أنواع محطات الطاقة الشمسية: برج ، قرص ، مكثف أسطواني مكافئ ، فراغ شمسي ، مجتمعة

لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي أو بعبارة أخرى - الحرارة والضوء الشمسي إلى طاقة كهربائية، لسنوات عديدة ، تستخدم العديد من البلدان حول العالم محطات الطاقة الشمسية. هذه هياكل هندسية بتصميم مختلف ، تعمل على مبادئ مختلفة ، اعتمادًا على نوع محطة الطاقة.

إذا سمع شخص ما مجموعة "محطة الطاقة الشمسية" ، تخيل مساحة ضخمة مغطاة بألواح شمسية ، فهذا ليس مفاجئًا ، لأن هذا النوع من محطات الطاقة ، التي تسمى الخلايا الكهروضوئية ، تحظى بشعبية كبيرة اليوم في العديد من المنازل. لكن هذا ليس النوع الوحيد من محطات الطاقة الشمسية.

تنقسم جميع محطات الطاقة الشمسية المعروفة اليوم والتي تنتج الكهرباء على نطاق صناعي إلى ستة أنواع: الأبراج ، واللوحات ، والخلايا الكهروضوئية ، والمكثفات الأسطوانية المكافئة ، والفراغ الشمسي ، ومجتمعة.دعونا نلقي نظرة مفصلة على كل نوع من أنواع محطات الطاقة الشمسية ونولي الانتباه إلى هياكل محددة في بلدان مختلفة حول العالم.

محطات توليد الطاقة في الأبراج

محطة الطاقة الشمسية - محطة طاقة شمسية يتم فيها توجيه الإشعاع من نظام تركيز بصري يتكون من مجال من المروحيات إلى جهاز استقبال شمسي مثبت على برج.

كانت محطات توليد الطاقة في الأبراج تعتمد في الأصل على مبدأ تبخر المياه تحت تأثير الإشعاع الشمسي. هنا يتم استخدام بخار الماء كسائل عامل. يقع البرج في وسط مثل هذه المحطة ، ويحتوي على خزان مياه في الأعلى مطلي باللون الأسود لامتصاص الإشعاع المرئي والحرارة بشكل أفضل. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي البرج على مجموعة مضخات تتمثل وظيفتها في توفير المياه للخزان. يقوم البخار ، الذي تتجاوز درجة حرارته 500 درجة مئوية ، بتشغيل مولد التوربينات الموجود على أراضي المحطة.

من أجل تركيز أكبر قدر ممكن من الإشعاع الشمسي في الجزء العلوي من البرج ، يتم تثبيت المئات من المروحيات حوله ، وتتمثل وظيفتها في توجيه الإشعاع الشمسي المنعكس مباشرة إلى وعاء الماء. هيليوستات هي مرايا ، يمكن أن تصل مساحة كل منها إلى عشرات الأمتار المربعة.

Heliostat [heliostat] - عنصر مرآة مسطح أو مركّز لنظام تركيز بصري له جهاز توجيه فردي لتوجيه الإشعاع الشمسي المباشر المنعكس إلى مستقبل الإشعاع الشمسي.

مثبتة على دعامات مزودة بنظام تركيز آلي ، تقوم جميع المروحيات بتوجيه الإشعاع الشمسي المنعكس مباشرة إلى أعلى البرج ، إلى الخزان ، حيث يعمل تحديد المواقع وفقًا لحركة الشمس أثناء النهار.

في اليوم الأكثر سخونة ، يمكن أن ترتفع درجة حرارة البخار الناتج إلى 700 درجة مئوية ، وهو أكثر من كافٍ للتشغيل العادي للتوربين.

على سبيل المثال ، في إسرائيل ، على أراضي صحراء النقب ، بحلول نهاية عام 2017 ، سيتم الانتهاء من بناء محطة طاقة ببرج بسعة تزيد عن 121 ميغاواط. وسيكون ارتفاع البرج 240 مترًا (أطول برج شمسي في العالم في وقت الإنشاء). ، ومن حوله سيكون طابقًا يضم مئات الآلاف من المروحيات التي سيتم وضعها عن طريق التحكم في Wi-Fi. ستصل درجة حرارة البخار في الخزان إلى 540 درجة مئوية. سيغطي المشروع الذي تبلغ قيمته 773 مليون دولار 1٪ من احتياجات الكهرباء في إسرائيل.

ليس الماء هو الشيء الوحيد الذي يمكن تسخينه بواسطة الإشعاع الشمسي في البرج. على سبيل المثال ، في إسبانيا ، في عام 2011 ، تم تشغيل محطة برج Gemasolar للطاقة الشمسية ، حيث يتم تسخين مبرد الملح. أتاح هذا الحل إمكانية التسخين حتى في الليل.

يدخل الملح ، الذي يتم تسخينه إلى 565 درجة مئوية ، في خزان خاص ، وبعد ذلك ينقل الحرارة إلى مولد البخار الذي يدير التوربين. تبلغ القدرة المقدرة للنظام بأكمله 19.9 ميجاوات وقادر على توفير 110 جيجاوات ساعة من الكهرباء (المتوسط ​​السنوي) لتشغيل شبكة من 27500 أسرة تعمل بكامل طاقتها على مدار 24 ساعة في اليوم لمدة 9 أشهر.

الكثير من محطات توليد الطاقة

من حيث المبدأ ، تشبه محطات توليد الطاقة من هذا النوع محطات الأبراج ، ولكنها تختلف هيكليًا. يستخدم وحدات منفصلة ، كل منها يولد الكهرباء. تشتمل الوحدة على عاكس وجهاز استقبال. يتم تركيب مجموعة قطع مكافئ من المرايا التي تشكل عاكسًا على الدعامة.

مضخم المرآة - مُكثّف للإشعاع الشمسي مع طلاء مرآة.مكثف الأوجه المرآوي - مكثف مرآوي للإشعاع الشمسي يتكون من مرايا فردية ذات شكل مسطح أو منحني تشكل سطحًا عاكسًا مشتركًا.

يقع جهاز الاستقبال في بؤرة القطع المكافئ. يتكون العاكس من عشرات المرايا ، كل منها مخصص على حدة. قد يكون جهاز الاستقبال عبارة عن محرك ستيرلينغ مع مولد ، أو خزان مياه يتم تحويله إلى بخار ، ويقوم البخار بتحويل التوربين.

على سبيل المثال ، في عام 2015 ، اختبرت ريباسو ، السويد ، وحدة حرارية مكافئة مع محرك ستيرلينغ في جنوب إفريقيا. عاكس التركيب مرآة على شكل قطع مكافئ مكون من 96 قطعة ومساحة إجمالية 104 متر مربع.

كان التركيز على محرك ستيرلنغ الهيدروجين المجهز بحذافة ومتصل بمولد. استدارت اللوحة ببطء لتتبع الشمس أثناء النهار. ونتيجة لذلك ، بلغ معامل الكفاءة 34٪ ، وكانت كل "لوحة" قادرة على تزويد المستخدم بـ 85 ميجاوات ساعة من الكهرباء سنويًا.

في الإنصاف ، نلاحظ أنه في بؤرة "لوحة" محطة طاقة شمسية من هذا النوع ، يمكن وضع حاوية زيت ، يمكن نقل حرارتها إلى مولد البخار ، والذي بدوره يدور توربينات المولد الكهربائي.

محطات الطاقة الشمسية ذات الأنبوب المكافئ

هنا مرة أخرى يتم تسخين وسط التسخين عن طريق الإشعاع المنعكس المركز. المرآة على شكل أسطوانة مكافئة يصل طولها إلى 50 مترًا ، وتقع في اتجاه الشمال والجنوب وتدور بعد حركة الشمس. يوجد في بؤرة المرآة أنبوب ثابت يتحرك على طوله عامل التبريد السائل.بمجرد أن يصبح المبرد دافئًا بدرجة كافية ، تنتقل الحرارة إلى الماء في المبادل الحراري ، حيث يحول البخار المولد مرة أخرى.

مُكثِّف الممر المكافئ - مُركِّز مرآة للإشعاع الشمسي ، يتشكل شكله بواسطة قطع مكافئ يتحرك بالتوازي مع نفسه.

في الثمانينيات في ولاية كاليفورنيا ، قامت شركة Luz International ببناء 9 من هذه المحطات بطاقة إجمالية تبلغ 354 ميجاوات. ومع ذلك ، بعد عدة سنوات من الممارسة ، توصل الخبراء إلى استنتاج مفاده أن محطات الطاقة المكافئة اليوم أقل شأنا من حيث الربحية والكفاءة لمحطات الطاقة الشمسية البرجية واللوحية.

ومع ذلك ، في عام 2016 ، تم اكتشاف محطة للطاقة في الصحراء الكبرى بالقرب من الدار البيضاء. المكثفات الشمسيةبقدرة 500 ميغاواط. يعمل نصف مليون مرآة بطول 12 مترًا على تسخين المبرد إلى 393 درجة مئوية لتحويل الماء إلى بخار لتدوير توربينات المولدات. في الليل ، تستمر الطاقة الحرارية في العمل من خلال تخزينها في الملح المصهور. وبهذه الطريقة ، تخطط دولة المغرب لحل مشكلة مصدر الطاقة الصديق للبيئة تدريجياً.

محطات توليد الطاقة الكهروضوئية

محطات تعتمد على الوحدات الكهروضوئية والألواح الشمسية. إنها تحظى بشعبية كبيرة ومنتشرة في العالم الحديث. تُستخدم الوحدات القائمة على خلايا السيليكون على نطاق واسع لتشغيل المواقع الصغيرة ، مثل المصحات والفيلات الخاصة والمباني الأخرى ، حيث يتم تجميع محطة بالطاقة المطلوبة من أجزاء منفصلة وتثبيتها على السطح أو على قطعة أرض في منطقة مناسبة. محطات توليد الطاقة الكهروضوئية الصناعية قادرة على توفير الكهرباء للمدن الصغيرة.

محطة الطاقة الشمسية (SES) [محطة طاقة شمسية] - محطة طاقة مصممة لتحويل طاقة الإشعاع الشمسي إلى كهرباء.

على سبيل المثال ، في روسيا ، تم إطلاق أكبر محطة للطاقة الكهروضوئية في البلاد في عام 2015. تقع محطة الطاقة الشمسية "Alexander Vlazhnev" ، التي تتكون من 100000 لوحة شمسية ، بسعة إجمالية تبلغ 25 ميجاوات ، على مساحة 80 هكتارا بين مدينتي أورسك وجاي. تكفي سعة المحطة لتزويد نصف مدينة أورسك بالكهرباء ، بما في ذلك المباني التجارية والسكنية.

مبدأ تشغيل هذه المحطات بسيط. يتم تحويل طاقة الفوتونات الضوئية إلى تيار في رقاقة سيليكون ؛ لطالما تمت دراسة التأثير الكهروضوئي الجوهري في هذا أشباه الموصلات وقبوله من قبل مصنعي الخلايا الشمسية. لكن السيليكون البلوري ، الذي يعطي كفاءة بنسبة 24٪ ، ليس هو الخيار الوحيد. التكنولوجيا تتحسن باستمرار. لذلك في عام 2013 ، حقق مهندسو Sharp كفاءة بنسبة 44.4٪ من عنصر الإنديوم-جاليوم-زرنيخيد ، ويسمح استخدام عدسات التركيز بتحقيق 46٪ بالكامل.

محطات الطاقة الشمسية الفراغية

نوع بيئي تمامًا من المحطات الشمسية. من حيث المبدأ ، يتم استخدام تدفق الهواء الطبيعي ، والذي يحدث بسبب اختلاف درجة الحرارة (يتم تسخين الهواء الموجود على سطح الأرض واندفاعه لأعلى). مرة أخرى في عام 1929 ، تم تسجيل براءة اختراع لهذه الفكرة في فرنسا.

يجري بناء دفيئة ، وهي قطعة أرض مغطاة بالزجاج. يبرز برج من وسط الدفيئة ، وهو عبارة عن أنبوب طويل يتم تركيب توربين فيه مولد. تقوم الشمس بتسخين الدفيئة ، والهواء المندفع عبر الأنبوب يدير التوربين.يظل السحب ثابتًا طالما أن الشمس تسخن الهواء في حجم زجاجي مغلق وحتى في الليل طالما أن سطح الأرض يحتفظ بالحرارة.

تم بناء محطة تجريبية من هذا النوع في عام 1982 ، على بعد 150 كيلومترًا جنوب مدريد ، في إسبانيا. كان قطر الدفيئة 244 مترا وكان ارتفاع الأنبوب 195 مترا. الطاقة القصوى المطورة هي 50 كيلو واط فقط. ومع ذلك ، استمر تشغيل التوربين لمدة 8 سنوات حتى فشل بسبب الصدأ والرياح العاتية. في عام 2010 ، أكملت الصين بناء محطة تفريغ شمسي كانت قادرة على توفير 200 كيلو واط. تحتل مساحة 277 هكتار.

محطات الطاقة الشمسية المركبة

هذه هي المحطات التي يتم فيها توصيل اتصالات الماء الساخن والتدفئة بالمبادلات الحرارية ، بشكل عام يقومون بتسخين المياه لتلبية الاحتياجات المختلفة. تتضمن المحطات المدمجة أيضًا حلولًا مشتركة عندما تعمل المكثفات بالتوازي مع الألواح الشمسية. غالبًا ما تكون محطات الطاقة الشمسية المجمعة هي الحل الوحيد لإمدادات الطاقة البديلة وتدفئة المنازل الخاصة.