انرژی خورشیدی نامحدود، پاک و قابل دسترسی حتی در دورافتاده‌ترین مناطق است. این انرژی می‌تواند جایگزینی برای منابع انرژی متعارف باشد و به کلیدی برای پیشرفت در دوران گذار از سوخت‌های فسیلی باشد. در این مقاله، با نیروگاه خورشیدی و انواع آن آشنا می‌شوید.
نیروگاه خورشیدی چیست؟
نیروگاه خورشیدی به تأسیساتی گفته می‌شود که تشعشعات خورشیدی متشکل از نور، گرما و اشعه ماوراءبنفش را به برق مناسب برای تأمین انرژی منازل و صنایع تبدیل می‌کند. فرایند تولید برق در یک نیروگاه خورشیدی کاملا سازگار با محیط زیست است. در این فرایند، عناصر آلاینده‌ای برای محیط زیست تولید نمی‌شود. به‌علاوه، انرژی خورشیدی یکی از کارآمدترین انرژی‌های تجدیدپذیری است که در حال حاضر وجود دارد.
به لطف مزایای انرژی خورشیدی در مقایسه با انرژی تولید شده از سوخت‌های فسیلی یا منابع تجدیدناپذیر، نیروگاه‌های خورشیدی ابزارهایی کلیدی برای توسعه یک مدل جدید تولید پایدار بلندمدت محسوب می‌شود که کاملا سازگار با محیط زیست است.
انواع نیروگاه خورشیدی
این نیروگاه بسته به سیستم‌هایی که در آن به کار رفته به دو نوع نیروگاه حرارتی خورشیدی و نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی تقسیم می‌شود. البته، انواع نیروگاه خورشیدی را می‌توان بر مبنای اتصال به شبکه برق هم تقسیم‌بندی کرد. بر این اساس، نیروگاه‌های خورشیدی به نیروگاه‌های متصل به شبکه، جدا از شبکه و ترکیبی تقسیم می‌شوند.
انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس سیستم عامل
اولین دسته‌بندی از نیروگاه‌های خورشیدی به سیستم‌هایی مربوط می‌شود که در آنها به کار رفته‌اند. بر این اساس، نیروگاه خورشیدی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.
۱. نیروگاه حرارتی خورشیدی (Solar thermal power plant)
در این نیروگاه، برای تبدیل انرژی به الکتریسیته از یک چرخه ترمودینامیکی معمولی استفاده می‌شود. بااین‌حال، برخلاف نیروگاه‌های حرارتی که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند، نیروگاه حرارتی خورشیدی از منبع انرژی کاملا سازگار با محیط زیست مانند نور خورشید استفاده می‌کند. فناوری مورد استفاده برای تولید برق بسته به نوع نیروگاه حرارتی خورشیدی کمی متفاوت است اما همه نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی سیستم عاملی مشابه دارند.
یک نیروگاه حرارتی خورشیدی، تشعشعات خورشیدی را متمرکز می‌کند تا مایعی با خواص رسانایی حرارتی را گرم کند و دمای آن را تا زمانی که به بخار تبدیل شود، افزایش می‌دهد. سپس، این بخار وارد یک توربین می‌شود. در آنجا انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. در نهایت، این انرژی به یک دینام منتقل می‌شود تا در آنجا به برق تبدیل شود. وقتی چرخه ترمودینامیکی تکمیل شد، بخار به یک کندانسور بازگردانده می‌شود تا در آنجا دوباره به مایع تبدیل شود و این فرایند دوباره تکرار شود.
فعالیت یک نیروگاه حرارتی خورشیدی به ساعات آفتابی و شرایط آب و هوایی بستگی دارد. بنابراین، نیروگاه‌های خورشیدی معمولا مخزنی برای ذخیره انرژی دارند تا در مواقع اضطراری از آن استفاده کنند. نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی به دو دسته نیروگاه خورشیدی دریافت کننده مرکزی یا هلیوستاتی و نیروگاه حرارتی خورشیدی کلکتور تقسیم می‌شوند.
۲. نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی (Solar photovoltaic power plant)
فعالیت یک نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی بر اساس فوتون‌ها و انرژی نوری ناشی از پرتوهای خورشید است. انواع پنل‌ها مورد استفاده در این نیروگاه‌ها نیز با یکدیگر متفاوت هستند. در نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی از کلکتورها استفاده می‌کنند اما نیروگاه‌های فتوولتائیک از پنل‌های متشکل از سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک ساخته شده از سیلیکون (پنل‌های خورشیدی تک کریستالی یا پلی کریستالی) یا سایر مواد با خواص فتوولتائیک (پنل‌های خورشیدی آمورف) استفاده می‌کنند.
به لطف مواد سازنده و تکنولوژی‌های نوین در سلول‌های خورشیدی، وقتی پرتوهای خورشید مستقیما به آنها برخورد می‌کند، الکترون‌های موجود در لایه‌های خارجی بیشتر سلول‌های فتوولتائیک، اشعه خورشید را جذب کرده و جریان الکتریکی مستقیمی تولید می‌کنند. برای ساخت یک نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی، این سلول‌های خورشیدی به یکدیگر متصل می‌شوند تا در یک ماژول واحد ادغام شوند و پنل‌های فتوولتائیک را تشکیل دهند.
پنل‌های خورشیدی نیز به صورت موازی به هم متصل می‌شوند و رشته‌هایی را تشکیل می‌دهند که به یک اینورتر متصل می‌شوند. در این اینورتر جریان مستقیم حاصل از سلول‌های فتوولتائیک به انرژی متناوب تبدیل می‌شود. در نهایت، جریان برق به یک ترانسفورماتور هدایت می‌شود تا ولتاژ و شدت آن تنظیم شود و بتوان این جریان برق را از طریق خطوط شبکه برق به مراکز مصرف منتقل کرد.
انواع نیروگاه خورشیدی بر مبنای اتصال به شبکه برق
نیروگاه‌های خورشیدی را می‌توان بر اساس اتصال داشتن یا نداشتن به شبکه برق نیز تقسیم‌بندی کرد. بر این اساس، سه نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد.
۱. نیروگاه متصل به شبکه برق (on grid)
نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه برق یکی از محبوب‌ترین انواع نیروگاه خورشیدی است. این نیروگاه همان‌طور که از نام آن می‌توان حدس زد، به شبکه برق شهری متصل است. انرژی اضافی تولید شده در نیروگاه متصل به شبکه به طور خودکار به شبکه برق ارسال می‌شود و در مواقعی که برق شهری در دسترس است، سیستم‌های این نیروگاه برق تولید می‌کنند.
نیروگاه‌های متصل به شبکه تأسیساتی مقرون به صرفه هستند، تعمیر و نگهداری از آنها ساده‌تر است، می‌توان انرژی اضافی تولید شده در آنها را با شبکه برق شهری مبادله کرد و در مقایسه با نیروگاه‌های خارج از شبکه راندمان بالاتری دارند.
۲. نیروگاه جدا از شبکه برق (Off Grid)
نیروگاه‌های جدا یا خارج از شبکه برق همه نیروی برق تولید شده را اعم از انرژی قابل مصرف و اضافی در بانک‌های باتری جمع می‌کنند. این نیروگاه‌ها اغلب در مناطق دورافتاده و جاهایی که به شبکه برق شهری دسترسی ندارند یا دسترسی کمتری دارند، راه‌اندازی می‌شوند. این نوع نیروگاه خورشیدی می‌تواند جایگزینی مقرون به صرفه برای شبکه برق در این مناطق باشد. در صنایعی که به برق وابسته هستند نیز نیروگاه جدا از شبکه راه‌حلی برای قطعی‌های مکرر برق خواهد بود.
بااین‌حال، باتری‌های این نیروگاه عمر محدودی دارند و تعویض آنها هزینه بیشتری دارد. از آن گذشته، برای راه‌اندازی نیروگاه جدا از شبکه به اجزای بیشتری نیاز است.
۳. نیروگاه خورشیدی هیبریدی یا ترکیبی (Hybrid)
نیروگاه خورشیدی ترکیبی ویژگی‌های دو نیروگاه دیگر را یک‌جا دارد. این نوع نیروگاه به شبکه برق متصل است اما در عین حال، باتری پشتیبان هم دارد. نیروگاه هیبریدی معمولا در مناطقی راه‌اندازی می‌شود که قطعی‌های مکرر برق دارند و به جریانی پشتیبان نیاز دارند.
نیروگاه خورشیدی ترکیبی مزایای دو نیروگاه قبلی را یک‌جا دارد اما نصب و راه‌اندازی آن مستلزم صرف هزینه بسیاری است.
کلام آخر
نیروگاه خورشیدی تأسیساتی است که انرژی تجدیدپذیر خورشیدی را به برق قابل مصرف خانگی و تجاری تبدیل می‌کند. نقش نیروگاه خورشیدی در کاهش آلودگی هوا سبب شده که در جهان مدرن امروزی روز به روز بر تعداد علاقه‌مندان به بهره‌برداری از این نیروگاه افزوده شود. در حقیقت، مسائلی مانند استقلال انرژی و اهداف زیست محیطی سبب شده که جهان به سمتی پیش رود که در آینده‌ای نه‌چندان دور، انرژی تنها به معنای انرژی‌های تجدیدپذیری نظیر انرژی خورشیدی و بادی باشد. ایران هم از این قاعده مستثنی نیست.
اگر می‌خواهید در آینده ایران سهم مهمی داشته باشید، باید همین حالا از همکاری با شرکت‌های دانش‌بنیان انرژی‌های تجدیدپذیر مانند مانند شرکت صنایع انرژی های پاک فولاد (صناپ) شروع کنید. این شرکت با پروژه نیروگاه خورشیدی فولاد مبارکه اصفهان نشان داده که بهره‌برداری بهینه از انرژی خورشیدی می‌اندیشد. نیروگاه خورشیدی آفتاب در مساحتی به وسعت ۱۲۰۰ هکتار در منطقه کوهپایه اصفهان ۶۰۰ مگاوات ظرفیت تولید برق دارد و نوید فردایی بهتر را می‌دهد.
