اگر بخواهیم به زبان ساده بگویم که یک نیروگاه خورشیدی چیست، باید ذکر کرد که اشعه های خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند. معمول ترین فناوری ها بدین منظور، سیستم های فتوولتائیک و سیستم های حرارتی می باشند. تفاوت این دو نوع سیستم در چگونگی تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته است.
در مطالب قبلی به بررسی نیروگاه های بادی و نیروگاه هسته ای پرداختیم.
نیروگاه انرژی خورشیدی (solar power plant ) تبدیل انرژی از نور خورشید به برق را انجام می دهد، یا به طور مستقیم با استفاده از فتوولتائیک (PV)، به طور غیر مستقیم با استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز، و یا ترکیبی از آن می باشد.
سیستم های انرژی خورشیدی متمرکز از لنزها یا آینه ها و سیستم های ردیابی استفاده می کنند تا یک منطقه بزرگ نور خورشید را به یک پرتو کوچک متمرکز کنند. سلول های فوتوولتائیک با استفاده از اثر فتوولتائیک نور را به جریان برق تبدیل می کنند.
تاریخچه نیروگاه خورشیدی چیست
یکی از راه حل های کاهش دمای زمین استفاده از منعکس کننده های نوری می باشد. در این بین مسلما پنل های خورشیدی علاوه بر انعکاس نور آفتاب می توانند از آن برق نیز تولید نمایند.
استفاده های صنعتی و مدرن انرژی خورشیدی از سالهای ۱۷۷۰ میلادی شروع شد. شاید جالب ترین استفاده از خورشید در کشف گاز اکسیژن صورت گرفته باشد.
پریستلی در سال ۱۷۷۴ توانست نور خورشید را روی ظرف حاوی اکسید جیوه متمرکز نماید. گازی تولید کرد که بعدها اکسیژن نامیده شد. آزمایشهای متعددی با استفاده از عدسی ها و تمرکز نور خورشید توسط لاوازیه انجام شد.
در سال ۱۸۷۲ اولین واحد خورشیدی برای نمك زدائی آب دریا در شمال شیلی ساخته شد. سلول خورشیدی (فتوولتائیك) برای اولین بار در نیمه اول دهه ۱۹۵۰ بدون سر و صدای زیاد وارد بازار شد و با استقبال قابل ملاحظه ای مواجه گشت. در دهه ۱۹۸۰ با از بین رفتن بحران انرژی، توجه به انرژی خورشیدی تقلیل یافت . در حال حاضر مهمترین موضوعی که در کشورهای صنعتی به آن توجه قابل ملاحظه ای می شود سلولهای خورشیدی می باشد. روش های گرمایش طبیعی خورشیدی در بسیاری از کشورهای جهان در دهه گذشته مورد توجه قرار گرفته است.
انواع نیروگاه خورشیدی چیست
نیروگاه های خورشیدی به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
- نیروگاه خورشیدی فتو ولتاییک: انرژی نورانی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
- نیروگاه خورشیدی حرارتی: انرژی حرارتی خورشید را پس از طی مراحلی به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.
سیستم های فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربرد انرژی های نو می باشند.نیروگاه های فتو ولتاییک یا PV، نور خورشید را توسط سلول های خورشیدی یا PV مستقیما به الکتریسیته تبدیل می کنند.
این سلول های خورشیدی معمولا از آلیاژ های سیلیکون ساخته می شوند. این سلول ها به گونه ای ساخته شده اند که با برخورد فوتون های نور به آن ها، باعث آزاد شدن الکترون ها و ایجاد جریان مستقیم برق می شوند. این نیروگاه ها از انواع بسیار بزرگ وجود دارند. تا اندازه هایی که ممکن است شما روی پشت بام خانه خود برای تولید برق مصرفی تان داشته باشید.
اجزای اصلی یک سیستم فتوولتاییک :
- پنل
از اتصال سلول های خورشیدی به یکدیگر پنل و از اتصال پنل ها با هم آرایه تشکیل می شود. پنل ها نور خورشید را به برق DC تبدیل می کنند.
- استراکچر
استراکچرها به عنوان تکیه گاه برای پنل ها هستند و آن ها را روی زمین یا هر سطح دیگری محکم نگه می دارند.
- کانکتور
در جاهایی که از چندین پنل استفاده می شود، باید پنل ها را به هم متصل کرد. این اتصال توسط کانکتور ها و به صورت سری یا موازی انجام می شود.
- اینورتر
۱) سیستم های متصل به شبکه یا On-Grid
در این نوع سیستم ها جریان برق DC که توسط پنل ها تولید شد وارد اینورتر شده و توسط مبدل به جریان AC تبدیل شده و به شبکه توزیع منتقل می شود.
۲) سیستم های منفصل از شبکه یا Off-Grid
این نوع سیستم ها چون به شبکه متصل نیستند.بهمین دلیل برق DC پس از تولید شدن در پنل به باتری منتقل شده و
در آن جا ذخیره می شود و در مواقع مورد نیاز به اینورتر منتقل شده و در آن جا توسط مبدل به برق AC تبدیل می شود.
نیروگاه حرارتی خورشیدی
نیروگاه خورشیدی حرارتی در واقع نیروگاهی است که در آن از انرژی حرارتی خورشید استفاده می شود تا توربینی حرکت کند و
حرکت توربین موجب تولید برق شود.
نیروگاه حرارتی خورشیدی با تمرکز نور خورشید گرمای آن را به الکتریسیته تبدیل می کند. بخار حاصل موجب چرخش یک توربین و ژنراتور و درنهایت تولید الکتریسیته می شود. سه نوع مهم نیروگاه های حرارتی خورشیدی عبارتند از:
۱. نیروگاه های سهموی خطی: معمول ترین نوع نیروگاه های حرارتی هستند. یک مزرعه خورشیدی معمولا از تعداد زیادی ردیف شامل کلکتورهای سهموی خطی تشکیل می شود.
این کلکتورها از آینه هایی به شکل سهمی بهره می گیرند و شدت نور تابیده را ۳۰ تا ۱۰۰ برابر افزایش می دهند. روغن خاصی که در لوله های کلکتور جریان دارد داغ می شود و در نقطه ای مرکزی، بخاری با دما و فشار بسیار بالا تولید می کند.
۲. نیروگاه های برج خورشیدی: از هزاران آینه به نام هلیوستات تشکیل شده اند تا پرتوهای خورشید را منعکس و در یک برج دریافت کننده مرکزی متمرکز کند. انرژی جمع شده می تواند تا ۱۵۰۰ برابر انرژی پرتو ورودی تقویت شود.
انواع نیروگاه های خورشیدی حرارتی
نیروگاه های خورشیدی حرارتی از نظر نوع کالکتور به چند دسته تقسیم می شوند:
- نیروگاه خورشیدی پارابولیک
کلکتورهای این نوع سیستم از نوع آینه های پارابولیک یا سهموی طولانی هستند
- نیروگاه خورشیدی فرنل
در سیستم های خورشیدی فرنل از آینه های تخت با پهنای کم و طول زیاد استفاده می شود.انهادر زاویه ای قرار می گیرند که بازتاب نور تابیده شده به آن ها به دریافت کننده ای منتقل شده و به لوله های حامل سیال برسد.
- سیستم برج خورشیدی
در این نوع سیستم صدها یا هزاران آینه تخت که هیلوستات نام دارند وجود دارند که
حرارت خورشید را جذب کرده و آن را به برج خورشیدی مرکزی منتقل می کنند.
- سیستم خورشیدی بشقابی
این سیستم دارای یک بشقابک سهموی است که یک ردیاب برای ردیابی نور خورشید دارد. بشقابک سهموی انرژی خورشید را جذب کرده و در کانون خود متمرکز می کند. که این امر سبب گرم شدن سیال درون لوله دریافت کننده می شود.
- سیستم دودکش خورشیدی
این سیستم دارای یک برج است که در پایین آن یک سقف شفاف وجود دارد که حرارت تابش خورشید را جذب می کند.
این گرما سبب گرم شدن هوای داخل برج می شود.
مزایای استفاده از انرژی خورشیدی
• منبع انرژی تجدید پذیر: از جمله مزایای پانل های خورشیدی، مهمترین چیز این است که انرژی خورشیدی یک منبع انرژی واقعی است.
• کاهش صورتحساب برق
• برنامه های کاربردی متنوع
• هزینه های نگهداری کم
• توسعه فناوری
• هزینه
• مستقل از تغییرات آب و هوا
مزایای استفاده از سیستم های فتوولتائیك در نیروگاه خورشیدی چیست
- امكان نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتائیك بسیار ساده و سهل الوصول است.
- برخلاف صور دیگر نیروگاه های خورشیدی، سیستم های فتوولتائیك انرژی حاصل از تابش را مستقیما و بدون واسطه های مكانیكی تبدیل به انرژی الكتریكی می نماید.
- امكان استفاده از این نوع انرژی خورشیدی در مقیاسهای کوچك و بزرگ امكان پذیر می باشد.(از حدود میلی وات تا چندین مگاوات)
- قابلیت استفاده در مكانهای شهری و روستایی را دارا می باشد.
- با توجه به نیاز مصرفی در هر نقطه که امكان بهره برداری از این سیستم وجود داشته باشد قابل نصب و راه اندازی است.
- زمان اجرای پروژه های فتوولتائیك با توجه به صور دیگر انرژی های پاك مانند باد، ژئوترمال، سهموی خطی، دریافت کننده مرکزی و … بسیار کوتاه بوده که این خود قابلیت انعطاف سیستم را بیش از پیش هویدا می سازد.
- هزینه های انتقال خط به نقاط دور از دسترس شبكه سراسری و همچنین پیك سایی و جلوگیری از افت توان در شبكه انتقال را باعث می گردد.
نیروگاه خورشیدی ؛ بله یا خیر؟
با اینکه شاهد پیشرفت سلول های خورشیدی بوده ایم اما همچنان در حالات آزمایشگاهی یک سلول می تواند تنها ۴۶% نور خورشید را جذب نماید. این عدد زمانی بدتر می شود که در مقایس صنعتی سلول های خورشیدی ساخته می شوند، در حالت صنعتی این عدد به ۱۵ تا ۲۰% می رسد که عددی بسیار پایین است . البته باید در هنگام انجام فرآیند تبدیل انرژی نیز کمی خوش شانس باشیم تا الکترون رها شده در نهایت به مکان جدیدی انتقال یابد و به مکان قبلی خود باز نگردد!.
اما جواب نهایی به سرمایه گذاری در نیروگاه خورشیدی “بله” می باشد. چرا که به مرور زمان و با سرعت بالا کیفیت سولارها در حال افزایش است. از طرفی هزینه نهایی نیز روبه کاهش می باشد. تا درنهایت شما بتوانید با هزینه ای بسیار معقول تر در این مسیر سرمایه گذاری مطمئن داشته باشید. و البته این را نیز در نظر بگیرید که هرساله قیمت هر کیلووات ساعت برق مصرفی نیز در حال افزایش می باشد.
مسلما، پاکترین و قابل اطمینانترین شکل انرژی تجدیدپذیر در دسترس است .همچنین میتواند به شکلهای مختلف برای کمک به تأمین انرژی در خانه یا کسب و کار شما استفاده شود
