واحد تبدیل انرژی حرارتی خورشید به برق یا همان پنل‌های خورشیدی تجهیزاتی هستند که در آن سیال با انرژی تابشی خورشید گرم شده و در یک چرخه ترمودینامیکی این انرژی حرارتی به روش همرفت به توانی تبدیل شده که می‌تواند یک ژنراتور را به حرکت درآورده و برق تولید کند. با این روش در حقیقت انرژی گرمایشی خورشید به کمک یک واسط که عموما آب است به الکتریسیته تبدیل می‌شود.

متداول‌ترین تکنولوژی برای ذخیره‌سازی این انرژی ذخیره نمک مذاب (نیترات) است. ترکیب درصد این نمک‌ها متغیر است. متداول‌ترین آن‌ها ترکیبی از پتاسیم نیترات، سدیم و نهایتا کلسیم نیترات است.

انرژی تابشی خورشید با یکی از هشت ساز و کار زیر به انرژی گرمایشی و در مرحله بعد به الکتریسیته تبدیل می‌شود:

• واحدهای سهموی متمرکز که با استفاده از نمک‌های غیرارگانیک امکان ذخیره‌سازی انرژی را فراهم می‌کنند.
• واحدهایی که با عدسی فرسنل کار می‌کنند.
• برج‌های مرکزی مبدل مستقیم بخار.
• برج‌های مرکزی‌ای که از نمک‌های غیرارگانیک به عنوان سیال انتقال دهنده حرارت استفاده می‌کنند.
• واحدهای منعکس کننده سهموی که به موتور استرینگ مجهز شده‌اند.
• واحدهای متمرکز کننده استوانه‌ای- سهمی که با سوخت biomass هیبریده شده‌آند.
• واحدهای متمرکز کننده استوانه‌ای- سهمی که با چرخه‌های متعدد هیبریده شده‌اند.
• برج‌هایی که با توربین‌های گازی هیبریده شده‌اند.

دلایل استفاده گسترده از تکنولوژی پنل‌های خورشیدی:

• امکان مدیریت کردن آن وجود دارد.
• امکان ذخیره‌سازی آن در فرم‌های متعدد وجود دارد.
• پاک است.
• ایمن است.
• تجدیدپذیر است.
• شدت وابستگی به انرژی را کاهش می‌دهد.
• در بسیاری از مناطق جهان می‌تواند جایگزین مطلوبی برای سایر منابع انرژی باشد.

مزیت انرژی حرارتی خورشید در چیست؟

• می‌توان آن را مدیریت کرده و به فرم‌های مختلف ذخیره کرد.

انرژی حرارتی خورشید برخلاف سایر تکنولوژی‌های جاری که تولید آن نیازمند مصرف نوع دیگری از انرژی است، تکنولوژی تجدیدپذیری محسوب می‌شود که می‌توان آن را ذخیره کرد و در زمان نیاز حتی مواقعی که نور خورشید وجود ندارد از آن استفاده کرد.

• انرژی خورشیدی منبعی پاک، ایمن و تجدیدپذیر است.

باید در نظر داشت که انرژی خورشیدی منبع انرژی‌ای پاک، ایمن و تجدیدپذیر محسوب می‌شود؛ که به کمک آن می‌توان با تغییرات آب و هوایی مبارزه کرده و به کمک آن مدل اقتصادی و اجتماعی پایدار ایجاد کرد. بعلاوه خورشید یکی از فراوان‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر در زمین است.

• از میزان وابستگی به سایر منابع انرژی می‌کاهد.

انرژی گرمایشی خورشید و به طور کلی هر نوع انرژی تجدیدپذیر می‌تواند جایگزین سوخت‌های فسیلی شده و نیاز بشر به این سوخت‌ها را کاهش دهد.

برای بسیاری از مناطق کره زمین فرصت محسوب می‌شود.

کشورهایی با منابع محدود انرژی می‌توانند از این منبع بی‌پایان انرژی برای تامین نیاز خود بهره بگیرند.

مخاطرات مربوط به حریق در پنل‌های خورشیدی:

مهم‌ترین قسمت‌هایی که باید در پنل خورشیدی حفاظت شوند عبارتند از:

باید بهترین روش برای مقابله با مخاطرات ذکر شده اتخاذ شود، چرا که تمامی آن‌ها می‌توانند به عنوان منبع بالقوه حریق عمل کنند و آثار مخرب جدی در پی داشته باشند.

در میان تمام موارد ذکر شده باید به بویلرهای HTF توجه ویژه داشت و تجهیزات ویژه‌ای برای حفاظت از آن در نظر گرفت. در این بویلرها سه عنصر خطرناک گاز طبیعی، هیدروژن و خطرناک‌تر از همه سیال حرارتی HTF در کنار یکدیگر قرار گرفته و فضای پرمخاطره‌ای ایجاد کرده است. به طوریکه حضور یکی از این سه سوخت در پنل خورشیدی برای ایجاد محیط ATEX کافیست.

هیدروژن:

هیدروژن ماده‌ای به شدت قابل احتراق است که در صورتیکه غلظت کافی از آن در محیطی موجود باشد می‌تواند به راحتی موجب انفجار یا وقوع حریق شود.

در پنل‌های خورشیدی در فاز نهایی الکترولیز آب برای شارژ باتری‌ها هیدروژن و اکسیژن از یکدیگر جدا می‌شوند و به این ترتیب هیدروژن در پنل‌های خورشیدی تولید می‌شود.

گاز طبیعی:

از گاز طبیعی در بویلرهای کمکی استفاده می‌شود، فلش‌پوینت آن 180- درجه‌سانتی‌گراد است و آستانه انفجار کمتر از 5% است. بنابراین هر گونه نشت این گاز به همراه سایر شرایط (نقطه اشتعال، مجاورت در اکسیژن کافی و غلظت مناسب) می‌تواند فاجعه بار باشد.

بویلر (Heat transfer fluid) HTF:

بویلرهای HTF در پنل‌های خورشیدی دو وظیفه دارند:

• در صورتیکه نور خورشید کافی نباشد سیستم را روشن نگه دارند.
• در طول مدت زمان تاریکی یا شرایط نامطلوب محیطی سیال را گرم نگه دارند.

ویژگی‌های بویلرهای HTF:

• بویلرهای کویل سه راهه
• نصب عمودی برای تخلیه بهینه
• بازیابی نفت/گاز به منظور بالا بردن راندمان
• بهینه‌سازی نسبت گاز/هوا برای پیش گرم کردن فرآیند جهت احتراق
• دمای نفت خروجی 380 تا 395 درجه‌سانتی‌گراد
• دمای سطحی تا 405 درجه‌سانتی‌گراد
• عملکرد 90٪.

بویلر HTF منبع اصلی سوخت در پنل‌های خورشیدی هستند، در هر چرخه چیزی معادل 1.300 تا 2.200 تن سیال گرمایشی در آن در گردش است. از آنجاییکه فلش‌پوینت این سیال بین 110-124 درجه‌سانتی‌گراد است و سیال در دمای متوسط 350 درجه سانتی‌گراد مورد استفاده قرار بگیرد هرگونه نشتی سیال می‌تواند موجب ایجاد ابر انفجاری عظیم در آن شود. علیرغم اینکه دمای احتراق خودکار بالای 600 درجه‌سانتی‌گراد است عبور سیال از لوله‌ها می‌تواند دما را به سرعت به این محدوده برساند. همچنین در بسیاری از موارد با ورود ناگهانی هوا این ابر بخارات در دمای بسیار پایین‌تر منفجر شده‌ است.

مزایای بویلرهای HTF:

• رسانایی و پایداری دمایی بالا.
• مقاومت بالا در برابر اکسیداسیون و فشار بخار پایین.
• کارایی اقتصادی بالا و هزینه تعمیر و نگهداری پایین.
• حاشیه دمای عملکردی بالا (30- تا 280 درجه‌سانتی‌گراد)

در صورتیکه لوله‌ها نشتی داشته باشند حرکت سیال در لوله‌ها کند می‌شود، لوله‌ها عموما با صفحات آلومینیومی پوشانده شده‌اند در هنگام خارج کردن این صفحات آلومینیومی هر گونه شعله می‌تواند آغازگر حریق باشد.

در نیروگاه های حرارتی خورشیدی، باید بر حفاظت از این نوع بویلرها تاکید شود. غالب حریق‌هایی که در پنل‌های خورشیدی رخ می‌دهد در این قسمت به وقوع می‌پیوندد بنابراین جا دارد این بخش مخاطره آمیز بیشتر تجزیه و تحلیل شود.

راهکارهای حفاظت از حریق پنل‌های خورشیدی:

گاز FM200 برای حفاظت از کابل روم‌ها، تکنیکال روم‌ها،‌الکتریکال روم‌ها و قفسه‌های تجهیزات الکتریکی،‌ اتاق‌های کنترل و اتاق‌های باتری مورد استفاده قرار می‌گیرند.

برای حفاظت از توربین‌‌ها و ترانسفورماتورها می‌توان از گاز CO2، سیستم اطفای حریق واترمیست یا پودر خشک شیمیایی استفاده کرد.

حفاظت از حریق بویلرهای HTF:

با توجه به احتمال نشت سیال از این بویلرها بهترین گزینه و برای حفاظت حریق این تجهیزات استفاد از سیستم‌های اطفای گازی CO2 است. سیستم اطفای گازی CO2 عموما در داخل بویلرها قرار می‌گیرد.

مزایای سیستم اطفای حریق CO2 برای بویلرها:

• توان سرمایشی بالا
• افزایش فشار در هنگام تخلیه
• امکان حفاظت حداکثری با قرار گرفتن در داخل محفظه

بویلرهای HTF از حلقه‌های متحدالمرکزی از لوله‌های کوچک تشکیل شده‌اند که با روغن داغ پر شده‌ است.

احتمال وقوع نشتی در این لوله‌های کویل شکل تحت فشار بسیار کم است اما از آنجاییکه این لوله‌ها microcracks هستند سیال می‌تواند به صورت اسپری از آن خارج شده و با شعله مشعل‌ برخورد کند، آتش بگیرد و انرژی مضاعف به بویلر تحمیل کند. در اغلب موارد این نشتی پیامد شدیدی برای بویلر در پی ندارد و فرآیند اطفا به راحتی انجام می‌شود اما در صورتیکه ادامه پیدا کند انرژی بیشتری آزاد می‌شود که می‌تواند برای بویلر مخاطره آمیز باشد.

در این صورت می‌توان از سیستم اطفای مشخص برای مهار حریق بهره گرفت. در صورت شدت گرفتن حریق اپراتور به این صورت عمل خواهد کرد:

• مشعل را خاموش می‌کند، شیر گاز و ورودی و خروجی روغن را می‌بندد.
• از پرسنل امنیتی می‌خواهد که از ورود افراد به محوطه جلوگیری کند.
• گاز CO2 را تخلیه می‌کند.
• چند دقیقه صبر می‌کند و سپس بررسی می‌کند که حریق به درستی اطفا شده باشد.

میزان CO2 مورد نیاز برای اطفای حریق داخل بویلر براساس الزامات NFPA 12 محاسبه می‌شود.