بهره برداری حرارتی خورشیدی چگونه به دست می آید؟

منبع اصلی حرارت خورشیدی جمع آوری انرژی تابش خورشید و تبدیل آن به انرژی گرمایی از طریق تعامل بی ضرر برای استفاده است.

متداول ترین دستگاه های جمع آوری انرژی خورشیدی عمدتاً کلکتورهای صفحه تخت، کلکتورهای لوله خلاء و کلکتورهای متمرکز هستند. معمولاً با توجه به دماها و کاربردهای متفاوتی که می توان به آن دست یافت، استفاده از حرارت خورشیدی به دو دسته استفاده در دمای پایین (کمتر از 200 درجه)، استفاده در دمای متوسط ​​(200 تا 800 درجه) و استفاده در دمای بالا (بیش از 800 درجه) تقسیم می شود. درجه).

 

در حال حاضر، استفاده از دمای پایین عمدتاً شامل آبگرمکن های خورشیدی، خشک کن های خورشیدی، تقطیر خورشیدی، اتاق خورشیدی، گلخانه خورشیدی، سیستم تبرید تهویه مطبوع خورشیدی و غیره است. استفاده از دمای متوسط ​​عمدتاً شامل اجاق گاز خورشیدی، دستگاه تولید و جمع آوری انرژی حرارتی خورشیدی و غیره است. استفاده در دمای بالا عمدتاً شامل کوره خورشیدی با دمای بالا و غیره است.

 

① استفاده مستقیم از انرژی حرارتی خورشیدی. کلکتورهای خورشیدی عمدتاً به آبگرمکن های خورشیدی اطلاق می شوند که رایج ترین دستگاه ها برای استفاده حرارتی خورشیدی هستند. اصل اساسی آن جمع آوری انرژی تابش خورشید و تبدیل آن به انرژی گرمایی برای تولید و حیات از طریق تعامل با ماده است. توسعه آبگرمکن های خورشیدی چهار نسل را طی کرده است: نوع خشک کن خورشیدی، نوع صفحه تخت، نوع لوله خلاء شیشه ای و نوع لوله خلاء لوله حرارتی.

 

②تولید انرژی حرارتی خورشیدی. تولید برق حرارتی خورشیدی که به نام تولید انرژی حرارتی خورشیدی نیز شناخته می‌شود، یکی از کانون‌های تحقیقاتی کشورهای سراسر جهان در زمینه استفاده از انرژی خورشیدی است. اصل تولید انرژی حرارتی خورشیدی بسیار ساده است، یعنی استفاده از کلکتورهای خورشیدی برای جمع آوری دماهای بالای تولید شده توسط تابش خورشیدی برای جایگزینی دیگ های بخار معمولی یا به حرکت در آوردن ژنراتورهای استرلینگ برای تولید برق.

در مقایسه با نیروگاه های سنتی، نیروگاه های حرارتی خورشیدی دو مزیت عمده دارند: کل فرآیند تولید برق تمیز است و انتشار کربن وجود ندارد. از انرژی خورشیدی استفاده می کند و نیازی به هزینه سوخت ندارد. تولید انرژی حرارتی خورشیدی نیازهای بالایی برای دمای جمع آوری گرما دارد، بنابراین به طور کلی استفاده از کلکتورهای متمرکز برای افزایش چگالی شار انرژی نور ضروری است.

 

در حال حاضر، سه نوع اصلی از سیستم های تولید انرژی حرارتی خورشیدی وجود دارد: سیستم فوکوس خط فرورفتگی، سیستم برج و سیستم دیش. سیستم فرورفتگی از بازتابنده های سهموی برای تمرکز نور خورشید بر روی گیرنده لوله ای استفاده می کند و محیط انتقال حرارت در لوله را برای تولید بخار گرم می کند که توربین های بخار معمولی را برای تولید برق به حرکت در می آورد. سیستم برج از هلیوستات استفاده می کند که خورشید را به طور مستقل ردیابی می کند تا نور خورشید را بر روی گیرنده ای ثابت در بالای برج متمرکز کند تا دمای بسیار بالایی ایجاد کند. سیستم بشقاب یک بازتابنده سهموی است که از تعداد زیادی آینه تشکیل شده است. گیرنده در کانون سهمی قرار دارد. محیط انتقال حرارت در گیرنده تا حدود 750 درجه گرم می شود و موتور را برای تولید برق هدایت می کند.

 

تولید برق فتوولتائیک خورشیدی

تولید برق فتوولتائیک خورشیدی نوع جدیدی از روش تولید برق است که از اثر فتوولتائیک مواد نیمه هادی سلول خورشیدی برای تبدیل مستقیم انرژی تابش خورشید به انرژی الکتریکی استفاده می کند. دو سیستم تولید برق وجود دارد: عملیات مستقل و عملیات متصل به شبکه. سیستم های مستقل تولید برق فتوولتائیک به باتری ها به عنوان وسایل ذخیره انرژی نیاز دارند. آنها عمدتاً در مناطق دورافتاده بدون شبکه برق و مناطق با جمعیت پراکنده استفاده می شوند. هزینه کل سیستم بسیار بالاست. در مناطقی که شبکه های برق عمومی دارند، سیستم های تولید برق فتوولتائیک به شبکه برق متصل می شوند و به صورت موازی کار می کنند که می تواند باعث صرفه جویی در باتری ها شود. این نه تنها هزینه را تا حد زیادی کاهش می دهد، بلکه بازده تولید انرژی بالاتر و عملکرد حفاظت از محیط زیست بهتری دارد.

سیستم تولید برق فتوولتائیک عمدتاً از سه بخش تشکیل شده است: ماژول های سلول خورشیدی، کنترلرها و اینورترها.

در میان آنها، ماژول سلول خورشیدی بخش اصلی کل سیستم تولید برق است که با ارزش ترین بخش سیستم تولید برق خورشیدی نیز می باشد. وظیفه آن تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یا ارسال آن به باتری برای ذخیره سازی است. کیفیت و هزینه پنل خورشیدی به طور مستقیم کیفیت و هزینه کل سیستم را تعیین می کند. عملکرد کنترلر خورشیدی کنترل وضعیت کار کل سیستم و محافظت از باتری در برابر شارژ و تخلیه بیش از حد است. در مکان هایی با اختلاف دما زیاد، یک کنترل کننده واجد شرایط باید عملکرد جبران دما را نیز داشته باشد. علاوه بر این، کلیدهای کنترل شده با نور و چراغ های سوئیچ کنترل شده با زمان از عملکردهای رایج کنترلر هستند.

 

وظیفه اصلی اینورتر تبدیل جریان مستقیم ولتاژ پایین به طور مستقیم توسط انرژی خورشیدی به جریان متناوب قابل استفاده است.

سلول های خورشیدی جزء اصلی سیستم تولید برق فتوولتائیک و منبع تولید برق آن هستند. اصل این است که تحت تابش نور خورشید، بارهای رایگان در برخی از نیمه هادی های خاص ایجاد می شود. این بارهای آزاد به صورت جهت دار حرکت می کنند و انباشته می شوند و نیروی محرکه الکتریکی خاصی تولید می کنند که می تواند جریان را به مدار خارجی برساند. این پدیده اثر فتوولتائیک یا اثر فتوولتائیک نامیده می شود که مبنای فیزیکی ساخت سلول های خورشیدی است.

سلول های خورشیدی تجاری به عنوان هسته کل زنجیره صنعت فتوولتائیک خورشیدی، عمدتاً شامل انواع زیر می شود: سلول های سیلیکونی تک کریستالی، سلول های سیلیکونی پلی کریستالی، سلول های سیلیکونی آمورف، سلول های تلورید کادمیوم، سلول های سلنید ایندیم مس و غیره. در حال حاضر، لایه های نازک سیلیکونی پلی کریستالی و سلول های خورشیدی آلی نیز در حال مطالعه هستند. با این حال، از نظر کاربردهای عملی، فناوری های لایه نازک که توسط سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون پلی کریستال و سیلیکون آمورف ارائه می شود، هنوز هم اصلی ترین آنها هستند.

تولید هیدروژن خورشیدی

 

هیدروژن یک منبع انرژی ثانویه و همچنین یک منبع انرژی جدید است. تمیز و غیر سمی است و هیچ آلودگی برای محیط زیست ندارد و کاربردهای وسیعی دارد. در حال حاضر روش های استفاده از انرژی خورشیدی برای تجزیه آب برای تولید هیدروژن عبارتند از: تجزیه حرارتی خورشیدی آب برای تولید هیدروژن، تولید برق خورشیدی و الکترولیز آب برای تولید هیدروژن، فوتوکاتالیستی آب برای تولید هیدروژن، تولید بیوهیدروژن خورشیدی و غیره. .

 

ساختمان های خورشیدی

استفاده از انرژی خورشیدی برای تامین برق، گرمایش، سرمایش و روشنایی، که به عنوان ساختمان های بهره برداری جامع خورشیدی از آن یاد می شود، یک جهت توسعه جدید برای استفاده از انرژی خورشیدی است.

 

توسعه ساختمان‌های خورشیدی را می‌توان تقریباً به سه مرحله تقسیم کرد: مرحله اول «خانه خورشیدی غیرفعال» است که ساختمانی است که انرژی خورشیدی را به طور کامل از طریق ساختار، جهت‌گیری، چیدمان و کاربرد مواد مرتبط جمع‌آوری، ذخیره و توزیع می‌کند. مرحله دوم "خانه خورشیدی فعال" است که ساختمانی با کلکتورهای خورشیدی، تنظیم باد و سیستم گرمایش است. مرحله سوم اضافه کردن سلول های خورشیدی برای تامین گرمایش، تهویه مطبوع، روشنایی و برق ساختمان ها است. خانه ای که بتواند این الزامات را به طور کامل برآورده کند "خانه با انرژی صفر" نامیده می شود و کاربرد معمول آن یکپارچه سازی ساختمان های فتوولتائیک است.

 

یکپارچه سازی ساختمان فتوولتائیک (BIPV) ترکیبی کامل از فتوولتائیک خورشیدی و معماری است و به نوعی تولید برق توزیع شده تعلق دارد.

 

سایر اشکال استفاده از انرژی خورشیدی

 

① ماشین خورشیدی. ماشین خورشیدی از سلول های خورشیدی برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی استفاده می کند و از انرژی الکتریکی به عنوان انرژی برای رانندگی وسیله نقلیه استفاده می کند.

 

② نمک زدایی خورشیدی. در مقایسه با سیستم نمک‌زدایی موجود، سیستم نمک‌زدایی خورشیدی مزایای زیادی دارد: می‌تواند به طور مستقل کار کند، بخار، برق و سایر شرایط محدود نمی‌شود، بدون آلودگی است، مصرف انرژی کم، انتشار کم، عملکرد ایمن، پایدار و قابل اعتماد است. ، و دارای ارزش کاربردی برجسته است. مقیاس تولید انعطاف پذیر، سازگاری خوب، سرمایه گذاری نسبتا کم و هزینه کم.