نيروگاههاي حرارتي خورشيدي به ۵ دسته تقسيم بندي مي گردند:
نيروگاههاي سهموي خطي (Parabolic Trough)
نيروگاههاي دريافت کننده مرکزي (CRS)
نيروگاههاي بشقابک سهموي (Parabolic Dish)
نيروگاههاي دودکش خورشيدي(Solar Chimney)
نيروگاه کلکتورهاي فرنل Fresnel Collector))
نيروگاههاي سهموي خطي (Parabolic Trough)
نيروگاههاي حرارتي خورشيدي از نوع سيستم کلکتور سهموي خطي شامل رديفهاي موازي و طولاني از متمرکز کننده¬ها مي باشند. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسي سهموي است که از جنس آينه هاي شيشه اي تشکيل شده و روي يک مادۀ سازه نگهدارنده قرار مي¬گيرند. دريافت کننده از لوله هاي جاذب با پوشش مخصوص تشکيل شده که بوسيله شيشه پيرکس پوشانده مي شوند و در طول خط کانوني قرار مي گيرند. بخش دريافت کننده در قسمتهاي انتهايي روي دو تکيهگاه، قرار گرفتهاند که اين مجموعه روي تيرکهاي اصلي سازه سوار است. سيستم رديابي خورشيد در اين دستگاهها تک محوره بوده و رديابي خورشيد از شرق به غرب انجام مي گيرد. بگونه اي که پرتورهاي خورشيد در تمام مدت رديابي بر روي لوله هاي جاذب منعکس شوند. يک سيال انتقال حرارت روغن با دماي حدود ۴۰۰ درجه سانتيگراد از ميان لوله هاي جاذب در جريان مي باشد و روغن داغ در مبدلهاي حرارتي آب را به بخار تبديل و بخار سوپرهيت طي عبور از توربين ژنراتور، انرژي الکتريکي توليد مي کند. اين نوع نيروگاهها با ذخيره حرارت قابليت توليد برق را حتي در مواقعي که خورشيد غروب نموده است را دارا هستند.
اجزاء اصلي نيروگاههاي سهموي خطي
منعکسکننده از نوع آينههاي سهموي
دريافتکننده تابش خورشيدي که پرتوهاي منعکس شده را جذب کرده و موجب گرمايش سيال انتقال دهنده گرما مي شود
مکانيزم حرکت دهنده (تک محوري) کلکتورهاي سهموي به منظور رديابي خورشيد و کنترل کننده ها
اسکلت فلزي نگهدارنده و فونداسيون
سيستمهاي مربوط به توليد قدرت الکتريکي
تجهيزات مربوط به انتقال گرما
تجهيزات مربوط به توليد الکتريسيته و دفع گرماي تلف شده به محيط خارج
نيروگاههاي دريافت کننده مرکزي (CRS)
اين سيستم شامل مجموعه اي از آينه هايي است(هليوستات) که هر يک بطور جداگانه انرژي خورشيد را متمرکز و به برج دريافت کننده مرکزي منتقل مي کنند. انرژي توسط يک مبدل حرارتي که در روي يک برج نصب شده است و گيرنده ناميده مي شود جذب ميشود. در آن جا آب به بخار سوپر هيت تبديل شده و اين بخار توربين ژنراتور را که در پائين برج نصب شده به حرکت در آورده و توليد برق مي نمايد.
اجزاء اصلي نيروگاههاي دريافت کننده مرکزي
هليوستات: سيستم گردآورنده پرتوهاي خورشيدي شامل مزرعه اي از هليوستات ها از نوع شيشه اي يا غشايي
دريافتکننده مرکزي: که گرماي پرتوهاي خورشيدي را جذب و قابل استفاده مي نمايد.
سيستم انتقال انرژي گرمائي: که گرماي وارده به گيرنده را جذب نموده و به گردش وا ميدارد. در طرحهاي اوليه از آب و بخار بعنوان سيال جذب کننده وانتقال دهنده انرژي گرمائي استفاده مي گرديد و در طرحهاي توسعه يافته تر از سيالاتي چون نمکهاي سديم و پتاسيم مذاب استفاده ميگردد.
نيروگاههاي بشقابک سهموي (Parabolic Dish)
پرتوهاي خورشيد تابيده شده بر روي سطح متمرکز کننده سهموي در کانون آن جمع مي شود. براي اينکه چنين سيستمي پر بازده باشد لازم است که اين گردآورنده همواره بطرف خورشيد رديابي شود و در نتيجه به يک مکانيسم رديابي دو محوره نياز دارد. در اين سيستم، نور خورشيد در يک نقطه کانوني متمرکز ميشود و يک موتور استرلينگ انرژي حرارتي اين تشعشع تمرکز يافته را به انرژي مکانيکي تبديل ميکند و به کمک يک آلترناتور از اين انرژي مکانيکي، الکتريسيته توليد ميگردد.
اجزاء اصلي نيروگاههاي بشقابک سهموي
سطح متمرکزکننده : وظيفه آن متمرکز کردن شعاعهاي نور خورشيد در نقطه کانوني است.
موتور استرلينگ: انرژي گرمايي تمرکز يافته نور را به انرژي مکانيکي تبديل کرده که توسط يک آلترناتور از آن الکتريسيته توليد ميگردد. اين موتورها با سيستمهاي دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجي هستند که گاز هليوم يا هيدروژن بعنوان سيال عامل آنها عمل ميکند. بهترين عملکرد انواع اين موتورها در دماهاي بالاي ۷۰۰ درجه سانتيگراد و فشارهايي تا ۲۰ مگاپاسکال انجام ميشود.
ردياب و سيستم کنترل : سيستم ردياب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشيد قرار مي دهد تا نور دقيقاٌ در دريافت کننده موتور استرلينگ تمرکز يابد. بعلاوه سيستم کنترل با دريافت اطلاعات از سنسورهاي مختلف و همچنين موتور استرلينگ، در هر وضعيت فرمان مناسبي براي کنترل سيستم ارسال مي نمايد.
سازه و فونداسيون: براي نگه داشتن سطح متمرکزکننده، موتور استرلينگ و ساير اجزاء سيستم و تحمل بارهاي اينرسي، باد و زلزله وجود يک فونداسيون و سازه اي سبک و با استحکام ضروريست.
نيروگاههاي دودکش خورشيدي (Solar Chimney)
نيروگاه دودکش خورشيدي، يک نيروگاه خورشيدي است که از ترکيب کلکتورهاي هواي خورشيدي و برج هدايت کننده هوا براي توليد جريان هادي القائي هوا استفاده ميکند و اين جريان هوا موجب چرخش توربينهاي پلهاي فشار و در نهايت توليد برق توسط ژنراتور ميشود.
نحوه عملکرد نيروگاههاي حرارتي دودکش خورشيدي
تابش خورشيد موجب گرم شدن هوا در زير سقف هادي نور (شفاف) که برج مرکزي را احاطه کرده است، مي شود. در مرکز اين سقف يک برج عمودي با دهانه ورودي عريض واقع شده است. محل اتصال اين برج با سقف شيشهاي بايد به نحوي ساخته شود که در مقابل نفوذ هوا مقاوم باشد. هواي گرم سبکتر از هواي سرد است لذا از برج بالا خواهد رفت. با مکش هواي گرم به بالاي برج، هواي سرد مجدداً از فضاي خارجي سقف وارد آن خواهد شد. اين جريان مداوم هوا را با استفاده از توربينهاي پلهاي فشار تبديل به انرژي مکانيکي و سپس توسط ژنراتورهاي مرسوم برق توليد ميکند. شکل ۱ نمايي از شماتيک عملکرد اين نوع نيروگاههاي خورشيدي را نشان ميدهد. براي توليد ۲۴ ساعته برق در اين نيروگاه ميتوان از لولههاي حاوي آب و يا محفظههاي آب در زير سقف استفاده نمود. اين لولهها يا محفظهها تنها يک بار از آب پر ميشوند و هيچ نيازي به آبگيري مجدد ندارند.
اجزاء اصلي يک دودکش خورشيدي
• سقف نيمه شفاف (مثلاً شيشهاي) که در ارتفاع چندمتري زمين نصب ميگردد.
• دودکش مرتفع که درمرکز سقف شيشهاي قرار ميگيرد.
• توربين هاي بادي که در پاية دودکش قرار ميگيرند.
• زمين که با روکش مناسبي پوشانده ميشود.
نيروگاه کلکتورهاي فرنل Fresnel Collector))
در اين گونه نيروگاهها از کلکتور فرنل براي متمرکز کردن نور خورشيد روي لوله گيرنده استفاده مي شود.
در اين نيروگاه همانند نيروگاههاي سهموي خطي، کلکتورها به صورت خطي و در جهت شمال جنوب نصب مي شوند. کلکتورهاي آن تعداد زيادي آينه تخت با پهناي کم و طول زياد هستند که کنار هم ديگر قرار مي گيرند. زاويه قرار گيري هر کدام از آينه ها بصورتي است که بازتاب نور خورشيد را روي بخش دريافت کننده متمرکز کنند.
در بخش دريافت کننده يک بازتاب دهنده ثانويه از نوع جفت سهموي قرار دارد که بازتاب آينه ها را جمع آوري کرده و روي لوله گيرنده مي تاباند با گرم شدن لوله گيرنده سيال داخل آن گرم مي شود.
براي نيروگاههاي خورشيدي از اين دست عملکرد ممکن است به دو صورت باشد در سيستم هاي متدوال سيال عامل داخل لوله گيرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدلهاي حرارتي منتقل شده و سپس موجب توليد بخار مي شود اما در نوع ديگر که نوع بخار مستقيم (direct steam) ناميده مي شود طول کلکتورها بيش از يکصد متر مي باشد. از يک طرف لوله دريافت کننده آب وارد شده و از طرف ديگر بخار خارج مي شود و نيازي به سيستم هاي جانبي اضافي نيست.