัวดูดซับให้เหมาะสมที่สุด

• ประการแรก การถ่ายเทความร้อนระหว่างตัวดูดซับและของเหลวความร้อนต้องได้รับการเพิ่มให้สูงสุด^{[ 1 ]}ซึ่งขึ้นอยู่กับพื้นผิวของท่อไอน้ำที่เป็นแบบเลือกได้พื้นผิวแบบเลือกได้จะปรับอัตราส่วนของพลังงานที่ดูดซับต่อพลังงานที่ปล่อยออกมาให้เหมาะสม พื้นผิวที่ยอมรับได้โดยทั่วไปจะดูดซับรังสีที่ตกกระทบได้ 96% ในขณะที่ปล่อยรังสีอินฟราเรดออกมาเพียง 7% ^{[ 8 ]} โดยทั่วไปจะใช้โครเมียมดำ ที่ตกตะกอนด้วยไฟฟ้าเคมีเนื่องจากมีประสิทธิภาพที่ดีและสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้^{[ 1 ]}
• ประการที่สอง ตัวดูดซับจะต้องได้รับการออกแบบเพื่อให้การกระจายอุณหภูมิทั่วพื้นผิวที่เลือกมีความสม่ำเสมอ การกระจายอุณหภูมิที่ไม่สม่ำเสมอจะนำไปสู่การเสื่อมสภาพของพื้นผิวอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้ว อุณหภูมิที่สม่ำเสมอที่ 300 °C (573 K; 572 °F) เป็นที่ต้องการ^{[ 1 ]}การกระจายที่สม่ำเสมอสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนพารามิเตอร์ของตัวดูดซับ เช่น ความหนาของฉนวนเหนือแผ่น ขนาดของช่องเปิดของตัวดูดซับ และรูปร่างและความลึกของช่องอากาศ

แตกต่างจาก LFR แบบดั้งเดิม CLFR ใช้ตัวดูดซับหลายตัวในบริเวณใกล้เคียงกับกระจก ตัวดูดซับเพิ่มเติมเหล่านี้ช่วยให้กระจกสามารถสลับความเอียงได้ ดังแสดงในรูปที่ 2 การจัดเรียงนี้มีข้อดีหลายประการ

• ประการแรก การเอียงสลับกันจะช่วยลดผลกระทบจากการที่แผ่นสะท้อนแสงบดบังแสงแดดจากแผ่นสะท้อนแสงที่อยู่ติดกัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ
• ประการที่สอง การใช้ตัวดูดซับหลายตัวช่วยลดปริมาณพื้นที่ดินที่จำเป็นสำหรับการติดตั้ง ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนในการจัดหาและเตรียมพื้นที่ลดลง^{[ 1 ]}
• สุดท้าย การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ในระยะใกล้กันจะช่วยลดความยาวของท่อส่งความร้อน ซึ่งจะช่วยลดการสูญเสียความร้อนผ่านท่อส่งความร้อนและลดต้นทุนโดยรวมของระบบลงได้

Areva Solar (Ausra) สร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นในรัฐนิวเซาท์เวลส์ ประเทศออสเตรเลีย โดยเริ่มแรกเป็นการทดสอบขนาด 1 เมกะวัตต์ในปี 2548 และขยายเป็น 5 เมกะวัตต์ในปี 2549 โรงไฟฟ้าแบบสะท้อนแสงนี้ช่วยเสริมโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหิน Liddell ขนาด 2,000 เมกะวัตต์^{[ 9 ]}พลังงานที่ผลิตโดยระบบไอน้ำความร้อนจากแสงอาทิตย์ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าสำหรับการดำเนินงานของโรงไฟฟ้า ซึ่งช่วยชดเชยการใช้พลังงานภายในของโรงไฟฟ้า Areva Solar สร้างโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ Kimberlina ขนาด 5 เมกะวัตต์ ในเมืองเบเคอร์สฟิลด์ รัฐแคลิฟอร์เนียในปี 2552 ^{[ 10 ]}นี่เป็นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นเชิงพาณิชย์แห่งแรกในสหรัฐอเมริกา แผงรับแสงอาทิตย์ผลิตที่โรงงาน Ausra ในลาสเวกัสในเดือนเมษายน 2551 Areva ได้เปิดโรงงานขนาดใหญ่ในลาสเวกัสเพื่อผลิตแผงสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้น^{[ 11 ]}โรงงานได้รับการวางแผนให้สามารถผลิตแผงโซลาร์เซลล์ได้เพียงพอที่จะจ่ายพลังงาน 200 เมกะวัตต์ต่อเดือน^{[ 10 ]}

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2552 บริษัทNovatec Biosol ของเยอรมนีได้สร้างโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบ Fresnel ที่รู้จักกันในชื่อ PE 1 โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์นี้ใช้การออกแบบออปติก Fresnel เชิงเส้นมาตรฐาน (ไม่ใช่ CLFR) และมีกำลังการผลิตไฟฟ้า 1.4 เมกะวัตต์ PE 1 ประกอบด้วยหม้อไอน้ำพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีพื้นผิวกระจกประมาณ 18,000 ตารางเมตร⁽ 1.8 เฮกตาร์; 4.4 เอเคอร์) ^{[ 12 ]}ไอน้ำถูกสร้างขึ้นโดยการรวมแสงอาทิตย์โดยตรงไปยังตัวรับเชิงเส้น ซึ่งอยู่สูงจากพื้นดิน 7.40 เมตร (24.28 ฟุต) ^{[ 12 ]}ท่อดูดซับถูกวางไว้ในแนวโฟกัสของสนามกระจก น้ำจะถูกทำให้ร้อนจนกลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวที่อุณหภูมิ 270 องศาเซลเซียส (543 เคลวิน; 518 องศาฟาเรนไฮต์) ไอน้ำนี้จะไปขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า^{[ 12 ]}ความสำเร็จเชิงพาณิชย์ของ PE 1 ทำให้Novatec Solarออกแบบโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 30 เมกะวัตต์ที่รู้จักกันในชื่อ PE 2 โดย PE 2 ได้เริ่มดำเนินการเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 2012 ^{[ 13 ]}

ตั้งแต่ปี 2013 เป็นต้นมาNovatec Solarได้พัฒนาระบบเกลือหลอมเหลวร่วมกับBASF ^{[ 14 ]}โดยใช้เกลือหลอมเหลวเป็นของเหลวถ่ายเทความร้อนในตัวเก็บรวบรวม ซึ่งถ่ายเทความร้อนไปยังแหล่งเก็บพลังงานความร้อนโดยตรง อุณหภูมิของเกลือสูงถึง 550 °C (823 K; 1,022 °F) ช่วยให้กังหันไอน้ำแบบดั้งเดิมทำงานเพื่อผลิตไฟฟ้าเพิ่มประสิทธิภาพการกู้คืนน้ำมันหรือการแยก เกลือออก จากน้ำ โรงงานสาธิตเกลือหลอมเหลวถูกสร้างขึ้นบน PE 1 เพื่อพิสูจน์เทคโนโลยี ตั้งแต่ปี 2015 FRENELL GmbH ซึ่งเป็นการซื้อกิจการโดยฝ่ายบริหารของNovatec Solarได้เข้ามารับช่วงการพัฒนาเชิงพาณิชย์ของเทคโนโลยีเกลือหลอมเหลวโดยตรง

Solar Fire ซึ่งเป็นองค์กรพัฒนาเอกชนด้านเทคโนโลยีที่เหมาะสม ในอินเดีย ได้พัฒนาการ ออกแบบ โอเพนซอร์สสำหรับตัวรวมแสงเฟรสเนลขนาดเล็กที่ใช้งานด้วยมือ กำลังสูงสุด 12 กิโลวัตต์ ซึ่งสร้างอุณหภูมิได้สูงถึง 750 °C (1,020 K; 1,380 °F) และสามารถนำไปใช้ในงานด้านความร้อนต่างๆ รวมถึงการผลิตไฟฟ้าด้วยพลังงานไอน้ำ^{[ 15 ] [ 16 ]}

ระบบ CSP ที่ใหญ่ที่สุดที่ใช้เทคโนโลยีสะท้อนแสงเฟรสเนลเชิงเส้นขนาดกะทัดรัดคือโรงไฟฟ้า CSP Reliance Areva ขนาด 125 เมกะวัตต์ในอินเดีย^{[ 17 ]}

ในประเทศจีน โครงการเฟรสเนลเชิงพาณิชย์ขนาด 50 เมกะวัตต์ที่ใช้เกลือหลอมเหลวเป็นตัวกลางถ่ายเทความร้อนอยู่ระหว่างการก่อสร้างมาตั้งแต่ปี 2016 หลังจากเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าในปี 2019 ดูเหมือนว่าจะดำเนินการได้สำเร็จ ณ ปี 2021 ^{[ 18 ]}

• พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น
• พลังงานแสงอาทิตย์
• พลังงานแสงอาทิตย์ในอิตาลี
• พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์
• รายชื่อโรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์