عصر قدرت
تکنولوژی های جریان اصلی
بسیاری از کشورهای صنعتی ظرفیت قابل توجهی از انرژی خورشیدی را در شبکه های خود نصب کرده اند تا مکمل یا جایگزینی برای منابع انرژی متعارف باشند، در حالی که تعداد فزاینده ای از کشورهای کمتر توسعه یافته برای کاهش وابستگی به سوخت های وارداتی گران قیمت به انرژی خورشیدی روی آورده اند (به انرژی خورشیدی بر حسب کشور مراجعه کنید). انتقال از راه دور به منابع انرژی تجدیدپذیر از راه دور اجازه می دهد تا مصرف سوخت فسیلی را جایگزین کنند. نیروگاه های خورشیدی از یکی از دو فناوری استفاده می کنند:
سیستم‌های فتوولتائیک (PV) از پنل‌های خورشیدی، چه در پشت بام‌ها یا در مزارع خورشیدی روی زمین استفاده می‌کنند و نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می‌کنند.
نیروگاه های خورشیدی متمرکز (CSP، همچنین به عنوان "گرمای خورشیدی متمرکز" شناخته می شود) از انرژی حرارتی خورشیدی برای تولید بخار استفاده می کنند که پس از آن توسط یک توربین به برق تبدیل می شود.
سلول های فتوولتائیک
مقالات اصلی: فتوولتائیک و سلول خورشیدی
شماتیک یک سیستم برق PV مسکونی متصل به شبکه[6]
سلول خورشیدی یا سلول فتوولتائیک (PV)، وسیله ای است که نور را با استفاده از اثر فتوولتائیک به جریان الکتریکی تبدیل می کند. اولین سلول خورشیدی توسط چارلز فریتز در دهه 1880 ساخته شد.[7] صنعتگر آلمانی ارنست ورنر فون زیمنس از جمله کسانی بود که به اهمیت این کشف پی برد.[8] در سال 1931، مهندس آلمانی برونو لانگ، یک سلول عکس با استفاده از سلنید نقره به جای اکسید مس ایجاد کرد، [9] اگرچه نمونه اولیه سلول های سلنیوم کمتر از 1? نور فرودی را به الکتریسیته تبدیل می کرد. به دنبال کار راسل اول در دهه 1940، محققان جرالد پیرسون، کالوین فولر و داریل چاپین سلول خورشیدی سیلیکونی را در سال 1954 ایجاد کردند.[10] این سلول های خورشیدی اولیه 286 دلار آمریکا در هر وات هزینه داشتند و بازدهی 4.5 تا 6 درصد داشتند.[11] در سال 1957، Mohamed M. Atalla فرآیند غیرفعال سازی سطح سیلیکون را توسط اکسیداسیون حرارتی در آزمایشگاه Bell توسعه داد.[12][13] فرآیند غیرفعال سازی سطحی از آن زمان برای بازده سلول خورشیدی حیاتی بوده است.[14]
آرایه یک سیستم برق فتوولتائیک یا سیستم PV، برق جریان مستقیم (DC) تولید می کند که با شدت نور خورشید در نوسان است. برای استفاده عملی، این معمولاً نیاز به تبدیل به ولتاژهای مورد نظر خاص یا جریان متناوب (AC) از طریق استفاده از اینورترها دارد.[6] سلول های خورشیدی متعدد در داخل ماژول ها متصل می شوند. ماژول‌ها به هم متصل می‌شوند تا آرایه‌هایی را تشکیل دهند، سپس به یک اینورتر متصل می‌شوند، که برق را در ولتاژ مورد نظر تولید می‌کند، و برای AC، فرکانس/فاز مورد نظر را تولید می‌کند.[6]
بسیاری از سیستم های PV مسکونی در هر کجا که در دسترس باشد به تفاوت درایو و اینورتر شبکه متصل می شوند، به ویژه در کشورهای توسعه یافته با بازارهای بزرگ.[15] در این سیستم های PV متصل به شبکه، استفاده از ذخیره انرژی اختیاری است. در کاربردهای خاصی مانند ماهواره ها، فانوس دریایی، یا در کشورهای در حال توسعه، اینورتر باتری ها یا ژنراتورهای برق اضافی اغلب به عنوان پشتیبان اضافه می شوند. چنین سیستم های قدرت مستقلی اجازه عملیات در شب و در زمان های دیگر با نور محدود خورشید را می دهند.
انرژی خورشیدی متمرکز
یک کلکتور سهموی نور خورشید را روی یک لوله در نقطه کانونی خود متمرکز می کند.
مقاله اصلی: انرژی متمرکز خورشیدی
نیروی خورشیدی متمرکز (CSP)، همچنین به نام «گرمای خورشیدی متمرکز»، فرق اینورتر با درایو از لنزها یا آینه‌ها و سیستم‌های ردیابی برای متمرکز کردن نور خورشید استفاده می‌کند، سپس از گرمای حاصل برای تولید برق از توربین‌های بخار معمولی استفاده می‌کند.[16]
طیف گسترده‌ای از فناوری‌های متمرکز وجود دارد: اینورتر از جمله شناخته‌شده‌ترین آنها می‌توان به فرورفتگی سهموی، بازتابنده خطی فشرده فرنل، دیش استرلینگ و برج انرژی خورشیدی اشاره کرد. تکنیک های مختلفی برای ردیابی خورشید و تمرکز نور استفاده می شود. در همه این سیستم‌ها، یک سیال کار توسط نور متمرکز خورشید گرم می‌شود و سپس برای تولید برق یا ذخیره انرژی استفاده می‌شود.[17] ذخیره سازی حرارتی به طور موثر امکان تولید برق 24 ساعته را فراهم می کند.[18]
یک فرورفتگی سهموی شامل یک بازتابنده سهموی خطی است که نور را روی گیرنده ای که در امتداد خط کانونی بازتابنده قرار دارد متمرکز می کند. تفاوت اینورتر و درایو گیرنده لوله ای است که در امتداد نقاط کانونی آینه سهموی خطی قرار گرفته و با یک سیال فعال پر شده است. این بازتابنده به گونه ای ساخته شده است که در طول روز با ردیابی در امتداد یک محور، خورشید را دنبال کند. سیستم‌های فرود سهموی بهترین فاکتور کاربری زمین را در میان هر فناوری خورشیدی ارائه می‌کنند.[19] کارخانه‌های سیستم‌های تولید انرژی خورشیدی در کالیفرنیا و نوادا سولار وان آچیونا در نزدیکی بولدر سیتی، نوادا نمایندگان این فناوری هستند.