-
0
سبد خرید
محصول تعداد 0 (ریال)جمع کل
فناوری به کار رفته در نیروگاه های خورشیدی
فناوری به کار رفته در نیروگاه های خورشیدی
فناوری به کار رفته در نیروگاه های خورشیدی
فناوری به کار رفته در نیروگاه های خورشیدی در نیروگاه های خورشیدی، عمدتاً از سه نوع فناوری استفاده می شود که عبارتند از:
نیروگاه خورشیدی متمرکز
نیروگاه خورشیدی حرارتی
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک
نیروگاه خورشیدی متمرکز
در این نوع نیروگاه خورشیدی از لنزها، آئینه ها و سیستم های ردیابی برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی استفاده می شود. در این صورت انرژی خورشید به حرارت معمولی تبدیل میگردد. در نهایت از این حرارت برای به کار انداختن توربین های بخار یا موتورهای مولد برق استفاده می شود.
این یک سیستم سطح بالا است؛ زیرا از فناوری TES برای ذخیره انرژی استفاده می کند. بزرگترین مزیت نیروگاه های خورشیدی متمرکز در این است که قابل اعتماد هستند و هزینه آنها قابل پیش بینی است.
نیروگاه های خورشیدی حرارتی
این نوع نیروگاه های خورشیدی، در اصل بر پایه فناوری خورشیدی وابسته به حرارت که در نیروگاه های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد، ساخته می شوند. در این فناوری، پرتوهای خورشید با استفاده از کلکتورهای خورشیدی در یک نقطه متمرکز می شوند تا دمای مناسب برای تولید برق به دست بیاید.
این نوع از پنل های خورشیدی در اصل دارای دو جزء بازتابنده (برای جمع آوری نور خورشید) و گیرنده (برای متمرکز کردن نور جمع آوری شده) هستند. سپس گرمای تولید شده ناشی از تمرکز پرتوهای خورشید، باعث بخار شدن یک سیال می شود. این بخار پره های توربین را به گردش در می آورد؛ در این صورت انرژی لازم برای تولید برق توسط ژنراتور تامین می گردد. قسمت گیرنده این نوع از پنل های خورشیدی مجهز به ردیاب است که همواره جهت پرتوهای خورشید را در هنگام تغییر جهت آن در آسمان، ردیابی می کند.
نیروگاه های حرارتی خورشیدی با تمرکز و جمع آوری نور خورشید، برق تولید می کنند؛ زیرا آنها از این انرژی جمع آوری شده برای تولید بخار به منظور تغذیه توربین ها و تولید برق استفاده می کنند. نیروگاه های حرارتی خورشیدی به سه نوع متمایز زیر تقسیم می گردند:
- خطی (Linear)
- حرارتی خورشیدی سهموی خطی (Parabolic Trough Solar Thermal)
- نیروگاه های بشقابک خورشیدی (Solar Dish Power plants)
مشخصه متداول ترین نوع نیروگاه های خورشیدی، استفاده از میدان های کلکتورهای خطی، کلکتورهای سهموی خطی یا بشقابک های خورشیدی است. این نوع از تاسیسات معمولاً از یک میدان بزرگ که متشکل از ردیف های موازی از کلکتورهای خورشیدی است، تشکیل می شوند.
آنها شامل سه نوع سیستم مجزای زیر هستند:
سیستم های سهموی خطی
در سیستم های سهموی خطی از بازتابنده های سهمی شکلی استفاده می شود که قادرند بین ۳۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر، نور خورشید را بر روی کلکتور متمرکز کنند. این روش برای گرم کردن یک سیال مورد استفاده قرار می گیرد و سپس این سیال در یک مکان مرکزی جمع آوری می شود تا بخار با فشار بالا و فوق العاده گرم تولید کند.
این سیستم ها برای ردیابی نور خورشید در طول روز منحرف می شوند. بزرگترین پروژه نیروگاه حرارتی خورشیدی در جهان که سیستم های تولید انرژی خورشیدی (SEGS) نام دارد؛ در صحرای موهاوی کالیفرنیا قرار دارد و جزء نیروگاه های سهموی حرارتی است. اولین نیروگاه به نام SEGS 1 در سال 1984 ساخته شد.
آخرین نیروگاه ساخته شده، SEGS IX نام دارد که با ظرفیت تولید 92 مگاوات (MW) برق در سال 1990 آغاز به کار کرد. در حال حاضر 9 نیروگاه SEGS در این سایت با ظرفیت ترکیبی حدود 354 مگاوات خالص (394 مگاوات ناخالص) نصب شده اند؛ به همین دلیل این نیروگاه بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی در جهان محسوب می شود.
در این نوع از نیروگاه حرارتی خورشیدی، نور خورشید با استفاده از آینه های سهموی بلند بر روی لوله های گیرنده که در نقطه کانونی آینه به صورت طولی نصب شده اند، متمرکز می گردد. این انرژی متمرکز شده خورشیدی، سیالی را گرم می کند که به صورت مداوم در داخل این لوله ها جریان دارد.
این سیال گرم شده سپس به یک مبدل حرارتی فرستاده می شود تا آب را داخل توربین بخار به جوش بیاورد و با به حرکت درآوردن پره های توربین، برق تولید می شود.
سیستم های متمرکز خطی
سیستم های متمرکز خطی گاهی اوقات بازتابنده های فرنل (Fresnel) نیز نامیده می شوند. این سیستم ها از میدان های بزرگ متشکل از آینه های ردیاب خورشید تشکیل شده اند که تمایل دارند به منظور جذب بیشتر نور خورشید، در جهت شمال به جنوب قرار بگیرند. ساختار این آینه ها به آنها اجازه می دهد تا نور خورشید را از شرق به غرب در طول روز ردیابی کنند.
سیستم های متمرکز خطی نیز مانند آینه های سهموی خطی، انرژی خورشید را با استفاده از آینه های بلند مستطیلی و U شکل جمع آوری می کنند. با این حال در سیستم های بازتابنده خطی فرنل برخلاف سیستم های سهموی خطی، لوله های گیرنده در بالای آینه ها قرار می گیرند تا راحت تر بتوانند جهت نور خورشید را ردیابی کنند.
در این نوع سیستم ها از اثر لنز فرنل استفاده می شود که امکان استفاده از یک آینه بزرگ متمرکز با فاصله کانونی کوتاه را فراهم می کند. تنظیمات این نوع از سیستم ها به آنها اجازه می دهد تا نور خورشید را تقریباً ۳۰ برابر بیشتر از حالت معمولی متمرکز کنند.
بشقابک ها و موتورهای خورشیدی
از بشقابک های خورشیدی نیز مانند آینه ها برای متمرکز کردن انرژی خورشید بر روی یک کلکتور استفاده می شود. این سیستم ها معمولاً شامل بشقابک های ماهواره ای هستند؛ این بشقابک ها از آینه های کوچکی که مانند موزائیک در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل می شوند. در نهایت تمام این آینه ها انرژی خورشید را بر روی یک گیرنده که در نقطه کانونی قرار دارد متمرکز می کنند.
سطح آینه ای این بشقابک ها مانند سیستم های سهموی و خطی، نور خورشید را روی یک گیرنده حرارتی که در کانون آن قرار دارد متمرکز می کند. سپس این گیرنده، گرمای تولید شده را به ژنراتور موتور منتقل می کند.
رایج ترین نوع موتور حرارتی مورد استفاده در سیستم های بشقابک / موتور، یک نوع موتور استرلینگ (Stirling) است. در اینجا سیال گرم شده با گیرنده بشقابک، پیستون های موتور را برای ایجاد نیروی مکانیکی به حرکت در می آورد.
سپس این نیروی مکانیکی به ژنراتور یا دینام می رسد تا به برق تبدیل شود.
سیستم های بشقابک / موتور همیشه مستقیماً به سمت خورشید هستند و انرژی خورشید را در نقطه کانونی بشقابک متمرکز می کنند. نسبت تمرکز در بشقابک خورشیدی، بسیار بالاتر از سیستم های متمرکز خطی است و دمای سیال در آن به بالاتر از ۷۴۹ درجه سانتیگراد می رسد.
تجهیزات تولید برق را می توان مستقیماً در نقطه کانونی بشقابک نصب کرد (این ایده برای مکان های دوردست مناسب است) یا مجموعه ای از بشقابک ها و دستگاه های تولید برق را می توان در یک نقطه مرکزی گرد هم آورد.
ارتش ایالات متحده در حال حاضر در حال توسعه یک سیستم 1.5 مگاواتی در Tooele Army Depot در منطقه یوتا است که در آن از بشقابک خورشیدی حاوی موتور استرلینگ استفاده می شود.
برج های انرژی خورشیدی
در برج های انرژی خورشیدی، صدها و شاید هزاران آینه مسطح و ردیاب خورشیدی (خورپاها)، انرژی خورشید را روی یک برج مرکزی منعکس و متمرکز می کنند. در این روش نور خورشید ۱۵۰۰ برابر بیشتر از نور مستقیم خورشید متمرکز می شود.
یک نمونه جالب از این نوع نیروگاه خورشیدی در شهر یولیش ایالت نوردراین وستفالن آلمان قرار دارد. این تاسیسات مساحتی بالغ بر ۱۸۰۰۰ کیلومتر مربع دارد و شامل بیش از ۲۰۰۰ خورپا است که نور خورشید را روی یک برج مرکزی ۶۰ متری متمرکز می کنند.
وزارت انرژی ایالات متحده و سایر شرکت های فعال در زمینه تولید برق در دهه های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰، اولین برج خورشیدی ایالات متحده را در نزدیکی شهر بارستوی کالیفرنیا نصب و راه اندازی کردند. در حال حاضر یک نیروگاه از این نوع در شیلی در حال توسعه است.
امروزه در ایالات متحده 3 نیروگاه برجی خورشیدی وجود دارند که عبارتند از: تاسیسات انرژی خورشیدی 392 مگاواتی ایوانپا در دریاچه خشک ایوانپا کالیفرنیا، پروژه انرژی خورشیدی 110 مگاواتی Crescent Dunes در نوادا (که در حال حاضر فعالیت نمی کند) و برج 5 مگاواتی سیرا سان در صحرای موهاوی کالیفرنیا (که بسته شده است).
در اینجا انرژی متمرکز شده خورشیدی، هوای برج را تا ۷۰۰ درجه سلسیوس گرم می کند. سپس این گرما به یک دیگ بخار انتقال می یابد و با کمک توربین بخار برای تولید برق از آن استفاده می شود.
در برخی از برج ها نیز از آب به عنوان سیال انتقال دهنده حرارت استفاده می شود. در حال حاضر سیستم های پیشرفته تری مورد تحقیق و آزمایش قرار گرفته اند که در آنها نمک های نیترات به کار برده می شود؛ زیرا خواص انتقال حرارت و ذخیره سازی انرژی در آنها بالاتر از آب و هوا است.
قابلیت ذخیره سازی انرژی حرارتی به یک سیستم خورشیدی امکان می دهد تا در آب و هوای ابری یا در طول شب، برق تولید کند.
این نوع نیروگاه های خورشیدی برای مناطقی با شرایط آب و هوایی نامساعد مناسب هستند. از آنها در صحرای موهاوی کالیفرنیا استفاده شده و به راحتی در برابر طوفان های شن مقاومت کرده اند. تا کنون دو مورد از این نیروگاه ها راه اندازی شده؛ اما مشکل این است که راه اندازی آنها بسیار گران تمام می شود.
حوضچه خورشیدی
در حوضچه های خورشیدی برای جمع آوری و ذخیره سازی انرژی حرارتی خورشید از یک استخر آب شور استفاده می شود. در این استخرها، یک فناوری به نام گرادیان شوری به کار می رود. با استفاده از این روش یک تله حرارتی در حوضچه ایجاد می شود که در آن هم می توان انرژی تولید گردیده را به صورت مستقیم استفاده کرد و هم آن را برای استفاده های بعدی ذخیره نمود.
حوضچه های خورشیدی در بوجی هند (در حال حاضر فعال نیست) و ال پاسو تگزاس ساخته شده اند که در آنها از حجم عظیمی از آب شور برای جمع آوری و ذخیره انرژی حرارتی خورشید استفاده می شود. آب شور به طور طبیعی یک گرادیان عمودی شوری را تشکیل می دهد که به شوری شیب (نمک مرز) معروف است؛ در این صورت آب با شوری کمتر در بالا و آب با شوری بیشتر در پایین قرار می گیرد.
در اینجا سطح غلظت نمک با عمق افزایش می یابد؛ به همین دلیل چگالی از سطح تا کف دریاچه افزایش پیدا می کند. این شرایط تا زمانی ادامه می یابد که غلظت محلول در عمق معین یکنواخت شود. اصول کار این استخر بسیار ساده است. پرتوهای خورشید به حوضچه نفوذ می کنند و در نهایت به کف استخر می رسند.
در یک حوضچه معمولی یا بدنه آبی، آب کف حوضچه گرم می شود، چگالی آن کاهش پیدا می کند و سپس جریان همرفتی به وجود می آید. اما حوضچه های خورشیدی به گونه ای طراحی شده اند که با افزودن نمک به آب تا زمانیکه سطح پایین تر به طور کامل به اشباع برسد، از وقوع این روند جلوگیری کنند.
از آنجاییکه آب با شوری بالا به راحتی با آب با شوری پایین در بالای آن مخلوط نمی شود؛ لذا جریان های همرفتی در هر لایه به صورت گسسته وجود دارند و حداقل اختلاط بین آنها رخ می دهد. این فرآیند باعث متمرکز شدن انرژی حرارتی می شود و اتلاف گرما از بدنه آبی را به حداقل می رساند.
دمای آب با شوری بالا به طور متوسط می تواند به ۹۰ درجه سانتیگراد برسد؛ اما لایه هایی از آب که دارای شوری کمتر هستند، دما را در حدود ۳۰ درجه سانتیگراد حفظ می کنند. سپس می توان از این آب گرم و شور به عنوان یک منبع انرژی حرارتی برای به کار انداختن یک توربین و تولید برق استفاده کرد.
بنابراین انرژی خورشیدی تنها به معنی پنل های خورشیدی فتوولتائیک (PV) نیست. در واقع راه های مختلفی برای مهار انرژی خورشید و استفاده از آن وجود دارد.
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک یا PV
فتوولتائیک رایج ترین و محبوب ترین نوع فناوری مورد استفاده در نیروگاه های خورشیدی است که در آن پنل خورشیدی با استفاده از اثر فتوولتائیک، نور خورشید را به جریان برق تبدیل می کند. پنل های خورشیدی مهمترین و قابل مشاهده ترین اجزای یک نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک هستند. این نوع از نیروگاه خورشیدی دارای چهار جزء اصلی زیر است:
-
پنل خورشیدی
-
اینورتر خورشیدی
-
باتری خورشیدی
-
و لوازم جانبی خورشیدی
از بین فناوری های ذکر شده؛ فتوولتائیک خورشیدی، محبوب ترین و کاربردی‌ترین است که حتی برای نیروگاه های خورشیدی در مقیاس کوچک نیز مناسب است.
نیروگاه های فتوولتائیک در بیشتر مناطق جهان مورد استفاده قرار می گیرند و در آنها از سلول های PV یا خورشیدی برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می شود. این سلول ها معمولاً از آلیاژهای سیلیکون ساخته می شوند و براساس نوعی از فناوری کار می کنند که تقریباً اکثر مردم جهان با آن آشنایی دارند؛ احتمال دارد شما همین الان یکی از این پنل ها را روی سقف خانه خود داشته باشید.
پنل های خورشیدی با روش های مختلف زیر ساخته می شوند:
پنل های خورشیدی کریستالی: همانطور که از نام آنها پیداست از سیلیکون کریستالی (بلوری) ساخته می شوند. آنها ممکن است مونو کریستالی یا پلی کریستالی (که به چند بلوری نیز معروف هستند) باشند. اما قاعده کلی این است که نسخه های مونوکریستالی (تک بلوری) کارآمدتر هستند (راندمان حدود ۲۰% و بالاتر) اما گرانتر از نسخه های جایگزین خود می باشند (که راندمان آنها حدود ۱۵% تا ۱۷% است)؛ هر چند پیشرفت تکنولوژی باعث کاهش فاصله بین آنها شده است.
پنل های خورشیدی لایه نازک: این نوع از پنل ها از یک سری فیلم تشکیل شده اند که نور خورشید را در قسمت های مختلف طیف EM جذب می کنند. این نوع از پنل ها معمولاً از سیلیکون آمورف (a-Si)، کادمیم تلورید (CdTe)، کادمیم سولفید (CdS) و ایندیوم مس (گالیوم) ساخته می شوند. از آنجاییکه این نوع از پنل خورشیدی در اصل یک لایه انعطاف پذیر است؛ لذا برای استفاده روی سطوح مختلف و ادغام در مصالح ساختمانی (مانند کاشی های سقفی) بسیار مناسب است.
برقی که این نوع از پنل های خورشیدی تولید می کنند یا مستقیماً به شبکه سراسری برق تزریق می شود و یا در باتری ها ذخیره می گردد. نیروگاه هایی که از این نوع پنل ها استفاده می کنند دارای اجزای اصلی زیر هستند:
- پنل های خورشیدی، نور خورشید را به برق تبدیل می کنند. معمولاً آنها در نهایت برق جریان مستقیم DC با ولتاژ 1500 ولت تولید می کنند.
- این نوع از نیروگاه ها برای تبدیل برق DC به AC به اینورتر نیاز دارند.
- آنها معمولاً دارای یک سیستم نظارتی هستند که بر عملکرد نیروگاه کنترل دارد و آن را مدیریت می کند.
- اغلب به یک نوع شبکه برق خارجی متصل می شوند.
- اگر نیروگاه خورشیدی بیش از ۵۰۰ کیلو وات برق تولید کند؛ معمولاً به ترانسفورماتورهای افزایشی (تقویتی) نیاز دارد.
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک چگونه کار می کند؟
کارکرد نیروگاه های فتوولتائیک خورشیدی همانند پنل های PV در مقیاس کوچک است.
همانطور که عنوان گردید؛ اکثر پنل های فتوولتائیک خورشیدی از مواد نیمه هادی، معمولاً نوعی سیلیکون ساخته می شوند. وقتی فوتون های نور خورشید به مواد نیمه هادی برخورد می کنند؛ الکترون های آزاد تولید می شوند که می توانند در داخل ماده جریان یابند و جریان الکتریکی مستقیم تولید کنند.
این به اثر فوتوالکتریک معروف است. سپس برق جریان مستقیم (DC) با استفاده از یک اینورتر باید به برق جریان متناوب (AC) تبدیل شود تا بتوان مستقیماً از آن استفاده کرد و یا آن را به شبکه برق تزریق نمود.
پنل های فتوولتائیک با دیگر انواع نیروگاه های خورشیدی تفاوت دارند؛ زیرا مستقیماً از اثر فوتوالکتریک استفاده می کنند و نیازی به فرآیندها یا دستگاه های جانبی ندارند. به عنوان مثال آنها مانند نیروگاه های حرارتی خورشیدی، نیازی به استفاده از یک عامل انتقال حرارت (مانند آب) ندارند.
پنل های فتوولتائیک، انرژی را متمرکز نمی کنند. آنها تنها فوتون ها را به برق تبدیل کرده و آن را به جای دیگری انتقال می دهند.
- برچسب:
- باتری خورشیدی
- باتری سولار