محمد رضا ملازاده
با توجه به كاهش انرژيهاي فسيلي و افزايش آلايندههاي محيط زيست، نيازمند استفاده از انرژيهاي نو و تجديد پذير در كشور هستيم.
متوسط روزهاي آفتابي كشور 300 روز است كه شش برابر كشورهاي اروپايي است؛ متوسط تابش خورشید در ایران 5 کیلو وات ساعت بر متر مربع در روز است .
براساس اطلاعات هواشناسی، خراسان جنوبی یکی از آفتابی ترین استان های کشور است به گونه ای که در این استان تنها هوا در 75 روز ابری بوده و در 300 روز باقیمانده سال نعمت بی کران خورشید در تمامی ساعات روز بر زمین می تابد.
متاسفانه بر خلاف روند های رو به رشد استفاده از انرژی های پاک و نو در جهان، خراسان جنوبی علی رغم بهره مندی زیادی از انرژی خورشید و قرار داشتن در یکی از قطب های تابش خورشید در جهان نسبت به استفاده از این انرژی ارزان و پاک بی توجه بوده در حالی که استفاده از این انرژی علاوه بر جلوگیری از آلودگی هوا در صرفه جویی هزینه ها و کاهش وابستگی ها به در آمدهای نفتی نقش موثری دارد.
همچنین علاوه بر بی توجهی بخش خصوص و دولتی، فرهنگ استفاده از انرژی خورشیدی هنوز در میان مردم استان نهادینه نشده است در حالی که استفاده از این انرژی در مصارف خانگی و صنعتی علاوه بر صرفه جویی در هزینه ها موجب حفاظت از محیط زیست می شود.
از سوی دیگر استفاده از این انرژی و ذخیره سازی آن در سلول های خورشیدی قابلیت صادرات از مرزهای شرقی کشور را به این انرژی داده و موجب می شود در دراز مدت سود زیادی نصیب استان شود و همچنین موجب افزایش ارز آوری به کشور از طریق صادرات انرژی برق خورشیدی می شود.
در حال حاضر ( سال 1394) 350 کیلووات برق شبکه خانگی و صنعتی خراسان جنوبی توسط نیروگاه های خورشیدی تولیدی می شود که متاسفانه حجم برق تولید شده در استان توسط نیروگاه های خورشیدی بسیار ناچیز است.
طبس از جمله مناطقی است که هم از روزهای آفتابی بیش از میانگین کشوری برخوردار است و هم در موقعیت استراتژیک از لحاظ اتصال به شبکه سراسری و همچنین پدافند غیر عامل قرار دارد
تعداد روز آفتابی در طبس به بیش از 340 روز در سال می رسد .وجود تعداد این تعداد روز برخوردار از نور مستقیم خورشید و همچنین وسعت زمینهای بایر ؛ این امکان را فراهم می آورد که با احداث نیروگاههای خورشیدی ضمن تامین برق برای منطقه مازاد آن بصورت اتصال به شبکه سراسری به فروش رسد
ایجاد نیروگاه خورشیدی در طبس این امکان را فراهم می آورد که این شهرستان به یکی از قطب های تولید انرژی خورشیدی در کشور تبدیل گردد، ولی متاسفانه از آن جایی که سرمایه اولیه مورد نیاز برای احداث نیروگاه های خورشیدی بسیار زیاد است بدون وجود سرمایه گذار و مساعدت وزارت نیرو امکان احداث نیروگاه برای شرکت توزیع نیروی برق غیر ممکن است.
در صورت توجه مسئولان و انجام برنامه ریزی هدفمند در آینده ای نزدیک طبس می تواند به یکی از قطب های تولید انرژی خورشیدی تبدیل شود.
…………………..
نیروگاه های خورشیدی
خلاصه
سیستم فتوولتائی سیستمی است که در آن انرژی خورشیدی جهت اهدافی خاص به نیروی الکتریکی تبدیل می شود. دو نمونه از موارد استفاده این سیستم، پمپ های فتوولتائی و چراغهای خورشیدی است. پمپ های خورشیدی پمپ هایی هستند که در آنها انرژی خورشیدی به وسیله پانل های خورشیدی ( قطعه هایی مستطیل شکل از سلول های خورشیدی ) به انرژی الکتریسیته تبدیل می شود و این انرژی در راه اندازی پمپ آبی مورد استفاده قرار می گیرد. در چراغ های خورشیدی انرژی الکتریکی تولید شده به مصرف روشنایی چراغها می رسد.
در مقاله حاضر به بیان تاریخچه استفاده از انرژی فتوولتایی ( برق خورشیدی ) به عنوان یک انرژی تجدید شونده و بررسی مسائل پیرامون آن می پردازیم. سعی بر آنست اقتصادی ترین روش برای تهیه انرژی الکتریکی مورد نیاز پمپ ها و چراغهای خورشیدی ارایه و علاوه بر آن استفاده از این سیستم ها در مقایسه با سیستم های مشابه عنوان شود.
ارایه آمار اقتصادی مربوط به سیستم فتوولتائی و به طور مشخص پمپ های فتوولتایی و چراغهای خورشیدی، متخصصان را قادر می سازد تا با بینش منطقی تری برای آینده این دو طرح ملی تصمیم گیری کنند.
مقدمه
سیستم های برق خورشیدی ( فتوولتائیک ) بعد از جنگ جهانی دوم مورد استفاده قرار گرفته است و در تمامی سفینه های فضائی و قمر های مصنوعی جهت تامین انرژی الکتریکی بکار گرفته می شود. هزینه ساخت سیستم های فوق در اوایل بسیار گران بود ولی به مرور زمان با استفاده از روشهای تولید مناسب و بالا بردن بازدهی سیستم های برق خورشیدی و کاستن هزینه های تولید و نیز افزایش قیمت سوخت های فسیلی این سیستم ها توانستند هر چه بیشتر جایگاه خود را بین دیگر صور تامین انرژی در دنیا گشایند و امروز به صورت گسترده در کشورهای اروپای غربی، آمریکای لاتین و راهای قاره آفریقا و آسیا ( خاور میانه ) و دیگر صحراهای جهان مورد استفاده قرار می گیرد. در کشورهای غربی با داشت ساعات آفتابی کمتر ازدو درصد کشورهای خاور میانه مردم با استفاده از سیستم های برق خورشیدی متصل به شبکه برق ، در روز برق تولیدی را به شبکه تحویل داده و در هنگام شب از شبکه برق تحویل می گیرند و هنگام پرداخت بهای برق مصرفی تفاضل برق تحویلی و مصرف شده از شبکه را می پردازند. استفاده از سلول های فتوولتائیک جهت تامین انرژی مورد نیاز به صورت زیر ممکن می باشد:
-1 استفاده به صورت مستقل از شبکه
-2 استفاده به صورت متصل به شبکه برق
از دو روش فوق به بحث پیرامون استفاده از سیستم برق خورشیدی به صورت مستقل ازشبکه برق که بیشتر محور بحث این مقاله می باشد، خواهیم پرداخت.
پمپ های خورشیدی
آب یکی از مهمترین منابعی است که زندگی انسان به آن وابسته است. آب حاصل از دریاچه ها، برکه ها، رودخانه ها و چاه ها جهت مصارفی همچون کشاورزی، دامداری، صنعت و مصارف عمومی همواره یکی از معضلات موجود بر سر راه توسعه جوامع انسانی به خصوص جوامع روستایی بوده است. در بسیاری از مناطق، آب در سفره های زیر زمینی وجود داشته و خارج سازی آن توسط دست یا تلمبه های دستی و یا توسط موتورهای دیزلی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند صورت می گیرد. در مناطق کویری یا کوهستانی که مشکلات برق رسانی موجود دارد و نیز آب در عمق نسبتا زیادی از سطح زمین قرار دارد خارج سازی آب به روش های فوق امکان پذیر نیست. در این مناطق استفاده از پمپ های خورشیدی می تواند مزایای فراوانی داشته باشد.
در پمپ های خورشیدی تعداد اجزا متحرک کم است، لذا به مراقبت و تعمیرات خیلی کمتری نیاز دارد و هم چنین بازدهی آنها مناسب است. آسانی کار با پمپ های خورشیدی، سرعت بالای یادگیری کار با آنها و حمل و نقل آسان آنها از مزایای بزرگ این چنین پمپ ها است که باعث می شود کار با آنها در مناطق دور افتاده مورد توجه قرارگیرد. هم چنین باعث حفظ منابع سوختی کشور و راه حلی برای مسئله معضل جایگزینی انرژی است و غالبا زمان نیاز به آب با زمان تابش خورشید هماهنگی دارد لذا استفاده از آنها می تواند به خوبی پاسخگوی نیازها باشد هر چند با استفاده از مخازن ذخیره سازی آب مشکل آب قابل دسترسی در شب را نیز می توان برطرف نمود.
افزایش روز افزون قابلیت و عملکرد این پمپ ها و کاهش مداوم قیمت سل های خورشیدی، مبین آن است که پمپ های خورشیدی به سرعت برای بسیاری از کاربردها
جنبه اقتصادی پیدا می کنند. پمپ های خورشیدی با طیف وسیع استفاده از آنها در مقاصد متنوع باعث شده در سال های گذشته مورد استفاده ثروتمندترین مزارع کشورهای پیشرفته تا فقیرترین مناطق آفریقایی و آسیائی قرارگیرد.
طبق آمار منتشره ( 1 )ت اسال 1988 در دنیا در حدود 6000 دستگاه پمپ خورشیدی درحال استفاده بوده است برای مثال می توان از کشور مالی نام برد. کشور مالی کشوری km است خشک و بیابانی با مساحت 2 %75 ساحت ایران )و جمعیتی برابر ) 1،240،142 18 % جمعیت ایران در آن سال )( 2) طبق آمار منتشره از ) 6،470،000 نفر درسال 1979 % بانک جهانی( 3) تا سال 1989 در آن کشور حود 15000 حلقه چاه موجود بوده است( 6 کل چاههای ایران در همان سال ) ( 4 )تعداد زیادی از این منابع از طریق پمپ دستی بهره برداری می شده و تعداد 2000 دستگاه پمپ دیزلی مورد استفاده بوده است. در این میان کشور مالی بیش ا ز 200 پمپ خورشیدی مود بهره برداری قرارگرفته است. نمونه دیگر کشور هند است که در آن بیش از 1000 پمپ خورشیدی جهت استفاده در روستاهای آن کشور درحال استفاده است. در مراکش بیش از 100 پمپ خورشیدی نصب شده و مورد بهره برداری قرار گرفته است.
به طور کلی پمپ های خورشیدی پمپ هایی هستند که در آنها انرژی خورشیدی به وسیله پانل های خورشیدی ( قطعه مستطیل شکل از سلول های خورشیدی )به انرژی الکتریسیته تبدیل می شود و این انرژی در راه اندازی پمپ آبی مورد استفاده قرار می گیرد.
تاریخچه طرح این پمپ ها به سال 1978 بر می گردد. طرح پروژه اولیه در مدت چهار سال به بررسی تکنولولژی ساخت، اجرا، آزمایش و بررسی نتایج حاصله پرداخت. از نظر 5 ( پنج دلار آمریکا بر ماکزیمم $/wp اقتصادی میزان هزینه انرژی تولید شده در حدود هر وات خروجی ) در سال یاد شده برآورد شده است که نسبت به حجم آب پمپاژ شده در $/m 7 از سطح آب در شرایط خاصی در حدود m ارتفاع 2 0/05 برای هر متر مکعب از آن در سال 1979 هزینه در بر داشته است.
سازمان انرژی هیا نو ایران مفتخر است برای اولین بار در ایران به طور منسجم به مطالعه، طراحی و راه اندازی این پمپها بپردازد.
مراحل اجرای انجام طرح
-1 مطالعه اقلیمی: در این قسمت، هدف برآورد میزان انرژی مصرفی با توجه به آب مورد نیاز منطقه است. از این طریق می توان طرح پمپ فتوولتایی را به گونه ای ارایه نمود که کارآیی بهینه اقتصادی داشده باشد و به نصب آن پرداخت.
قدم اول، تشخیص نقاط مستعد برای به کارگیری چنین پمپ هایی است. در این قسمت نقاط مستعد از نظر انرژی خورشیدی و آب مورد نیاز مورد بحث است.
الف) انرژیخورشیدی:
w/m خارج از اتمسفر زمین توان انرژی خورشیدی برابر 2 1,353 است. بیشترین انرژی w/m خورشیدی بر روی سطخح آب های آزاد برابر 2 1،000 است( 5). این میزان بسته به عوامل مختلفی مانند موقعیت جغرافیایی مناطق مختلف تغییر می کند.
kwh/m 4 تا / انرژی خورشیدی در ایران به طور متوسط در یک روز بین 5 2
6/0 می باشد . دانستن میزان انرژی خورشیدی در منطقه مورد نظر از آن جهت قابل اهمیت است
که بعد ازمشخص شدن نیاز آبی منطقه، میتوان میزان انرژی مصرفی برای تهیه این آب
را محاسبه کرده و از آنجا با توجه به توان خورشیدی منطقه، ظرفیت پانل های خورشیدی مشخص می گردد. در مورد انرژی خورشیدی، میزان تابش رسیده به سطح زمین و هم چنین بررسی تعداد روزهای آفتابی و یا نیمه آفتابی مورد اهمیت است. هر چند این پمپ ها حتی در روزهای تمام ابری نیز می توانند به کار خود ادامه دهند( 5) برای نمونه می توان شهر مشهد به عنوان نماینده استان خراسان که در کشت و تولید گندن رتبه اول در ایران را دارد، نام برد ( 4). تعداد روزهای آفتابی و نیمه آفتابی این شهر در سال حدود 313 .( روز است بنابر این تعداد ساعت های آفتابی در سال در حدود 1742 ساعت است( 6 kwh/m میانگین سالانه تابش خورشیدی کل بر روی سطح شیبدار رو به جنوب برابر 2 5/1233 میزان تابش روزانه برای هر منطقه را می توان از ایستگاه های هواشناسی تهیه کرد.
ب) آب مورد نیاز
در این قسمت با مشخص شدن آب مورد نیاز انرژی مصرفی مورد نیاز براور می شود. این انرژی بدین صورت محاسبه می شود که میزان حجم آب مورد نیاز به متر مکعب را نمایش می دهیم در ارتفاع پمپاژ شده توسط پمپ نمایش می دهیم ضرب شده، v که با را بر حسب توان چهارم متر، فاکتور انرژی می نامیم. حال فغاکتور انرژی را بر h*v مقدار بدست kwh عدد 367 تقسیم می کنیم بدین ترتیب انرژی هیدرولیک مورد نیاز بر حسب می آید.
( انرژی هیدرولیک مورد نیاز باشد داریم: ( 1 E بنابر این گرا 367 E = Vhآب مورد نیاز بسته به موارد استفاده آن متفاوت است. به عنوان اولین مثال آب جهت مصارف عمومی مانند شرب، بخت و پز و بهداشت را مورد بررسی قرار می دهیم. طبق m استانداردهای جهانی برای یک روستای 500 نفره حداقل آب مورد نیاز درحدود 3) 20 20 (متر )بالا کشیده شود، انرژی m متر مکعب ) در روز است. چنانچه این حجم آب در روز 1/1 در روز مورد نیاز می باشد. حال باید دید مدت زمان مفید پمپاژ چه kwh هیدرولیکی مقدار است. این قسمت از مطالعه انرژی خورشیدی در قسمت الف بدست می آید و مشخص می شود نصب چنین پمپهایی در منطقه مورد نظر امکان پذیر یا مقرون به صرفه است یاخیر؟
به عنوان دومین مثال استفاده از آب در مصارف کشاورزی را مطرح می کنیم. در این
قسمت آب مورد نیاز به عواملی چون محصول کشاروزی، میزان بارندگی مفید سالانه و میزان تبخیر آب بستگی دارد. با مشخص شدن این عوامل برای هرمنطقه میزان آبمورد نیاز برای هر دوره کشت مشخص می شود. بدیهی است محصول مورد کاشت را عموما عوامل بالفعل منطقه از قبیل موقعیت جغرافیایی منطقه، نوع خاک و مهارت افراد منطقه مشخص می کند.
چنانچه کشت مورد نظر گندم باشد با مراجعه به اطلاعات کشاورزی در مورد آب مورد نیاز می یابیم در یک سال زراعی در نواحی مختلف 4 تا 7 هزار متر مکعب در هر هکتار آب مورد نیاز است( 8). حال با مراجعه به شرایط منطقه از نظر میزان بارندگی و میزات تبخیر می توان آب مورد نیاز و همچنین انرژی مورد نیاز را که در قسمت الف بررسی شد
مشخص کرد. برای موارد دیگر مانند مصارف صنعتی و یا دامداری وغیره از روش های مشابه استفاده می شود.
-2 اجزای تشکیل دهنده پمپ های خورشیدی:
به طور کلی پمپ ها از سه قسمت:
– پنلهای خورشیدی
– کنترل کننده
– پمپ آبی
AC و پمپ های DC تشکیل شده اند. پمپ های قابل استفاده به دو دسته پمپ های تولید می کند به نظر DC نقسیم می شوند. از آنجا که پنل های خورشیدی انها جریان باعث کاهش تجهیزات مورد نیاز و صرفه جوئی بیشتر در انرژی DC می رسد پمپ های پائین AC می شود اما از آنجا که توانایی این چنین پمپ هایی در مقایسه با پمپ های 250 ) از W بوده، در مواردی که توان بالا برای پمپاژ آب مورد نیاز باشد( بیش از استفاده می کنند، بنابر این کنترل کننده باید شامل یک تبدیل AC موتورپمپ های نیز باشد. AC به DC کننده جریان هستند اما DC بسیار ارزانتر از موتورهای AC از نظر اقتصادی نیز موتور پمپ های نسبتا گران قیمت است. در هر صورت بسته به فاکتورهای AC به DC تبدیل کننده انرژی ( حجم آب مورد نیاز در ارتفاع مورد نظر )باید پمپ مورد استفاده مشخص شود.
اصولا شرکت های سازنده اینگونه پمپ ها نمودارهایی را ارائه می کنند که مصرف کننده می تواند با توجه به فاکتور انرژی و با توجه به توان تابشی منطقه میزان توان ماکزیمم مورد نیاز آب پمپ را مشخص کند و به وسیله مشخص شدن این توان ماکزیمم تعداد پنل های خورشیدی مورد نیاز را برآورد کند.
-2 مقایسه اقتصادی پمپ های خورشیدی با دیگر پمپ ها:
بررسی آمار 15 سال اخیر نشان می دهد که با بالا رفتن تکنولوژی استفاده از اینگونه پمپ ها و پنل های خورشیدی مربوط به آن، در این سال ها به صورت نمائی بالا رفته
است. این مطلب اهمیت اقتصادی اینگونه پمپ ها را در تجارت جهان مشخص می کند.
در هر صورت پمپ های خورشیدی را می توان از نظر اقتصادی برای مصرف کننده با پمپ های دیزلی و بادی مقایسه کرد. طبق برآورد بانک جهانی ( 1 )چنانچه _ فاکتور انرژی m از 4 m 800 ( برای مثال 3 بیشتر باشد پمپ ها یخورشیدی ( m 40 در روز تا ارتفاع 20 از نظر اقتصادی جوابگوی این نیاز نخواهد بود و استفاده از پمپ های دیزلی به صرفه میباشد. نرخ جهانی تمام شده برای هر لیتر آب با پمپ های دیزلی با توجه به مالیات مقرره 0 دلار آمریکااست. اما چنانچه فاکتور انرژی کوچکتر از / 1 تا 2 / از طرف دولت ها بین 5 m4 2/5 بیشتر است m/s 800 باشد باید دید آیا سرعت وزش باد در منطقه مورد نظر از یا خیر. شکل ( 1) جهت روشن شدن قضیه نمایش داده شده است. زیرا در آن صورتاستفاده از پمپ های بادی برای پمپاژ آب مورد نظر با صرفه تر خواهد بود. درغیر2/5 کمتر است) چنانچه انرژی m/s اینصورت ( سرعت باد منطقه به طور متوسط ازkwh/m تابشی منطقه از 22/5 در روز بیشتر باشد از پمپ های خورشیدی استفاده میشود، در غیر اینصورت باز پمپ های دیزلی به صرفه است.
اما با توجه به شرایط اقلیمی مناطق مختلف ایران با تقریب بسیار خوبی می توان گفت kwh/m انرژی تابشی خورشید در ایران بیشتر از 22/8 است. بنابر این توجه به دو عاملفاکتور انرژی و میزان سرعت باد منطقه به صرفه بودن استفاده از پمپ های خورشیدی درقبال پمپ های دیزلی و بادی را میتواند مشخص کند. این مقایسه به صورت شماتیک در شکل 1 موجود است.
لازم به ذکر است بررسی اقتصادی استفاده ازاین گونه پمپ ها در ایران نیاز به نصب و استفاده چند پمپ از این گونه دارد که امید است در آینده نه چندان دور ممکن شود.
چراغ های خورشیدی
چراغهای خورشیدی یکی از انواع راه های به کارگیری سلول های فتوولتائیک است. این روشنایی می تواند در قسمت های زیر به کار گرفته شود:
-1 روشنایی عمومی
-2 ایستگاه های اتوبوس
-3 چراغهای دریایی
-4 پارک ها
-5 اعلام خطر مناطق مرتفع
-6 فرودگاه ها
-7 کلیه مناطق دور افتاده و کوره راه ها نظیر مناطق مرزی
بهره گیری از سیستم روشنایی معابر خورشیدی با توجه به خصوصیات خاص خود، ازجمله مستقل بودن از شبکه سراسری یا شبکه های محلی برق، هم چنین هماهنگی هرواحد مزایای زیادی را به خود اختصاص داده است. عدم وجود ارتباط الکتریکی بین هرواحد باعث بالا رفتن ضریب ایمنی و حذف هر گونه وابستگی و تاثیر بر روی یکدیگر میگردد.استفاده از این روش درمناطقی که شبکه برق وجود نداشته و یا احداث شبکه از نظراقتصادی مقرون به صرفه نمی باشد مناسب بوده وعملی تر به نظر می رسد.
توان مورد نیاز روشنایی، از طریق تبدیل نور خورشید به الکتریسیته جریان مستقیم،توسطسلول های خورشیدی فراهم می آید. الکتریسیته تولید شده در باطری های معمولی و یاباطری های خاص این سیستم با عمر طولانی برای استفاده در ساعات تاریکی شبذخیره می گردد. کنترل کننده سیستم به طور اتوماتیک لامپ را فعال کرده و روشن مینماید. هم چنین این سیستم قابل برنامه ریزی بوده و ساعات روشن بودن لامپ را تنظیمنموده وهماهنگی لازم را برای زمان های شارژ باطری فراهم می آورد تا عمر مناسب وحفظ سلامتی پارامترهای باطری نیز تضمین گردد. سیستم های روشنایی برق خورشیدی قابلیت به کارگیری یک یا دو لامپ 18 و یا یک لامپ 35 وات کم مصرف سدیم را دارند و به ازای هر لامپ کم فشار 18 وات سدیم 4800 لرمن و هر لامپ 35 ولت فلورسنت 3000 لرمن روشنایی را دارا خواهند بود و با توجه به ولتاژ پائین مورد استفاده قرارگرفته هر شخص غیر فنی نیز قادر به بستن حباب و لامپ مربوطه خواهد بود که این امر باعث بالا رفتن ضریب بهره وری به کارگیری این سیستم خواهد گردید.
طرح مسائل اقتصادی چراغهای خورشیدی
با استفاده از این سیستم روشنایی، عملا در هزینه های زیر به نحوی صرفه جوئی شده است:
-1 هزینه های مصرف انرژی الکتریکی از طریق شبکه
-2 هزینه های تعمیر و نگهداری سیستم انتقال و تامین برق
-3 هزینه عملیاتی و پیمانکاری برق رسانی از طریق شبکه
-4 هزینه های تجهیزات برق رسانی از طریق شبکه
-5 هزینه های خدمات مهندسی در زمان راه اندازی
قسمتی از مزایای این سیستم عبارتند از:
-1 عدم نیاز به شبکه برق سراسری
-2 نصب سریع و آسان
-3 عدم نیاز به نگهداری خاص
-4 عملکرد اتوماتیک
-5 بالا بودن ضریب بهره برداری مناسب
-6 ضریب بهره وری بالای استفاده از سیستم های روشنایی معابر
-7 توجیه اقتصادی بالا در دراز مدت
با مقایسه هزینه های انجام شده در روش روشنایی متصل به شبکه و روشنایی ورشیدی ملاحظه می گردد که در روشنایی خورشیدی هزینه های زیادی حذف می شود که توجیه اقتصادی این طرح را ممکن می سازد.
نتیجه گیری
از آنچه که گذشت مشخص می شود با توجه به تجارب کشورهای پیشرفته و حتی فقیر جهان، استفادهازپمپ هادر چراغهای خورشیدی در تهیه آب و روشنائی مورد نیاز مناطق مستعد اهمیت فراوانی دارد و استفاده از پمپ های خورشیدی نسبت به پمپ های مشابه دیزلی با صرفه تر و کاراتر است. در این راستا جهت ارائه یک نمونه عملی از دو کاربرد سیستم های فتوولتائیک نامبرده در فوق می توان از سیستم های پمپ های فتوولتائیک و چراغهای خورشیدی طراحی ، نصب و اجرا شده توسط سازمان انرژی های نو ایران ( واقع در منطقه مهرشهر کرج دانشکده مدیریت )نام برد که هم اکنون نیز در حال بهره برداری است و منطقه فوق به یک آزمایشگاه خورشیدی مبدل شده و آزمایش ها و نتایج قابل توجهی دراین زمینه و در منطقه مذکور انجام و دریافت می گردد، لذا توجه هر چه بیشتر مسئولان ذیربط و همکاری ارگان های مربوطه را می طلبد.
نیروگاههای حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم بندی می گردند:
- نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
- نیروگاههای دریافت کننده مرکزی(CRS)
- نیروگاههای بشقابک سهموی(Parabolic Dish)
- نیروگاههای دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
- نیروگاه کلکتورهای فرنل Fresnel Collector))
- نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیفهای موازی و طولانی از متمرکز کننده¬ها می باشند. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای تشکیل شده و روی یک مادۀ سازه نگهدارنده قرار می¬گیرند. دریافت کننده از لوله های جاذب با پوشش مخصوص تشکیل شده که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده می شوند و در طول خط کانونی قرار می گیرند. بخش دریافت کننده در قسمتهای انتهایی روی دو تکیهگاه، قرار گرفتهاند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است.سیستم ردیابی خورشید در این دستگاهها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب انجام می گیرد. بگونه ای که پرتورهای خورشید در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جاذب منعکس شوند. یک سیال انتقال حرارت روغن با دمای حدود 400 درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان می باشد و روغن داغ در مبدلهای حرارتی آب را به بخار تبدیل و بخار سوپرهیت طی عبور از توربین ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند. این نوع نیروگاهها با ذخیره حرارت قابلیت تولید برق را حتی در مواقعی که خورشید غروب نموده است را دارا هستند.
اجزاء اصلی نیروگاههای سهموی خطی
- منعکسکننده از نوع آینههای سهموی
- دریافتکننده تابش خورشیدی که پرتوهای منعکس شده را جذب کرده و موجب گرمایش سیال انتقال دهنده گرما می شود
- مکانیزم حرکت دهنده (تک محوری) کلکتورهای سهموی به منظور ردیابی خورشید و کنترل کننده ها
- اسکلت فلزی نگهدارنده و فونداسیون
- سیستمهای مربوط به تولید قدرت الکتریکی
- تجهیزات مربوط به انتقال گرما
- تجهیزات مربوط به تولید الکتریسیته و دفع گرمای تلف شده به محیط خارج
نیروگاههای دریافت کننده مرکزی(CRS)
این سیستم شامل مجموعه ای از آینه هایی است(هلیوستات) که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را متمرکز و به برج دریافت کننده مرکزی منتقل می کنند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می شود جذب میشود. در آن جا آب به بخار سوپر هیت تبدیل شده و این بخار توربین ژنراتور را که در پائین برج نصب شده به حرکت در آورده و تولید برق می نماید.
اجزاء اصلی نیروگاههای دریافت کننده مرکزی
هلیوستات: سیستم گردآورنده پرتوهای خورشیدی شامل مزرعه ای از هلیوستات ها از نوع شیشه ای یا غشایی
دریافتکننده مرکزی: که گرمای پرتوهای خورشیدی را جذب و قابل استفاده می نماید.
سیستم انتقال انرژی گرمائی: که گرمای وارده به گیرنده را جذب نموده و به گردش وا میدارد. در طرحهای اولیه از آب و بخار بعنوان سیال جذب کننده وانتقال دهنده انرژی گرمائی استفاده می گردید و در طرحهای توسعه یافته تر از سیالاتی چون نمکهای سدیم و پتاسیم مذاب استفاده میگردد.
سیستم تبدیل قدرت
سیستم ذخیره انرژی
نیروگاههای بشقابک سهموی(Parabolic Dish)
پرتوهای خورشید تابیده شده بر روی سطح متمرکز کننده سهمویدر کانون آن جمع می شود. برای اینکه چنین سیستمی پر بازده باشد لازم است که این گردآورنده همواره بطرف خورشید ردیابی شود و در نتیجه به یک مکانیسم ردیابی دو محوره نیاز دارد. در این سیستم، نور خورشید در یک نقطه کانونی متمرکز میشود و یک موتور استرلینگ انرژی حرارتی این تشعشع تمرکز یافته را به انرژی مکانیکی تبدیل میکند و به کمک یک آلترناتور از این انرژی مکانیکی، الکتریسیته تولید میگردد.
اجزاء اصلی نیروگاههای بشقابک سهموی
سطح متمرکزکننده : وظیفه آن متمرکز کردن شعاعهای نور خورشید در نقطه کانونی است.
موتور استرلینگ: انرژی گرمایی تمرکز یافته نور را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده که توسط یک آلترناتور از آن الکتریسیته تولید میگردد. این موتورها با سیستمهای دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجی هستند که گاز هلیوم یا هیدروژن بعنوان سیال عامل آنها عمل میکند. بهترین عملکرد انواع این موتورها در دماهای بالای 700 درجه سانتیگراد و فشارهایی تا 20 مگاپاسکال انجام میشود.
ردیاب و سیستم کنترل : سیستم ردیاب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشید قرار می دهد تا نور دقیقاٌ در دریافت کننده موتور استرلینگ تمرکز یابد. بعلاوه سیستم کنترل با دریافت اطلاعات از سنسورهای مختلف و همچنین موتور استرلینگ، در هر وضعیت فرمان مناسبی برای کنترل سیستم ارسال می نماید.
سازه و فونداسیون: برای نگه داشتن سطح متمرکزکننده، موتور استرلینگ و سایر اجزاء سیستم و تحمل بارهای اینرسی، باد و زلزله وجود یک فونداسیون و سازه ای سبک و با استحکام ضروریست.