ساختار نیروگاه های خورشیدی

در سراسر جهان نسبت به حفظ محیط زیست هوشیارتر شده اند و همین امر باعث شده است تا اهمیت و سودمندی انرژی خورشیدی و امکان مالی آن را درک کنند. انواع مختلفی از نیروگاه های خورشیدی وجود دارد که می توان آنها را نصب کرد. امکان استفاده از نیروگاه های خورشیدی به صورت فعال و غیرفعال وجود دارد. یک نیروگاه خورشیدی زمانی به صورت فعال استفاده می شود که انرژی خورشیدی مستقیماً به شکل قابل استفاده تبدیل می شود که می تواند برای تغذیه انواع وسایلی که به طور معمول در خانه وجود دارند استفاده شود. استفاده غیرفعال از انرژی خورشیدی زمانی صورت می‌گیرد که خانه‌ها و ساختمان‌ها به گونه‌ای ساخته شده باشند که حداکثر در معرض اشعه خورشید قرار بگیرند. انواع مختلفی از نیروگاه های خورشیدی وجود دارد که در سراسر جهان ساخته می شوند. آنها عبارتند از نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک، نیروگاه انرژی حرارتی خورشیدی و نیروگاه متمرکز.

1. نیروگاه انرژی خورشیدی فتوولتائیک (Photovoltaic solar energy plant)؛

در این نیروگاه برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می گردد. یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک نامیده می شود، استفاده می کند؛ این پدیده نشان می دهد مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند که به واسطه سلول‌های خورشیدی (یا مواد فوتوولتاییک) انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید. در حال حاضر، فتوولتائیک، یکی از پشرو ترین عصرهای فناوری در عرصه برق می باشد که رشد قابل توجهی را در بین تکنولوژی های انرژی تجدیدپذیر دارد. سیستم های خورشیدی فتوولتائیک، می تواند در مقیاس های مختلف مانند مقیاس تجاری و یا در مقیاس کوچکتر و مصارف شخصی استفاده شود به گونه ای که در مقایس کوچک، برای کاربردهایی که دسترسی به خطوط انتقال برق وجود ندارد و یا دشوار است، ایده بسیار مناسبی و پایداری است. این مسئله در حالی است که در کشورهای در حال توسعه با تابش مناسب خورشید، یک طرح بسیار ایده آل به حساب می آید. همچنین، جایگزین مناسب برای انرژی الکتریکی معمولی است که در خانه ها برای تغذیه وسایل الکتریکی استفاده می شود. سلول های فتوولتائیک انرژی تولید شده از خورشید را جذب کرده و آن را به الکتریسیته تبدیل می کنند. فرآیند تبدیل انرژی تمیز و ساده است و شامل تزریق هیچ نوع دود یا مواد شیمیایی مضر به جو نیست. بسیاری از شرکت ها تصمیم گرفته اند شبکه های حاوی سلول های فتوولتائیک را در محل خود نصب کنند تا بتوانند حداکثر انرژی را از آنها دریافت کنند و همچنین وابستگی خود را به اشکال سنتی انرژی الکتریکی کاهش دهند.

2. نیروگاه انرژی حرارتی خورشیدی (Solar Thermal energy plant)

یک نیروگاه انرژی حرارتی خورشیدی برای ایجاد بخاری های خورشیدی استفاده می شود که می تواند برای گرم کردن آب و همچنین به عنوان یک سیستم گرمایش داخلی استفاده شود. سلول های حرارتی برای جذب انرژی تولید شده توسط خورشید و سپس آن را به انرژی گرمایی تبدیل می کند. همچنین می توان از این انرژی برای مصارف آشپزی و همچنین برای خشک کردن لباس استفاده کرد. دمای پایین را می توان برای گرم کردن آب و همچنین استخرهای شنا استفاده کرد. گرمای متوسط ​​برای گرم کردن داخل خانه ها و همچنین ساختمان های اداری استفاده می شود. دمای بالا به تولید برقی که برای مصارف روزمره در خانه ها و ادارات نیاز است کمک می کند.

3. نیروگاه خورشیدی متمرکز (Concentrating power plant)

در این روش پرتوی خورشید بکمک آیینه های مخصوص (و محدب) به تقطه خاصی متمرکز می شود. انرژی همراه با پرتوی خورشید، یک سیال را گرم کرده و با ایجاد بخار، موجب به چرخیدن توربین و در نهایت تولید انرژی برق می گردد. از این روش برای تولید برق در نیروگاه ها با مقیاس بزرگ استفاده می شود. روش عملکرد این نیروگاه های خورشیدی مشابه نیروگاه های انرژی خورشیدی فتوولتائیک است. مزیت اضافی در این نیروگاه های متمرکز این است که از آینه ها و عدسی ها برای گرفتن انرژی از پرتوهای خورشید استفاده می کنند. نور خورشید به سمت سلول های فتوولتائیک هدایت می شود و آنها به انرژی گرمایی تبدیل می شوند. معمولاً شرکت های بسیار بزرگ از این نیروگاه های متمرکز برای استفاده از انرژی خورشیدی استفاده می کنند.

• تشابه بین نیروگاه خورشیدی حرارتی و متمرکز

هر دو این دو نوع نیروگاه تا حد زیادی ساختار مشابه و متمرکزی دارند و در نوع بهره وری و تولید انرژی نهایی با یکدیگر متفاوت هستند؛ بگونه ای که در نیروگاه خورشیدی حرارتی، انرژی گرمایی مدنظر است در حالی که در نیروگاه خورشیدی متمرکز، انرژی برق اولویت دارد.

• مقایسه بین سیستم فتوولتائیک (PV) و نیروی خورشیدی متمرکز (CSP)

در نگاه اول می توان اشاره کرد که ساختار نیروی خورشیدی متمرکز (CSP) به مقدار زیادی از تابش مستقیم خورشید نیاز دارد و تولید انرژی آن با پوشش ابر به شدت کاهش می یابد. این مسئله در حالی است که در مقایسه با سیستم فتوولتائیک، تولید انرژی برق از طریق تابش مستقیم منتشر کند. با این حال، مزیت ساختار نیروی خورشیدی متمرکز (CSP) بیش از سیستم فتوولتائیک (PV) است که از جمله آن، به عنوان یک کاتالیزور برای ترموشیمی برای جدا کردن مولکول های آب (H2O) استفاده می شود تا هیدروژن (H2) را از انرژی خورشیدی بدون انتشار کربن ایجاد شود. با تقسیم هر دو H2O و CO2، دیگر هیدروکربن های بسیار مورد استفاده (مثلا، سوخت جت برای پرواز هواپیماهای تجاری) کاربرد داشته باشد.

در تعریف جامع و ساده تر، در شبکه قدرت (شبکه تولید، انتقال، توزیع یا مصرف انرژی الکتریکی) می توان از نظر کلی، کاربردهای سیستم خورشیدی را به چهاردسته طبقه‌بندی کرد که عبارت‌اند از سیستم روشنایی خورشیدی، سیستم خورشیدی منازل، سیستم خورشیدی مراکز تجاری و در نهایت نیروگاه خورشیدی. وجود نیروگاه های خورشیدی در بسیاری از نقاط جهان این امکان را به وجود آورده است که از انرژی خورشیدی به درستی استفاده شود. آنها تا حد زیادی به کاهش مصرف برق کمک می کنند.