نیروگاههای حرارتی خورشیدی از تابش مستقیم خورشید (DNI) استفاده می کنند.

این بخش از تابش خورشید توسط ابرها، دود یا گرد و غبار منحرف نمی شود.

بنابراین، نیروگاههای حرارتی- خورشیدی باید در مناطقی که از تابش مناسب خورشید برخوردار هستند ساخته شوند.

مکانهای مناسب برای ساخت نیروگاههای خورشیدی از تابش خورشید ۲۰۰۰ کیلوات ساعت بر هر متر مربع (kWh/m2y) سالانه برخوردار هستند، مناطق مناسب تر جهت احداث این نوع نیروگاهها از تابشی بیش از ۲۸۰۰ کیلوات ساعت بر هر متر مربع (kWh/m2y) سالانه برخوردار هستند.

به طور معمول نقاطی برای این سایتها مناسب هستند که آب و هوا و گیاهان منطقه رطوبت و گرد وغبار زیادی را در اتمسفر ایجاد نمی کنند مانند استپها، بوته زار، صحراهای نیمه خشک و صحراها که به طور معمول در عرض جغرافیایی شمال یا جنوب کمتر از ۴۰ درجه قرار دارند.

از مناطق مستعد می توان به:

جنوب غربی ایالات متحده آمریکا،

کشورهای مدیترانه ای اروپا،

خاور میانه و خاور نزدیک،

ایران و صحراهای هند،

پاکستان،

چین و استرالیا اشاره نمود.

در بسیاری از مناطق جهان می توان با استفاده از تکنولوژیهای حرارتی-خورشیدی در مساحت یک کیلو متر مربع از زمین، ۱۰۰ الی ۳۰۰ گیگاوات ساعت الکتریسیته خورشیدی تولید نمود.

این مقدار معادل تولید سالانه نیروگاههای متداول فسیلی، زغال سنگ یا گازی با ظرفیت ۵۰ مگاوات در بار متوسط است.

 یک نیروگاه خورشیدی شامل تاسیساتی است که انرژی تابشی خورشید را جمع کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارتهای بالا ایجاد می کند.

انرژی جمع آوری شده از طریق مبدلهای حرارتی، توربین ژنراتورها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد.

انواع نیروگاه های خورشیدی بر اساس نوع متمرکز کننده ها :

۱-نیروگاه سهموی خطی

نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیفهای موازی و طولانی از متمرکز کننده ها میباشد.

بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای میباشند و روی یک سازه نگهدارنده قرار میگیرند.

دریافت کننده انرژی شامل لوله های جاذب استوانه ای شکل با پوشش انتخابی هستند که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده میشوند و در طول خط کانونی قرار میگیرند.

بخش دریافت کننده در قسمتهای انتهایی روی دو تکیه گاه قرار گرفته اند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است.

سیستم ردیابی در این دستگاهها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب بر روی تک محور دورانی انجام میگیرد بگونه ای که پرتوهای خورشیدی در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جذب کننده کانونی میشوند.

یک سیال انتقال حرارت، بطور مشخص روغن، در دمای بیش از ۴۰۰ درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان میباشد و روغن داغ در مبدلهای حرارتی، آب را به بخار تبدیل میکند و بخار فوق داغ طی سیکل رانکین از توربین و ژنراتور انرژی الکتریکی تولید می کند.

تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران می‌شوند.

در چند کشور نظیر:

– ایالات متحده آمریکا

– اسپانیا

– مصر

– مکزیک

–هند و مراکش از نیروگاه‌های سهموی خطی استفاده شده‌ است که این نیروگاه هایا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره‌برداری قرار دارند.

در ایران نیزتحقیقات و مطالعاتی در زمینه این نیروگاهها انجام شده و پروژه یک نیروگاه تحقیقاتی با ظرفیت ۳۵۰کیلووات توسط سازمان انرژیهای نو ایران در شیراز درحال انجام می‌باشد .

کلیه مراحل مطالعاتی، طراحی و ساخت این نیروگاه‌ به طور کامل توسط مختصصین و مهندسان ایرانی انجام می‌پذیرد.

بدیهی است که با افزایش ظرفیت فنی و علمی که در اثر اجرای پروژه نیروگاه خورشیدی شیراز عاید محققین مجرب ایرانی می‌شود ایران در زمره محدود کشورهای سازنده نیروگاه‌های خورشید از نو ع متمرکز کننده‌های سهموی خطی قرار خواهند گرفت.

 ۲-نیروگاه دریافت کننده مرکزی

نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع برج دریافت کننده مرکزی با متمرکز نمودن پرتوهای تابش خورشید روی برج دریافت کننده انرژی الکتریکی تولید میکنند.

این سیستم از مجموعه ای از آینه ها که هر یک بطور جداگانه خورشید را ردیابی میکنند تشکیل شده تعداد این آینه ها در یک نیروگاه به صدها و هزاران عدد میرسد که هلیوستات نامیده میشوند.

سطوح متمرکز کننده طوری تنظیم میشود که همواره پرتوها را روی دریافت کننده ثابتی که همان برج مرکزی است منعکس کنند.

برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه‌ در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاًساعات ابری یا شبها از سیستم‌های ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً ازتجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد بخاربرای تولید برق کمک گرفته می‌شود.

 ۳-نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی

یک نوع مدولی از گرآورنده ها تحت عنوان بشقاب سهموی یک سطح فضایی است که از دوران یک سهمی بوجود می آید و کانون آن یک نقطه است.

برای اینکه چنین سیستمی کاملا موثر باشد لازم است که این گردآورنده تمام مدت بطرف خورشید نشانه گیری شود و در نتیجه به مکانیسم ردگیری دو محوری نیاز دارد.

انرژی حرارتی را می توان با کمک یک سیال مناسب در ناحیه کانونی جمع‌ آوری کرد و این انرژی را یا به یک سیکل ترمو دینامیکی جدا از گردآورنده منتقل نمود و یا اینکه در یک موتور کوچک ( در حدود Kwe 25 (که در پشت نقطه کانونی سوار می شود،‌بکار برد.

موتورهای استرلینگ نیز برای این کاربرد تحت توسعه بوده اند و موتورهای رانکین و برایتون هم برای این کاربرد ارزیابی شده اند.

نمونه های کامل این سیستم های گردآوری – الکتریکی ساخته و آزمایش شده اند .

 ترکیب گردآورنده – استرلینگ با راندمان تبدیل نور خورشید به برق از قرار تقریبا ۳۰% درتحت شرایط واقعی ساخته و آزمایش شده اند.

به R&D بیشتر در زمینه موتور استرالنیگ، مبدل های حرارتی کانونی و سطوح بازتابنده ارزان قیمت نیاز هست تا بتوان کارآئی دراز مدت و توجیه اقتصادی سیستم را افزایش داد.

 دریافت کننده مرکزی، معادل یک بشقابک بزرگ سهموی است.

مجموعه ای از آینه هائی که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را منعکس و متمرکز می کنند هلیوستات نامیده می شوند.

انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می ود جذب می شود.

یک کامپیوتر هر یک از هلیوستات ها را طوری کنترل می نماید که زاویه بین خورشید و گیرنده راهمیشه نصف می کند.

اندازه و درجه حرارت این سیستم ها به آسانی با بویلر های بخار صنعتی و نیروگاهی قابل قیاس هستند.

این سیستم ها تا معادلMwe 200 با ضریب ظرفیت سالیانه ۵۰% و با دستگاههای تولید قدرت معمولی قابل استفاده هستند.

 یک نیروگاه نمونه Mwe10 که از بخار / آب بعنوان سیال ناقل حرارت استفاده می کند ساخته و آزمایش شده است و چندین تاسیسات کوچکتر دیگر هم ساخته شده اند.

اجزاء نمونه برای سیستم های نسل دوم که بر پایه نمک مذاب نیترات پتاسیم / سدیم بعنوان سیال ناقل حرارت بنا شده اند نیز ساخته و آزمایش شده اند.

R&Dدر زمینه گیرنده های پیشرفته و جنس مواد ذخیره و همچنین سطوح بازتابنده ادامه دارد.

طرحی برای گنجاندن تکنولوژی نسل دوم ( نمک ) در یک نیروگاه نمونه با ظرفیت Mwe 10 درحال حاضر در دست  ساخت است.

 دودکش‌های خورشیدی:

روش دیگر برای تولیدالکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌های خورشیدی می‌باشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود.

به این صورت که بااستفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰متر و تعداد زیادی گرمخانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید می‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌هاقرار دارد، هدایت می‌شود.

این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج باسرعت زیاد صعود کرده و با عث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برجنصب شده‌است می‌گردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید می‌شود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در  ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاعبرج آن به ۲۰۰متر می‌رسد.

یک نمونه Kwe 100 در اسپانیا ساخته شده است.

 مزایای نیروگاه های خورشیدی

نیروگاه‌های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می‌باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند.

تأسیس و بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد.

اکنون شایسته‌است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ها بپردازیم.

 الف) تولید برق بدون مصرف سوخت

نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه‌های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می‌باشد.

در نیروگاه‌های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می‌توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت.

 ب) عدم احتیاج به آب زیاد

 نیروگاه‌های خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می‌باشند.

(نیروگاه‌های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند).

 پ) عدم آلودگی محیط زیست

 نیروگاه‌های خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمی‌کنند در صورتی که نیروگاه‌های فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت – گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاه‌های اتمی با تولید زباله‌های هسته‌ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود می‌آورند.

 ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای

نیروگاه‌های خورشیدی می‌توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکه‌های کوچک ناحیه‌ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌های انتقال نمی‌باشد.

 ث) استهلاک کم و عمر زیاد

نیروگاه‌های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می‌باشند در حالی که عمر نیروگاه‌های فسیلی بین ۱۵تا ۳۰سال محاسبه شده‌است.

 ج) عدم احتیاج به متخصص

نیروگاه‌های خورشیدی در جهت نگهداری احتیاج به متخصص عالی ندارند و می‌توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌های اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.