انواع نیروگاه های خورشیدی
انواع نیروگاه های خورشیدی
انواع نیروگاه های خورشیدی در واقع انواع نیروگاه های تولید برق، با استفاده از انرژی و گرمای خورشید هستند. به نیروگاه هایی که در آن از انرژی فوتون های خورشید برای تولید الکتریسیته استفاده می شود، نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک گفته می شود.
در مقابل به نیروگاه های برق خورشیدی که در آن با استفاده از حرارت خورشید، برق تولید می شود، نیروگاه خورشیدی حرارتی گفته می شود.
شکل به کار گیری این حرارت است که میان نیروگاه های خورشیدی، باعث ایجاد تفاوت می شود و آن را به دسته های مختلف تقسیم می کند.
در این مقاله از “ مجله هورآیش ” به طور کامل به معرفی انواع نیروگاه های خورشیدی می پردازیم و نحوه کار هر کدام را بررسی می نماییم.
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک تصویری است که وقتی حرف از نیروگاه یا ” انرژی خورشیدی ” به میان می آید، در ذهن تداعی می شود. واقعیتش هم این است که بخش عمده ای از برقی که موسوم به برق خورشیدی در سراسر جهان تولید می شود، مربوط به همین نیروگاه های فتوولتائیک است.
در نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک، با قرارگیری پنل های خورشیدی به تعداد زیاد در زمینی با وسعت قابل توجه ( بسته به ظرفیت نیروگاه ) و مناسب برای دریافت بلامانع نور خورشید، برق خورشیدی تولید می شود.
به این شکل که ” پنل های خورشیدی ” با وجود جنس نیمه رسانایی که دارند، مستعد برای رهایی مقدار زیادی الکترون آزاد، در صورت دریافت انرژی فوتون های خورشید هستند.
این صفحات ساخته شده از سیلیکون بعد از دریافت انرژی و راه افتادن جریان الکترونی، آمادۀ ارائۀ برق خورشیدی در خروجی پنل هستند.
برای نیروگاه های با ابعاد بزرگ، قطعا لازم است که تعداد زیادی پنل خورشیدی به هم متصل شوند و توان تولیدی حاصل از مجموع پنل های سری شده، برق خورشیدی نیروگاه را مشخص می کند.
برق تولید شده توسط نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک، برق DC است و جهت ایجاد قابلیت مصرف برای مصارف متناوب باید از اینورترهای مناسب استفاده نمود.
امروزه نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک در حالات مختلف و با ایده های جدیدی کار می کنند.
مثلا نیروگاه های خورشیدی شناور، ایده جدیدی است که با قرار گیری پنل های خورشیدی بر روی سطح آب، در واقع نیروگاه را به جای سطح زمین، بر روی آب ها و به صورت شناور می سازند و این خود مزایای زیادی، هم برای رشد راندمان نیروگاه و هم از جهت صرفه جویی و بهبود بخشی در کیفیت آب ها به همراه دارد.
نیروگاه خورشیدی حرارتی
نیروگاه خورشیدی حرارتی در واقع از حرارت منتج از تابش خورشید به زمین برای تولید برق استفاده می کند؛ این در مقابل استفاده از انرژی تابشی فوتون های خورشید برای تولید برق قرار دارد.
در تعدادی از مهم ترین نیروگاه های خورشیدی حرارتی، تولید برق در بخش ثانویه نیروگاه بسیار شبیه به تولید برق در نیروگاه های فسیلی است و تفاوت ها تنها در بخش اولیه نیروگاه، یعنی منبع حرارت و چگونگی تولید بخار معنا پیدا می کند.
همان طور که می دانیم در نیروگاه های برق سنتی از حرارت تولیدی ناشی از سوختن سوخت های فسیلی برای ایجاد بخار، گردش توربین ها، کار ژنراتور و تولید برق استفاده می شود؛ اما در نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی، به شکل های مختلف از حرارت ذخیره شدۀ خورشید برای ایجاد بخار و به راه انداختن توربین و ژنراتور جهت تولید برق بهره گیری می کنند.
چگونگی تولید و دریافت حرارت از خورشید است که میان انواع مختلف نیروگاه های خورشیدی حرارتی ایجاد تفاوت می‌کند.
در ادامه به بررسی هر یک از انواع نیروگاه های حرارتی می پردازیم.
نیروگاه خورشیدی هلیوستات
نیروگاه خورشیدی هلیوستات اساس کار بسیار جالب و ساده‌ای دارد. تولید حرارت در این نیروگاه خورشیدی به وسیله تمرکز نور خورشید با استفاده از تعداد بسیار زیادی آیینه مسطح (دارای تریکر خورشیدی) که همگی نور خورشید را در نقطه ای بر بالای یک برج بلند منعکس و متمرکز می‌نمایند صورت می گیرد.
دریافت‌کننده ای که در بالای برج قرار دارد گرمای حاصل از تمرکز نور خورشید که بسیار زیاد و شدید هم می باشد را به وسیلۀ یک مبدل حرارتی به آب منتقل می نماید.
این آب که حال دمای بسیار بالایی دارد به بخار سوپرهیت تبدیل می شود و این بخار است که با توربین نصب شده در قسمت پایینی برج برخورد می‌کند و باعث می شود ژنراتور متصل به آن و به چرخش در بیاید ونهایتا برق تولید شود.
نیروگاه خورشیدی سهموی خطی
نیروگاه خورشیدی سهموی خطی نیز یکی دیگر از انواع نیروگاه های حرارتی خورشیدی است که با نوعی از تمرکز نور خورشید ایجاد حرارت کرده و این حرارت باعث ایجاد بخار لازم برای کار توربین می شود.
در این نیروگاه ها سیستم های متمرکز کننده بسیار طولانی به شکل سهموی شکل تحت تاثیر تابش مستقیم آفتاب قرار می گیرند و با توجه به ساختار خاصی که دارند این تابش را در جایی روی خط کانونی خود منعکس می‌کنند.
دقیقاً بر روی این ریل کانونی یک لوله‌ی جاذب قرار داده می‌شود که فلزی و به رنگ سیاه است و در داخل یک لوله شیشه ای خلا قرار دارد.
در ساختار نیروگاه خورشیدی سهموی خطی، یک سیستم ردیاب خورشیدی تک‌محور نیز بکار برده می شود تا در تمام طول روز، تابش خورشید را در حداکثر میزان آن دنبال کند و این تابش را بر روی لوله جاذب منعکس نماید.
سیال داخل لوله گرمای شدید را جذب کرده و با استفاده از مبدل حرارتی این گرما به آب انتقال داده می‌شود. بخار آب ایجاد شده باعث چرخیدن ژنراتور و تولید برق می گردد.
نیروگاه های خورشیدی سهموی خطی ظرفیت هایی بین 30 مگاوات تا 150مگاوات را پوشش می دهند.
نیروگاه دودکش خورشیدی
نیروگاه‌های دودکش خورشیدی به نوعی از اصول علمی مربوط به دودکش‌های بلند، توربین‌های بادی و گلخانه های خورشیدی در کنار هم استفاده می کنند.
در مرکز مجموعه نیروگاه دودکش خورشیدی یک برج بلند قرار دارد که در اطراف آن شیشه های جاذب نور قرار گرفته است و هوای گرم ایجاد شده توسط تابش خورشید به شیشه های جاذب، در یک گرم خانه خورشیدی تجمیع می شود و از اطراف دودکش به سمت آن که در مرکز گرم خانه قرار دارد هدایت می‌شوند.
وقتی که هوا گرم می شود و از چگالی آن کاسته می شود، به سمت بالا حرکت می کند. این هوای گرم که در درون دودکش با فشار و سرعت خیلی زیادی بالا می رود، در حین بالا رفتن سبب چرخش توربینی که در قسمت زیری دودکش قرار داده شده است می‌شود.
این بار این گرمای هواست که باعث چرخش ژنراتور که به توربین کوپل شده می شود و در نهایت تولید برق صورت می گیرد.
نیروگاه خورشیدی استرلینگ
نیروگاه خورشیدی استرلینگ و یا بشقابی سهموی نیز ساختار بسیار جالبی دارد. این نیروگاه‌ها که در ظاهر شبیه به یک دیش ماهواره می‌باشند در نقطه کانونی خود یک موتور استرلینگ دارند.
این نیروگاه‌ها با ردیاب‌های خورشیدی دو محوری کار می‌کند تا در طول روز حداکثر تابش خورشید را دریافت کنند. این بشقاب دریافت‌کننده گرمای خورشید، گرما را در موتور استرلینگ کوچکی که پشت نقطه کانونی اش قرار دارد مورد استفاده قرار می دهد.
وقتی که گرمای دریافت کننده به گاز درون موتور استرلینگ که عموماً هیدروژن و یا هلیوم است برخورد می کند، موتور حرکت کرده و در نهایت ژنراتوری که با آن موتور کوپل است نیز حرکت می کند و برق تولید می‌شود.
این نوع نیروگاه های خورشیدی بازدهی بالایی دارند و طول عمرشان زیاد است و از انتشار آلودگی های محیطی و صوتی جلوگیری می نمایند. میزان ظرفیت برق تولیدی نیروگاه های بشقابی استرلینگ بسیار بالاست و دارای راندمان مطلوبی هستند.
همچنین امکان بهره‌برداری، نگهداری، نصب ساده و تولید زیاد آن ها نیز وجود دارد.
نیروگاه خورشیدی کلکتورهای فرزنل
نیروگاه خورشیدی کلکتور فرزنل اساس کاری شبیه به نیروگاه های سهموی خطی دارد؛ با این تفاوت که در این نیروگاه ها آینه های تخت هستند که کار تمرکز نور خورشید و ایجاد حرارت بر روی لوله های جاذب را انجام می دهند و باعث داغ شدن سیال داخل لوله می شوند.
در این نوع از نیروگاه ها سیال داخل لوله جاذب می تواند آب و یا روغن باشد.
● وقتی که سیال داخل لوله روغن باشد، این روغن بعد از دریافت گرما به مبدل حرارتی منتقل می شود و پس از آن باعث تولید بخار شده و گردش توربین و ژنراتور سبب تولید برق خواهد شد.
● در شرایطی که مایع درون لوله آب است، این آب به صورت مایع وارد لوله شده و به صورت بخار خارج می شود و به سیستم دیگری برای تولید بخار و گرداندن توربین و ژنراتور‌ها نیاز نیست.
به طور کلی بحث انرژی خورشیدی بسیار جذاب، همه گیر و دارای قابلیت های فراوان برای توسعه و گسترش است.
خواه یا ناخواه جهان به سمت و سویی می رود که استفاده از پتانسیل انرژی خورشیدی، برای کشورهایی که خود را مجهز به علوم و صنعت خورشیدی می کنند، برگ برنده بزرگی به شمار می آید و می تواند معادلات، اقتصادی، اجتماعی، سیاسی و … را به نفع یا ضرر قدرت های جهان تغییر دهد.
در ایران با توجه به پتانسیل های بی نظیر سرزمین مان، بحث انرژی خورشیدی یکی دیگر از ثروت های بی شمار به حساب می آید که با بها بخشیدن به آن و کمک به توسعه هرچه بیشترش، قطعا اتفاقات روشنی رقم خواهد خورد.
هرچه در این زمینه با آگاهی بیشتر و کسب علم به روزتری پیش برویم، قطعا نتیجه نهایی بزرگتر و به حالت آرمانی نزدیکتر خواهد بود.
