چند نوع نیروگاه خورشیدی وجود دارد؟ سوالی که ممکن است برای بسیاری از علاقه مندان به انرژی های نجدیدپذیر مطرح شود. انواع نیروگاه های خورشیدی را می توان بر اساس معیارهای مفاوتی طبقه بندی کرد که هرکدام از این ها، ویژگی ها، مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله علاوه بر معرفی و مقایسه انواع نیروگاه خورشیدی، به بررسی هزینه های هر نوع سیستم نیز پرداخته ایم تا دیدی کامل تر برای انتخاب بهترین گزینه به دست آورید.
انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس نحوه تبدیل انرژی خورشید
نیروگاه های خورشیدی از نظر شیوه تبدیل انرژی خورشید به برق به دو دسته اصلی تقسیم می شوند. در هر نوع، روش جذب و تبدیل انرژی متفاوت است و همین تفاوت، بر بازده، هزینه و کاربرد نیروگاه تأثیر می گذارد.
-
نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک(PV)
- نیروگاه خورشیدی پشت بامی (Rooftop)
- نیروگاه خورشیدی زمینی (Ground-mounted)
- نیروگاه خورشیدی شناور (Floating / Floatovoltaic)
- نیروگاه خورشیدی پارکینگی (Carport)
- ثابت (Fixed-tilt)
- ردیاب دار (Solar Tracking)
- تک محوره(Single-axis): حرکت دادن پنل ها را در یک جهت (معمولاً از شرق به غرب)
- دومحوره(Dual-axis): حرکت دادن پنل ها را در دو جهت (شرق به غرب و شمال به جنوب) و انجام دقیق ترین ردیابی
-
نیروگاه حرارتی خورشیدی(CSP)
روش تبدیل انرژی: تبدیل نور خورشید به صورت مستقیم به جریان الکتریکی
سازوکار فنی: استفاده از پنل های خورشیدی حاوی سلول های سیلیکونی که انرژی تابشی خورشید را جذب کرده و آن را به برق تبدیل می نمایند
مزیت رقابتی: محبوب ترین گزینه برای تولید برق پاک به علت طراحی ساده، هزینه نگهداری پایین و قابلیت نصب در مقیاس های بسیار متنوع (از کوچک تا بزرگ)
کاربرد و موقعیت بهینه: مناسب برای مناطق شهری و روستایی و کاربرد های خانگی، تجاری و مزارع خورشیدی
انواع نیروگاه های فتوولتائیک
انواع نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک (PV) را می توان بر اساس دو معیار اصلی محل نصب و ساختار فنی دسته بندی کرد. این طبقه بندی به سرمایه گذاران و مصرف کنندگان کمک می کند تا متناسب با فضا، بودجه و نیاز خود، بهینه ترین گزینه را انتخاب کنند.
انواع نیروگاه فتوولتائیک بر اساس محل نصب
انتخاب محل نصب، اولین و اساسی ترین گام در طراحی یک نیروگاه خورشیدی است. این تصمیم بر اساس عواملی همچون فضای در دسترس، هزینه زمین و مقیاس پروژه گرفته می شود و مشخص می کند که پنل ها چگونه در محیط پیرامون ما ادغام خواهند شد.
ویژگی: نصب روی سقف ساختمان های مسکونی، تجاری یا صنعتی و بهره مندی از فضای بلااستفاده سقف برای تولید برق
کاربرد: رایج ترین گزینه برای مصارف خانگی و تجاری کوچک جهت کاهش هزینه های برق یا فروش مازاد آن به شبکه
مزایا: عدم نیاز به زمین مجزا، کاهش هزینه های انتقال برق به دلیل نزدیکی به محل مصرف و نصب سریع تر نسبت به مدل های زمینی
ویژگی: احداث در مقیاس متوسط تا بسیار بزرگ بر روی زمین های باز و وسیع. نصب پنل ها بر روی سازه های فلزی ثابت
کاربرد: پروژه های بزرگ صنعتی، مزارع خورشیدی و نیروگاه های مقیاس ملی که با هدف تولید انبوه و تزریق برق به شبکه سراسری ساخته می شوند
مزایا: امکان نصب در مقیاس بسیار بزرگ (مگاواتی)، سهولت در نگهداری و تمیز کردن پنل ها، و قابلیت تنظیم زاویه پنل ها برای دریافت بیشترین تابش
ویژگی: نصب پنل های خورشیدی روی سازه های شناور مخصوصی بر سطح آب (مانند دریاچه ها، سدها و استخرهای کشاورزی)
کاربرد: نیروگاه خورشیدی شناور در ایران گزینه ای ایده آل برای مناطقی که با کمبود زمین مواجه هستند یا قیمت زمین بالاست. گزینه ای کارآمد برای سدها و مراکز پرورش آبزیان
مزایا: افزایش بازدهی پنل ها به دلیل اثر خنک کنندگی آب، کاهش تبخیر آب و جلوگیری از رشد جلبک ها
نام دیگر: نیروگاه سایبان خورشیدی
ویژگی: علاوه بر تولید برق، به عنوان سایبان برای پارکینگ ها عمل می کنند. این سیستم یک راه حل دو منظوره و بهینه است
کاربرد: پارکینگ های عمومی، مراکز خرید، فرودگاه ها، ادارات و مجتمع های مسکونی
مزایا: استفاده بهینه از فضای موجود، ایجاد ارزش افزوده (سایبان)، و قابلیت یکپارچه سازی با ایستگاه های شارژ خودروهای برقی
انواع نیروگاه فتوولتائیک بر اساس ساختار فنی
پس از تعیین محل نصب، ساختار فنی و مهندسی سیستم، نقشی کلیدی در میزان بهره وری و بازدهی نیروگاه ایفا می کند. این ساختار مشخص می کند .که پنل ها چگونه برای دریافت حداکثر تابش خورشید در طول روز و سال آرایش پیدا می کنند
ویژگی: نصب پنل ها با یک زاویه ثابت (معمولاً متناسب با عرض جغرافیایی منطقه) رو به جنوب و نداشتن حرکت در طول روز
سازوکار: بهینه سازی زاویه نصب برای دریافت حداکثر تابش متوسط سالانه
مزایا: هزینه اولیه کمتر، نصب آسان، استهلاک و نیاز به نگهداری بسیار پایین به دلیل عدم وجود قطعات متحرک
ویژگی: مجهز به حسگرها و موتورهایی که پنل ها را در طول روز برای دنبال کردن مسیر حرکت خورشید در آسمان جا به جا می کنند
سازوکار: ردیاب ها با تنظیم مداوم زاویه پنل ها، اطمینان می دهند که نور خورشید همیشه به صورت عمود بر سطح آن ها بتابد و در نتیجه، تولید انرژی به حداکثر برسد. این سیستم ها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند:
مزایا: افزایش چشمگیر بازدهی تولید برق (بین ۱۵ تا ۴۰ درصد بیشتر از سیستم ثابت)
نامهای دیگر: نیروگاه خورشیدی متمرکز، نیروگاه خورشیدی آینه ای
روش تبدیل انرژی: تولید بخار و چرخاندن توربین با گرمای خورشید
سازوکار فنی: متمرکز کردن نور خورشید با آینه ها یا لنزهای بزرگ، ایجاد حرارت بسیار بالا و به کار بردن این حرارت برای تولید بخار، به حرکت درآوردن توربین و تولید برق
مزیت رقابتی: قابلیت ذخیره سازی انرژی حرارتی (مانند نمک مذاب) برای تولید برق حتی در شب یا ساعات بدون آفتاب، امکان تولید برق پایدار و فرمان پذیر
کاربرد و مقیاس: معمولا احداث در مقیاس های بزرگ و در نواحی با تابش خورشیدی بالا (مانند مناطق صحرایی و گزینه ای کلیدی برای تولید برق پاک در سطح صنعتی. همچنین بازدهی بهتر در تولید بخار و برف زدایی در آب و هوای سرد و برفی
انواع نیروگاه حرارتی خورشیدی
انواع نیروگاه های حرارتی خورشیدی بر اساس شیوه تبدیل گرمای خورشید به انرژی الکتریکی تفاوت دارند. در این نیروگاه ها از فناوری های گوناگونی برای متمرکزسازی تابش خورشید و تولید بخار جهت به کار انداختن توربین ها استفاده می شود که هرکدام از نظر فنی و عملکردی دارای مشخصات و کارکردهای متفاوتی هستند. در این بخش، به معرفی و بررسی انواع نیروگاه حرارتی می پردازیم:
- نیروگاه سهموی خطی(Parabolic Trough)
- . نیروگاه دریافت کننده مرکزی(CRS)
- نیروگاه بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
- نیروگاه کلکتورهای فرزنل (Fresnel Collector)
- نیروگاه دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
ویژگی: رایج ترین و از نظر اقتصادی به صرفه ترین نوع نیروگاه حرارتی
سازوکار: متمرکز کرد نور روی یک لوله گیرنده توسط آینه های سهموی، داغ شدن سیال و استفاده برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین
نام های دیگر: برج خورشیدی، هلیوستات
ویژگی: مناسب برای مقیاس بزرگ صنعتی در مناطق با تابش شدید
سازوکار: هدایت نور خورشید به سمت گیرنده ای در بالای برج مرکزی توسط تعداد زیادی آینه مسطح (هلیوستات) به منظور گرم شدن سیال با با دمای بسیار بالا
ویژگی: بازدهی بالا اما هزینه ساخت و نگهداری بیشتر از سایر انواع CSP
سازوکار: متمرکز کردن بشقاب های سهموی نور روی یک نقطه مرکزی به منظور تبدیل حرارت به انرژی مکانیکی و سپس برق توسط موتور استرلینگ
ویژگی: عملکردی مشابه مدل سهموی اما با هزینه کمتر به دلیل طراحی آن (با نوارهای آینه های تخت). مناسب برای تولید برق در مقیاس متوسط تا بزرگ در مناطق گرم و آفتابی
سازوکار: متمرکز کردن نور خورشید را روی یک لوله گیرنده ثابت (معمولاًدر ارتفاع بالاتر) توسط نوارهای آینه تخت یا کمی منحنی، گرم شدن سیال داخل لوله و استفاده برای تولید بخار و به حرکت درآوردن توربین
ویژگی: دارای فناوری ساده و بدون نیاز به تجهیزات پیچیده یا سوخت و بازده کمتر نسبت به سایر روش ها
سازوکار: تشکیل شده از یک برج بلند و گلخانه ای بزرگ در پایه که هوای گرم شده را به سمت بالا هدایت می کند و جریان هوا هنگام عبور از توربین ها برق تولید می کند
انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس اتصال به شبکه برق
یکی از کلیدی ترین روش های طبقه بندی نیروگاه های خورشیدی، بر اساس نحوه اتصال آن ها به شبکه سراسری برق است. این معیار مشخص می کند که .سیستم به صورت مستقل عمل می کند یا با شبکه در تعامل است
-
نیروگاه های متصل به شبکه (On-Grid)
-
نیروگاه های جدا از شبکه (Off-Grid)
-
نیروگاه های هیبریدی (ترکیبی)
ویژگی کلیدی: تزریق برق تولیدی مستقیما به شبکه سراسری و فروخت مازاد آن
کاربرد: مناسب برای خانه ها، مجتمع های تجاری، کارخانجات و مزارع خورشیدی بزرگ که به شبکه سراسری برق دسترسی دارند و می خواهند برق تولیدی را مصرف کرده یا مازاد آن را به شبکه بفروشند
نیاز به ذخیره سازی: بدون نیاز به باتری یا تجهیزات ذخیره سازی انرژی (ذخیره باتری)
مزیت رقابتی: رایج ترین شکل احداث در مقیاس خانگی و تجاری به دلیل هزینه کمتر، بازده بالاتر و اتصال پایدار
موقعیت بهینه: مناطق شهری و صنعتی که دارای زیرساخت پایدار انتقال و توزیع برق با ظرفیت تزریق حداقل ۱ مگاوات باشند
ویژگی کلیدی: به صورت کاملا مستقل از شبکه سراسری عمل می کنند
کاربرد: دارای بیشترین کاربرد در مناطق دورافتاده یا مناطقی که فاقد زیرساخت برق رسانی هستند و فراهم کردن امکان تامین انرژی پایدار در شرایط قطعی برق
نیاز به ذخیره سازی: ذخیره کردن انرژی تولیدی در باتری ها
مزیت رقابتی: استقلال کامل از شبکه برق، تأمین برق پایدار در زمان قطعی شبکه، مناسب برای مصرف کننده هایی که نمی خواهند وابسته به شبکه باشند
موقعیت بهینه: مناطق دورافتاده، روستاها، جزایر، معادن، ایستگاه های مخابراتی، ویلاها و مکان هایی که دسترسی به شبکه سراسری وجود ندارد یا بسیار پرهزینه است
ویژگی کلیدی: ترکیبی از دو یا چند منبع انرژی (مانند خورشیدی، بادی، دیزل و باتری)
کاربرد: گزینه ای کارآمد و اقتصادی در مناطقی با شرایط جوی ناپایدار یا تابش محدود خورشید. استفاده از منابع مکمل، وابستگی به یک منبع واحد را از بین برده و بازده کلی سیستم را بالا می برد
نیاز به ذخیره سازی: معمولاً مجهز به باتری یا سیستم ذخیره سازی انرژی به جهت تامین برق پایدار در زمان کمبود تولید (شب، هوای ابری یا آرام بودن باد)
مزیت رقابتی: افزایش پایداری و تداوم تامین برق
موقعیت بهینه: مناطقی با شرایط جوی متغیر، تابش خورشیدی یا باد ناپایدار، مناطق دورافتاده با مصرف بالا، پروژه های صنعتی و تجاری که نیاز به تأمین برق ۲۴ ساعته و بدون وقفه دارند
انواع نیروگاه خورشیدی بر اساس توان
-
نیروگاه های کوچک (کمتر از ۲۰ کیلووات)
-
نیروگاه های متوسط (۲۰ کیلووات تا ۱ مگاوات)
-
نیروگاه های بزرگ (۱ تا ۱۰ مگاوات)
-
نیروگاه های مقیاس نیروگاهی (بیش از ۱۰ مگاوات)
یکی دیگر از معیارهای مهم برای طبقه بندی نیروگاه های خورشیدی، توان یا ظرفیت تولید آن ها است. این دسته بندی، مقیاس پروژه را از سیستم های .کوچک کیلوواتی برای مصارف خانگی تا نیروگاه های بزرگ مگاواتی در سطح ملی مشخص می کند
کاربرد: معمولاً خانگی یا تجاری کوچک، نصب روی پشت بام منازل، ویلاها و مجتمع های کوچک
مزیت: کاهش هزینه برق مصرفی، استقلال نسبی از شبکه و امکان فروش مازاد انرژی تولیدی
موقعیت بهینه: مناطق شهری و روستایی
کاربرد: مناسب واحدهای تجاری، اداری، دانشگاه ها و مجتمع های صنعتی کوچک
مزیت: بازده اقتصادی بالاتر و جبران سریع تر هزینه های سرمایه گذاری نسبت به سیستم های کوچک
موقعیت بهینه: مناطق شهری و صنعتی
کاربرد: صنعتی سنگین (کارخانه های بزرگ، شهرک های صنعتی) و مزارع خورشیدی با هدف فروش برق
مزیت: صرفه اقتصادی بالا به دلیل مقیاس بزرگ، بازگشت سرمایه سریع تر، بهره مندی از تعرفه های تضمینی فروش برق و سودآوری مناسب برای سرمایه گذاران
موقعیت بهینه: مناطق گرم و آفتابی
کاربرد: پروژه های ملی که برق را به شبکه سراسری تزریق می کنند و کاربرد خاص (مسکونی یا صنعتی) ندارند، بلکه برق کل منطقه یا کشور را تأمین می کنند
مزیت: کمترین هزینه تولید برق در واحد (به دلیل اقتصاد مقیاس)، قابلیت تأمین برق گسترده برای شبکه سراسری، بازگشت سرمایه بلندمدت اما پایدار و نقش کلیدی در توسعه انرژی پاک کشور
موقعیت بهینه: مناطق بیابانی و آفتابی
سوالات متداول انواع نیروگاه خورشیدی
- کدام نوع نیروگاه خورشیدی برای مناطق بادخیز مناسب تر است؟
- کدام نوع نیروگاه خورشیدی برای مناطق شمالی ایران با آب و هوای مرطوب مناسب تر است؟
در مناطقی که وزش باد شدید یا گرد و خاک وجود دارد، نیروگاه های حرارتی متمرکز با طراحی کلکتورهای خطی یا فرزنل به دلیل استحکام مکانیکی بیشتر و آسیب پذیری کمتر، گزینه مناسب تری نسبت به پنل های معمولی هستند.
در مناطق مرطوب، پنل های فتوولتائیک با پوشش ضد رطوبت و قاب بندی مقاوم در برابر زنگ زدگی گزینه بهتری هستند. همچنین سیستم های شناور بر روی استخرها یا آببندان ها می توانند علاوه بر تولید برق، از تبخیر آب نیز جلوگیری کنند.
