انرژی خورشیدی متمرکز: راهکارهای انرژی برای آینده

در سال‌های اخیر، تلاش برای راه‌حل‌های انرژی پایدار منجر به فناوری‌های نوآورانه‌ای شده است که یکی از آنها انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) است. بر خلاف سنتی پنل های خورشیدی که نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می کنندسیستم‌های CSP از آینه‌ها یا عدسی‌ها برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک استفاده می‌کنند و گرمایی تولید می‌کنند که می‌تواند به برق تبدیل شود.

آشنایی با انرژی متمرکز خورشیدی (CSP)

انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) یک فناوری انرژی تجدیدپذیر است که از آینه یا عدسی برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک برای تولید گرما استفاده می کند. این گرما معمولاً برای تولید بخار استفاده می شود که توربین متصل به ژنراتور را به حرکت در می آورد و در نتیجه برق تولید می کند. سیستم‌های CSP از پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) سنتی متمایز هستند، زیرا به جای برق تولید شده با تبدیل نور خورشید به جریان مستقیم (DC) به گرما متکی هستند.

CSP چگونه کار می کند:

1. غلظت نور خورشید:

   • آینه ها یا عدسی ها نور خورشید را روی الف متمرکز می کنند گیرنده واقع در نقطه کانونی
   • رایج ترین انواع سیستم های CSP عبارتند از فرورفتگی های سهموی, برج های برق خورشیدی, ظروف سهمویو بازتابنده های فرنل.

2. تولید گرما:

   • نور متمرکز خورشید تولید می کند گرمای با دمای بالا در گیرنده
   • سپس این گرما به یک سیال در حال کار (مانند آب، روغن یا نمک مذاب) منتقل می شود.

3. تولید برق:

   • از گرمای سیال برای تولید بخار استفاده می شود که a را به حرکت در می آورد توربین متصل به یک ژنراتور الکتریکی.
   • روش دیگر، برخی از سیستم‌های CSP از موتور استرلینگ استفاده می‌کنند که توسط گرما برای تولید نیروی مکانیکی نیرو می‌گیرد.

4. ذخیره انرژی:

   • سیستم های CSP اغلب مجهز به ذخیره سازی حرارتی برای حفظ گرمای اضافی برای تولید برق در دوره های ابری یا شب.
   • نمک مذاب معمولاً برای ذخیره سازی استفاده می شود، زیرا می تواند گرما را برای ساعت ها جذب و حفظ کند و به گیاه اجازه می دهد حتی زمانی که خورشید نمی تابد انرژی تولید کند.

انواع انرژی خورشیدی متمرکز (CSP)

انواع مختلفی از سیستم های انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) وجود دارد که هر کدام طراحی و روش منحصر به فرد خود را برای جذب نور خورشید دارند. بیایید نگاهی دقیق‌تر به انواع اصلی فناوری‌های CSP بیندازیم:

بازتابنده های خطی فرنل (LFR)

بازتابنده‌های خطی فرنل از آینه‌های مسطح و بلندی استفاده می‌کنند که در یک سری چیده شده‌اند تا نور خورشید را بر روی یک لوله گیرنده واقع در بالای آینه‌ها متمرکز کنند. این آینه ها حرکت خورشید را در آسمان ردیابی می کنند و اطمینان می دهند که نور خورشید به طور موثر در طول روز متمرکز می شود. گرمای تولید شده در لوله گیرنده، سیالی را گرم می کند و سپس از آن برای تولید بخار برای تولید برق استفاده می شود. سیستم های LFR معمولاً نسبت به سایر فناوری های CSP هزینه کمتری برای ساخت دارند و آنها را به گزینه ای جذاب تبدیل می کند پروژه های در مقیاس سودمند.

جمع کننده های ظروف سهموی (PDC)

ظروف Parabolic از یک آینه بشقاب تشکیل شده است که نور خورشید را روی گیرنده ای که در نقطه کانونی دیش قرار دارد متمرکز می کند. این تنظیمات امکان دستیابی به دمای بالا را فراهم می کند و تولید برق را با استفاده از یک موتور استرلینگ یا یک توربین بخار کوچک امکان پذیر می کند. در حالی که سیستم‌های PDC می‌توانند بسیار کارآمد باشند و حتی در مقیاس‌های کوچک‌تر برق تولید کنند، اغلب در مقایسه با سایر انواع CSP پیچیده‌تر و گران‌تر هستند و استفاده گسترده‌تر از آنها را محدود می‌کنند.

کلکتورهای سهموی (PTC)

کلکتورهای Parabolic Trough یکی از متداول ترین فناوری های CSP هستند. در این طرح، آینه های سهموی شکل، نور خورشید را روی یک لوله گیرنده پر از مایع انتقال حرارت متمرکز می کنند. هنگامی که سیال گرم می شود، به یک مبدل حرارتی منتقل می شود و در آنجا بخار تولید می کند تا یک توربین را به حرکت درآورد. سیستم های PTC به دلیل قابلیت اطمینان و کارایی خود شناخته شده اند و اغلب در آنها مستقر می شوند نیروگاه های بزرگ خورشیدی، مقادیر قابل توجهی انرژی را فراهم می کند.

برج های برق خورشیدی (ST)

برج‌های انرژی خورشیدی یا برج‌های حرارتی خورشیدی، از مجموعه بزرگی از آینه‌ها (هلیوستات‌ها) استفاده می‌کنند که خورشید را دنبال می‌کنند و نور خورشید را به یک برج مرکزی منعکس می‌کنند. در بالای برج، یک گیرنده نور متمرکز خورشید را جمع آوری می کند و مایعی را گرم می کند که می تواند برای تولید بخار برای برق استفاده شود. این نوع سیستم CSP می تواند به دمای بسیار بالایی دست یابد و قادر است انرژی را به طور موثر ذخیره کند و آن را به گزینه ای قدرتمند برای تولید انرژی خورشیدی در مقیاس بزرگ تبدیل می کند.

مزایا و معایب انرژی خورشیدی متمرکز (CSP)

مزایای

1. بازدهی بالا: سیستم‌های CSP می‌توانند بازده بالایی در تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته به‌ویژه زمانی که با ذخیره‌سازی انرژی حرارتی همراه باشند، داشته باشند. این باعث می شود که آنها بتوانند مقادیر قابل توجهی برق تولید کنند.

2. قابلیت ذخیره انرژی: یکی از ویژگی های بارز CSP قابلیت ذخیره انرژی حرارتی آن است. این بدان معناست که نیروگاه‌های CSP می‌توانند حتی زمانی که خورشید نمی‌تابد، الکتریسیته تولید کنند و در مقایسه با پنل‌های خورشیدی سنتی، منبع انرژی مطمئن‌تری را ارائه دهند.

3. نسل در مقیاس بزرگ: فناوری CSP به ویژه برای پروژه های در مقیاس ابزار مناسب است. این می تواند مقادیر قابل توجهی برق تولید کند و آن را به گزینه ای مناسب برای برآوردن نیازهای انرژی شهرها و صنایع تبدیل می کند.

4. کاهش انتشار گازهای گلخانه ای: سیستم‌های CSP با استفاده از انرژی خورشیدی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در مقایسه با نیروگاه‌های سوخت فسیلی کمک می‌کنند و نقش مهمی در کاهش تغییرات آب و هوایی ایفا می‌کنند.

5. پتانسیل برای سیستم های هیبریدی: CSP را می توان با سایر منابع انرژی مانند گاز طبیعی ادغام کرد تا سیستم های هیبریدی ایجاد کند که قابلیت اطمینان و کارایی انرژی را افزایش می دهد.

معایب

1. به نور مستقیم خورشید نیاز دارد: فناوری CSP در مناطقی که نور مستقیم خورشید فراوان است مؤثرتر است. برای تولید برق در روزهای ابری یا بارانی تلاش می کند، که می تواند کاربرد آن را در آب و هوای کمتر آفتابی محدود کند.

2. هزینه های سرمایه اولیه بالا: سرمایه گذاری اولیه برای سیستم های CSP می تواند قابل توجه باشد. هزینه آینه، زمین و زیرساخت ها می تواند زیاد باشد که می تواند مانعی برای برخی توسعه دهندگان باشد.

3. نگرانی های استفاده از زمین و آب: نیروگاه های CSP به مقادیر زیادی زمین نیاز دارند تا آرایه های خورشیدی را در خود جای دهند. علاوه بر این، بسیاری از سیستم‌های CSP از آب برای خنک‌سازی استفاده می‌کنند که در مناطق خشک که منابع آب محدود است، نگرانی‌هایی را ایجاد می‌کند.

4. تعمیر و نگهداری و پیچیدگی عملیاتی: اجزای مکانیکی سیستم‌های CSP، مانند آینه‌ها و سیستم‌های ردیابی، برای اطمینان از عملکرد بهینه نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. این می تواند منجر به افزایش پیچیدگی عملیاتی و هزینه ها شود.

5. تناسب جغرافیایی محدود: CSP برای همه مکان های جغرافیایی مناسب نیست. مناطقی با نور خورشید محدود، پوشش ابری زیاد یا آب و هوای مکرر ممکن است به اندازه مناطق آفتابی تر از این فناوری بهره نبرند.

پروژه های قابل توجه انرژی خورشیدی متمرکز در سراسر جهان

فناوری انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) با چندین پروژه قابل توجه که پتانسیل آن را برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ به نمایش گذاشته است، شاهد گسترش قابل توجهی در سراسر جهان بوده است. در اینجا چند پروژه نماینده CSP آورده شده است:

1. سیستم تولید برق خورشیدی ایوانپا (ایالات متحده آمریکا)

واقع در صحرای موهاوی کالیفرنیا، سیستم تولید برق خورشیدی ایوانپا یکی از بزرگترین کارخانه های CSP در جهان است. این برج متشکل از سه برج برق خورشیدی است که ظرفیت کل آن 392 مگاوات (MW) است. این کارخانه از بیش از 300,000 آینه برای متمرکز کردن نور خورشید بر روی دیگ های بخار واقع در بالای برج ها استفاده می کند. Ivanpah در سال 2014 شروع به کار کرد و قادر به تولید برق کافی برای تامین انرژی تقریباً 140,000 خانه است که به طور قابل توجهی انتشار کربن را کاهش می دهد.

2. مجتمع خورشیدی متمرکز نور (مراکش)

La مجتمع خورشیدی متمرکز نورواقع در نزدیکی Ouarzazate، یکی از بزرگترین پروژه های خورشیدی در سطح جهان است. شامل چهار فاز و مجموع ظرفیت نصب شده 580 مگاوات می باشد. این پروژه از ترکیبی از فن آوری های سهموی و برج خورشیدی استفاده می کند. زمانی که نور به طور کامل عملیاتی شود، انتظار می رود که برق را برای بیش از یک میلیون نفر تامین کند و سالانه حدود 760,000 تن انتشار CO2 را جبران کند. فاز اول آن، نور یک، در سال 2016 شروع به کار کرد.

3. پروژه انرژی خورشیدی Crescent Dunes (ایالات متحده آمریکا)

La هلال تلماسه انرژی خورشیدی پروژه، واقع در نوادا، از طراحی برج برق خورشیدی بهره می برد و ظرفیت 110 مگاوات دارد. این مرکز دارای یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی منحصر به فرد است که به آن امکان می دهد حتی پس از غروب خورشید برق را تامین کند. Crescent Dunes می تواند برق حدود 75,000 خانه را با قابلیت ذخیره انرژی برای چندین ساعت تامین کند و به منبع قابل اعتماد انرژی تجدیدپذیر تبدیل شود. این پروژه در سال 2015 شروع به کار کرد و یک بازیگر کلیدی در ترویج فناوری های ذخیره انرژی است.

4. ایستگاه تولید سولانا (ایالات متحده آمریکا)

همچنین در آریزونا واقع شده است ایستگاه تولید سولانا دارای ظرفیت 280 مگاوات است و به دلیل فناوری سهموی آن قابل توجه است. این نیروگاه دارای یک سیستم ذخیره انرژی حرارتی است که آن را قادر می سازد تا شش ساعت پس از غروب خورشید برق تامین کند. سولانا می‌تواند سالانه انرژی حدود 70,000 خانه را تامین کند و به طور قابل توجهی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک می‌کند. این تاسیسات در سال 2013 شروع به کار کرد و در نشان دادن قابلیت حیات CSP با ذخیره سازی بسیار موثر بوده است.

5. نیروگاه حرارتی خورشیدی Gemasolar (اسپانیا)

La کارخانه Gemasolar واقع در اندلس، اسپانیا، اولین کارخانه تجاری است که از فناوری برج مرکزی با ذخیره نمک مذاب استفاده می کند. ظرفیت 20 مگاوات دارد و به لطف قابلیت ذخیره سازی حرارتی می تواند انرژی را به طور مداوم حتی در شب تامین کند. Gemasolar می تواند برق حدود 25,000 خانه را تامین کند و با بیش از 15 ساعت تولید مداوم انرژی به رکورد عملیاتی قابل توجهی دست یافته است. این کارخانه در سال 2011 شروع به کار کرد و به الگویی برای پروژه های آینده CSP تبدیل شده است.

هزینه انرژی خورشیدی متمرکز

هزینه سیستم‌های CSP معمولاً بر حسب هزینه یکسان شده برق (LCOE) اندازه‌گیری می‌شود که نشان‌دهنده میانگین هزینه در هر مگاوات ساعت (MWh) برق تولید شده در طول عمر پروژه است. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA)، LCOE برای فناوری CSP در سال 2021، بسته به فناوری خاص و ویژگی‌های پروژه، تقریباً 60 تا 120 دلار در هر مگاوات ساعت بود.

مقایسه با سایر منابع انرژی تجدیدپذیر

1. نیروی باد: LCOE برای نیروی بادی خشکی به طور کلی کمتر از CSP است. از سال 2021، LCOE برای باد خشکی از 30 تا 60 دلار در هر مگاوات ساعت متغیر بود که آن را به یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر موجود تبدیل می‌کرد.

2. نیروگاه برق: برق آبی به طور معمول دارای یک LCOE رقابتی است که از 30 تا 50 دلار در هر مگاوات ساعت متغیر است. با این حال، این به طور قابل توجهی بر اساس موقعیت جغرافیایی، اندازه تاسیسات و ملاحظات زیست محیطی متفاوت است.

3. فتوولتائیک خورشیدی (PV): هزینه PV خورشیدی در سال های اخیر به طور چشمگیری کاهش یافته است. در سال 2021، LCOE برای سیستم‌های PV خورشیدی در مقیاس کاربردی حدود 30 تا 50 دلار در هر مگاوات ساعت بود که آن را با انرژی بادی و آبی قابل رقابت می‌کرد. کاهش هزینه های پنل های خورشیدی و پیشرفت فناوری به این روند کمک کرده است.

آیا انرژی خورشیدی متمرکز برای مصارف خانگی مناسب است؟

انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) در درجه اول برای عملیات در مقیاس شهری طراحی شده است و آن را برای کاربردهای مسکونی غیرعملی می کند. سیستم های CSP به مناطق وسیعی از زمین و شرایط خاص مانند نور مستقیم خورشید فراوان نیاز دارند که معمولاً برای خانه های فردی امکان پذیر نیست. پیچیدگی و هزینه مربوط به نصب فناوری CSP در مقیاس کوچک، استفاده از آن را برای مقاصد مسکونی محدودتر می کند.

اگر علاقه مند به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در خانه هستید، بهترین گزینه این است که در نظر بگیرید پنل های خورشیدی پشت بام. این سیستم ها به طور خاص برای مصارف مسکونی طراحی شده اند و می توانند به طور موثر نور خورشید را بدون نیاز به زمین یا زیرساخت وسیع به برق تبدیل کنند. پنل های خورشیدی پشت بام می توانند انرژی کافی برای تامین انرژی خانه شما تولید کنند و وابستگی به برق شبکه را کاهش دهند و قبض انرژی شما را کاهش دهند.

At شیلدن، ما با کیفیت بالا ارائه می دهیم منظومه شمسی 10 کیلووات برای نیازهای مسکونی طراحی شده است. این سیستم راه‌حلی قوی برای بهره‌برداری از انرژی خورشیدی ارائه می‌کند و تضمین می‌کند که می‌توانید از نیروی خورشید درست از پشت بام خود بهره ببرید. با مزایای اضافی مشوق های مالیاتی و صرفه جویی در انرژی، تغییر به سیستم برق خورشیدی می تواند یک سرمایه گذاری هوشمندانه برای خانه شما باشد.