انواع نیروگاه‌های خورشیدی

در سال های اخیر، با توجه به محدود بودن منابع انرژی فسیلی و مشکلات ناشی از انتشار گاز های گلخانه‌ای، در بسیاری از نقاط جهان استفاده از انرژی های تجدیدپذیر رونق بسیاری گرفته است. استفاده بیش از اندازه از سوخت های فسیلی، باعث آلودگی بیش از حد محیط زیست شده و جهان را دچار مشکلات بسیاری از جمله گرمایش غیرطبیعی کره زمین نموده است.

به طور کلی منابع انرژی در جهان به دو دسته انرژی های تجدیدپذیر و سوخت های فسیلی، تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی مثل نفت، گاز، زغال سنگ و… و انرژی های تجدیدپذیر مثل انرژی حاصل از باد، امواج اقیانوس، انرژی خورشیدی، زیست توده و… یکی از انرژی هایی که در سال‌های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته انرژی خورشیدی است.کشور ایران به دلیل داشتن متوسط ۳۰۰ روز آفتابی در سال و داشتن بیابان‌های وسیع، پتانسیل بسیار خوبی برای احداث نیروگاه خورشیدی داراست. نیروگاه خورشیدی، مجموعه‌ای از تجهیزاتی است که توسط آن انرژی دریافتی در خورشید، به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

انواع نیروگاه خورشیدی در جهان

انرژی خورشید هم نور دارد و هم گرما که از هر دوی آن‌ها، می‌توان برای تولید انرژی الکتریکی استفاده کرد. در نیروگاه‌های فتوولتائیک از نور خورشید و در نیروگاه‌های حرارتی، از گرمای خورشید برای تولید برق استفاده می‌شود.

نیروگاه خورشیدی حرارتی

در نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی، به اشکال و شیوه‌های مختلف، از حرارت خورشید برای راه‌اندازی توربین و ژنراتور و در نهایت تولید الکتریسیته استفاده می‌شود.

نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم می‌شوند:

• نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)
• نیروگاه‌ بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
• نیروگاه‌ دودکش خورشیدی (Solar Chimney)
• نیروگاه‌ دریافت کننده مرکزی (CRS)
• نیروگاه‌ کلکتورهای فرزنل (Fresnel Collector)

1-نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)

در نیروگاه‌های خورشیدی سهموی خطی، همان‌طور که در تصویر می‌بینید سیستم‌های متمرکزکننده از جنس آینه‌های شیشه‌ای سهموی‌شکل، در مقابل نور آفتاب قرار می‌گیرند. در کانون این گردآورنده‌ها، لوله‌های فلزی سیاه‌رنگ در داخل لوله شیشه‌ای خلا قرار دارد. متمرکزکننده‌ها مجهز به سیستم ردیابی تک‌محوره هستند تا پرتوهای خورشید در تمام طول روز بر روی لوله‌های جاذب منعکس شوند.

سیال داخل لوله، گرمای ناشی از تابش خورشید را جذب کرده و به آب منتقل می‌کند. بخار آب ایجاد شده، سبب چرخش ژنراتور و تولید برق می‌شود.

نیروگاه‌های خورشیدی سهموی خطی در ظرفیت‌هایی بین 30 تا 150 مگاوات، طراحی و ساخته می‌شوند.

2-نیروگاه بشقابک سهموی (Parabolic Dish)

تصویر زیر را ببینید. متمرکزکننده‌ نیروگاه بشقابک سهموی، شبیه یک دیش ماهواره است که سطح آن با مواد منعکس‎‌دهنده پوشیده شده‌است. برای افزایش بازدهی سیستم، لازم است گردآورنده همیشه به طرف خورشید ردیابی شود. در نتیجه باید یک ترکر یا ردیاب دو محوره داشته باشد. یک موتور استرلینگ در نقطه کانونی قرار دارد. نور خورشید در نقطه کانونی متمرکز می‌شود. درون موتور استرلینگ معمولا گاز هلیوم یا هیدروژن قرار دارد. با انتقال گرما به گاز درون موتور، موتور به حرکت در‌می‌آید و با حرکت موتور، ژنراتور کوپل شده به آن هم حرکت می‌کند و برق تولید می‌شود.

هر نیروگاه بشقابی سهموی به تنهایی می‌تواند 10 تا 15 مگاوات برق تولید کند.

3-نیروگاه دودکش خورشیدی (Solar Chimney)

در نیروگاه دودکش خورشیدی از 3 اصل علمی استفاده می‌شود. گلخانه‌های خورشیدی، توربین بادی و دودکش بلند.

همان‌طور که در شکل می‌بینید، در مرکز این نیروگاه یک برج وجود دارد و در اطراف آن، شیشه‌های جاذب نور نصب می‌شوند. هوای زیر شیشه‌های جاذب بر اثر تابش خورشید گرم شده، چگالی هوا کاهش می‌یابد و چون هوا سبک شده است به سمت بالا حرکت می‌کند. هوای گرم با سرعت و فشار زیاد به سمت بالا صعود می‌کند و توربینی را که در پایین دودکش قرار دارد می‌چرخاند و در نهایت برق تولید می‌شود.

4-نیروگاه دریافت‌کننده مرکزی (CRS)

در نیروگاه‌های دریافت‌‌کننده مرکزی یا هلیوستات، از تعداد زیادی آینه‌های مسطح که دارای ترکر خورشیدی هستند تشکیل شده‌است. این آینه‌ها، نور خورشید را روی یک دریافت‌کننده مرکزی که در بالای یک برج بلند، نصب شده است منعکس می‌کنند. گرمای خورشید توسط دریافت‌کننده جذب شده و به آب منتقل می‌شود. دمای آب بسیار بالا رفته و تبدیل به بخار سوپر هیت شده، بخار به توربین برخورد کرده و ژنراتور متصل به آن را می‌چرخاند و برق تولید می‌شود.

در طرح‌های اولیه این سیستم، از آب به عنوان سیال جاذب و انتقال‌دهنده انرژی گرمایی استفاده می‌شد ولی در طرح‌های جدیدتر، از سیالاتی مثل نمک‌های سدیم و پتاسیم مذاب هم استفاده می‌شود.

5-نیروگاه‌ کلکتورهای فرزنل (Fresnel Collector)

اساس کار نیروگاه فرزنل بسیار شبیه نیروگاه‌های سهموی خطی است، با این تفاوت که در این نیروگاه به جای آینه‌های شیشه‌ای سهموی شکل از آینه‌های تخت استفاده می‌شود. کلکتورهای این نیروگاه، که تعداد زیادی آینه تخت با عرض کم و طول زیاد هستند به گونه‌ای مقابل نور خورشید قرار می‌گیرند که بارتاب نور خورشید را روی بخش دریافت‌کننده مرکزی منعکس نمایند.

در قسمت دریافت‌کننده، یک بازتاب‌دهنده ثانویه،  بازتاب آینه‌ها را روی لوله گیرنده می‌تاباند. با گرم شدن لوله، سیال داخل آن که معمولا روغن است گرم می‌شود. حرارت روغن به مبدل‌های حرارتی منتقل می‌شود و موجب تولید بخار می‌شود. توربین به گردش در می‌آید و برق تولید می‌شود.

گاهی به جای روغن، درون لوله جاذب از آب استفاده می‌شود. در این صورت آب وارد شده به صورت بخار، خارج شده و توربین را به چرخش در می‌آورد.

 نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک

در نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک، پنل‌های خورشیدی نور خورشید را جذب و با کمک تجهیزات جانبی، برق تولید می‌کنند. در ایران معمولا از برق تولیدی هم می‌توانیم برای مصرف شخصی استفاده کنیم و هم می‌توانیم آن را به شبکه سراسری برق تزریق کرده و درآمد کسب کنیم.

انواع نیروگاه خورشیدی در ایران

همان‌طور که گفتیم 2 نوع نیروگاه خورشیدی در ایران، اجرا می‌شود. نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه و نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه

نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه

همانطور که می دانیم هزینه برق شبکه در ایران بسیار پایین است و اگر دسترسی به برق شهری داشته باشیم به دلیل هزینه های اولیه برق خورشیدی، استفاده از آن، توجیه اقتصادی ندارد و معمولا وقتی به فکر احداث نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه می‌افتیم که یا دسترسی به برق شبکه نداریم و یا می خواهیم به عنوان برق اضطراری، از برق خورشیدی استفاده کنیم.

 نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه

در نیروگاه متصل به شبکه، برق تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی به وسیله اینورترهای متصل به شبکه و از طریق کنتورهای دو طرفه‌ای که اداره برق در اختیار شما قرار می‌دهد به شبکه برق سراسری تزریق خواهد شد. با توجه به سرمایه و فضایی که روی بام خانه‌ها وجود دارد هر ایرانی یک نیروگاه خورشیدی می‌تواند روی بام خود داشته باشد و از طریق فروش برق خورشیدی، کسب درآمد کند.

دولت طی قرارداد خرید تضمینی، برق تولیدی شما را به مدت ۲۰ سال می خرد.

اما به طور کلی در جهان انواع پنل خورشیدی شامل:

درآمد نیروگاه خورشیدی

میزان درآمد ماهیانه نیروگاه خورشیدی به عوامل متعددی بستگی دارد. نوع و راندمان پنل های مورداستفاده، شرایط آب و هوایی و میزان تابش متوسط مکان استقرار نیروگاه و هم چنین تعرفه خرید تضمینی برق توسط دولت، در میزان درآمد نهایی نیروگاه تاثیرگذار است.

شاید برایتان این سوال پیش بیاید که اگر یک نیروگاه خورشیدی خانگی داشته باشیم درآمد نیروگاه خورشیدی ما چقدر است. طبق آخرین نرخ اعلام شده در سال ۱۴۰۲، درآمد نیروگاه خورشیدی در جدول زیر آمده است:

هزینه راه اندازی نیروگاه خورشیدی ۱ مگاواتی

برای بررسی هزینه راه اندازی نیروگاه خورشیدی ۱ مگاواتی، بهتر است ابتدا یک طرح توجیهی داشته باشیم. در طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی، یک گزارش مکتوب ارائه می شود که در آن جزئیات فنی پروژه، چگونگی تامین مالی پروژه و نحوه سرمایه گذاری، هزینه های اولیه و حین بهره برداری از نیروگاه و درآمد های حاصل  از فروش برق و نقشه های مرتبط به مکان پروژه به طور کامل آنالیز و بررسی می شود. داشتن طرح توجیهی معمولا برای سرمایه گذار نیروگاه خورشیدی بسیار ضروری می باشد چون هم می تواند از میزان هزینه ها و درآمد و هم اینکه آیا احداث نیروگاه خورشیدی به صرفه است اطلاعات جامعی به دست بیاورد و هم برای درخواست وام و ارائه به بانک و موسسات دیگر به آن نیاز دارد.

برای اطلاعات بیشتر: درباره وام نیروگاه خورشیدی 

نیروگاه های خورشیدی ایران

تاریخچه احداث اولین نیروگاه خورشیدی در ایران به سال ۱۳۷۵ برمی گردد. این نیروگاه ۳۰ کیلوواتی که شامل ۶۸۴ پنل خورشیدی ۴۰ وات است در سال ۱۳۸۴ افتتاح شد. در سال های بعد نیروگاه هایی با مقیاس بزگتر هم راه اندازی و بهره برداری شد. بعد از توافق برجام و در سال ۱۳۹۴ با ورود سرمایه گذاران خارجی و رفع موانع و محدودیت های بانکی، بازار احداث نیروگاه خورشیدی رونق بسیار گرفت و اغلب نیروگاه های خورشیدی ایران بین سال های ۱۳۹۵ تا ۱۳۹۷ احداث و مورد بهره برداری قرار گرفتند.

بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان

با توجه به مشکلات زیست محیطی که جهان با آن رو به روست، نیروگاه های خورشیدی با هدف استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و در اغلب نقاط جهان احداث و بهره برداری می شود. کشور های پیشتاز در حوزه انرژی های خورشیدی، چین، هند، آمریکا و ژاپن و… هستند. بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان، نیروگاه بادلا سولار در هند با ظرفیت 2.25 گیگاوات و در مساحتی به وسعت ۱۶۰۰۰ هکتار در منطقه راجستان واقع شده است. بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان در سال ۲۰۱۷ راه اندازی شد و شامل بیش از ۱۰ میلیون پنل خورشیدی است.