امروز اکوگیک قصد دارد به بررسی یکی دیگر از نیروگاه های حرارتی-برقی خورشیدی بپردازد. همان طور که از نام مطلب مشخص است، در اینجا قصد دارم به معرفی نیروگاه خورشیدی با استفاده از بشقاب (یا بشقابک) سهومی یا Parabolic dish بپردازم. مانند مطالب آموزشی قبل که در اکوگیک منتشر شدند، برای مهیا کردن این مطلب نیز از منابع متنوع و مختلفی استفاده شده که در پایان، برخی از منابع معرفی خواهند شد. لازم به ذکر است که در حال حاضر، مطلبی که پیش روی شماست کامل ترین مطلب در مورد نیروگاه‌های مذکور در دنیا مجازی می‌باشد و اکوگیک اولین وبسایت پارسی زبان است که آن را برای ایرانیان فراهم آورده است. با این حال مانند تمام مطالب آموزشی اخیر این را مد نظر داشته باشید:

[message_box title=”توجه” color=”green”]

این مطلب کامل نیست، و ممکن است در آینده تصحیح یا تکمیل گردد. از کسانی که قادر به تکمیل یا تصحیح این متن هستند، خواهشمندیم که اطلاعات خود را از طریق فرم تماس با ما در میان بگذارند تا با دیگر خوانندگان به اشتراک گذاشته شود.

[/message_box]

 solar-dish-engine-ecogeek-00

توصیف سیستم:

سیستم‌های بشقاب/موتور، انرژی گرمایی در اشعه‌ی خورشید را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و سپس انرژی الکتریکی تولید می‌شود. این روند، بسیار شبیه به روندی است که طی آن، از طریق احتراق سوخت‌های فسیلی، الکتریسیته تولید می‌شود. همان‌طور که در شکل مشاهده می‌شود، سیستم‌های بشقاب/موتور از یک آرایه‌ی آینه برای بازتاب و تمرکز اشعه‌ی خورشید ورودی بر روی یک کلکتور ساخته شده است تا از این طریق، گرمای کافی برای تبدیل کارآمد گرما به کار فراهم شود. این موضوع مستلزم این است که بشقاب، خورشید را طی دو محور دنبال کند. اشعه‌ی خورشید متمرکز شده توسط دریافت کننده (رسیور) جذب شده و به یک موتور منتقل می‌شود.

سیستم‌های بشقاب/موتور توسط بازده بالا، پیمانه‌ای بودن، عملکرد مستقل و قابلیت هیبرید شدن ذاتی (قابلیت عملکرد بر اساس انرژی خورشیدی و سوخت‌های فسیلی یا هردو) تقسیم بندی می‌شوند. در بین تمامی تکنولوژی‌های خورشیدی، سیستم‌های بشقاب/موتور بالاترین بازده تبدیل خورشید-به-الکتریسیته را از خود نشان داده‌اند (۲۹.۴%) و بنابراین بالاترین پتانسیل برای تبدیل شدن به ارزان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر را دارند. پیمانه‌ای بودن سیستم‌های بشقاب/موتور این امکان را فراهم می‌کند که به طور مستقل برای کاربردهای از راه دور یا به طور دسته جمعی برای شبکه‌های کوچک (برق روستا) مستقر شوند. سیستم‌های بشقاب/موتور همچنین می‌توانند با یک سوخت فسیلی هیبرید شوند تا به طور بی وقفه توان تولید کنند. این تکنولوژی در مرحله‌ی توسعه‌ی مهندسی به سر می‌برد و همچنان چالش‌های فنی در رابطه با اجزاء خورشیدی و توانایی تجاری سازی یک موتور منحصراً برای کاربرد خورشیدی وجود دارد.

solar-dish-engine-ecogeek-01

متمرکز کننده‌ها

سیستم‌های بشقاب/موتور از کلکتورهای متمرکز کننده‌ی خورشیدی استفاده می‌کنند که خورشید را در دو محور دنبال می‌کنند. یک سطح بازتاب کننده- پلاستیک یا شیشه‌ی متالیزه شده- اشعه‌ی خورشیدی ورودی را به یک ناحیه‌ی کوچک به نام کانون بازتاب می‌کند. سایز متمرکز کننده برای سیستم‌های بشقاب/موتور توسط موتور تعیین می‌شود. با یک بیشینه تابش خورشید اسمی ۱۰۰۰ w/m2، یک متمرکز کننده‌ی سیستم بشقاب/موتور ۲۵kWe دارای قطری حدود ۱۰ متر می‌باشد.

متمرکز کننده‌ها از یک سطح بازتاب کننده‌ی آلومینیومی یا نقره بهره می‌برند که توسط شیشه یا پلاستیک پوشیده شده است. اکثر سطوح بازتاب کننده‌ی بادوام از نوع آینه‌های نقره/شیشه می‌باشند، شبیه به آینه‌های دکوری در خانه‌ها. تلاش‌ها برای توسعه‌ی فیلم‌های پلیمری بازتاب کننده، دارای موفقیت‌های قابل قبولی نبوده‌اند. به دلیل اینکه متمرکز کننده‌های بشقابی دارای فاصله‌ی کانونی کمی هستند، باید از آینه‌های نسبتاً نازکی برای تطبیق با منحنی‌های لازم استفاده شوند. علاوه بر این، شیشه با یک محتوای آهن کم برای بهبود بازتاب، مطلوب می‌باشد. مطابق با ضخامت محتوای آهن، آینه‌های خورشیدی نقره‌ای دارای مقادیر بازده خورشیدی حدود ۹۰ تا ۹۴ درصد می‌باشند.

حالت متمرکز کننده‌ی ایده‌آل، شبیه به یک سطحی است که در اثر گردش جسم سهمی به دور خود تشکیل می‌شود. متمرکز کننده‌های خورشیدی، این حالت را با چندین آینه با حالت شبه کروی با یک ساختار اتکای خرپا حفظ می‌کنند (به شکل توجه شود). یک نوآوری در طراحی متمرکز کننده‌ی خورشیدی، استفاده از غشاهای ساختاری است که در آن‌، یک غشای بازتاب کننده در طول یک حلقه کشیده شده است و یک غشای ثانویه برای پوشش فضای باقی مانده استفاده می‌شود. این فضای مذکور تحت یک خلاء جزئی قرار می‌گیرد و به موجب آن، یک حالت شبه کروی به خود می‌گیرد. شکل زیر بیانگر یک سیستم بشقاب/موتور با طرح مذکور است. نسبت بازتاب به عنوان میانگین شار خورشیدی در روزنه‌ی دریافت کننده تقسیم بر تابش نرمال نور خورشید در محیط تعریف می‌شود که معمولاً بیش از ۲۰۰۰ می‌باشد. نسبت‌های بریدگی (Intercept fractions) به عنوان نسبت شار بازتاب شده خورشید که در روزنه‌ی دریافت کننده عبور می‌کند معمولاً ۹۵ درصد می‌باشد.

دنبال کردن خورشید در دو محور به یکی از این دو راه انجام می‌گیرد: (۱) دنبال کردن زاویه-ارتفاع (azimuth-elevation) و (۲) دنبال کردن قطبی. در روش اول، کلکتور روی صفحه‌ای موازی صفحه‌ی زمین (azimuth) و صفحه‌ی دیگر، عمود بر زمین (elevation) می‌چرخد. این، منجر به چرخش‌های افقی و عمودی کلکتور می‌شود. نرخ چرخش‌ها در طول روز تغییر می‌کنند ولی می‌توانند به راحتی محاسبه شوند. اکثر سیستم‌های بشقاب/موتور بزرگ از این روش استفاده می‌کنند. در روش دنبال کردن قطبی، کلکتور حول یک محور موازی محور گردش زمین می‌چرخد. کلکتور با یک نرخ ۱۵ درجه در ساعت می‌چرخد تا با گردش زمین همگام شود. محور دیگر گردش، محور انحراف، عمود بر محور گردش قطبی می‌باشد. گردش حول این محور به آهستگی رخ می‌دهد و در طول سال، مثبت یا منفی رادیکال ۲۳ درجه تغییر می‌کند. اکثر سیستم‌های بشقاب/موتور کوچک از این روش استفاده می‌کنند.

solar-dish-engine-ecogeek-02

دریافت کننده‌ها (رسیور)

دریافت کننده، انرژی بازتاب شده توسط متمرکز کننده را جذب می‌کند و آن را به سیال موتور منتقل می‌کند. سطح جذب کننده معمولاً پشت کانون متمرکز کننده قرار می‌گیرد. یک روزنه روی کانون قرار می‌گیرد تا از تشعشع و تلفات انتقال گرمای جلوگیری کند. هر موتور دارای یک سطح برای خود می‌باشد. دریافت کننده‌های موتور استرلینگ باید به طور کارآمد انرژی خورشیدی را به یک گاز در حال نوسان با فشار بالا-معمولاً گاز هلیوم یا هیدروژن- برساند. در گیرنده‌های برایتون (Brayton receivers) جریان مذکور ثابت است ولی در فشارهای نسبتاً پایین.

دو نوع متداول دریافت کننده‌ی استرلینگ وجود دارد، دریافت کننده با نور مستقیم (direct-illumination receivers) یا به اختصار، DIR و دریافت کننده‌های غیر مستقیم که از مایع منتقل کننده‌ی گرمای تکمیلی استفاده می‌کند. دریافت کننده‌های استرلینگ اول، لوله‌های گرم کننده‌ی موتور استرلینگ را برای جذب شار خورشید متمرکز شده تعدیل می‌کند. به دلیل ظرفیت بالای انتقال گرما توسط هیدروژن یا هلیوم، دریافت کننده‌های غیر مستقیم قادر به جذب شارهای خورشید در سطوح بالا هستند (حدود ۷۵ W/cm2). با این حال ایجاد تعادل در دماهای بین سیلندرهای یک موتور استرلینگ با چند سیلندر، یک دغدغه‌ی پیچیده است.

دریافت کننده‌های مایع-فلز با لوله‌های حرارتی به حل این مشکل کمک می‌کنند. در یک دریافت کننده با لوله‌ی حرارتی، فلز سدیم مایع روی سطح جذب کننده‌ی دریافت کننده بخار می‌شود و روی لوله‌های حرارتی موتور استرلینگ متراکم می‌شود. این منجر به یک دمای واحد روی لوله‌های گرم کننده می‌شود و بنابراین، دماهای کاری بالاتری را برای موتور با یک ماده‌ی مشخص فراهم می‌کند و نهایتاً، بازده بالاتری را به دنبال خواهد داشت. دریافت کننده‌های استرلینگ به طور معمول دارای بازده ۹۰ درصد در انتقال انرژی از متمرکز کننده به موتور می‌باشند.

دریافت کننده‌های خورشیدی برای سیستم‌های بشقاب/برایتون، کمتر توسعه داده شده‌اند. علاوه بر این، ضرایب انتقال حرارت هوای نسبتاً کم فشار همراه با نیاز به کاهش فشار در ساخت دریافت کننده کاهش می‌یابد و این مسائل، طراحی دریافت کننده را بسیار دشوار می‌کند. رایج‌ترین دریافت کننده‌ی برایتونی که مورد استفاده قرار گرفته است، جذب حجمی (volumetric absorption) است که در آن، اشعه‌ی خورشید متمرکز شده از یک سیلیس ذوب شده (کوارتز) عبور داده می‌شود و توسط یک شبکه‌ی متخلخل جذب می‌شود. این رویکرد، به طور قابل توجهی ناحیه‌ی بیشتری نسبت به انتقال دهنده‌های رایج برای انتقال حرارت فراهم می‌کند. دریافت کننده‌های برایتون حجمی از ساختارهای فوم سرامیکی با سلول باز و شانه عسلی استفاده می‌کنند که به طور موفقی ظاهر شده‌اند ولی فقط برای عملکرد کوتاه مدت (۱۰ ساعت). زمان تست توسط قابل دسترس بودن موتور برایتون محدود می‌شود. طراحی های دیگری نیز توسعه داده شده‌اند. بازده دریافت کننده‌های برایتون بیش از ۸۰ درصد می‌باشد[۴,۵].

در قسمت دوم نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از بشقاب سهموی، از دسته مطالب آموزشی نیروگاه‌های حرارتی برقی خورشیدی، با موتورهای مورد استفاده در این نیروگاه‌ها که شامل استرلینگ و برایتون می‌شود آشنا خواهید شد و همچنین برخی از تجهیزات جانبی معرفی خواهد شد. پس برای آگاهی از مطالب منتشر شده، اکوگیک را یا از طریق صفحه فیس بوک، صفحه تویتر، فیدز یا اپلیکیشن موبایل دنبال کنید تا در جریان جدیدترین مطالب آموزشی و خبرها در زمینه محیط زیست و انرژی های نو قرار گیرید.

نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از بشقاب سهموی (قسمت اول)