ประเภทของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์: หอคอย, แผ่นดิสก์, หัวโค้งทรงกระบอกพาราโบลา, สุญญากาศพลังงานแสงอาทิตย์, รวมกัน

ในการแปลงพลังงานรังสีอาทิตย์หรืออีกนัยหนึ่ง— ความร้อนจากแสงอาทิตย์และแสงสว่างเป็นพลังงานไฟฟ้าเป็นเวลาหลายปีที่หลายประเทศทั่วโลกใช้โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ โครงสร้างเหล่านี้เป็นโครงสร้างทางวิศวกรรมที่มีการออกแบบแตกต่างกัน โดยทำงานบนหลักการที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับประเภทของโรงไฟฟ้า

หากมีใครได้ยินคำว่า "โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์" แบบผสมผสาน ลองนึกภาพพื้นที่ขนาดใหญ่ที่ปกคลุมด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ ก็ไม่น่าแปลกใจเพราะโรงไฟฟ้าประเภทนี้เรียกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ เป็นที่นิยมอย่างมากในหลายๆ ครัวเรือนในปัจจุบัน แต่นี่ไม่ใช่โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทเดียว

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่รู้จักกันในปัจจุบันซึ่งผลิตไฟฟ้าในระดับอุตสาหกรรมนั้นแบ่งออกเป็น 6 ประเภท ได้แก่ หอคอย แผงเซลล์แสงอาทิตย์ โซลาร์เซลล์ หัวผลิตไฟฟ้าทรงกระบอกพาราโบลา สุญญากาศพลังงานแสงอาทิตย์ และแบบรวมลองมาดูรายละเอียดโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แต่ละประเภทและให้ความสนใจกับโครงสร้างเฉพาะในประเทศต่างๆ ทั่วโลก

โรงไฟฟ้าทาวเวอร์

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ — โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่รังสีจากระบบรวมแสงที่เกิดจากสนามเฮลิโอสแตทถูกส่งตรงไปยังเครื่องรับพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหอคอย

เดิมทีโรงไฟฟ้าแบบหอคอยใช้หลักการระเหยของน้ำภายใต้อิทธิพลของรังสีดวงอาทิตย์ ที่นี่ใช้ไอน้ำเป็นสารทำงาน หอคอยตั้งอยู่ที่ใจกลางของสถานีดังกล่าว มีถังเก็บน้ำด้านบนที่ทาสีดำเพื่อดูดซับรังสีและความร้อนที่มองเห็นได้ดีที่สุด นอกจากนี้หอคอยยังมีกลุ่มเครื่องสูบน้ำที่มีหน้าที่จ่ายน้ำไปยังอ่างเก็บน้ำ ไอน้ำซึ่งมีอุณหภูมิสูงกว่า 500 ° C จะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดกังหันที่อยู่ในอาณาเขตของสถานี

เพื่อรวมรังสีดวงอาทิตย์ในปริมาณสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ที่ด้านบนสุดของหอคอย จึงมีการติดตั้งเฮลิโอสแตทหลายร้อยตัวไว้รอบๆ ซึ่งมีหน้าที่ส่งรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนไปยังภาชนะบรรจุน้ำโดยตรง Heliostats เป็นกระจกซึ่งแต่ละพื้นที่สามารถเข้าถึงได้หลายสิบตารางเมตร

เฮลิโอสแตท [เฮลิโอสแตท] — องค์ประกอบกระจกแบนหรือโฟกัสของระบบรวมแสงที่มีอุปกรณ์ปรับทิศทางเฉพาะสำหรับส่งรังสีดวงอาทิตย์โดยตรงที่สะท้อนกลับไปยังตัวรับรังสีดวงอาทิตย์

เฮลิโอสแตททั้งหมดติดตั้งบนแท่นรองรับที่มีระบบโฟกัสอัตโนมัติ ส่งรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนไปยังยอดหอคอยโดยตรงไปยังถัง เนื่องจากการวางตำแหน่งทำงานตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ในระหว่างวัน

ในวันที่ร้อนที่สุด อุณหภูมิของไอน้ำที่ผลิตได้อาจสูงถึง 700 °C ซึ่งมากเกินพอสำหรับการทำงานปกติของกังหัน

ตัวอย่างเช่นในอิสราเอลในทะเลทราย Negev ภายในสิ้นปี 2560 การก่อสร้างโรงไฟฟ้าพร้อมหอคอยที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 121 MW จะแล้วเสร็จ ความสูงของหอคอยจะอยู่ที่ 240 เมตร (หอสุริยะที่สูงที่สุดในโลก ณ เวลาที่ก่อสร้าง) , และรอบ ๆ จะเป็นพื้นของเฮลิโอสแตทนับแสนที่จะวางตำแหน่งผ่านการควบคุม Wi-Fi อุณหภูมิไอน้ำในถังจะสูงถึง 540 °C โครงการมูลค่า 773 ล้านดอลลาร์จะครอบคลุม 1% ของความต้องการไฟฟ้าของอิสราเอล

น้ำไม่ได้เป็นเพียงสิ่งเดียวที่ทำให้ร้อนด้วยรังสีดวงอาทิตย์ในหอคอย ตัวอย่างเช่น ในประเทศสเปน ในปี 2554 โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหอคอย Gemasolar ได้เริ่มดำเนินการแล้ว โดยมีการให้ความร้อนกับสารหล่อเย็นด้วยเกลือ วิธีการแก้ปัญหานี้ทำให้สามารถทำความร้อนได้แม้ในตอนกลางคืน

เกลือที่ได้รับความร้อนถึง 565 ° C เข้าสู่ถังพิเศษหลังจากนั้นจะส่งความร้อนไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำซึ่งจะหมุนกังหัน ทั้งระบบมีกำลังการผลิต 19.9 เมกะวัตต์และสามารถจ่ายไฟฟ้าได้ 110 กิกะวัตต์ชั่วโมง (เฉลี่ยต่อปี) เพื่อจ่ายไฟให้กับเครือข่าย 27,500 ครัวเรือนที่ทำงานเต็มกำลังตลอด 24 ชั่วโมงเป็นเวลา 9 เดือน

โรงไฟฟ้าจำนวนมาก

โดยหลักการแล้ว โรงไฟฟ้าประเภทนี้คล้ายกับหอคอย แต่มีโครงสร้างที่แตกต่างกัน ใช้โมดูลแยกกันซึ่งแต่ละโมดูลผลิตกระแสไฟฟ้า โมดูลนี้มีทั้งตัวสะท้อนแสงและตัวรับ การประกอบกระจกแบบพาราโบลาที่สร้างตัวสะท้อนแสงติดตั้งอยู่บนส่วนรองรับ

Mirror Amplifier — หัวรังสีแสงอาทิตย์พร้อมเคลือบกระจกหัววัดแบบเหลี่ยมเพชรพลอย — หัววัดแบบเหลี่ยมเพชรพลอยของรังสีดวงอาทิตย์ประกอบด้วยกระจกแต่ละบานที่มีรูปร่างแบนหรือโค้งซึ่งก่อตัวเป็นพื้นผิวสะท้อนแสงทั่วไป

เครื่องรับจะอยู่ที่จุดโฟกัสของพาราโบลา แผ่นสะท้อนแสงประกอบด้วยกระจกหลายสิบบาน โดยแต่ละบานจะปรับแต่งเอง เครื่องรับอาจเป็นเครื่องยนต์สเตอร์ลิงรวมกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หรือถังน้ำซึ่งเปลี่ยนเป็นไอน้ำ และไอน้ำจะเปลี่ยนกังหัน

ตัวอย่างเช่น ในปี พ.ศ. 2558 Ripasso ประเทศสวีเดน ได้ทดสอบหน่วยความร้อนแบบพาราโบลาด้วยเครื่องยนต์สเตอร์ลิงในแอฟริกาใต้ ตัวสะท้อนแสงของการติดตั้งคือกระจกพาราโบลาประกอบด้วย 96 ส่วนและพื้นที่รวม 104 ตารางเมตร ม.

โฟกัสไปที่เครื่องยนต์ไฮโดรเจนสเตอร์ลิงที่ติดตั้งมู่เล่และเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จานหมุนตามดวงอาทิตย์ในตอนกลางวันอย่างช้าๆ เป็นผลให้ปัจจัยด้านประสิทธิภาพคือ 34% และแต่ละ "แผ่น" ดังกล่าวสามารถให้พลังงานไฟฟ้าแก่ผู้ใช้ 85 MWh ต่อปี

ในความเป็นธรรมเราทราบว่าที่จุดโฟกัสของ "จาน" ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนี้สามารถตั้งภาชนะบรรจุน้ำมันได้ซึ่งความร้อนสามารถถ่ายโอนไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำซึ่งจะหมุน กังหันของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหลอดพาราโบลา

ที่นี่อีกครั้ง สื่อความร้อนถูกทำให้ร้อนโดยรังสีสะท้อนเข้มข้น กระจกมีลักษณะเป็นทรงกระบอกพาราโบลายาวได้ถึง 50 เมตร วางตัวในแนวเหนือ-ใต้และหมุนตามการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ ที่จุดโฟกัสของกระจกคือท่อคงที่ซึ่งสารทำความเย็นเหลวเคลื่อนที่เมื่อสารหล่อเย็นอุ่นเพียงพอ ความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งไอน้ำจะหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอีกครั้ง

Parabolic Corridor Concentrator — หัววัดแบบกระจกของรังสีดวงอาทิตย์ รูปร่างของพาราโบลาเกิดจากการเคลื่อนที่แบบพาราโบลาขนานไปกับตัวมันเอง

ในปี 1980 ในแคลิฟอร์เนีย Luz International ได้สร้างโรงไฟฟ้าดังกล่าว 9 แห่ง โดยมีกำลังการผลิตรวม 354 เมกะวัตต์ อย่างไรก็ตาม หลังจากการฝึกฝนเป็นเวลาหลายปี ผู้เชี่ยวชาญได้ข้อสรุปว่าในปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพาราโบลาด้อยกว่าทั้งในแง่ของความสามารถในการทำกำไรและประสิทธิภาพเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบทาวเวอร์และเพลท

อย่างไรก็ตาม ในปี 2559 มีการค้นพบโรงไฟฟ้าในทะเลทรายซาฮาราใกล้กับเมืองคาซาบลังกา หัวแสงอาทิตย์ขนาดกำลังการผลิต 500 เมกะวัตต์ กระจกขนาด 12 เมตรจำนวนครึ่งล้านชิ้นทำให้น้ำหล่อเย็นร้อนขึ้นถึง 393 °C เพื่อเปลี่ยนน้ำให้กลายเป็นไอน้ำสำหรับปั่นกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในตอนกลางคืน พลังงานความร้อนยังคงทำงานต่อไปโดยถูกเก็บไว้ในเกลือที่หลอมละลาย ด้วยวิธีนี้รัฐโมร็อกโกจึงวางแผนที่จะแก้ปัญหาแหล่งพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างค่อยเป็นค่อยไป

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์

สถานีที่ใช้โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ แผงเซลล์แสงอาทิตย์ พวกเขาเป็นที่นิยมและแพร่หลายในโลกสมัยใหม่ โมดูลที่ใช้เซลล์ซิลิกอนถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเพื่อจ่ายไฟให้กับไซต์ขนาดเล็ก เช่น สถานพยาบาล วิลล่าส่วนตัว และอาคารอื่นๆ โดยสถานีที่มีกำลังไฟที่ต้องการจะถูกประกอบจากชิ้นส่วนต่างๆ และติดตั้งบนหลังคาหรือบนพื้นที่ที่เหมาะสม โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบอุตสาหกรรมสามารถจ่ายไฟฟ้าให้กับเมืองเล็กๆ

Solar Power Plant (SES) [โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์] — โรงไฟฟ้าที่ออกแบบมาเพื่อแปลงพลังงานของรังสีดวงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น ในรัสเซีย โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ที่ใหญ่ที่สุดในประเทศเปิดตัวในปี 2558 โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ "Alexander Vlazhnev" ประกอบด้วยแผงเซลล์แสงอาทิตย์ 100,000 แผง กำลังการผลิตรวม 25 เมกะวัตต์ ตั้งอยู่บนพื้นที่ 80 เฮกตาร์ระหว่างเมือง Orsk และ Gai ความจุของสถานีเพียงพอที่จะจ่ายไฟฟ้าให้กับครึ่งหนึ่งของเมือง Orsk รวมถึงอาคารธุรกิจและที่อยู่อาศัย

หลักการทำงานของสถานีดังกล่าวนั้นง่ายมาก พลังงานของโฟตอนแสงจะถูกแปลงเป็นกระแสในซิลิคอนเวเฟอร์ โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์ที่แท้จริงในเซมิคอนดักเตอร์นี้ได้รับการศึกษาและยอมรับโดยผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์มาอย่างยาวนาน แต่ผลึกซิลิคอนซึ่งให้ประสิทธิภาพ 24% ไม่ใช่ทางเลือกเดียว เทคโนโลยีมีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นในปี 2013 วิศวกรของชาร์ปจึงได้รับประสิทธิภาพ 44.4% จากองค์ประกอบอินเดียม-แกลเลียม-อาร์เซไนด์ และการใช้เลนส์โฟกัสทำให้ได้ประสิทธิภาพทั้งหมด 46%

โรงไฟฟ้าสุญญากาศพลังงานแสงอาทิตย์

สถานีพลังงานแสงอาทิตย์ประเภทนิเวศวิทยาอย่างแน่นอน โดยหลักการแล้วจะใช้การไหลของอากาศตามธรรมชาติซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิ (อากาศบนพื้นผิวโลกร้อนขึ้นและพุ่งขึ้น) ย้อนกลับไปในปี 1929 แนวคิดนี้ได้รับการจดสิทธิบัตรในฝรั่งเศส

มีการสร้างเรือนกระจกซึ่งเป็นพื้นที่ปกคลุมด้วยกระจก หอคอยยื่นออกมาจากใจกลางเรือนกระจก เป็นท่อทรงสูงที่ติดตั้งกังหันเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ดวงอาทิตย์ทำให้เรือนกระจกร้อนขึ้น และอากาศที่ไหลผ่านท่อจะหมุนกังหันกระแสลมจะคงที่ตราบเท่าที่ดวงอาทิตย์ให้ความร้อนแก่อากาศในปริมาตรแก้วที่ปิดสนิท และแม้ในตอนกลางคืนตราบเท่าที่พื้นผิวโลกยังคงรักษาความร้อนไว้

สถานีทดลองประเภทนี้สร้างขึ้นในปี 1982 ห่างจากมาดริดไปทางใต้ 150 กิโลเมตรในสเปน เรือนกระจกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 244 เมตร และท่อสูง 195 เมตร กำลังพัฒนาสูงสุดเพียง 50 กิโลวัตต์ อย่างไรก็ตาม กังหันหมุนอยู่ 8 ปีจนพังเพราะสนิมและลมแรง ในปี 2010 จีนเสร็จสิ้นการก่อสร้างสถานีสุญญากาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่สามารถให้พลังงานได้ 200 กิโลวัตต์ มีพื้นที่ 277 เฮกตาร์

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสาน

สถานีเหล่านี้เป็นสถานีที่เชื่อมต่อการสื่อสารน้ำร้อนและความร้อนกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน โดยทั่วไปจะทำน้ำร้อนสำหรับความต้องการที่หลากหลาย สถานีรวมยังรวมถึงโซลูชันแบบรวมเมื่อหัววัดทำงานแบบขนานกับแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบผสมผสานมักเป็นทางออกเดียวสำหรับการจัดหาพลังงานทางเลือกและการทำความร้อนในบ้านส่วนตัว