چگونه انرژی حرارتی خورشیدی کار می کند
تصویری از پانل های خورشیدی را از روی سر خود بکشید – این نوع تقاضا به نیروگاه نیاز دارد. دو روش اصلی برای تولید انرژی از خورشید وجود دارد. فتوولتائیک (PV) و تمرکز انرژی خورشیدی (CST)، همچنین به عنوان تکنولوژی های انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) شناخته می شود.
PV نور مستقیم خورشید را به برق تبدیل می کند. این سلولهای خورشیدی معمولا دستگاه های قدرتمند مانند ساعت، عینک آفتابی و کوله پشتی را در بر می گیرد و همچنین در مناطق دور افتاده قدرت را تامین می کنند.
فن آوری حرارتی خورشیدی در مقایسه با مقیاس بزرگ است. یک تفاوت بزرگ از PV این است که نیروگاه های حرارتی خورشیدی به طور غیر مستقیم تولید برق می کنند. حرارت از اشعه های خورشید جمع آوری می شود و برای گرم کردن مایع استفاده می شود. بخار تولید شده از مایع گرم، ژنراتور تولید کننده برق را تولید می کند. این شبیه نحوه کار نیروگاههای سوخت فسیلی است، به جز بخار تولید شده توسط گرمای جمع آوری شده، نه از احتراق سوخت های فسیلی.
سیستم های حرارتی خورشیدی
دو نوع سیستم حرارتی خورشیدی وجود دارد: غیرفعال و فعال. یک سیستم غیرفعال نیاز به هیچ تجهیزاتی ندارد، مانند زمانی که گرما در داخل خودرو شما ایجاد می شود، زمانی که پارک شده در خورشید قرار دارد. یک سیستم فعال نیاز به برخی از راه های جذب و جمع آوری تابش خورشیدی دارد و سپس آن را ذخیره می کند.
نیروگاه های حرارتی خورشیدی سیستم های فعال هستند، و در حالی که چند نوع وجود دارد، چندین شباهت اصلی وجود دارد: آینه منعکس کننده و تمرکز نور خورشید، و گیرنده های انرژی خورشیدی را جمع آوری و تبدیل به انرژی گرمایی. سپس ژنراتور می تواند برای تولید برق از این انرژی گرم استفاده شود.
شایع ترین نوع نیروگاه های حرارتی خورشیدی، از جمله این گیاهان در کویری Mojave کالیفرنیا، از طراحی چارچوب پارابولیکی برای جمع آوری تابش خورشید استفاده می کنند. این مجموعه ها به عنوان سیستم های کنتراست خطی شناخته می شوند و بزرگترین آنها قادر به تولید ۸۰ مگاوات برق می باشند. منبع: وزارت انرژی ایالات متحده. آنها مانند نیم لوله ای هستند که می بینید برای اسنوبورد یا اسکیت بورد استفاده می شوند و دارای بازتابنده های خطی و پارابولی شکل هستند که تحت پوشش بیش از ۹۰۰،۰۰۰ آینه هستند که به سمت شمال و جنوب قرار دارند و می توانند به سمت خورشید حرکت کنند تا شرق حرکت کند در طول روز به غرب. از آنجا که شکل آن این نوع گیاه می تواند به دمای عملیاتی حدود ۷۵۰ درجه فارنهایت (۴۰۰ درجه سانتیگراد) برسد، اشعه های خورشیدی را در ۳۰ تا ۱۰۰ برابر شدت عادی خود بر روی لوله های انتقال حرارت یا لوله های آب / بخار متمرکز می کند [منبع : اداره اطلاعات انرژی]. مایع داغ برای تولید بخار استفاده می شود و بخار آن توربین را که توانایی ایجاد یک ژنراتور برای تولید برق را دارد، چرخ می کند.
در حالیکه طرحهای چارچوب پارابولیکی میتوانند به عنوان نیروهای خورشیدی انرژی کامل کار کنند، آنها اغلب به عنوان یک هیبرید سوختهای خورشیدی و فسیلی استفاده میشوند و قابلیت سوخت فسیلی را به عنوان پشتیبان اضافه میکنند.
سیستم های برج خورشیدی قدرت نوع دیگری از سیستم حرارتی خورشیدی است. برج های قدرت به هزاران هلیوستات متصل هستند، که آینه های بزرگ و مسطح آشکارسازی آفتاب هستند تا تمرکز و تمرکز تابش خورشید بر یک گیرنده برجسته ی برج را داشته باشند. مانند گرمای پارابولی، گرمای انتقال مایع یا بخار آب / بخار در گیرنده گرم می شود (با این وجود، برج های قدرت توانایی انرژی خورشید را تا ۱۵۰۰ برابر می کنند)، در نهایت تبدیل به بخار شده و برای تولید برق با توربین و ژنراتور
طراحی برج های قدرت هنوز در حال توسعه است، اما می تواند یک روز به عنوان نیروگاه های متصل به شبکه ساخته شده تولید حدود ۲۰۰ مگاوات برق در هر برج.
یک سیستم سوم دیزل / موتور خورشیدی است. در مقایسه با برجهای پارابولیو و برجهای قدرت، سیستمهای ظرفی تولید میشوند (حدود ۳ تا ۲۵ کیلووات). دو جزء اصلی وجود دارد: سازنده خورشیدی (ظرف) و واحد تبدیل انرژی (موتور / ژنراتور). این ظرف در خورشید قرار گرفته و خورشید را جمع می کند و انرژی خورشیدی را جمع آوری می کند. آن را قادر به تمرکز این انرژی حدود ۲۰۰۰ بار. یک گیرنده حرارتی، مجموعه ای از لوله های پر از مایع خنک کننده (مانند هیدروژن یا هلیوم)، بین ظرف و موتور قرار می گیرد. این انرژی خورشیدی متمرکز از ظرف را جذب می کند، آن را تبدیل به گرما می کند و این گرما را به موتور می فرستد که برق آن می شود.
گرمای حرارتی خورشیدی
سیستم های حرارتی خورشیدی یک راه حل مشوق انرژی تجدید پذیر است – خورشید یک منبع فراوان است. به غیر از زمانی که شب است. یا هنگامی که خورشید توسط پوشش ابری مسدود می شود. سیستم های ذخیره انرژی حرارتی (TES) عبارتند از مخازن ذخیره سازی مایع با فشار بالا که در کنار سیستم حرارتی خورشیدی به کار می رود تا کارخانه ها بتوانند چند ساعت برق بالقوه را بشکند. ذخیره سازی بدون پیک یکی از مولفه های مهم در تأثیر نیروگاه های حرارتی خورشیدی است.
سه تکنولوژی اولیه TES از زمان دهه ۱۹۸۰ که اولین نیروگاههای حرارتی خورشیدی ساخته شد، آزمایش شده است: یک سیستم مستقیم دو مخزن، یک سیستم غیرمستقیم دو مخزن و یک سیستم ترموکلین تک تانک.
در سیستم مستقیم دو مخزن، انرژی حرارتی خورشیدی درست در همان سیال انتقال گرما ذخیره می شود که آن را جمع آوری می کند. مایع به دو مخزن تقسیم می شود، یک مخزن آن را در دمای پایین و دیگری در دمای بالا ذخیره می کند. سیال ذخیره شده در مخزن با دمای پایین از طریق کلکتور خورشیدی نیروگاه جابجا می شود، جایی که آن را دوباره گرم می کند و به مخزن با دمای بالا فرستاده می شود. سیال ذخیره شده در دمای بالا از طریق مبدل حرارتی تولید می شود که بخار تولید می شود و سپس برای تولید برق در ژنراتور استفاده می شود. و بعد از آن از طریق مبدل حرارتی، مایع سپس به مخزن با دمای پایین بازگشت.
یک سیستم غیرمستقیم دوطرفه اساسا همانند سیستم مستقیم عمل می کند مگر آنکه با انواع مختلف انتقال مایعات حرارتی کار کند، معمولا آنهایی که گران هستند یا برای استفاده در مایع ذخیره سازی استفاده نمی شوند. برای غلبه بر این، سیستم های غیرمستقیم مایعات درجه حرارت پایین از طریق یک مبدل حرارتی اضافی عبور می کنند.
بر خلاف سیستم های دو مخزن، سیستم گرماکولین تک تانک انرژی حرارتی را به عنوان جامد، معمولا سیلیس، ماسه نگهداری می کند. درون مخزن تک، بخشی از جامد در دماهای کم تا زیاد، در یک گرادیان درجه حرارت، بسته به جریان سیال نگهداری می شود. برای اهداف ذخیره سازی، مایع انتقال گرما گرما به بالای مخزن جریان می یابد و به عنوان یک مایع با دمای پایین خروج می شود. برای تولید بخار و تولید برق، روند متوقف می شود.
سیستم های حرارتی خورشیدی که از روغن معدنی یا نمک مذاب به عنوان محفظه انتقال گرما استفاده می کنند، برای TES اولیه هستند، اما متاسفانه بدون تحقیق بیشتر، سیستم هایی که بر روی آب / بخار کار می کنند قادر به ذخیره انرژی حرارتی نیستند. پیشرفت های دیگر در مایعات انتقال حرارت عبارتند از: تحقیق در مورد مایعات جایگزین، استفاده از مواد فاز تغییر و مفهوم ذخیره سازی جدید حرارتی در تلاش برای کاهش هزینه های ذخیره سازی و بهبود عملکرد و کارایی.
گلخانه های حرارتی خورشیدی
ایده استفاده از مواد جامد حرارتی – مواد با ظرفیت ذخیره گرما – برای ذخیره انرژی خورشیدی برای بیش از فقط نیروگاه های حرارتی و تاسیسات ذخیره سازی در مقیاس بزرگ قابل استفاده است. این ایده میتواند به عنوان یک گلدان معمولی کار کند.
تمام گلخانه ها در طول روز از انرژی خورشیدی استفاده می کنند، معمولا با استفاده از قرار دادن در جنوب و سقف شیب دار برای به حداکثر رساندن نور خورشید. اما یک بار که خورشید می رود، چه چیزی برای یک کارخانه رشد می کند؟ گلخانه های حرارتی خورشیدی قادر به حفظ حرارت حرارتی هستند و از آن برای گرم کردن گلخانه در شب استفاده می کنند.
سنگ، سیمان و آب و یا بشکه های آب پر از همه می تواند به عنوان مواد ساده، مواد منفعل حرارتی (غرق گرما) استفاده می شود، گرمای خورشید در طول روز را جذب و تابش آن را در شب.
آرزوهای بزرگتر؟ همان ایده هایی را که در نیروگاه های حرارتی خورشیدی استفاده می شود (اگر چه در سطح بسیار کوچکتر) اعمال می شود و شما در حال رشد در تمام طول سال خود هستید. گلخانه های حرارتی خورشیدی، همچنین به نام گلخانه های خورشیدی فعال، نیاز به همان اصولی مانند سایر سیستم های حرارتی خورشیدی: یک کلکتور خورشیدی، مخزن ذخیره سازی آب، لوله یا لوله (کف زمین)، یک پمپ برای انتقال حرارتی ( هوا و یا آب) در مجموعه ی خورشیدی به ذخیره سازی و برق (یا منبع انرژی دیگر) برای قدرت پمپ.
در یک سناریو، هوا که در اوج سقف گلخانه قرار می گیرد، از طریق لوله ها و زیر کف کشیده می شود. در طول روز، این هوا گرم است و زمین را گرم می کند. در شب، هوا سرد به لوله ها می کشد. زمین گرم هوای سرد را گرم می کند که به نوبه خود گلخانه را گرم می کند. به طور متناوب، آب بعنوان محیط انتقال حرارت استفاده می شود. آب جمع آوری شده و خورشیدی در یک مخزن ذخیره خارجی ذخیره می شود و سپس از طریق لوله ها برای گرم کردن گلخانه ای پمپ می شود.
دودکش های حرارتی خورشیدی
همانطور که گلخانه های گرمایشی خورشیدی راه هایی برای استفاده از فن آوری های حرارتی خورشیدی به نیاز روزمره هستند، دودکش های حرارتی خورشیدی، و یا دودکش های حرارتی، همچنین در مواد توده حرارتی سرمایه گذاری می کنند. دودکش های حرارتی سیستم های تهویه خورشیدی منفعل است، به این معنی که آنها غیر مکانیکی هستند. نمونه هایی از تهویه مکانیکی شامل تهویه کل خانه است که از طرفداران و کانال ها برای خروج هوای خالی و تهیه هوای تازه استفاده می شود. از طریق اصول خنک کننده کنتراست، دودکش های حرارتی در حالی که هوای داغ از داخل به هوا می رسد، اجازه می دهد هوا سرد باشد. طراحی شده براساس این واقعیت که هوای داغ افزایش می یابد، در طول روز گرمای ناخواسته را کاهش می دهد و هوا داخل (گرم) هوا را برای هوای بیرونی (سرد) مبادله می کند.
دودکش های حرارتی معمولا از یک توده حرارتی توخالی سیاه و سفید با باز کردن در بالای صفحه برای هوای گرم برای اگزوز ساخته می شود. دهانه های ورودی کوچکتر از خروجی های خروجی هستند و در یک اتاق به ارتفاع کم و متوسط قرار می گیرند. هنگامی که هوای داغ افزایش می یابد، از طریق خروجی خروجی خارجی بیرون می رود، یا به داخل بیرون یا به یک پله یا بازوی باز باز می شود. همانطور که این اتفاق می افتد، به روز رسانی می کند هوا سرد در طریق ورودی.
با توجه به گرمایش جهانی، افزایش هزینه های سوخت و تقاضای رو به رشد برای انرژی، انتظار می رود که نیازهای انرژی تقریبا معادل ۳۳۵ میلیون بشکه نفت در روز افزایش یابد، بیشتر برای برق [منبع: میثن]. بزرگ یا کوچک بودن، روشن یا خاموش کردن شبکه، یکی از چیزهای بزرگ در مورد قدرت حرارتی خورشیدی این است که آن را در حال حاضر وجود دارد، هیچ انتظار. با تمرکز انرژی خورشیدی با مواد بازتابنده و تبدیل آن به برق، نیروگاه های حرارتی مدرن خورشیدی، اگر امروز به عنوان بخشی ضروری از تولید انرژی به تصویب برسد، ممکن است در ۲۰ سال آینده برق بیشتری به بیش از ۱۰۰ میلیون نفر برساند [منبع: Brakmann] همه از یک منبع تجدید پذیر بزرگ: خورشید.
