نیروگاه های حرارتی خورشیدی نیروگاه های تولید برق هستند که از انرژی خورشید برای گرم کردن مایعات تا دمای بالا استفاده می کنند. این مایع سپس گرمای خود را به آب منتقل می کند ، که در نتیجه بخار بیش از حد گرم می شود. سپس از این بخار برای تبدیل توربین ها در نیروگاه استفاده می شود و این انرژی مکانیکی توسط یک ژنراتور به برق تبدیل می شود. این نوع تولید در اصل همان تولید برق است که از سوخت های فسیلی استفاده می کند اما در عوض به جای احتراق سوخت های فسیلی بخار را با استفاده از نور خورشید گرم می کند. این سیستم ها از جمع کننده های خورشیدی استفاده می کنند تا اشعه خورشید را در یک نقطه متمرکز کنند تا به دمای مناسب بالا برسند.

نیروگاهی از انرژی حرارت خورشید شامل موارد متعدد ‌باشد : آبگرمکن و حمام خورشیدی – سرمایش و گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی – خشک کن خورشیدی – اجاق خورشیدی  کوره‌های خورشیدی و خانه‌ خورشیدی.

            1-آبگرمکن‌ خورشیدی و حمام خورشیدی :

تولید آب گرم مصرف ساختمان اقتصادی‌ترین روش مصرف از انرژی خورشید و می‌توان از انرژی حرارتی خورشید برای تهیه آب گرم بهداشتی در اماکن عمومی به خصوص در مکان که مشکل سوخت رسان وجود دارد مصرف کرد.اگر ظرفیت این سیستم افزایش یابد می‌توان از آن در حمام خورشیدی نیزمصرف کرد. تاحال با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیاد آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استان‌ خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده ‌است.

            2-گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشید :

اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصل برای به کارگرفتن گرمای آن در طول سال مصرف شده است. گرمایش و سرمایش ساختمان با   مصرف از انرژی خورشید، ایده تازه‌ بود که در سال ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستم معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌ خورشیدی می‌توان  به علاوه آب گرم مصرف و گرمای از این سیستم‌ در فصل گرما برای سرمایش ساختمان نیزمصرف کرد.

            3-آب شیرین کن خورشید :

حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند فقط آب تبخیر شده و املاح باقی ‌ماند. سپس با مصرف روش مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این شکل آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشت مورد نیاز در نقاط که دسترس به آب شیرین ندارد مثل جزیره را تأمین کرد.

آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شود. در نوع صنعتی با حجم بالا می‌توان برای مصرف شهر آب شیرین تولید کرد.

            4-خشک کن خورشید :

خشک کردن مواد غذایی برای نگه داری از زمان زیاد قدیم رسم بوده و انسان‌ اولین خشک کردن را یک هنر می‌دانست.

خشک کردن عبارت از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و بقیه محصول که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری ‌باشد. در خشک کن‌ خورشید به طور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی برای خشک نمودن مواد مصرف ‌شود و هوا هم به شکل طبیعی یا اجبار جریان یافته و موجب تسریع عمل خشک شدن محصول ‌گردد. خشک کن‌ خورشید در اندازه‌ و طرح مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته ‌شود.

            5-اجاق خورشید :

دستگاه خوراک پز خورشیدی اولین بار به دست نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشه‌ درپوش آن را تشکیل می‌داد اشعه خورشید با عبور ازبین این شیشه‌ ها وارد جعبه شده و به دست سطح سیاه جذب می‌شد وحرارت داخل جعبه را به 80 درجه افزایش ‌داد. اصل کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتو مستقیم خورشید در یک نقطه کانون و افزایش دما در آن نقطه باشد. امروزه طرح متنوع از این سیستم‌ وجود دارد که این طرح در مکان مختلف مثل آفریقا و جنوب آزمایش شده و به نتیجه خوب هم رسیده‌ و مصرف این اجاق به ویژه در مناطق شرق کشورما که با مشکل کمبود سوخت مواجه باشد زیاد مفید است.

            6-کوره خورشید :

در قرن 18 نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و به دست آن یک تل چوب را در فاصله ۶۰ متر آتش زد.بسمر پدر فولاد دنیا نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشید تأمین ‌کرد یک کوره خورشید متشکل از دو آینه تخت و کروی باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و دست این آینه به آینه کروی تابیده می‌شود. بر طبق قانون اپتیک هروقت دست پرتو موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می‌شود به این شکل انرژی حرارت گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود که این نقطه به دما بالا ‌رسد. پروژه‌ متعدد در زمینه کوره‌ خورشید در سرتا سر جهان در حال طراح و اجراء می‌باشد.

            7-خانه‌ خورشید :

ایرانی باستان از انرژی خورشیدی برای کم کردن مصرف چوب در گرم کردن خانه‌ خود در زمستان مصرف ‌کرد. آنان ساختمان را به ترتیب بنا کرد که در زمستان نور خورشید به داخل اتاق نشیمن ‌تابد و در روز گرم تابستان فضا اتاق در سایه قرار داشت. در سایرفرهنگ‌ دنیا هم می‌توان از این شکل طرح را مشاهده کرد. در سال بین دو جنگ در اروپا و ایالات متحده طرح فراوان در زمینه خانه‌ خورشید طرح و آزمایش شد. از آن زمان تحول خاص در این زمینه صورت نگرفت و معماران به طور جد ساخت خانه‌ خورشید را آغاز کرده‌ و به دنبال تحول و پیشرفت  تکنولوژی  و در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰   در حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشید ساخته و در این شکل خانه‌ تلاش ‌شود از انرژی خورشید برای روشنای  تهیه آب گرم بهداشت و سرمای و گرمای ساختمان مصرف شود و با به کار بردن مصالح ساختمان مفید از تلف گرما و انرژی جلوگیری شود.

در کشور ما ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمال دانشگاه علم و صنعت و برای پژوهش در خصوص بهینه ساز مصرف انرژی وممکن بررسی راه مصرف از انواع انرژی تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشید اجرا گردد.

مزایای نیروگاه خورشیدی:

نیروگاه‌ خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل ‌کند در آینده با مزایا قاطعی که در مقابل نیروگاه‌ فسیل و اتمی دارد به خصوص این که سازگار با محیط زیست باشد، مشکل برق به خصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نماید. تأسیس و به کارگیری نیروگاه‌ خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ گسترده را برای کمک به خودکفای و قطع وابسته کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد.شایسته ‌ که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ پرداخت.

            1-تولید برق بدون استفاده سوخت

نیروگاه‌ خورشیدی نیاز به سوخت ندارد و برخلاف نیروگاه‌ فسیلی که قیمت برق تولیدی آن تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می‌باشد. در نیروگاه‌ خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می‌توان بهای برق مصرف را برای زمان طولانی ثابت نگه داشت.

            2-عدم احتیاج به آب بیشتر

نیروگاه‌ خورشیدی به خصوص دودکش خورشید با هوا گرم احتیاج به آب ندارد و برای مناطق خشک مثل ایران زیاداهمیت دارد.نیروگاه‌ حرارتی سنتی زمان فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارد.

            3-عدم آلودگی محیط زیست

نیروگاه‌ خورشیدی ضمن تولید برق هیچ گونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمی‌کند در صورت که نیروگاه‌ فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت و گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاه‌ اتم با تولید زباله‌ هسته‌ خود که زیاد خطرناک و رادیواکتیو هست محیط زندگی را آلوده و مشکلات بزرگ برای ساکنین کره زمین به وجود می‌آورد.

            4-امکان تأمین شبکه‌ کوچک و ناحیه‌ای

نیروگاه‌ خورشیدی می‌توان با تولید برق به شبکه سرتاسری برق نیرو برساند و در عین امکان تأمین شبکه‌ کوچک ناحیه، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی  برای انتقال برق ندارد و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌ انتقال نمی‌باشد.

            5-استهلاک کم و عمر زیاد داشتن

نیروگاه‌ خورشیدی به دلیل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می‌باشد در حال که عمر نیروگاه‌ فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده ‌است.

            6-عدم نیاز به متخصص

نیروگاه‌ خورشیدی نیاز به متخصص عالی ندارد و می‌توان آن را به شکل اتوماتیک به کار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌ اتم وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاه احتیاج به مراقبت دائمی و ویژه دارد.

کاربرد انرژی خورشید:

انرژی خورشیدی توسط سیستم‌  و برای مقاصد متفاوت مصرف و بهره‌گیری می‌شود که عبارت‌ اند از:

            مصرف انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعت و نیروگاه.

            تبدیل مستقیم پرتو خورشید به الکتریسیته به وسیله تجهیزات به نام فتوولتائیک.

مصرف انرژی حرارتی خورشید:

ا ز کاربرد انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاه و غیر نیروگاه ‌باشد.

کاربرد نیروگاهی:

تأسیساتی که با  مصرف آن ها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات برپایه انواع متمرکز کننده‌ موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ به 3دسته تقسیم اند:نیروگاه گیرنده  آینه‌ سهموی ناودانی هست.

            نیروگاه‌ که گیرنده آن  در  برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌ بزرگ به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. نیروگاه‌ گیرنده آن بشقاب دیش ‌باشد.

روش کارکرد نیروگاه‌ تولید الکتریسیته در هر نیروگاه آبی، نیروگاه بخاری و نیروگاه گازی برای تولید برق از ژنراتور الکتریکی مصرف می‌شود که با چرخیدن این ژنراتوربرق تولید می‌شود. این ژنراتور الکتریکی انرژی دوران خود را از دستگاه به نام توربین تأمین می‌کند وژنراتور انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند.

تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتور، توربین‌ هست توربین انواع مختلف دارد در نیروگاه بخاری توربین هایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آن شده و موجب به گردش در آمدن پره‌ توربین می‌گردد. در نیروگاه‌ آبی که روی سدها نصب می‌شود انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌ توربین می‌شود.

در نیروگاه آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاه حرارتی بر اثر سوختن سوخت فسیلی ، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار به بخار تبدیل می‌شود و به این شکل انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاه گازی توربینهایی وجود دارد که به طور مستقیم بر اثر سوخت گاز به حرکت درآمد و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارت به جنبشی و بعد به الکتریکی تبدیل می‌شود.

در نیروگاه حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌ خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین به که این شکل نیروگاه شامل دو قسمت هست:

            1-سیستم خورشیدی پرتو خورشید را جذب کرده و با مصرف حرارت جذب شده تولید بخار‌نماید.

            2-سیستم سنتی نیروگاه حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

نیروگاه حرارت خورشیدی سهموی خطی:

در این نیروگاه، از منعکس کننده‌ صورت سهموی خط ‌باشد برای تمرکز پرتو خورشید در خط کانونی آن استفاده می‌شود و گیرنده به صورت لوله‌ در خط کانونی منعکس کننده‌ قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوص در جریان که بر اثر حرارت پرتو خورشید گرم و داغ ‌گردد. روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدار مرسوم در نیروگاه حرارتی انتقال داده به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.

برای بهره ‌گیری افزایش بازده لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش ‌دهد و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ به صورت لفاف پوشیده شود تا از تلفات گرما و افت تشعشع جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت به عمل آید.بین این دو لوله خلاء به وجود می‌آورد برای آن که پرتو تابش خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.

در این نیروگاه یک سیستم ردیاب خورشید  هم وجود دارد که به آینه‌ شلجم خورشید را دنبال می‌کند و پرتو آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز‌نماید.

تغییرات تابش خورشید در این نیروگاه توسط منبع ذخیره و گرم کن سوخت فسیلی جبران می‌شود. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا – اسپانیا – مصر – مکزیک – هند و مراکش از نیروگاه‌ سهموی خطی استفاده شده ‌و که این نیروگاه یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره‌ برداری قرار دارد.

سیستمهای تولید انرژی الکتریکی حرارتی خورشیدی / خورشیدی ، نور خورشید را جمع می کنند و متمرکز می شوند تا گرمای دمای بالا مورد نیاز برای تولید برق را تولید کنند. تمام سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی دارای جمع کننده انرژی خورشیدی با دو مؤلفه اصلی هستند: بازتابنده ها (پنل ها) که نور خورشید را روی گیرنده ضبط و متمرکز می کنند. در اکثر انواع سیستم ها ، یک مایع انتقال حرارت در گیرنده گرم می شود و گردش می شود و برای تولید بخار استفاده می شود. بخار در یک توربین به انرژی مکانیکی تبدیل می شود که یک ژنراتور را برای تولید برق اختیار می کند. سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی دارای سیستم های ردیابی هستند که نور خورشید را در طول روز متمرکز می کند و خورشید در آسمان تغییر می کند. نیروگاههای حرارتی خورشیدی معمولاً دارای میدان بزرگ یا مجموعه ای از کلکتورهایی هستند که گرمای توربین و ژنراتور را تأمین می کنند. چندین نیروگاه خورشیدی خورشیدی در ایالات متحده دارای دو یا چند نیروگاه خورشیدی با آرایه ها و ژنراتورهای مجزا هستند.

نیروگاه حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی:

در این نیروگاه‌ها پرتو خورشیدی توسط مزرعه‌ متشکل از تعداد زیاد آینه منعکس کننده به نام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالا برج نسبتاً بلندی استقرار یافته  متمرکز می‌گردد. روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیاد به دست می‌آید که این انرژی به وسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت که جذب می‌شود و به وسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌ سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید ‌گردد.

این سیال عامل در مبدل حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا ‌گردد. در برخی از سیستم‌ها سیال عامل آب  و مستقیم در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می‌شود.

برای مصرف دائم این نوع نیروگاه‌ در زمان که تابش خورشید وجود ندارد مثل ساعات ابری یا شب سیستم‌ ذخیره کننده حرارت و یا  از تجهیزات پشتیبانی ممکن  که سوخت فسیل جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته شود.

تحقیقات در زمینه فناوری و سیستم این نیروگاه‌ ادامه دارد و آزمایشگاه و مؤسسات متعدد درجهان در این زمینه فعالیت می‌کند.

مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکز توسط سازمان انرژی نو ایران و با کمک شرکت مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار جریان دارد. کلیه مطالعات و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده است.

نیروگاه‌ حرارت بشقابی:

در این نیروگاه از منعکس کننده‌ که به صورت شلجمی بشقابی باشد برای تمرکز نقطه‌ پرتو خورشید مصرف گردد و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار می‌گیرد به کمک سیال جاری انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل نماید.

دودکش‌ خورشیدی:

برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید مصرف برج نیرو یا دودکش‌ خورشید ‌باشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌  مصرف ‌شود به این  شکل که با مصرف یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیاد گرم خانه‌ خورشیدی که در اطراف آن و هوای گرم که به  دست انرژی خورشیدی در یک گرم خانه تولید ‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ قرار دارد، هدایت ‌شود.

این هوا گرم به دلیل ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد  کرده و باعث چرخش پروانه و ژنراتور در پایین برج نصب شده ‌است ‌گردد و به وسیله  ژنراتور برق تولید ‌شود هم اکنون یک نمونه این سیستم در ۱۶۰ کیلومتر جنوب مادرید احداث گردید که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر‌رسد.