مهندسين دانشگاه ايالت اورگان امريکا، روش جديدي را براي ذخيره‌سازي انرژي حرارتي خورشيدي متمرکز ابداع کرده‌اند. در اين روش هزينه‌ها کمتر شده و امکان استفاده در سطح گسترده بيش از شيوه‌هاي ديگر فراهم است.

اين روش بر اساس نوآوري تازه‌اي در ذخيره‌سازي گرماشيميايي استوار است که در آن  نقل و انتقال‌هاي شيميايي در‌يک چرخه انجام مي‌شوند تا حرارت نگه داشته شود و توربين‌ها به کار بيفتند. سپس براي ادامه‌ي چرخه، بايد دوباره به آن حرارت داد. اين  روند اغلب در طول 24 ساعت شبانه روز مي‌تواند اجرا شود و در هر زمان از روز، مقادير دلخواه انرژي الکتريکي حاصل از انرژي خورشيدي بر اساس ميزان تقاضا در دسترس است.

اين‌يافته‌ها که در ژورنال ChemSusChem که مجله‌ي تخصصي شيمي‌ انرژي‌هاي تجديدپذير است به چاپ رسيده است، با همکاري محققان دانشگاه فلوريدا به دست آمده‌اند. در اين روش تازه، مي‌توان تمامي ‌انرژِي به دست آمده را ذخيره کرد و در زماني که الکتريسيته مورد نياز است به مصرف رساند. حتي مي‌توان بخشي از انرژي توليد شده را در همان زمان مصرف کرد و بقيه را براي استفاده‌هاي بعدي ذخيره کرد.

در واقع در اين روش،‌يکي از مشکل‌هايي که مانع استفاده‌ي سراسري از انرژي خورشيدي ميشد، مرتفع شده است. در روش‌هاي قبلي انرژي توليد شده قابل ذخيره‌سازي نبود و بايد در همان زمان مصرف ميشد. نکته‌ي مهم اينجاست که منبع توليد انرژي الکتريکي مي‌توانست در طول شبانه روز برق توليد کند، اما بديهي است که ميزان توليد در ساعت‌هايي از روز بيشتر مي‌شد و به شدت تابش خورشيد بستگي داشت. در بسياري مواقع عدم توانايي در ذخيره سازي الکتريسيته موجب هدر رفتن جريان انرژي ميشد.

الکتريسيته با منبع حرارتي خورشيدي به دليل کم هزينه بودن همواره مورد توجه است. در واقع مانع بزرگي که همواره بر سر راه انرژي‌هاي سبز وجود دارد، هزينه‌هاي بالا است که در اين مورد مي‌توان از آن چشم پوشي کرد. توليد اين نوع انرژي بر خلاف سلول‌هاي فتوولتائيک که نور خورشيد را مستقيماٌ به برق تبديل مي‌کنند، به اين صورت است که تابش‌هاي خورشيدي توسط آينه‌هاي بزرگ جمع آوري شده و به ‌يک دريافت کننده‌ي خورشيدي بازتاب داده مي‌شوند.

اين انرژي براي گرم کردن ‌يک سيال که توربين‌ها را براي توليد برق به کار مي‌اندازد ، استفاده مي‌شود. اين تکنولوژي براي محققان قابل توجه است، زيرا در عين حال که امنيت بالايي دارد، ماندگاري نيز دارد و با محيط زيست سازگار است. در اين روش توليد برق گازهاي گلخانه‌اي توليد نمي‌شوند. هزينه، بازده و امنيت فاکتورهاي اصلي براي انتخاب اين روش هستند.

نيک اويونگ (Nick AuYeung)، استاديار مهندسي شيمي ‌در کالج مهندسي OSU مي‌گويد: «با استفاده از ترکيب‌هايي که ما در حال بررسي آن‌ها هستيم، پتانسيل قابل توجهي براي افزايش بهره وري و کاهش هزينه‌ها وجود دارد. در اين نوع سيستم‌ها، بهره وري انرژي به بالاترين ميزان دماي قابل دسترسي بستگي دارد. نمک‌هاي مذابي که هم اکنون براي ذخيره‌ي انرژي به کار مي‌روند، فقط مي‌توانند تا 600 درجه‌ي سانتيگراد دما را تحمل کنند و به محفظه‌هاي بزرگ و مقاوم در برابر گرما نياز دارند. اما ترکيب‌هاي تازه‌اي که ما آن‌ها را مطالعه مي‌کنيم، مي‌توانند در دماي 1200 درجه‌ي سلسيوس هم استفاده شوند و بازده سيستم را نسبت به مدل‌هاي فعلي به دو برابر افزايش دهند. اين پديده تحول بزرگي را در حوزه‌ي ذخيره‌سازي انرژي رقم مي‌زند.»

بر اساس گفته‌هاي اويونگ، ذخيره‌سازي حرارتي شبيه به‌ يک باتري است که در آن، پيوندهاي شيميايي براي ذخيره و آزادسازي انرژي به کار مي‌روند، با اين تفاوت که انتقال و ذخيره‌سازي، به جاي الکتريسيته، در مورد حرارت اتفاق مي‌افتد. اين سيستم بر پايه‌ي تجزيه‌ي برگشت‌پذير استرانسيم کربنات به استرانسيوم اکسيد و کربن دي اکسيد که واکنشي گرماگير است کار مي‌کند. در هنگام تخليه، بازترکيب استرانسيوم اکسيد و کربن دي اکسيد، گرماي ذخيره شده را آزاد مي‌کند. اين مواد غير قابل اشتعال، در دسترس و سازگار با محيط زيست هستند.

اين روش جديد در مقايسه با روش‌هاي قبلي چگالي انرژي ده برابري دارد و به دليل سبکتر و کوچکتر بودن، هزينه‌هاي کمتري در ساخت دارد. در اين سيستم پيشنهادي، حرارت آنقدر زياد است که مي‌توان مستقيماً هوا را گرم کرد و با هواي گرم توربين‌ها را به کار انداخت، سپس با گرماي باقي‌مانده مي‌توان بخار توليد کرد و توربين ديگري را به گردش در آورد.

اويونگ مي‌گويد: «يکي از نگراني‌هايي که در تست‌هاي آزمايشگاهي به وجود آمد اين است که ظرفيت ذخيره‌سازي پس از 45 بار تکرار چرخه‌ي گرمايش و سرمايش، به دليل بروز تغييرهايي در مواد زيرساختي، کاهش پيدا کرد. در پژوهش‌هاي بعدي بايد به دنبال راهکارهايي براي پردازش مجدد سيستم و‌يا افزايش تعداد چرخه‌هاي ذخيره‌سازي باشيم. همچنين بايد قبل از اينکه سيستم به مرحله‌ي تست در آزمايشگاه‌هاي ملي برسد، آن را در مقياس‌هاي بزرگ تر بررسي کنيم و مسائلي مانند شوک‌هاي حرارتي را به بوته‌ي آزمايش بگذاريم.»

انرژي حرارتي خورشيدي شکلي از انرژي است که براي توليد حرارت ‌يا الکتريسيته جهت مصرف خانگي و تجاري قابل استفاده است. اولين نيروگاه حرارتي خورشيدي در سال 1910 در صحراي آفريقا راه اندازي شد. اما در آن زمان به دليل اينکه استفاده از سوخت‌هاي مايع مقرون به صرفه‌تر بودند، اين پروژه به صورت نيمه‌کاره رها شد تا در دهه‌هاي بعدي دوباره بازگشايي شود. جمع‌کننده‌هاي حرارتي خورشيدي به سه دسته‌ي حرارت پايين، حرارت متوسط و حرارت زياد تقسيم مي‌شوند. جمع‌کننده‌هاي حرارت کم معمولاً براي گرم کردن آب استخرها به کار مي‌روند. از جمع‌کننده‌هاي حرارت متوسط اغلب براي گرم کردن آب در مناطق مسکوني و تجاري استفاده مي‌شود. جمع‌کننده‌هاي حرارت زياد نيز در صنعت استفاده مي‌شوند. اين نوع جمع‌کننده‌ها دمايي حدود 300 درجه‌ي سلسيوس در فشار 20 بار را توليد مي‌کنند.  

از جمله مهم‌ترين نيروگاه‌هاي حرارتي خورشيدي در جهان، نيروگاه ايوانپا (Ivanpah) در صحراي موهاوي کاليفرنيا است که در حال حاضر با ظرفيت توليد 377 مگاوات برق، بزرگترين نيروگاه حرارتي خورشيدي محسوب مي‌شود. نيروگاه سالنوا (Solnova)  و نيروگاه اکترسل (Extresol) در کشور اسپانيا نيز به ترتيب دومين و سومين نيروگاه‌هاي بزرگ حرارتي خورشيدي جهان هستند.   

سيال‌هاي متعددي تاکنون براي ذخيره‌سازي و حمل گرماي خورشيد آزمايش شده‌اند که مهم‌ترين آن‌ها آب، هوا، روغن و سديم هستند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که از ميان اين مواد، نمک مذاب بالاترين بازدهي را دارد. نمک مذاب غير قابل اشتعال و غير سمي‌ است و به دليل فراواني، مي‌توان آن را با کم‌ترين هزينه تهيه کرد. از نمک مذاب در صنايع شيميايي و فلزي براي انتقال حرارت استفاده مي‌شود. نمک مذاب قادر است گرماي خورشيد را تا‌ يک هفته ذخيره کند.

يکي از راه‌هايي که براي ذخيره‌سازي حرارت خورشيد‌ يافت شده، استفاده از مواد  فاز متغير است. اين نوع مواد مي‌توانند گرماي خورشيد را با بازدهي بالاتري ذخيره کنند. از مزيت‌هاي مهم مواد فاز متغير اين است که دچار خوردگي و انجماد نمي‌شوند، هدايت حرارتي کمي ‌دارند و اشتعال ناپذيرند. انرژي حرارتي خورشيد، ‌يکي از انرژي‌هاي پاک و تجديدپذير است که مي‌تواند در آينده جايگزين مناسبي براي سوخت‌هاي فسيلي باشد.

منبع:

Phys.org

منابع مفيد:

سلول‌هاي خورشيدي چگونه کار مي‌کنند؟

انرژي خورشيدي

توربين‌هاي الکترومکانيکي

بازدهي سلول‌هاي خورشيدي

نيروگاه شبانه روزي خانگي

انرژي ارزان و پاک

سلول‌هاي خورشيدي پوشيدني

نسل جديد سلول‌هاي خورشيدي

Competetive cost

ذخيره سازي انرژي گرما خورشيدي-مقاله تخصصي (براي کساني که علاقه به مطالعه مقاله اصلي را دارند.)

SolarReserve.com

Gizmag.com

Scientific American

اثر گلخانه‌اي

تبديل انرژي خورشيدي به الکتريسيته

انرژي حرارتي

ضرورت دستيابي به انرژي خورشيدي

جمع کننده‌هاي خورشيدي

انواع نيروگاه‌هاي برق