پیوند خورشیدی تمرکزی

پلانکهای انرژی خورشیدی تمرکزی

از آینه‌ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید به روی گیرنده‌ای استفاده می‌کنند که مایع را گرم می‌کند و با این کار توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورند تا برق تولید شود.

یک پلان خورشیدی تمرکزی سیستم بزرگ مقیاس CSP است که از آینه‌ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید به روی گیرنده‌ای استفاده می‌کند که مایع را گرم می‌کند و با این کار توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورد تا برق تولید شود. یک پلان خورشیدی تمرکزی شامل چندین مؤلفه است، مانند:

•   جمع‌کننده‌ها:این دستگاه‌ها نور خورشید را به روی گیرنده منعکس یا انکسار می‌دهند. جمع‌کننده‌ها می‌توانند به چهار نوع تقسیم‌بندی شوند: لیوان‌های سهمی‌شکل، ظروف سهمی‌شکل، بازتاب‌کننده‌های خطی فرسنل و گیرنده‌های مرکزی. لیوان‌های سهمی‌شکل آینه‌های خمیده‌ای هستند که نور خورشید را به روی لوله گیرنده خطی که در طول خط کانونی آن قرار دارد تمرکز می‌کنند. ظروف سهمی‌شکل آینه‌های مقعری هستند که نور خورشید را به روی گیرنده نقطه‌ای در نقطه کانونی خود تمرکز می‌کنند. بازتاب‌کننده‌های خطی فرسنل آینه‌های مسطحی هستند که نور خورشید را به روی لوله گیرنده خطی بالای آن‌ها منعکس می‌کنند. گیرنده‌های مرکزی برج‌هایی هستند که توسط آرایه‌ای از آینه‌های مسطح به نام هلیوستات‌ها احاطه شده‌اند که نور خورشید را به روی گیرنده نقطه‌ای در بالای آن‌ها منعکس می‌کنند.

• گیرنده‌ها:  این دستگاه‌ها نور خورشید تمرکزی را جذب کرده و آن را به مایع منتقل حرارت (HTF) منتقل می‌کنند. گیرنده‌ها می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: گیرنده‌های خارجی و گیرنده‌های داخلی. گیرنده‌های خارجی به جو معرض هستند و به دلیل تابش و تشعشعات گرمایی زیادی را از دست می‌دهند. گیرنده‌های داخلی در یک کámara خلاء قرار دارند و به دلیل عایق‌بندی و خلاء گرمایی کمتری را از دست می‌دهند.

• مایع‌های منتقل حرارت: این مایع‌ها از طریق گیرنده‌ها جریان دارند و گرما را از جمع‌کننده‌ها به بلوک توان منتقل می‌کنند. مایع‌های منتقل حرارت می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: مایع‌های گرمایی و سنگ‌های ذوب. مایع‌های گرمایی مایعات آلی مانند روغن‌های مصنوعی یا هیدروکربن‌هایی هستند که دارای نقاط جوش بالا و نقاط یخ‌زدن پایین هستند. سنگ‌های ذوب مواد غیرآلی مانند نیترات سدیم یا نیترات پتاسیم هستند که دارای ظرفیت گرمایی بالا و فشار بخار پایین هستند.

• بلوک توان: اینجاست که از گرما برای تولید برق با استفاده از توربین یا موتور متصل به ژنراتور استفاده می‌شود. بلوک توان می‌تواند به دو نوع تقسیم‌بندی شود: چرخه بخار و چرخه برایتون. چرخه بخار از آب به عنوان HTF استفاده می‌کند و بخار تولید می‌کند که توربین بخار متصل به ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد. چرخه برایتون از هوا به عنوان HTF استفاده می‌کند و هوای گرم تولید می‌کند که توربین گاز متصل به ژنراتور الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد.

• سیستم ذخیره‌سازی: اینجاست که گرما اضافی برای استفاده بعدی در زمانی که نور خورشید وجود ندارد یا زمانی که تقاضای بار بالاست ذخیره می‌شود. سیستم‌های ذخیره‌سازی می‌توانند به دو نوع تقسیم‌بندی شوند: ذخیره‌سازی گرما حسی و ذخیره‌سازی گرما پنهان. ذخیره‌سازی گرما حسی از موادی مانند سنگ‌ها، آب یا سنگ‌های ذوب استفاده می‌کند که گرما را با افزایش دما بدون تغییر فاز ذخیره می‌کنند. ذخیره‌سازی گرما پنهان از موادی مانند مواد تغییر فاز (PCMs) یا مواد ترمیک-شیمیایی (TCMs) استفاده می‌کند که گرما را با تغییر فاز یا وضعیت شیمیایی بدون تغییر دما ذخیره می‌کنند.

  
  

طرح یک پلان خورشیدی تمرکزی به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط محل، اندازه سیستم، اهداف طراحی و نیازهای شبکه. با این حال، یک طرح معمولی شامل سه بخش اصلی است: میدان جمع‌آوری، بلوک توان و سیستم ذخیره‌سازی.

میدان جمع‌آوری شامل جمع‌کننده‌ها، گیرنده‌ها و HTFs است که گرما را از نور خورشید جمع‌آوری و حمل می‌کنند.بلوک توان شامل توربین‌ها، موتورها،ژنراتورها و تجهیزات دیگری است که گرما را به برق تبدیل می‌کنند.سیستم ذخیره‌سازی شامل مخازن، ظروف و دستگاه‌های دیگری است که گرما را برای استفاده بعدی ذخیره می‌کنند.

عملکرد یک پلان خورشیدی تمرکزی به چند عامل بستگی دارد، مانند شرایط آب و هوایی، تقاضای بار و وضعیت شبکه. با این حال، عملکرد معمولی شامل سه حالت اصلی است: حالت شارژ، حالت دیس‌شارژ و حالت اتصال به شبکه.

حالت شارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید اضافی وجود داشته باشد و تقاضای بار کم باشد. در این حالت، جمع‌کننده‌ها نور خورشید را به روی گیرنده‌ها تمرکز می‌کنند که مایع HTF را گرم می‌کنند. سپس مایع HTF به بلوک توان یا سیستم ذخیره‌سازی جریان می‌یابد، به وسیله‌ی پیکربندی و استراتژی کنترل سیستم.

حالت دیس‌شارژ زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید وجود نداشته باشد یا تقاضای بار بالا باشد. در این حالت، مایع HTF از سیستم ذخیره‌سازی به بلوک توان جریان می‌یابد، جایی که بخار یا هوا گرم تولید می‌کند که توربین یا موتور را به حرکت درمی‌آورد تا برق تولید شود.

حالت اتصال به شبکه زمانی رخ می‌دهد که شبکه موجود باشد و نرخ تعرفه‌های مطلوب باشد. در این حالت، برق تولید شده توسط بلوک توان می‌تواند از طریق ترانسفورماتور و سوئیچ به شبکه ارسال شود. حالت اتصال به شبکه همچنین می‌تواند زمانی رخ دهد که قطعی شبکه وجود داشته باشد و نیاز به برق پشتیبان باشد. در این حالت، برق تولید شده توسط بلوک توان می‌تواند از طریق ینورتر و سوئیچ به بارها ارسال شود.