نیروگاه هلیوستات
خورشید مهم‌ترین منبع تامین انرژی مورد استفاده روی زمین است. در هر ثانیه خورشید ۱۰۱۲ وات انرژی به سمت زمین ساطع می‌کند که یک ساعت بهره‌گیری از این انرژی می‌تواند انرژی مورد نیاز کره‌ی زمین را به مدت یک سال تامین کند. تولید الکتریسیته با استفاده از خورشید به دو روش انجام می‌شود.
روش اول استفاده از سلول‌های فوتوولتاییک است که نور خورشید را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می‌کند. روش دوم استفاده از گرمای خورشید است، بدین صورت که نور خورشید در یک ناحیه‌ی کوچک متمرکز شده و دما در آن ناحیه بالا رفته و از این افزایش دما برای تولید برق استفاده می‌شود. این روش که با عنوان Concentrated Solar Power (CSP) شناخته می‌شود به صورت نیروگاه‌هایی در ابعاد بزرگ در مناطقی که تابش خورشید زیاد بوده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
توان این نیروگاه‌ها در حدود چندین مگاوات است برای مثال نیروگاه آیوانپا در آمریکا شامل سه بخش است که مجموع توان آن‌ها ۳۹۲ مگاوات است. نیروگاه نور در مراکش از سه فاز تشکیل شده که در حال حاضر بزرگترین نیروگاه خورشیدی دنیا است. فاز سوم آن یک نیروگاه هلیوستات با توان ۱۵۰ مگاوات است.
یکی از این نوع نیروگاه‌ها، نیروگاه‌های هلیوستات است که اجزای کلی آن به صورت خلاصه توضیح داده شده است.
- برج دریافت‌کننده (Receiver) : برجی است که در بالای آن دما تا ۱۰۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد رسیده و سیال عامل که می‌تواند آب، نمک مذاب یا سدیم مذاب باشد در آن ناحیه حرارت دیده و پس از آن وارد توربین برای تولید برق می‌شود. ارتفاع این برج می‌تواند تا ۲۶۰ متر برسد
- هلیوستات (Heliostat) : آیینه‌هایی مستطیل شکل هستند که در زمینی بسیار وسیع با چیدمان خاصی پراکنده شده‌اند و وظیفه‌ی آن‌ها بازتاب نور و هدایت آن به نوک برج دریافت‌کننده است. این آیینه‌ها می‌توانند مستطیلی تا ابعاد ۲۳ * ۸ متر باشد (نیروگاه نور). معمولا تعداد این هلیوستات‌ها در حدود چندین هزار هلیوستات است ( ۷۴۰۰ عدد برای نیروگاه نور واقع در مراکش و ۱۷۳۵۰۰ عدد برای نیروگاه آیوانپا). هلیوستات‌ها دارای دو محرک برای تعقیب موقعیت خورشید هستند. بدین صورت که حرکت آن‌ها دارای دو درجه آزادی است که توسط موتور‌ها و سیستم انتقال حرکت دقیق(چرخدنده‌های حلزونی) کنترل می‌شود.
- سیستم ذخیره‌سازی : اگرچه تمام نیروگاه‌های هلیوستات قابلیت ذخیره‌سازی انرژی ندارند (مانند نیروگاه آیوانپا) اما اکثر آن‌ها دارای این قابلیت هستند بدین صورت که مقداری سیال (نمک یا سدیم مذاب) با دمای بالا در مخزن‌هایی ذخیره شده و با غروب خورشید و پایان تابش از این سیال ذخیره شده برای تولید برق استفاده می‌شود. میزان سیال ذخیره شده در مخزن، مقدار زمان تولید برق پس از پایان تابش را مشخص می‌کند. برای مثال نیروگاه PS10 اسپانیا تا یک ساعت پس از پایان تابش، همچنان قابلیت تولید برق را دارد.
چیدمان هلیوستات‌ها می‌تواند به دو صورت Polar یا Surround باشد. در نوع اول که مناسب برای نواحی با عرض جغرافیایی بالا است، هلیوستات‌ها در یک طرف برج دریافت‌کننده قرار دارند.
اما در نوع دوم که برای نواحی با عرض جغرافیایی کم( نواحی نزدیک به خط استوا) مورد استفاده قرار می‌گیرد، هلیوستات‌ها دور تا دور برج دریافت‌کننده را احاطه می‌کنند.
یکی از ایرادهای نیروگاه‌های خورشیدی بازدهی پایین آن‌هاست. بازدهی کلی یک نیروگاه هلیوستات به دو قسمت بازدهی نوری و بازدهی گرمایی تقسیم می‌شود. بازدهی گرمایی مربوط به سیکل کاری تولید توان است که اکثرا از سیکل رنکاین استفاده می‌شود.
بازدهی نوری مربوط به رسیدن نور از هلیوستات به برج دریافت‌کننده می‌شود. این بازدهی به چند بازدهی مجزا تقسیم‌بندی می‌شود. مورد اول بازدهی کسینوسی است که زمانی که محور عمود بر آیینه دقیقا موازی با پرتو نور خورشید باشد این بازدهی صد در صد است اما تمام آیینه‌ها در این موقعیت قرار ندارند و مقداری اختلاف وجود دارد. بازدهی بعدی مربوط به شرایط جوی است که هرچه فاصله آیینه با برج دریافت‌کننده بیشتر باشد این بازدهی کمتر می شود.
بازدهی بعدی مربوط به توانایی آیینه‌ها در بازتاب نور است. هر سطح بزتاب‌کننده نور مقداری از نور دریافتی را جذب می‌کند و توانایی بازتاب آن به طور صد در صد را دارا نیست. بازدهی دیگر شرایطی را توصیف می‌کند که نور به هلیوستات برخورد کرده و بازتاب شده اما به دلیل زاویه‌ی نامناسب هلیوستات، به برج دریافت‌کننده نرسیده است.
بازدهی بعدی مربوط به زمانی است که نور هنگام برخورد به یک هلیوستات به قسمتی از هلیوستات جلویی برخورد کرده و در واقع هلیوستات جلویی مانع رسیدن نور به هلیوستات پشتی می‌شود (در واقع روی هلیوستات پشت سر خودش سایه انداخته است) آخرین مورد نیز دقیقا برعکس مورد قبل است به طوری که نور به هلیوستات برخورد می‌کند و هنگام حرکت به سمت برج دریافت‌کننده به هلیوستات جلویی برخورد می‌کند. با ضرب تمام این بازدهی‌ها در هم بازدهی کلی نوری به دست می‌آید و با ضرب این بازدهی در بازدهی گرمایی، بازدهی کلی نیروگاه به دست می‌آید.
اگرچه انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع پاک برای تولید برق شمرده می‌شود اما نیروگاه‌های هلیوستات عاری از خطرات زیست‌محیطی نیستند. فعالان محیط زیست با بررسی نیروگاه آیوانپا متوجه اجساد پرندگانی شدند که در اثر سوختگی جان خود را از دست داده بودند.
با بررسی بیشتر متوجه شدند که از آن‌جایی که در بالای برج دریافت‌کننده نور خیره کننده‌ای وجود دارد، حشرات جذب این نور می‌شوند و پرندگانی که از این حشرات تغذیه می‌کنند برای شکار آن‌ها به سمت برج دریافت‌کننده رفته و چون دما در آن ناحیه بسیار بالاست باعث سوختگی و کشته شدن آن‌ها می‌شود. هم چنین هلیوستات‌ها به دلیل بازتاب نور از بالا مانند سطح آب دیده می‌شوند و پرندگانی که در آبگیر‌ها و تالاب‌ها یافت می‌شوند سطح آیینه‌ها را با آب اشتباه فرض کرده به سمت این آیینه‌ها می‌آیند که ممکن است از نواحی با دمای بالا عبور کرده و باعث سوختگیشان شود.
تخمین زده می‌شود که در طول یک سال حدود ۳۵۰۰ پرنده در نیروگاه ایوانپا کشته می‌شوند. یکی از راهکارهای اراِئه شده برای جلوگیری از این اتفاق استفاده از امواجی است که پرندگان را از خود دور می‌کند. هم‌چنین ایجاد آبگیرهای مصنوعی در اطراف نیروگاه برای پراکنده کردن پرندگان و عدم جلب توجهشان به سمت نیروگاه راهکار دیگری است که ارائه شده است.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.