انرژی خورشیدی عظیم ترین منبع انرژی در جهان است. این انرژی پاک، ارزان و بی پایان بوده و در بیشتر مناطق کره زمین قابل استحصال می باشد. محدودیت منابع فسیلی و پیامدهای حاصل از تغییرات زیست محیطی و آب و هوای جهانی، فرصتهای مناسبی را برای رقابت انرژی خورشیدی با انرژیهای فسیلی خصوصا در کشورهایی با پتانسیل بالای تابش ایجاد نموده است.

سیستمهای انرژی خورشیدی، فنآوریهای جدیدی هستند که برای تامین گرما، آب گرم، الکتریسیته و حتی سرمایش منازل مسکونی، مراکز تجاری و صنعتی بکار می روند.

فنآوریهای حرارتی خورشیدی به دو بخش نیروگاههای حرارتی خورشیدی و کاربردهای غیر نیروگاهی سیستمهای خورشیدی تقسیم بندی می شوند.

نیروگاههای حرارتی خورشیدی از تابش مستقیم خورشید (DNI) استفاده می کنند. این بخش از تابش خورشید توسط ابرها، دود یا گرد و غبار منحرف نمی شود. بنابراین، نیروگاههای حرارتی- خورشیدی باید در مناطقی که از تابش مناسب خورشید برخوردار هستند ساخته شوند. سایتهای مناسب برای ساخت نیروگاههای خورشیدی از تابش خورشید 2000 کیلوات ساعت بر هر متر مربع (kWh/m2y) سالانه برخوردار هستند، مناطق مناسب تر جهت احداث این نوع نیروگاهها از تابشی بیش از 2800 کیلوات ساعت بر هر متر مربع (kWh/m2y) سالانه برخوردار هستند. به طور معمول نقاطی برای این سایتها مناسب هستند که آب و هوا و گیاهان منطقه رطوبت و گرد وغبار زیادی را در اتمسفر ایجاد نمی کنند مانند استپها، بوته زار، صحراهای نیمه خشک و صحراها که به طور معمول در عرض جغرافیایی شمال یا جنوب کمتر از 40 درجه قرار دارند.
از مناطق مستعد می توان به جنوب غربی ایالات متحده آمریکا، کشورهای مدیترانه ای اروپا، خاور میانه و خاور نزدیک، ایران و صحراهای هند، پاکستان، چین و استرالیا اشاره نمود.

 

در بسیاری از مناطق جهان می توان با استفاده از تکنولوژیهای حرارتی-خورشیدی در مساحت یک کیلو متر مربع از زمین، 100 الی 300 گیگاوات ساعت الکتریسیته خورشیدی تولید نمود. این مقدار معادل تولید سالانه نیروگاههای متداول فسیلی، زغال سنگ یا گازی با ظرفیت 50 مگاوات در بار متوسط است.

 

 یک نیروگاه خورشیدی شامل تاسیساتی است که انرژی تابشی خورشید را جمع کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارتهای بالا ایجاد می کند. انرژی جمع آوری شده از طریق مبدلهای حرارتی، توربین ژنراتورها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد. نیروگاه های خورشیدی بر اساس نوع متمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند:

 

نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough Concentrator)

 

نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیفهای موازی و طولانی از متمرکز کننده ها میباشد. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای میباشند و روی یک سازه نگهدارنده قرار میگیرند. دریافت کننده انرژی شامل لوله های جاذب استوانه ای شکل با پوشش انتخابی هستند که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده میشوند و در طول خط کانونی قرار میگیرند.بخش دریافت کننده در قسمتهای انتهایی روی دو تکیه گاه قرار گرفته اند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است. سیستم ردیابی در این دستگاهها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب بر روی تک محور دورانی انجام میگیرد بگونه ای که پرتوهای خورشیدی در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جذب کننده کانونی میشوند. یک سیال انتقال حرارت، بطور مشخص روغن، در دمای بیش از 400 درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان میباشد و روغن داغ در مبدلهای حرارتی، آب را به بخار تبدیل میکند و بخار فوق داغ طی سیکل رانکین از توربین و ژنراتور انرژی الکتریکی تولید می کند.

 

نیروگاه دریافت کننده مرکزی(Power Tower)

 

نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع برج دریافت کننده مرکزی با متمرکز نمودن پرتوهای تابش خورشید روی برج دریافت کننده انرژی الکتریکی تولید میکنند. این سیستم از مجموعه ای از آینه ها که هر یک بطور جداگانه خورشید را ردیابی میکنند تشکیل شده تعداد این آینه ها در یک نیروگاه به صدها و هزاران عدد میرسد که هلیوستات نامیده میشوند. سطوح متمرکز کننده طوری تنظیم میشود که همواره پرتوها را روی دریافت کننده ثابتی که همان برج مرکزی است منعکس کنند.

 

نیروگاه دیش استرلینگ(Dish Stirling)

 

 موتور استرلینگ موتورهای گرما- کاری هستند که حرارت را تبدیل به جنبش می کنند ونسبت به موتور بنزینی و دیزلی کارآیی بیشتری دارند. امروزه چنین موتورهایی برایموردهای خاص استفاده می شوند. موتورهای استرلینگ از چرخه استرلینگ استفاده می کنند که با چرخه های استفاده شده درموتورهای احتراق داخلی متفاوت است. چرخه استرلینگ از یک منبع حرارتی خارجی که مانند بنزین، انرژیخورشیدی یا گازهای بیومس استفاده می کند و هیچ احتراقی داخلسیلندرهای موتور رخ نمی دهد . برای تامین انرژی مورد نیاز این موتور از یک دیش منعکس کننده استفاده می شود. این دیش انرژی حرارتی خورشید را مستقیما به روی موتور منعکس می کند و موتور شروع به تولید برق می کند.

 

از انرژی حرارتی خورشید علاوه بر استفاده نیروگاهی، می توان در زمینه های زیر بصورت صنعتی، تجاری و خانگی استفاده کرد:

 

گرمایش آب مصرفی( آب گرمکنهای خورشیدی برای منارل، ساختمانها، کارخانجات و استخرها)

 

آبگرمکن های خورشیدی به طوریکه از نام آنها پیداست از طریق جذب انرژی تابش خورشید توسط صفحات جاذب ( کلکتور ) عمل می نمایند و راندمان گرمایشی آنها در فصول مختلف سال و بر حسب موقعیتهای جغرافیایی متفاوت می باشد . مخزن آبگرم به گونه ای طراحی شده که آبگرم را بطور ذخیره درشبانه روز مهیا نماید و تلفات حرارتی آن تا صبح روز بعد و طلوع مجدد بسیار ناچیز باشد .
با استفاده از این سیستم می توان هزینه های مصرف گاز – گازوئیل و برق را بطور چشمگیری کاهش داد که این امر در پروژه های بزرگ ملموس تر خواهد بود، بطوریکه بعد از گذشت حدود 4 الی 5 سال می توان با صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی سرمایه گذاری اولیه را مستهلک نمود . هزینه های نگهداری و تعمیرات این سیستمها بسیار پائین است. طول عمر کارکرد سیستمهای استانداد و با کیفیت فنی بالا تا 15 سال می رسد .

 

گرمایش فضای داخلی ساختمانها

 

  گرمایش ساختمان توسط خورشید، اولین و اصلی ترین کاربرد انرژی خورشیدی در بخش ساختمان می باشد. سیستمهای گرمایش خورشیدی برمبنای نوع سیال هوا یا مایع، که در کلکتورهای خورشیدی گرم می شود، به دو نوع عمده تقسیم بندی می شوند. هر دو نوع از این سیستم ها تابش خورشید را جمع آوری و جذب کرده و حرارت بدست آمده از خورشید را جهت تامین بار گرمایش مستقیما" به فضاهای داخلی ساختمان ها انتقال می دهند. استفاده این سیستم ها از منبع انرژی  بی پایان و ارزان خورشیدی یکی از مزایای سیستم های خورشیدی می باشد و از همه مهمتر این سیستم ها برخلاف سوخت های فسیلی تهدیدی برای محیط زیست به شمار نمی روند.