انواع نیروگاه های خورشیدی

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. نیروگاه های خورشیدی انرژی خود را به طور مستقیم ازخورشید دریافت می کند یک نیروگاه خورشیدی مجموعه ای از تاسیسات است که انرژی تابشی خورشید را جمع آوری کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارت های بالایی ایجاد می کند. انرژی جمع آوری شده از طریق مبدل حرارتی، ژنراتور توربین ها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد.

نیروگاه خورشیدی تاسیساتی است که نور خورشید را به صورت مستقیم (نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک) یا غیرمستقیم (نیروگاه حرارتی خورشیدی) به برق تبدیل می کند.

نیروگاه خورشیدی شامل اجزای خورشیدی، از جمله پنل های خورشیدی (جهت جذب و تبدیل نور خورشید به برق)، اینورتر خورشیدی (برای تبدیل برق DC به AC و نظارت بر سیستم)، باتری های خورشیدی و سایر لوازم جانبی میباشد .

هدف اصلی از راه اندازی یک نیروگاه خورشیدی، تامین انرژی به صورت مستقل و همچنین کاهش هزینه های برق میباشد.

انواع نیروگاه های خورشیدی

نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک

با استفاده از سلول 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.

اجزای اصلی این نیروگاه ها عبارتند از:

پنل خورشیدی، اینورتر خورشیدی، سازه فلزی گالوانیزه ، کابل‌های مخصوص سولار و در نهایت تابلوهای برق DC و AC به همراه تجهیزات حفاظتی در مقابل اضافه ولتاژ و یا اتصال کوتاه.

نیروگاه خورشیدی حرارتی

مکانیزم تولید برق در این نوع نیروگاه ها، تمرکز نور خورشید برای گرم کردن موادی است که توان نگهداری دما را دارند. بعضی از انواع نمک ها یا روغن ها، بعد از این حرارت ذخیره شده، همانند سایر نیروگاههای حرارتی برای تولید جریان برق استفاده می گردد.ا

این نوع نیروگاهها خورشیدی، مختص مناطق گرم و بیایانی مانند خاور میانه و آفریقا است. در امارات و عربستان سرمایه گذاری زیادی روی این نوع نیروگااه انجام شده است و در مناطق کویری ایران نیز امکان احداث این نوع از نیروگاهها وجود دارد.

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 دمای بسیار بالایی دارد به بخار سوپرهیت تبدیل می ‌شود. این بخار به توربین نصب‌ شده در قسمت پایینی برج برخورد خواهد کرد و ژنراتور متصل به آن را به چرخش در می آورد . این عمل نهایتا باعث تولید برق شود.

نیروگاه خورشیدی سهموی خطی

سیستم‌های متمرکزکننده از جنس آینه‌های شیشه‌ای سهموی‌شکل، در مقابل نور آفتاب قرار می‌گیرند. در کانون این گردآورنده‌ها، لوله‌های فلزی سیاه‌رنگ در داخل لوله شیشه‌ای خلا قرار دارد. متمرکزکننده‌ها مجهز به سیستم ردیابی تک‌محوره هستند تا پرتوهای خورشید در تمام طول روز بر روی لوله‌های جاذب منعکس شوند.

سیال داخل لوله، گرمای ناشی از تابش خورشید را جذب کرده و به آب منتقل می‌کند. بخار آب ایجاد شده، باعث چرخش ژنراتور و تولید برق می‌شود.

نیروگاه‌های خورشیدی سهموی خطی در ظرفیت‌هایی بین 30 تا 150 مگاوات، طراحی و ساخته می‌شوند.

نیروگاه 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.

این سیستم از یک برج نیرو تشکیل شده است و از خاصیت دودکش برای به حرکت در آوردن توربین استفاده می کنند. هوایی که در محفظه های اطراف توسط انرژی خورشید جمع شده اند به داخل دود کش هدایت شده و به علت زیاد بودن ارتفاع هوا با سرعت بیشتری صعود می کند. در نتیجه باعث به حرکت در آوردن ژنراتوری که در پایین نصب شده است می شود و به تولید الکتریسیته منجر می شود.

نیروگاه خورشیدی استرلینگ

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

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. پس از داغ شدن به مبدل های حرارتی منتقل خواهد شد و سپس موجب تولید بخار می شود. اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم است، آب از یک طرف لوله دریافت کننده وارد خواهد شد و از طرف دیگر بخار خارج می شود و نیازی به سیستم های جانبی اضافی نیست.

مزایا :

• صرفه جویی حداکثری در هزینه قبوض برق
• این نیروگاه ها به دلیل نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر زیادی هستند
• این نیروگاه ها نیاز به سوخت ندارند
• این نیروگاه ها تولید هیچ نوع آلاینده ای که باعث آلودگی هوا شود را ندارند
• بازگشت سرمایه
• سازگار با محیط زیست
• امکان افزایش ارزش دارایی های مشهود و نامشهود
• امکان استفاده از یک روش مقرون به صرفه جهت تولید برق
• نصب آسان و هزینه کم نگهداری
•  قابلیت پشتیبان گیری در سیستم های خارج از شبکه و هیبریدی
• قابلیت مترینگ خالص

معایب :

• نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالا
• نصب سیستم انرژی خورشیدی، نیازمند دسترسی به یک منطقه فاقد سایه است

بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان

با توجه به مشکلات زیست محیطی که جهان با آن رو به روست، نیروگاه های خورشیدی با هدف استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و در اغلب نقاط جهان احداث و بهره برداری می شود. کشور های پیشتاز در حوزه انرژی های خورشیدی، چین، هند، آمریکا و ژاپن و… هستند.

بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان، نیروگاه بادلا سولار در منطقه راجستان هند است. ظرفیت آن 2.25 گیگاوات و در مساحتی به وسعت ۱۶۰۰۰ هکتار است. بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان در سال ۲۰۱۷ راه اندازی شد و شامل بیش از ۱۰ میلیون پنل خورشیدی است.