انواع نیروگاه خورشیدی

انواع نیروگاه خورشیدی

در سال 2024، ظرفیت جهانی نیروگاه‌های خورشیدی به بیش از 1.6 تراوات رسید و پیش‌بینی می‌شود تا سال 2030 به 4.5 تراوات افزایش یابد، که این رشد 20 درصدی سالانه را نشان می دهد. این آمار نه تنها بر پتانسیل عظیم انرژی خورشیدی تأکید دارد، بلکه ضرورت آشنایی با انواع نیروگاه خورشیدی را برای سرمایه‌گذاران و مصرف‌کنندگان نشان می دهد.

در این مقاله، به بررسی جامع انواع نیروگاه خورشیدی می‌پردازیم. از نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک که مستقیماً نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند تا نیروگاه خورشیدی حرارتی که گرما را به انرژی الکتریکی بدل می‌سازد. با تمرکز بر نحوه کار، مزایا و معایب هر نوع، این راهنما به شما کمک می‌کند تا انتخابی آگاهانه برای پروژه‌های صنعتی یا خانگی داشته باشید.

همچنین، سان‌تاو پاور با بیش از یک دهه تجربه در احداث نیروگاه خورشیدی و تأمین تجهیزات برقی شامل پنل، اینورتر و باتری خورشیدی، آماده ارائه مشاوره تخصصی برای انتخاب بهترین سیستم انرژی خورشیدی برای پروژه‌های شما است.

تعریف کلی نیروگاه خورشیدی و تقسیم‌بندی اصلی

نیروگاه خورشیدی سیستمی است که از انرژی تابشی خورشید برای تولید برق استفاده می‌کند. بر اساس اصول فیزیکی، این نیروگاه‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک (PV) و نیروگاه خورشیدی حرارتی (CSP).

• نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک

نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک بر پایه اثر فتوولتائیک عمل می‌کنند، جایی که فوتون‌های نور خورشید الکترون‌ها را در مواد نیمه‌رسانا (مانند سیلیکون) تحریک کرده و جریان الکتریکی تولید می‌کنند. این نوع بدون نیاز به گرما یا حرکت مکانیکی، مستقیماً DC (جریان مستقیم) تولید می‌کند که توسط اینورتر به AC (جریان متناوب) تبدیل می‌شود.

• نیروگاه خورشیدی حرارتی

نیروگاه خورشیدی حرارتی نور خورشید را برای تولید گرما متمرکز می‌کند و سپس از این گرما برای چرخاندن توربین‌های بخار یا موتورها استفاده می‌ نماید. زیر شاخه‌ های آن شامل نیروگاه خورشیدی متمرکز (CSP) مانند نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough) و نیروگاه بشقابی سهموی است.

این تقسیم ‌بندی بر اساس گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA) در سال 2023، بیش از 95 درصد ظرفیت جهانی را پوشش می‌دهد. در ادامه، به جزئیات هر نوع می‌پردازیم.

نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک

نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک یا نیروگاه سولار، محبوب ‌ترین نوع در جهان است و بیش از 90 درصد نصب‌های جدید را تشکیل می‌دهد. این نوع پنل نحوه کار ساده ای دارند پنل‌های خورشیدی (معمولاً از جنس کریستالی یا نازک ‌لایه) نور را جذب کرده و ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند. این سیستم‌ها به دو دسته اتصال به شبکه (On-Grid) و خارج از شبکه (Off-Grid) تقسیم می‌شوند.

نحوه کار نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی

یکی از انواع نیروگاه خورشیدی، نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک هستند که با جذب فوتون‌های نور خورشید توسط پنل‌های خورشیدی، که معمولاً از مواد نیمه‌رسانا مانند سیلیکون ساخته شده‌اند، کار می‌کنند. این فرآیند جریان مستقیم (DC) تولید می‌کند که از طریق ماژول‌ها عبور کرده و سپس توسط اینورتر خورشیدی (مانند مدل‌های SMA یا SolarEdge) به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌شود تا برای مصارف خانگی یا تزریق به شبکه برق مناسب باشد. در نهایت، باتری‌های خورشیدی مانند لیتیوم-یون انرژی را برای استفاده در شب یا روزهای ابری ذخیره می‌کنند و امکان بهره‌برداری مداوم را فراهم می‌سازند.

کاربرد و ویژگی‌های نیروگاه فتوولتائیک

نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک به دلیل انعطاف‌پذیری و کاربرد گسترده، از محبوب‌ترین گزینه‌ها برای تولید برق پاک هستند. این سیستم‌ها در مقیاس‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند:

کاربرد نیروگاه فتوولتائیک:

• سیستم‌های پشت‌بامی خانگی با ظرفیت 5 تا 10 کیلووات برای تأمین برق منازل
• مزارع خورشیدی عظیم مانند پروژه 2.2 گیگاواتی Bhadla در هند
• پروژه‌های صنعتی و تجاری با نیاز به برق پاک و پایدار

مزایای نیروگاه‌های فتوولتائیک:

• راندمان بالا (بین 15 تا 22 درصد)
• هزینه پایین و مقرون به صرفه نسبت به سایر فناوری‌ها
• نصب سریع در چند هفته
• مقیاس‌پذیری بالا (قابل استفاده در پروژه‌های کوچک و بزرگ)
• عدم نیاز به آب برای خنک‌کاری، مناسب برای مناطق خشک و آفتابی

معایب نیروگاه فتوولتائیک:

• وابستگی به نور مستقیم خورشید (راندمان در شب به صفر می‌رسد)
• هزینه اولیه بالای باتری برای سیستم‌های خارج از شبکه
• نیاز به فضای وسیع برای پروژه‌های بزرگ

وضعیت و پتانسیل ایران در توسعه نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی

ایران با میانگین تابش خورشید 5.5 کیلووات‌ساعت بر مترمربع در روز و بیش از 300 روز آفتابی سالانه، ظرفیت بالقوه تولید حدود 100 هزار مگاوات برق خورشیدی را دارد. تا سال 2025، ظرفیت نصب شده کشور به حدود 1 گیگاوات رسیده است، اما پروژه‌های جدید همچون مزرعه 10 مگاواتی یزد (فتوولتائیک) و طرح‌های CSP در کرمان در حال گسترش هستند و نشان‌دهنده افزایش علاقه به سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر است.

با وجود این فرصت‌ها، چالش‌هایی نیز وجود دارد، از جمله تحریم‌ها، محدودیت سرمایه‌گذاری و هزینه‌های اولیه بالا. با این حال، حمایت‌های دولتی مانند تعرفه خرید تضمینی 0.013 دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت باعث پیش‌بینی رشد حدود 30 درصدی در این حوزه شده است.

سان‌تاو پاور با بیش از یک دهه تجربه در احداث نیروگاه‌های خورشیدی و فروش پنل‌های مونوکریستال با راندمان بالا، با ارائه تجهیزات باکیفیت مانند اینورترها و باتری‌های خورشیدی، راهکارهایی جامع برای پروژه‌های خانگی و صنعتی ارائه می‌دهد تا بهره‌وری انرژی و بازگشت سرمایه را به حداکثر برساند. برای مشاهده محصولات و قیمت پنل‌های خورشیدی سان تاو پاور، می‌توانید به صفحه قیمت پنل خورشیدی مراجعه کنید یا برای مشاوره تخصصی رایگان، با کارشناسان ما تماس بگیرید.

نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی 

نیروگاه خورشیدی حرارتی، که به آن نیروگاه خورشیدی آینه ای نیز گفته می‌شود، برای مناطق با تابش بالا مناسب است و ظرفیت جهانی آن حدود 6 گیگاوات برآورد شده است. در این نوع نیروگاه‌ها، آینه‌ها نور خورشید را متمرکز می‌کنند و گرمای 400 تا 1000 درجه سلسیوس تولید می‌شود، که برای ایجاد بخار و راه‌اندازی توربین‌ها استفاده می‌گردد. انواع نیروگاه های حرارتی خورشیدی عبارتند از:

نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough)

نیروگاه خورشیدی سهموی خطی از آینه‌های خمیده لوله‌ای استفاده می‌کند و نور را روی لوله‌ های حاوی سیال حرارتی (مانند روغن) متمرکز می‌کند. نمونه جهانی آن، نیروگاه SEGS در کالیفرنیا با 354 مگاوات ظرفیت است.

در نیروگاه های خورشیدی سهموی خطی، آینه‌ها نور خورشید را بر روی لوله‌ها متمرکز کرده و سیال داخل لوله (مانند روغن حرارتی یا نمک مذاب) را گرم می‌کنند. این آینه‌ها با ردیاب خورشیدی همراه خورشید حرکت کرده و سیال را تا حدود 400 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند، سپس گرما به بخار تبدیل شده و توربین را برای تولید برق به حرکت درمی‌آورد.

مزیت اصلی این نیروگاه‌ها، راندمان نسبتاً بالا (15 تا 20 درصد) در مناطق با تابش شدید و مستقیم خورشید است. علاوه بر این، طراحی خطی سهموی امکان مقیاس‌پذیری آسان برای پروژه‌های متوسط تا بزرگ‌مقیاس (بیش از 100 مگاوات) را فراهم می‌کند و قابلیت ذخیره گرما برای تولید برق شبانه را دارد. با این حال، هزینه اولیه بالا (2 تا 3 دلار به ازای هر وات)، نیاز به آب برای خنک‌کاری و نگهداری پیچیده آینه‌ها از چالش‌های این فناوری محسوب می‌شوند.

 

نیروگاه بشقابی سهموی / استرلینگ (Parabolic Dish / Stirling Engine)

یکی دیگر از انواع نیروگاه خورشیدی، نیروگاه خورشیدی بشقابی سهموی است که به آن نیروگاه خورشیدی استرلینگ نیز گفته می‌شود، از آینه‌های سهموی کوچک و مستقل برای متمرکز کردن نور خورشید روی یک موتور استرلینگ استفاده می‌کند. موتور استرلینگ با استفاده از گاز داغ تولید شده توسط نور متمرکز خورشید، پیستون‌ها را به حرکت در می‌آورد و انرژی مکانیکی تولید می‌کند که سپس به برق تبدیل می‌شود. نمونه شاخص این فناوری، پروژه EuroDish در اسپانیا است که راندمان آن حدود 30 درصد است و نشان‌دهنده توانایی این سیستم در تولید برق با بازده بالا است.

مزیت اصلی نیروگاه بشقابی سهموی، راندمان بسیار بالا و قابلیت نصب واحدهای مستقل است که امکان مقیاس‌پذیری انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود سیستم برای مناطق دورافتاده و پروژه‌های توزیع‌شده مناسب باشد، جایی که امکان اتصال به شبکه بزرگ برق محدود است. علاوه بر این، واحدهای مستقل این نیروگاه‌ها می‌توانند به راحتی در اندازه‌ها و ظرفیت‌های مختلف نصب شوند و به تدریج گسترش یابند.

با وجود این مزایا، نیروگاه بشقابی سهموی با چالش‌هایی نیز مواجه است. هزینه نصب اولیه بالا، نیاز به نگهداری دقیق و تنظیم مرتب آینه‌ها، و محدودیت در اجرای پروژه‌های بزرگ مقیاس نسبت به نیروگاه سهموی خطی یا حرارتی مرکزی از جمله این چالش‌ها هستند. با این حال، برای پروژه‌های کوچک و متوسط، به ویژه در مناطق با تابش شدید خورشید، این فناوری گزینه‌ای کارآمد و جذاب محسوب می‌شود.

نیروگاه دودکش خورشیدی (Solar Chimney)

نیروگاه دودکش خورشیدی با طراحی منحصربه‌فردی از یک دودکش بلند (بیش از 200 متر) و محوطه‌ای شیشه‌ای برای تولید برق از انرژی خورشیدی استفاده می‌کند. در این سیستم، محوطه شیشه‌ای نور خورشید را جذب کرده و هوای زیر آن را گرم می‌کند؛ هوای گرم به دلیل سبک‌تر بودن به سمت دودکش صعود کرده و این جریان توربین‌های نصب‌شده در مسیر را می‌چرخاند تا برق تولید شود. نمونه‌ای از این فناوری، نیروگاه Manzanares در اسپانیا با ظرفیت 50 کیلووات است.

مزایای این نیروگاه شامل هزینه عملیاتی پایین، قابلیت تولید 24 ساعته با استفاده از ذخیره حرارتی زمین و مناسب بودن برای پروژه‌های بسیار بزرگ است. با این حال، راندمان پایین 1 تا 2 درصد، نیاز به فضای وسیع (چند کیلومتر مربع) و سرمایه اولیه بالا از جمله معایب آن هستند، که توسعه این فناوری را در ایران، با وجود پتانسیل بالای مناطق کویری، با چالش‌هایی مواجه کرده است.

نیروگاه دریافت‌کننده مرکزی / هلیوستات (Central Receiver / Heliostat)

نیروگاه خورشیدی هلیوستات، که به آن نیروگاه دریافت‌کننده مرکزی نیز گفته می‌شود، با بهره‌گیری از هزاران آینه تخت و متحرک به نام هلیوستات، نور خورشید را به‌طور دقیق روی یک برج مرکزی متمرکز می‌کند. نمونه برجسته جهانی این فناوری، نیروگاه Ivanpah در آمریکا است که با ظرفیت 392 مگاوات از بیش از 173 هزار هلیوستات بهره می‌برد و نشان‌دهنده پیشرفته‌ترین کاربردهای نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی در مقیاس بزرگ است.

در این سیستم، نور متمرکز شده دمای برج را تا حدود 1000 درجه سانتی‌گراد افزایش می‌دهد و نمک مذاب (مانند مخلوط نیترات سدیم و پتاسیم) را ذوب و گرما را ذخیره می‌کند. این گرما سپس برای تولید بخار و چرخاندن توربین‌ها استفاده می‌شود و امکان تولید برق مداوم حتی در شب را فراهم می‌آورد.

مزیت اصلی نیروگاه‌های هلیوستات، راندمان بالا (20 تا 25 درصد) و قابلیت ذخیره‌سازی حرارتی طولانی‌مدت (تا 15 ساعت) است که آن‌ها را برای پروژه‌های صنعتی بزرگ و مقیاس‌های وسیع بسیار مناسب می‌کند. با این حال، این فناوری با چالش‌هایی نیز همراه است، از جمله هزینه نصب اولیه بالا (حدود 3 تا 4 دلار به ازای هر وات)، نیاز به نگهداری دقیق هلیوستات‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی مانند مرگ پرندگان به دلیل حرارت شدید متمرکز شده.

نیروگاه کلکتور فرزنل (Fresnel Collector)

نیروگاه خورشیدی فرزنل از آینه‌های تخت خطی برای متمرکز کردن نور خورشید روی لوله‌ای حاوی سیال حرارتی (مانند روغن یا آب) استفاده می‌کند و گرمای تولیدشده برای ایجاد بخار و چرخاندن توربین به کار می‌رود. این سیستم مشابه نیروگاه خورشیدی سهموی خطیعمل می‌کند، اما به دلیل استفاده از آینه‌های تخت و ساده‌تر، هزینه ساخت آن کمتر (حدود 1.5 دلار به ازای هر وات) و نصب آن آسان‌تر است. 

نمونه موفق این فناوری، پروژه Dhursar در هند است که برق پاک تولید می‌کند. مزایای این نیروگاه شامل هزینه پایین‌تر و سهولت نصب است، اما راندمان 10 تا 15 درصدی و حساسیت به زاویه تابش نور (که نیاز به تنظیم دقیق دارد) از معایب آن هستند. این ویژگی‌ها، نیروگاه فرزنل را گزینه‌ای اقتصادی برای مناطق آفتابی ایران، مانند استان‌های جنوبی، تبدیل کرده است.

مقایسه انواع نیروگاه‌های خورشیدی

برای انتخاب بهینه، مقایسه زیر بر اساس داده‌های NREL (مختبر ملی انرژی تجدیدپذیر آمریکا، 2024) ارائه شده است:

کاربردهای صنعتی و خانگی انواع نیروگاه خورشیدی

نیروگاه های خورشیدی هم در صنعت و هم به صورت خانگی کاربرد دارند و در ادامه به توضیح هریک می پردازیم:

کاربرد خانگی 

سیستم‌های فتوولتائیک (PV) پشت ‌بامی با ظرفیت 5 کیلووات، گزینه‌ای عالی برای خانه‌های ایرانی هستند و می ‌توانند تا 50 درصد قبض برق را کاهش دهند. در تهران، با میانگین 5.5 ساعت تابش روزانه، این سیستم سالانه حدود 7000 کیلووات‌ساعت برق تولید می‌کند و با باتری 10 کیلووات‌ساعتی (مانند لیتیوم-یون)، انرژی را برای شب ‌ها ذخیره می‌کند. سان‌ 

تاو پاور با نصب بیش از 200 پروژه خانگی و پنل‌های مونوکریستال، بازگشت سرمایه را در 3-5 سال تضمین می‌کند.

کاربرد صنعتی 

مزارع خورشیدی حرارتی (CSP) مگاواتی برای کارخانه‌ها، مانند پتروشیمی‌ها، تا 20 درصد نیاز برق را تأمین می‌کنند و وابستگی به سوخت فسیلی را کاهش می‌دهند. در ایران، پروژه‌های CSP مانند نیروگاه 17 مگاواتی یزد می‌توانند هزینه‌های سوخت را میلیون‌ها دلار کاهش دهند. سان‌تاو پاور با تجربه در پروژه‌های صنعتی، راهکارهایی برای افزایش راندمان ارائه می‌دهد.

کاربردهای نوین

نیروگاه‌های خورشیدی شناور روی سدها، با صرفه‌جویی در فضا و افزایش 10-15 درصدی راندمان به دلیل خنک‌کاری آب، در چین (مانند پروژه 320 مگاواتی Dezhou) موفق بوده‌اند. در ایران، پتانسیل نصب 100 مگاوات روی سدها وجود دارد. سان‌تاو پاور برای توسعه این فناوری مشاوره تخصصی ارائه می‌کند.

آینده و ترندهای جهانی نیروگاه‌های خورشیدی

پیش‌بینی می‌شود تا سال 2050، انرژی خورشیدی و انواع نیروگاه خورشیدی حدود 25 درصد از برق جهان را تأمین کنند. برخی از ترندهای مهم جهانی در این حوزه شامل موارد زیر است:

• نیروگاه‌های خورشیدی شناور که با استفاده از خنک‌کاری آب می‌توانند راندمان خود را تا 50 درصد افزایش دهند.
• ذخیره‌سازی پیشرفته انرژی با استفاده از باتری‌های جریان وانادیوم که امکان تأمین برق پایدار حتی در ساعات بدون تابش خورشید را فراهم می‌کند.
• ادغام انرژی خورشیدی با هیدروژن سبز برای تولید انرژی پاک و کاهش انتشار کربن.

در ایران نیز تمرکز بر نیروگاه‌های فتوولتائیک هیبریدی با انرژی بادی پیش‌بینی می‌شود تا بهره‌وری سیستم‌ها افزایش یابد و تولید برق پاک در مقیاس وسیع امکان‌پذیر شود.

 

سوالات متداول 

1. نیروگاه خورشیدی حرارتی چیست و چگونه کار می‌کند؟

نیروگاه خورشیدی حرارتی با تمرکز نور خورشید توسط آینه‌ها گرما تولید می‌کند و از آن برای چرخاندن توربین استفاده می‌نماید. زیرشاخه‌هایی مانند نیروگاه خورشیدی آینه ای و نیروگاه خورشیدی متمرکز راندمان 15-30 درصدی دارند.

2. تفاوت نیروگاه خورشیدی سولار و نیروگاه فتوولتائیک خورشیدی چیست؟

نیروگاه خورشیدی سولار اصطلاح کلی برای PV است، که مستقیماً نور را به برق تبدیل می‌کند، در حالی که حرارتی بر گرما تمرکز دارد.

3. نیروگاه خورشیدی استرلینگ چه مزایایی دارد؟

این نوع با راندمان 30 درصدی، برای مناطق دورافتاده ایده‌آل است و بدون آب کار می‌کند.

4. نیروگاه های خورشیدی سهموی خطی در ایران چقدر پتانسیل دارند؟

با بیابان‌های وسیع، ظرفیت 20 هزار مگاوات وجود دارد، اما نیروگاه فتوولتائیک اولویت دارد.

5. هزینه احداث نیروگاه های خورشیدی فتوولتائیک چقدر است؟

برای 1 مگاوات، حدود 500 هزار دلار، با بازگشت سرمایه در 5-7 سال.