سیستم های حرارتی _ برقی خورشیدی

   سیستم های حرارتی _ برقی خورشیدی به سیستم هایی اتلاق می شود كه از گردآورنده های خورشیدی برای تولید الكتریسیته از طریق یك چرخه ترمودینامیكی استفاده می كنند. این عمل با استفاده از گردآورنده های خطی یا غیر خطی در دمای بالا صورت می گیرد.

   در صورتی كه سیكل ترمودینامیكی به وسیله یك متمرکزکننده خورشیدی تغذیه شود به یك سیال عامل با نقطه جوش پایین نیاز خواهد بود. اما به علت راندمان پایین كه ناشی از طبیعت سیكل های ترمودینامیكی كم دما است، بهره برداری تجاری از این سیستم ها در سطح تكنولوژی جاری توجیه اقتصادی ندارد.

انواع نیروگاه های حرارتی-برقی خورشیدی

   نیروگاه های تولید برق با تکنولوژی حرارت خورشید بر اساس نوع کلکتورهای مورد استفاده در آن دسته بندی می شوند. تغییر در نوع کلکتور سبب می شود تا دمای عملکردی نیروگاه نیز متفاوت باشد. انواع مختلف این نیروگاه ها عبارتند از:

1. نیروگاه های خورشیدی با استفاده از متمركز كننده خطی سهموی(Parabolic trough)

2. نیروگاه های خورشیدی با استفاده از بشقابك سهموی (Parabolic dish)

3. نیروگاه های خورشیدی با استفاده از دریافت كننده مركزی(Central receiver)

4. نیروگاه های خورشیدی با استفاده از دودكش خورشیدی( Solar chimney)

5. نیروگاه های خورشیدی با استفاده از کلکتور فرنل

* نیروگاه های خورشیدی با استفاده از متمركزكننده خطی سهموی (Parabolic trough)

   نیروگاه های خورشیدی با استفاده از متمركز كننده خطی سهموی، كه از ردیف های طولانی و موازی متمركز كننده هایی كه سطح مقطع آن ها سهموی است تشكیل شده است.

   پوشش داخلی منعكس كننده(جنس آینه شیشه ای)، انرژی خورشیدی را بر روی یك لوله جاذب با پوشش انتخابی كه در طول كانون سهمی نصب شده است متمركز می نماید. متمركز كننده های خطی سهموی معمولا بر روی یك سیستم ردیابی 2 محوره سوار شده اند كه حركت ” جهت ” و” ارتفاع ” تشعشع خورشیدی را تعقیب می نمایند. سیال انتقال حرارت(روغن) که در درون لوله كانونی درگردش است، انرژی خورشیدی را جمع آوری می کند. روغن داغ در مبدلهای حرارتی آب را به بخار تبدیل کرده و بخار سوپر هیت طی سیکل رانکلین از توربین و ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند.

* نیروگاه های خورشیدی با استفاده از بشقابك سهموی (Parabolic dish)

   بشقابك سهموی از نظر طراحی مدولاریك سطح فضایی است كه از دوران یك سهمی بوجود می آید و كانون آن یك نقطه است. پرتوهای خورشید تابیده شده بر روی سطح متمرکز کننده سهموی(آینه شیشه ای) در کانون آن جمع می شود. برای اینكه چنین سیستمی پر بازده باشد لازم است كه این گردآورنده همواره به طرف خورشید ردیابی شود و در نتیجه به یك مكانیسم ردیابی دو محوره نیاز دارد .

   انرژی حرارتی را می توان با كمك یك سیال مناسب در ناحیه كانونی جمع آوری كرد و این انرژی را یا به یك سیكل ترمو دینامیكی جدا از گردآورنده منتقل نمود و یا اینكه به یك موتور كوچك (در حدود 25 کیلوواتی) كه در پشت نقطه كانونی سوار می شود، انتقال داد. موتورهای استرلینگ نیز برای این نوع كاربرد تحت توسعه قرار یافته اند و علاوه بر آن موتورهای رانكلین و برایتون هم برای این كاربرد مورد ارزیابی قرار گرفته اند.

* نیروگاه های خورشیدی با استفاده از دریافت كننده مركزی(Central receiver)

   این سیستم كه شامل مجموعه ای از آینه هایی است (هلیوستات) كه هر یك به طور جداگانه انرژی خورشید را متمركز و به برج دریافت کننده مرکزی منتقل می كنند.

   در نیروگاه های خورشیدی دارای دریافت كننده مركزی، انرژی توسط یك مبدل حرارتی كه در روی یك برج نصب شده است و گیرنده نامیده می شود جذب می شود. در آن جا آب به بخار سوپر هیت تبدیل شده و این بخار توربو ژنراتور را که در پایین برج نصب شده به حرکت در آورده و تولید برق می نماید. یك كامپیوتر هر یك از هلیوستات ها را طوری كنترل می نماید كه زاویه بین خورشید و گیرنده را همیشه نصف می كند. اندازه و درجه حرارت این سیستم ها با بویلرهای بخار صنعتی و نیروگاهی قابل قیاس هستند.

در حال حاضر توان این سیستم ها به حدود 200 مگاوات با ضریب ظرفیت سالیانه 50 % ارتقا یافته است.

* نیروگاه های خورشیدی با استفاده از دودكش خورشیدی ( Solar chimney)

   کلکتور این نیروگاه های خورشیدی در واقع از شیشه های شفافی تشکیل شده که در اثر عبور نور خورشید از آن ها هوای سطح زیرین ان گرم می شود. چگالی هوای گرم شده کاهش یافته و از لوله مرکزی خارج می شود. خروج هوای گرم از لوله مرکزی سبب دوران توربین قرار گرفته در برج شده و برق تولید شود. از سوی دیگر خروج هوا سبب ایجاد مکش و جایگزین شدن هوای سرد از محیط اطراف کلکتور به زیر شیشه ها می شود.

* نیروگاه های خورشیدی با استفاده از کلکتور فرنل

   در این گونه نیروگاه ها از کلکتور فرنل برای متمرکز کردن نور خورشید روی لوله گیرنده استفاده می شود. در نیروگاههای خورشیدی دارای کلکتور فرنل همانند نیروگاه های سهموی خطی ، کلکتورها به صورت خطی و در جهت شمال جنوب نصب می شوند در این کلکتورها تعداد زیادی آینه تخت با پهنای کم و طول زیاد کنار هم دیگر قرار می گیرند زاویه قرار گیری هر کدام از آینه ها به صورتی است که بازتاب نور خورشید را روی بخش دریافت کننده متمرکز می کنند.

   در بخش دریافت کننده یک بازتاب دهنده ثانویه از نوع جفت سهموی قرار دارد که بازتاب آینه ها را جمع آوری کرده و روی لوله گیرنده می تاباند با گرم شدن لوله گیرنده سیال داخل آن گرم می شود.

   برای نیروگاه های خورشیدی از این دست، عملکرد ممکن است به دو صورت باشد در سیستم های متدوال سیال عامل داخل لوله گیرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدلهای حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار می شود اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم (direct Steam) نامیده می شود طول کلکتورها بیش از یکصدمتر می باشد. از یکطرف لوله دریافت کننده آب وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می شود و نیازی به سیستم های جانبی اضافی نیست.

   برخی مزایای این سیستم را می توان بصورت فهرست وار معرفی کرد:

1. استفاده از آینه های تخت ساده و عدم نیاز به خمکاری آینه ها

2. سادگی ساخت و قیمت پایین

3. هزینه های تعمیرات و نگهداری پایین

4. عدم آسیب پذیری در مقابل باد

5. امکان بهره برداری از زمین زیر آینه

   ایراد اصلی کلکتورهای فرنل این است که در هنگام طلوع و غروب آفتاب راندمان آن ها بشدت کاهش می یابد و در کل راندمان آن ها حدود70 % کلکتورهای نوع سهموی است اما سادگی و قیمت پایین الکتریسیته تولیدی از طریق آنها، نسبت به سایر سیستم ها، موجب رقابت پذیری آن ها شده است. تحقیق و توسعه در زمینه ساخت این نوع کلکتورها در حال حاضر در دنیا ادامه دارد. یک نمونه از کلکتورهای فرنل توسط شرکت solar mondoساخته شده که تحت حمایت5 مؤسسه بزرگ اروپائی از جمله DLR و انسیتو فرانهوفر آلمان می باشد یک نمونه دیگر نیز در استرالیا توسعه داده شده است این نمونه ها از لحاظ ابعاد و عملکرد با هم تفاوت هایی دارند یک نمونه از کلکتورهای فرنل نیز در ایران ساخته شده است و در سایت انرژیهای نو طالقان نصب شده است کلیه مراحل طراحی و ساخت این نمونه توسط همکارانمان در سازمان انرژیهای نو ایران انجام شده و نمونه دیگری از انواع فرنل ها می باشد. این سیستم تا کنون مراحل نهائی راه اندازی را پشت سر گذاشته و در تست های اولیه نیز عملکردقابل قبول داشته است.