فرمول بندي آیینه هاي فرنل که در دهه دوم قرن نوزدهم تدوین شد، امروزه بر اساس تکنولوژي ساخت کلکتورهاي فرنل تبدیل شده است که به عنوان یکی از روش هاي بروز در بهره برداري از انرژي خورشید، جهت مصارف نیروگاهی و غیر نیروگاهی مورد استفاده قرار میگیرد. این مقاله ضمن مروري مختصر بر روند توسعه این تکنولوژي به بررسی و مقایسه اجزاي تشکیل دهنده یک کلکتور فرنل می پردازد. در ادامه پارامترهاي محاسباتی و اقتصادي در بهره برداري از انرژي خورشید به این روش، در مناطق مختلف مورد بررسی قرار می گیرد.

مقدمه

   تکنولوژي نوپاي کلکتورهاي خطی فرنل، جهت تمرکز پرتوهاي خورشیدي مورد استفاده قرار میگیرد. این تکنیک نخستین بار توسط فیزیکدان فرانسوي اگوستین ژان فرنل (1788 - 1827) مورد استفاده قرار گرفت، او از این روش براي تمرکر نور فانوس هاي دریایی در یک راستا استفاده کرد. پس از آن فعالیت هاي الساندرو باتاگلیا منشاء تمرکز دوباره بر روش فرمول بندي فرنل قرار گرفت. در سال 1962، ریاضیدان ایتالیایی نمونه اولیه کلکتور فرنل خطی با دیافراگم دهانه رو به پایین و لوله هاي لانه زنبوري شیشه اي را در مارسی طراحی نمود، او به بازده 60 ٪ و درجه حرارت بخار آب 450 درجه سانتی گراد دست یافته به طور کلی با توجه به تحقیقات انجام شده، بازده نهایی این سیستم بین % 30 تا %40 است.

   امروزه از کلکتورهاي فرنل به منظور تولید آبگرم در مصارف متخلف و هم به منظور تامین حرارت لازم در نیروگاه هاي حرارتی استفاده می شود.در نیروگاه هاي فرنل همانند نیروگاه هاي سهموي خطی، کلکتورها به صورت خطی و در جهت شمال جنوب نصب می شوند. کلکتورهاي آن تعداد زیادي آینه تخت با پهناي کم و طول زیاد هستند که کنار همدیگر قرار می گیرند. زاویه قرار گیري هر کدام از آینه ها به صورتی است که بازتاب نور خورشید را روي بخش دریافت کننده متمرکز کنند. معمولا در بخش دریافت کننده یک بازتاب دهنده ثانویه از نوع جفت سهموي قرار دارد که بازتاب آینه ها را جمع آوري کرده و روي لوله گیرنده در خط کانونی می تاباند. با گرم شدن لوله گیرنده سیال داخل آن گرم می شود. در نیروگاه هاي خورشیدي از این دست عملکرد ممکن است به دو صورت باشد.

   در سیستم هاي متدوال سیال عامل داخل لوله گیرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدلهاي حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار می شود. در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم 4 نامیده میشود طول کلکتورها بیش از یکصد متر میباشد. از یکطرف لوله دریافت کننده آب وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می شود و نیازي به سیستم هاي جانبی اضافی نیست. در حال حاضر بسیاري از نهادهاي بین المللی و شرکت هاي بزرگ تحقیقاتی، مشغول سرمایه گذاري و کار براي توسعه این فناوري می باشند.

   به عنوان مثال در آلمریاي اسپانیا، شرکت آلمانی نواتک اولین نمونه تجاري این سیستم در جهان را ساخته است. این ایستگاه که داراي ظرفیت 1.4 مگا بایت می باشد، از ماه مارس سال 2009، کار خود را جهت تامین برق محلی آغاز نموده است. در فرانسه و از ماه اوت سال 2010 ، یک گروه صنعتی تحقیقاتی سرمایه گذاري بر روي تنها ماژول متمرکز خورشیدي خطی فرنل خود را در سایت نیروگاهی لاگابران براي تولید برق از توربین بخار شروع کرده است. در استرالیا، شرکت آریوا فنآوري فرنل خطی را براي تولید برق توسعه داده داده است، استرالیا براي بهره برداري دو مرکز برق قدرت به این روش برنامه ریزي کرده است. نیروگاه 24 مگاواتی کمبرلاین که در نزدیکی بکرزفیلد به بهره برداري رسیده است. در ساعات پیک نیروگاه کمبرلاین، دماي آب به 400 درجه سنتی گراد و فشار 109 بار می رسد.