انواع نیروگاه های خورشیدی + نحوه کار کردن آنها

از دو خاصیت انرژی خورشید می توان برای تولید الکتریسیته استفاده کرد، یکی از نور و دیگری از حرارت آن است. در نیروگاه های فتوولتائیک از نور خورشید و در نیروگاه های حرارتی از گرمای خورشید برای تولید برق استفاده می شود. در این مقاله قصد داریم انواع نیروگاه های خورشیدی به همراه نحوه کار کردن آنها را بررسی کنیم.

دسته بندی انواع نیروگاه های خورشیدی

1. نیروگاه های فتوولتاییک
2. نیروگاه های حرارتی خورشیدی شامل :

• نیروگاه هلیوستات
• نیروگاه سهموی خطی
• نیروگاه دودکش خورشیدی
• نیروگاه استرلینگ
• نیروگاه کلکتورهای فرزنل

نیروگاه های فتوولتاییک

در نیروگاه های خورشیدی از نوع فتوولتائیک، با استفاده از سلول ها خورشیدی، فوتون های خورشید بصورت مستقیم تبدیل به الکتریسیته می شود و می توان از برق تولیدی هم برای مصرف و هم برای تزریق به شبکه برق استفاده کرد. در این نوع سیستم، عملا قطعه مکانیکی وجود ندارد، مگر اینکه در نیروگاه از ترکر استفاده کنیم. این نوع نیروگاه جزو پرطرفدارترین و اقتصادی ترین نیروگاه های تجدیدپذیر در سراسر دنیا می باشد.

نیروگاه های هلیوستات (دریافت کننده مرکزی)

در این نوع نیروگاه خورشیدی، هلیوستات ها (آینه های مسطح دارای ترکر خورشید) با تعداد زیاد، نور خورشید را بر روی یک دریافت کننده مرکزی که بر بالای برج بلندی نصب شده است منعکس و متمرکز می کنند. این دریافت کننده گرمای خورشید را جذب کرده و توسط مبدل حرارتی آنرا به آب منتقل می کند. آب به دمای بسیار بالا می رسد و تبدیل به بخار سوپر هیت می شود و این بخار به توربین نصب شده در پایین برج برخورد کرده و سبب چرخش ژنراتور متصل به آن شده و باعث تولید برق می شود، سیکل تولید برق بسیار شبیه به نیروگاه فسیلی از نوع بخار آب می باشد، با این تفاوت که آب داخل مخرن از طریق انرژی گرمایی خورشید به بخار تبدیل می شود نه از طریق سوخت فسیلی!

نیروگاه های خورشیدی سهموی خطی

نیروگاه های خورشیدی از نوع سهموی خطی در ظرفیت هایی بین 30 تا 150 مگاوات طراحی می شود. این سیستم ها دارای متمرکز کننده های سهموی شکل و طویلی می باشند که با توجه به ساختار خاص خود تابش مستقیم خود را بر روی کانون خطی که لوله جاذب باشد، منعکس می نمایند.
در کانون این گردآورنده ها لوله ی فلزی طویلی به رنگ سیاه را در داخل لوله ی شیشه ای خلا قرار می دهند. یک سیستم تک محوری ردیاب خورشیدی سبب می شود که تابش خورشید در تمام طول روز برروی لوله ی جاذب انعکاس یابد، گرما توسط سیال داخل لوله جذب و با استفاده از سیستم مبدل حرارتی به آب انتقال داده می شود و بخار آب ایجاد شده باعث چرخش ژنراتور شده و برق ایجاد می شود.

نیروگاه های دودکش خورشیدی

ساختار و طرز عملکرد نیروگاه های دودکش خورشیدی از سه اصل شناخته شده علمی مربوط به طرز کار گلخانه های خورشیدی، توربین های بادی و دودکش بلند سرچشمه گرفته است. همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید، برجی در مرکز این مجموعه وجود دارد و اطراف آن شیشه های جاذب نور نصب هستند.

هوای گرمی که به وسیله نور خورشید در یک گرمخانه خورشیدی تولید می شود، از اطراف به سمت دودکش بلندی که در مرکز گرمخانه قرار دارد هدایت می گردد، علت این است که وقتی هوا گرم میشود، چگالی آن کاهش می یابد و سبک می شود و به سمت بالا حرکت می کند. این هوای گرم در دودکش با سرعت و فشار بالایی صعود می کند و در حین صعود باعث چرخش توربینی که در پایین دودکش نصب شده است می گردد و بدین ترتیب در ژنراتور کوپل شده به توربین، برق تولید می شود.

نیروگاه های خورشیدی استرلینگ (بشقابک سهموی)

متمرکز کننده نیروگاه های استرلینگ از نظر شکل ظاهری مانند یک بشقاب ماهواره می باشد که سطح آن از مواد منعکس کننده پوشیده گردیده است. دریافت کننده در کانون این بشقاب که یک موتور استرلینگ می باشد تعبیه می گردد.

در این نیروگاه ها وجود یک ردیاب دو محوری الزامی است. گرمای حاصل در دریافت کننده را می توان در یک موتور استرلینگ کوچک که در پشت نقطه کانونی ان قرار گرفته است مورد استفاده قرار داد. با انتقال گرمای دریافت کننده به گاز موجود در موتور استرلینگ که معمولا هلیوم و یا هیدورژن می باشد، موتور به حرکت در می آید و در نهایت در ژنراتور کوپل شده به آن برق تولید می شود. موتورهای استرلینگ دارای بازدهی بالا، انتشار آلودگی کم، طول عمر زیاد و کارکرد آرام هستند. هر واحد نیروگاه بشقابی استرلینگ به تنهایی قادر به تولید 10 تا 15 مگاوات برق می باشد. از مزایای آن می توان امکان تولید مستقل برای مناطق دور افتاده، امکان اتصال به شبکه، بازدهی بالا، نصب و بهره برداری و نگهداری ساده و امکان تولید انبوه آنها را بر شمرد.

نیروگاه کلکتورهای فرزنل

عملکرد نیروگاه های خورشیدی کلکتور فرزنل بسیار شبیه به نیروگاه های سهموی خطی می باشد، در این سیستم ها، کلکتور ها بصورت آینه های تخت هستند و نور خورشید را به سمت لوله جاذب متمرکز می کنند و باعث گرم شدن سیال داخل آن می شوند.

در این نوع سیستم ها، سیال داخل لوله جاذب می تواند روغن یا آب باشد که  در سیستم های متدوال سیال داخل لوله گیرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدل های حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار می شود. اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم است، آب از یک طرف لوله دریافت کننده وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می شود و نیازی به سیستم های جانبی اضافی نیست.