در دنیای امروز که بحران انرژی و آلودگی محیطزیست به یکی از بزرگترین دغدغههای بشر تبدیل شده، استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان منبعی پاک، بیپایان و مقرون به صرفه بیش از هر زمان دیگری اهمیت پیدا کرده است. انواع نیروگاههای خورشیدی با بهرهگیری از فناوریهای گوناگون، این انرژی ارزشمند را به برق تبدیل میکنند و نقشی اساسی در گذار به آیندهای سبز دارند.
اما آیا میدانید چند نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد و هرکدام چگونه کار میکنند؟ در این مقاله از ان سولار به بررسی انواع نیروگاه خورشیدی و ویژگیهای فنی و کاربردی آنها میپردازیم تا دیدی روشن و واقعی از دنیای انرژی خورشیدی به دست آورید.
برای خرید پنل خورشیدی کلیک کنید.
فهرست مطالب
معرفی انواع نیروگاه خورشیدی
انواع نیروگاههای خورشیدی با فناوریهای متفاوت، این انرژی طبیعی را به الکتریسیته تبدیل میکنند و هرکدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند. شناخت انواع نیروگاه خورشیدی و تفاوتهایشان، به ما کمک میکند تا بدانیم کدام نوع نیروگاه انرژی خورشیدی برای شرایط اقلیمی و اقتصادی ایران مناسبتر است.
نیروگاه خورشیدی حرارتی
نیروگاهی که در آن تابش خورشید ابتدا به گرما تبدیل میشود و سپس با استفاده از سیکل ترمودینامیکی به برق میرسد. برخلاف نیروگاههای فتوولتائیک که مستقیما نور را به برق تبدیل میکنند، در این مدل ابتدا حرارت تولید شده و سپس توربین بخار یا گاز راهاندازی میشود.
مزایا
- امکان ذخیرهسازی حرارتی: یکی از ویژگیهای مهم این نوع نیروگاهها امکان ذخیره کردن گرما برای ساعات عدم حضور نور خورشید است، که پایداری تولید برق را افزایش میدهد.
- امکانات استفاده در مقیاس بزرگ: این نیروگاهها برای تولید برق در مقیاس صنعتی مناسب هستند و برای پروژههای وسیع اقتصادیتر هستند.
- کاهش انتشار گازهای گلخانهای: چون سوخت فسیلی کمتر یا اصلا استفاده نمیشود، به کاهش آلایندگی کمک میکند.
معایب
- نیاز به تابش مستقیم زیاد و شرایط اقلیمی خاص: بازده این نیروگاهها وابسته به شدت تابش و شرایط آبوهوایی است.
- هزینه اولیه بالا: سرمایهگذاری اولیه زیاد است، مخصوصا برای تجهیزات متمرکزکننده و ذخیرهسازی حرارت.
- مقیاسپذیری پایینتر برای مناطق کوچک: در مقیاسهای کوچکتر اقتصادی بودن آنها کاهش مییابد.
نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)
در این مدل، آینههای سهموی شکل (parabolic-trough) تابش خورشید را در یک لوله جذبکننده متمرکز میکنند که داخل آن سیال حرارتی جریان دارد؛ این سیال گرم میشود و سپس بخار تولید میکند تا توربین را راهاندازی کند.
مزایا
- فناوری ثابت و توسعه یافته: این نوع یکی از قدیمیترین فناوریهای نیروگاه خورشیدی حرارتی است که به صورت تجاری اجرا شده است.
- بازده نسبی مناسب در شرایط مناسب: بازده جمعی آنها تا حدود 15 درصد سالانه است؛ البته در مقایسه با برخی گزینهها، به شرایط وابسته است.
- امکان ترکیب با ذخیرهسازی حرارتی: همراه با مخازن نمک مذاب یا سایر فناوریها نیز عمل میکند.
معایب
- نیاز به فضای زیاد و طراحی دقیق: برای نصب آینههای بزرگ و ردیابی خورشید، فضای زیادی لازم است.
- هزینه نگهداری آینهها و ردیابی خورشید: سیستمهای ردیابی و آینهها هزینه و نگهداری قابل توجه میطلبند.
- بازده محدود در شرایط ابری یا تابش پراکنده: عملکرد در مناطق با تابش مستقیم کم کاهش مییابد.
نیروگاه بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
در این فناوری، یک آینه سهموی دو محوره (روی محورهای شرق و غرب و بالا و پایین) تابش خورشید را بر یک نقطه متمرکز میکند؛ در آن نقطه یک موتور استرلینگ یا سایر موتورها گرما را به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند.
مزایا
- توانایی رسیدن به دماهای بسیار بالا: به دلیل تمرکز دقیق، دما و بازده بالاتر از برخی گزینهها میشوند.
- مناسب برای تولید برق در مقیاس متوسط: این فناوری برای مقیاس متوسط (مثلا چند ده مگاوات) امکانپذیر است.
معایب
- هزینه بالاتر به ازای هر کیلووات: نسبت به نوع سهموی خطی یا فتوولتائیک هزینه نصب و نگهداری بیشتری دارد.
- پیچیدگی فناوری و کمتر بودن کاربرد تجاری گسترده: کاربرد این فناوری در مقایسه با سایر انواع نیروگاههای خورشیدی، هنوز در مقیاس تجاری گسترده رایج نشده و بیشتر در مرحله پژوهش و پروژههای آزمایشی مورد استفاده قرار میگیرد.
برای خرید استراکچر پنل خورشیدی کلیک کنید.
نیروگاه دودکش خورشیدی (Solar Chimney)
این نوع نیروگاه از یک سطح بزرگ شیشهای یا پلاستیکی که روی زمین قرار دارد برای گرم کردن هوای زیر آن بهره میبرد؛ هوای گرم به سمت دودکش (چمنی) میشتابد و جریان هوا توربینها را به حرکت درمیآورد و برق تولید میشود.
مزایا
- طراحی سادهتر در مقایسه با فناوریهای متمرکز با آینههای بزرگ: ساختار نسبتا سادهتری دارد.
- بر روی زمینهای کمهزینه یا بیابانی اجرا میشود: مکانهایی که گزینههای دیگر اقتصادی نیستند.
معایب
- بازده بسیار پایین: بازده این فناوری معمولا زیر 2 درصد است (در شرایط تجاری) که بسیار کمتر از انواع دیگر است.
- نیاز به فضا و ارتفاع زیاد برای دودکش: باید یک چاهک بلند (مثلا چند صد متر) و سطح وسیع جمعآوری نور داشته باشد.
نیروگاه دریافتکننده مرکزی (Central Receiver System – CRS)
در این فناوری، صدها یا هزاران آینه ردیاب خورشید (هلیواستات) نور خورشید را به یک برج مرکزی یا نقطه متمرکز میکنند. در آن نقطه، گیرنده حرارتی قرار دارد که گرما را جذب میکند و سپس برای تولید بخار یا گرمای داغ به کار میرود.
مزایا
- امکان رسیدن به دماهای بسیار بالا و بازده بیشتر: به دلیل تمرکز زیاد نور و دمای بالا، میتوان بازده بیشتری به دست آورد.
- مناسب برای تولید برق مقیاس بزرگ با ذخیرهسازی حرارتی: برای تولید شبانه یا زمانهای بدون تابش خورشید مناسب است.
معایب
- هزینه اولیه بسیار بالا و فناوری پیچیده: نصب هزاران آینه، سیستم کنترل دقیق و گیرنده داغ، هزینه و پیچیدگی بسیاری دارد.
- شاید مناسب مناطق خاص با تابش شدید: نیاز به تابش مستقیم بالا دارد، در مناطق با ابر زیاد یا تابش کم به احتمال زیاد اقتصادی نخواهد بود.
نیروگاه کلکتورهای فرزنل (Fresnel Collector)
در این فناوری از آینههای مسطح یا تقریبا مسطح استفاده میشود که نور خورشید را به یک لوله گیرنده متمرکز میکنند. طراحی سادهتر از سهموی خطی است و هزینه ساخت آن هم معمولا کمتر است.
مزایا
- هزینه ساخت و نصب پایینتر: طراحی سادهتر باعث کاهش هزینه نسبت به برخی تکنولوژیهای متمرکز دیگر میشود.
- مناسب برای برخی پروژههای متوسط با تابش خوب: گزینهای قابل توجه در مناطقی که تابش مستقیم مناسبی دارند.
معایب
- بازده کمتر: به دلیل طراحی سادهتر، بازده نسبت به فناوریهای متمرکز پیچیدهتر مثل CRS یا Parabolic Trough پایینتر خواهد بود.
- هنوز کاربرد تجاری گسترده آن به اندازه دیگر روشها نیست: برای پروژههای بسیار بزرگ دچار محدودیت میشوند.
بیشتر بخوانید: پنل خورشیدی چگونه برق تولید میکند؟
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک
در این نوع نیروگاه، تابش خورشید به طور مستقیم توسط سلولهای فتوولتائیک (PV) به جریان الکتریکی تبدیل میشود. سپس این جریان توسط اینورتر خورشیدی به جریان متناوب تبدیل شده و به شبکه برق یا مصرف محلی منتقل میشود.
مزایا
- نصب سریع و مقیاسپذیر: از پانلهای کوچک روی بام تا مزرعههای بزرگ قابل توسعه است.
- فاقد بخشهای متحرک یا پیچیده: در برخی موارد باعث کاهش هزینه نگهداری میشود.
- قابل استفاده در بسیاری از شرایط اقلیمی متنوع: حتی در مقیاس خانگی یا صنعتی قابل به اجراست.
معایب
- وابسته به تابش خورشید و اغلب نیازمند ذخیرهسازی یا مصرف در همان زمان: در شب یا هنگام ابر زیاد، تولید کاهش مییابد.
- بازده و هزینه بیشتر: در مقایسه با سیستمهایی که گرما ذخیره میکنند، رقابت کمتری دارد.
بیشتر بخوانید: پنل خورشیدی در شب
انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس توان
حال زمان آن فرا رسیده که انواع نیروگاه خورشیدی یا انواع نیروگاه انرژی خورشیدی را از منظر مقیاس و اتصال به شبکه مورد نقد و بررسی قرار دهیم؛ یعنی پاسخ به این پرسش که چند نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد را از لحاظ فنی و عملیاتی دستهبندی کرده و بر اساس توان و نوع اتصال توضیح دهیم. این دسته بندی کمک میکند تا بفهمیم کدام سیستم برای کدام کاربرد (خانگی، صنعتی، شهری یا روستایی) مناسبتر است.
نیروگاه خورشیدی جدا از شبکه
نیروگاهی که به شبکه برق عمومی متصل نیست و برق تولید شده را مستقیما مصرف میکند یا در باتری ذخیره میکند و به صورت کاملا مستقل عمل میکند. این نوع یکی از انواع نیروگاههای خورشیدی انتخابی برای مناطق دور افتاده بدون دسترسی مناسب به شبکه است.
مزایا
- استقلال کامل از شبکه برق عمومی: در مناطقی که دسترسی به شبکه سخت یا پرهزینه است، تامین برق را تضمین میکند.
- مناسب برای کاربردهای خاص یا مناطق دور از مرکز: جایی که کشیدن خطوط انتقال برق اقتصادی نیست.
معایب
- هزینه اولیه بالا به خصوص برای باتریها و تجهیزات ذخیرهسازی: چون باید توان را خود تامین و ذخیره کند.
- نیاز به طراحی دقیق و مراقبت بیشتر در مصرف: چون وابسته به ذخیره محلی است، خطا یا مصرف زیاد منجر به خاموشی میشود.
نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه
نیروگاهی که تولید برق خورشیدی (مثلا با سلولهای فتوولتائیک) را به شبکه برق عمومی متصل میکند تا برق تولید شده را در شبکه تزریق یا مصرف محلی کند. این یکی دیگر از انواع نیروگاه انرژی خورشیدی است که در ایران، علیالخصوص برای مقیاسهای متوسط و بزرگ کاربردی است.
مزایا
- هزینه مناسب: هزینه سرمایه اولیه پایینتر نسبت به سیستمهای کاملا مستقل چون نیاز به ذخیرهسازی بزرگ ندارد.
- کسب درامد: امکان بهرهگیری از خرید پنل خورشیدی و تزریق مازاد برق به شبکه، صرفه اقتصادی بیشتر.
معایب
- مطابق مقررات شبکه: در هنگام قطعی شبکه یا خاموشی عمومی امکان دارد که تولید متوقف شود (بسته به سیستم محافظتی شبکه) چون سیستم باید مطابق مقررات از شبکه جدا شود.
- وابسته به شبکه: همچنان به شرایط شبکه برق عمومی وابسته است؛ اگر کیفیت یا ظرفیت شبکه پایین باشد، به احتمال زیاد محدودیتهایی وجود خواهد داشت.
بیشتر بخوانید: پنل خورشیدی در هوای ابری
انواع نیروگاه خورشیدی در ایران
در ایران، فناوریهای متعدد تولید برق از خورشید به کار گرفته میشوند؛ از پروژههای بزرگ نیروگاهی در بیابانهای مرکزی تا سیستمهای کوچکتر خانگی روی بام. این سیستمها تحت عنوان نیروگاههای متصل به شبکه یا جدا از شبکه اجرا میشوند. با توجه به شرایط اقلیمی ایران، یعنی تابش زیاد، مناطق دور از شبکه برق، قطعیهای گاهبهگاه، انتخاب انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس توان و اتصال بسیار حیاتی به شمار میآید.
سخن پایانی
خورشید، این منبع بیپایان انرژی، قادر است آیندهای روشنتر و پاکتر برای ایران و جهان رقم بزند. شناخت انواع نیروگاههای خورشیدی و درک تفاوت میان انواع نیروگاه انرژی خورشیدی به ما کمک میکند تا متناسب با شرایط اقلیمی و اقتصادی کشور، بهترین گزینه را انتخاب کنیم. چه نیروگاههای حرارتی در مقیاس بزرگ و چه سامانههای کوچک خانگی، هرکدام سهمی در کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و حفظ محیط زیست دارند. در هر صورت آینده از آنِ کشورهایی است که امروز به انرژی خورشیدی ایمان میآورند و در مسیر استفاده آگاهانه از آن گام برمیدارند.
بیشتر بخوانید: بهترین مکان برای نصب پنل خورشیدی
سوالات متداول
چند نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد؟
به طور کلی، دو دسته اصلی نیروگاه خورشیدی وجود دارد: نیروگاههای حرارتی که گرمای خورشید را به برق تبدیل میکنند و نیروگاههای فتوولتائیک (PV) که مستقیما نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل مینمایند. هرکدام از این دو دسته، زیرشاخههایی مانند سهموی خطی، بشقابی، دودکش خورشیدی، کلکتور فرزنل و سیستمهای متصل یا جدا از شبکه دارند.
کدام نوع نیروگاه خورشیدی برای ایران مناسبتر است؟
با توجه به تابش شدید خورشید در بیشتر مناطق کشور و هزینههای اجرایی، نیروگاههای فتوولتائیک متصل به شبکه بیشترین صرفه اقتصادی و اجرایی را در ایران دارند. در مناطق دورافتاده نیز سیستمهای جدا از شبکه برای تامین برق پایدار گزینهای ایدهآل هستند.
عمر نیروگاههای خورشیدی چقدر است؟
عمر متوسط یک نیروگاه خورشیدی اغلب 25 تا 30 سال است. البته عمر پنل خورشیدی بستگی به کیفیت ساخت، شرایط آب و هوایی و نحوه نگهداری دارد، اما بیشتر پنلها پس از 25 سال همچنان حدود 80 درصد بازده اولیه خود را حفظ میکنند.
منبع: