نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع دودکش خورشیدی ( Solar chimney )

اجزای اصلی یک دودکش خورشیدی عبارتند از:

• سقف نیمه شفاف (مثلاً شیشه ای) که در ارتفاع چند متری زمین نصب می گردد.
• دودکش مرتفع که در مرکز سقف شیشه ای قرار می گیرد.
• توربین های بادی که در پایه دود کش قرار می گیرند.
• زمین که با روکش مناسبی پوشانده می شود.

شکل زیر یک نیروگاه دودکش خورشیدی را نشان می دهد:

سقف شیشه ای که بوسیله قاب بندی و ستون های مناسب در ارتفاع مناسب نصب می گردد، همراه با زمین یک کلکتور مسطح تشکیل می دهند، بدین معنی که زمین نقش سطح جذب کننده انرژی خورشید و سقف اثر گلخانه ای را در جلوگیری از تلفات تشعشعی زمین ایفا می کنند و لذا سطح زمین زیر سقف به دمای بالاتری می رسد و بخشی از انرژی خود را به هوای موجود بین سقف و زمین منتقل می کندو بخشی نیز در عمق نزدیکی از سطح زمین ذخیره می گردد. هوای دریافت کننده انرژی حرارتی، گرم و سبک شده و از دودکش به سمت بالا حرکت می کند و نهایتاً به علت اختلاف فشار دو ستون هوای گرم و سرد موجود در دودکش و بیرون، جریان هوا برقرار شده و با نصب توربین های بادی (افقی یا عمودی) در محل ورود هوا به دودکش، بخشی از انرژی جنبشی هوا تبدیل به کار و نهایتاً توسط ژنراتور به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد. توربینهای به کار رفته در دودکش خورشیدی با توربین های بادی جریان آزاد متفاوت بوده و به صورت یک توربین داخل محفظه است که بر مبنای اختلاف فشار عمل می نماید، توان چنین توربینهایی در مقایسه با توربینهای بادی جریان آزاد با همان ابعاد می تواند تا هشت برابر بیشتر باشد. بسته به نوع طراحی و تکنولوژی موجود و مسائل اقتصادی از یک یا چند توربین عمودی یا افقی استفاده می شود. توربینهای با محور عمودی مستحکم تر بوده و صدای کمتری ایجاد می کنند. توربین های بادی این سیستم در معرض بارهای بحرانی ناشی از نوسانات شدید جریان که در مبدل های بادی با جریان آزاد وجود دارد، قرار ندارند لذا ساختمان اجزا آن ساده ر بوده و ارزان تر تمام می شوند و از عمر طولانی تری نیز برخوردار خواهند بود.

در این نوع نیروگاه، به سیستم اضافی جهت ذخیره کردن انرژی نیاز نمی باشد، زیرا زمین وظیفه ذخیره کردن انرژی را انجام می دهد و در موقع کمبود یا فقدان انرژی خورشید سبب ادامه جریان می گردد و در عین حال به عنوان یک تعدیل کننده و یکنواخت کننده جریان عمل می نماید. به لحاظ درجه حرارت، دودکش خورشیدی یک تکنولوژی دما پایین است و دمای هوا حداکثر حدود 35 درجه سلسیوس بیش از دمای محیط می گردد.

روشهای عملکرد و روابط حاکم بر نیروگاه های دودکش خورشیدی

در این نیروگاه ها مکانیزم عملکرد بر اساس تبدیل انرژی حرارتی به انرژی فشاری روی پره های توربین می باشد و در حالت کلی چنین تبدیل انرژی نمی تواند با راندمان بالایی صورت گیرد. به همین علت راندمان این نیروگاه ها زیاد نیست. رابطه راندمان با ارتفاع برج یک رابطه تقریباً خطی است؛ یعنی با افزایش ارتفاع برج، راندمان نیز افزایش خواهد یافت زیرا جریان بوجود آمده در داخل برج بر اثر اختلاف چگالی هوای داخل برج و فضای بیرون می باشد و مقدار این جریان نیز با ارتفاع برج رابطه مستقیم دارد. به همین دلایل باید بتوان با به کار گیری روشهای مختلف مانند استفاده از کلکتور ارزان قیمت با دوام بیشتر، بالا بردن ظرفیت ذخیره سازی انرژی حرارتی در داخل زمین و کوچک کردن فضا های به کار گرفته شده، راندمان را در این نیروگاه ها افزایش داد.

اختلاف اساسی که بین نیروگاه های مجهز به برج هوای گرم و دیگر نیروگاه های خورشیدی که با استفاده از سیستم های متمرکز کننده عمل می کنند وجود دارد، این است که نیروگاههای مجهز به برج گرم نیازی به دریافت تشعشع مستقیم ندارند و در مواقعی که لکه های ابر در اسمان بوده و یا تشعشعات خورشیدی پراکندگی پیدا کرده باشند نیز جریان در داخل برج وجود خواهد داشت، زیرا پرتو های مادون قرمز در تعادل کلی انرژی در برج های نیرو نقش اساسی را ایفا می کنند واین در حالتی است که تابش این اشعه در متمرکز کننده های خورشیدی ویا مولدهای فتوولتائیک تاثیر اندکی دارند.

تعیین محل احداث نیروگاه از لحاظ شرایط اقلیمی و جغرافیایی بر روی راندمان کلکتور و کل سیستم تاثیر قابل ملاحظه ای خواهد داشت. هرچه دمای هوای آزاد (بیرون برج) ورودی به کلکتور کمتر باشد، راندمان بیشتر خواهد بود. خواص و مشخصات خاک و یا بستر کلکتور از لحاظ جذب تشعشع، نوع دانه بندیو درجه زبری، هدایت حرارتی، حرارت مخصوص و غیره نیز بر روی رادمان بسیار تاثیر خواهد داشت این خصوصیات تعیین کننده میزان انرژی انتقال یافته به سیال عامل (هوا) و همچنین مقدار انرژی ذخیره شده در داخل بستر می باشد. جهت و شدت وزش باد به عنوان یک عامل مهم در مقدار انتقال حرارت جابجایی بین پوشش فوقانی کلکتور و محیط می باشد که یکی از مهمترین عوامل اتلاف انرژی حرارتی در سیستم است. همچنین شکل گیری طبقات حرارتی در اتمسفر نیز بر شرایط هوای خروجی از برج بسیار موثر خواهد بود که می تواند با توجه به فشار کاری برج اثر مطلوب یا نامطلوبی بر عملکرد سیستم داشته باشد. عامل موثر دیگر بر عملکرد سیستم حجمگرد و خاک موجود در هوای اطراف نیروگاه است که بر مقدار تشعشع رسیده به کلکتور موثر می باشد. افزایش مقدار گرد و غبار موجب کاهش ضریب پوشش کلکتور خواهد شد و به این ترتیب کارآیی نیروگاه کاهش می یابد. با این وجود تاثیر مقدار گرد و خاک بر این سیستم در مقایسه به سیستم های نیروگاه های خورشیدی مجهز به آیینه کمتر است.

فیلم نحوه عملکرد نیروگاه دودکش خورشیدی را از لینک زیر دانلود نمائید:

Solar chimney

پسورد فایل www.spowpowerplant.blogfa.com می باشد.