نیروگاه های حرارتی خورشیدی

کره زمین تنها بخش بسیار کمی از پرتوهای خورشید را دریافت می دارد. میزان انرژی خورشیدی دریافتی در سطح کره زمین حدود10⁴* 5.48 ژول است که این رقم حدوداً 15000 بار بیشتر از انرژی سالانه جهان می باشد. شدت پرتوهای خورشیدی در خارج از اتمسفر زمین بسیار کم و در حدود 1.37 کیلووات بر متر مربع است. میزان این شدت در نقاط مختلف سطح زمین و در زمانهای متفاوت، در طول روز و در طول سال متغیر می باشد و این امر عامل اصلی محدود کننده سهم انرژی خورشیدی در انرژی کلان مصرفی بشر به شمار می آید.

تابش خورشیدی (Solar Insulation) به دو مولفه پرتو مستقیم و پرتو پراکنده (Diffuse) تقسیم میشود. میتوان با متمرکز نمودن پرتو های مستقیم متفرق نشده شار تابشی بالاتری بدست آورد. تابش دیفیوز از تفرق پرتو های خورشیدی در اتمسفر حاصل می شود. مقدار تابش دیفیوز بین 10 الی 100 درصد انرژی خورشیدی قابل دسترس متغیر است. وضعیت خورشید در آسمان که هندسه آن نسبت به یک نقطه در روی سطح زمین است، در طول روز و سال دائماً با زمان تغییر می کند. در نتیجه این تغییرات، تابش نیز تغییر کرده و موجب تغییر انرژی خورشیدی دریافتی در نقاط مختلف کره زمین می گردد. به علاوه، شرایط آب و هوایی اثر بسیار محسوسی بر کل انرژی قابل دسترس در یک منطقه دارد. ابرهای متراکم نیز موجب کاهش تابش کلی شده و باعث می شوند که تنها مولفه پراکنده تابش در سطح زمین دریافت گردد. بنابراین تابش، در مناطقی که تقریباً در عرض جغرافیایی یکسان قرار دارند ممکن است کاملاً متفاوت باشد.
اساساً تولید الکتریسیته از انرژی خورشیدی به دو روش مستقیم و غیر مستقیم صورت می گیرد. در روش مستقیم، انرژی خورشیدی مستقیماً توسط سلولهای خورشیدی به الکتریسیته تبدیل می شود که به آن سیستم فتوولتائیک می گویند. در روش غیر مستقیم ابتدا انرژی خورشیدی به انرژی حرارتی تبدیل شده و سپس از طریق یک سیکل ترمودینامیکی، انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد که به آن سیستم حرارتی خورشیدی گفته می شود.
تولید الکتریسیته در نیروگاههای حرارتی خورشیدی در مقایسه با سیستم های فتوولتائیک اقتصادی تر است. مهمترین این نیروگاهها عبارتند از:
1- نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)
2- نیروگاه دریافت کننده مرکزی (Central receiver)
3- نیروگاه دودکش خورشیدی (Solar chimney)
4- بشقابک استرلینگ (Dish stirling)
5- استخر خورشیدی (Solar pond)
در چهار نوع اول این نیروگاهها، ابتدا پرتوهای مستقیم خورشید با استفاده از سطوح انعکاسی روی یک دریافت کننده مرکزی متمرکز شده و سپس انرژی گرمایی دریافت شده توسط سیال عامل موجود در دریافت کننده جذب و سرانجام به کمک تجهیزات و سیستم های تبدیل کننده گرما به الکتریسیته تبدیل شده و از طریق فرآیندهای ترمودینامیکی برق تولید می شود. در نوع پنجم از انرژی گرمایی ذخیره شده در مواد و عملکرد گرمایشی آن استفاده می شود.