دودکش خورشیدی چیست؟

اساس کار دودکش خورشیدی استفاده از اختلاف فشار ناشی از اختلاف دما است. این اختلاف فشار جریانی را در دودکش ایجاد می کند که موجب حرکت توربین، ژنراتور و تولید برق می شود. هوا در زیر یک سقف شفاف که تشعشع خورشیدی را عبور‌ می‌دهد، گرم می‌شود. وجود این سقف و زمین زیر آن به عنوان یک کلکتور یا جمع کننده خورشیدی عمل می‌کند. در وسط این سقف شفاف یک دودکش یا برج عمودی وجود دارد که هوای زیادی از پایین آن وارد می‌شود. باید محل اتصال سقف شفاف و این برج به صورتی باشد که منفذی نداشته باشد و اصطلاحاً “هوا بند” شده باشد هوای گرم، چون سبک‌تر از هوای سرد است به سمت بالای برج حرکت می‌کند. این حرکت باعث ایجاد مکش در پایین برج می‌شود تا هوای گرم بیش تری را به درون بکشد و هوای سرد پیرامونی به زیر سقف شفاف وارد شود. برای این که بتوان این فناوری را به صورت ۲۴ ساعته مورد استفاده قرارداد‌ می‌توان از لوله‌ها یا کیسه‌های پرشده از آب در زیر سقف استفاده کرد. این موضوع بسیار ساده انجام می‌شود یعنی در طول روز آب حرارت را جذب کرده و گرم می‌شود و در طول شب این حرارت را آزاد می‌کند. قابل ذکر است که باید این لوله‌ها را فقط برای یک بار با آب پر کرده و به آب اضافی نیازی نیست. بنابراین اساس کار بدین صورت است که تشعشع خورشیدی در این برج باعث ایجاد یک مکش به سمت بالا می‌شود که انرژی حاصل از این مکش توسط چند مرحله توربین تعبیه شده در برج به انرژی مکانیکی تبدیل شده و سپس به برق تبدیل می‌شود.‌

می‌توان توان خروجی برج‌های خورشیدی را به صورت حاصل ضرب انرژی خورشیدی ورودی در راندمان مربوط به جمع کننده برج و توربین بیان کرد. در داخل برج جریان گرمایی ناشی از کلکتور به انرژی سینتیک و انرژی پتانسیل (افت فشار در توربین) تبدیل می‌شود. بنابراین متوجه می‌شویم که اختلاف چگالی هوا که ناشی از افزایش دما در کلکتور است، به عنوان یک نیروی محرکه عمل می‌کند. هوای سبک‌تر موجود در برج در قسمت تحتانی و در قسمت فوقانی برج به هوای اطراف متصل است و از این رو باعث ایجاد یک حرکت روبه بالا می‌شود. در چنین حالتی یک اختلاف فشار بین قسمت پایین برج) خروجی کلکتور و محیط اطراف ایجاد می‌شود. بر این اساس با افزایش ارتفاع برج، اختلاف فشار افزایش خواهد یافت. البته این اختلاف فشار را‌ می‌توان با فرض قابل صرف نظر کردن اتلاف‌های اصطکاکی به اختلاف استاتیک و دینامیک تقسیم کرد.

قابل ذکر است که اختلاف فشار استاتیک در توربین افت می‌کند و اختلاف فشار دینامیک بیان گر انرژی سینتیک جریان هوا است. در عمل افت فشار استاتیک و دینامیک ناشی از توربین است. در حالتی که توربین وجود نداشته باشد می‌توان به حداکثر سرعت جریان دست یافت و تمام اختلاف فشار موجود به انرژی سینتیک تبدیل می‌شود. مهم‌ترین عامل در راندمان برج، ارتفاع آن است. با دقت در معادلات می‌توان دریافت که توان خروجی یک دودکش خورشیدی متناسب با سطح کلکتور و ارتفاع برج است.

فناوری دودکش خورشیدی هنوز مراحل جنینی خود را طی می کند و تا مرحله تجاری سازی فاصله دارد. در دنیا نیروگاه‌های فعال به این شکل نداریم و چند مورد محدود به صورت آزمایشگاهی و نمونه ساخته شده اند. شاید بتوان گفت: بزرگترین مانع پیش روی تجاری شدن این فناوری هزینهی بالای ساخت و راهاندازی آن است. قسمت‌های عمرانی این پروژه‌ها و مخصوصاً دودکش خورشیدی آن بخش بزرگی از هزینه را در بر میگیرد. علاوه بر این، این نیروگاه ها، همانطورکه در ادامه اشاره می‌شود نیاز به توربین‌های خاصی دارند که پیچیدگی‌های خود را دارد و هنوز در مراحل تحقیق و توسعه است. این فناوری نیاز به زمین در دسترس زیادی دارد، از این جهت مناطق بایر و زمین‌های بدون استفاده برای این سیستم‌ها مناسب است و حتی میتوان در برخی موارد در قسمت گلخانه ای آن استفاده‌های کشاورزی نیز ایجاد کرد.

بطور کلی دودکش‌های خورشیدی فناوری‌های ساد‌ه ای هستند که بخش عمده آن را قسمت‌های عمرانی تشکیل می دهند. در این بین ساخت دودکش‌ها به علت ارتفاع آن‌ها مورد تحقیقات گسترد‌های قرار گرفته است و انواع متنوعی از آن‌ها ارائه شده است.

سیستم تولید برق دودکش‌های خورشیدی نیز از دو قسمت اصلی توربین و ژنراتور تشکیل شده که به علت ثابت بودن نسبی دبی و رفتار جریان هوای عبوری، طراحی نسبتاً ساده تری از سیستم‌هایی مانند توربین‌های بادی خواهند داشت.

با توجه به مناطق گسترده ی کویری موجود در ایران که دارای تابش و دمای مناسبی برای دودکش خورشیدی هستند می توان نگاه ویژ‌ه ای به پیشرفت و گسترش این حوزه در کشور داشت. به این منظور ایجاد مراکز و پروژه‌هایی به منظور پیشبرد صنایع اصلی این حوزه از قبیل: توربین‌های مخصوص و توانایی ساخت دودکش‌های مناسب، لازم است.

از آنجایی که تولید و استفاده از دودکش‌های خورشیدی هنوز به صورت گسترده و تجاری صورت نمیگیرد نمی توان تخمین دقیقی درباره ی هزینه ساخت و برق تولیدی آن‌ها ارائه داد. شرکت‌های پیشگام در مسیر تحقیق و توسعه ی این فناوری از گزارشاتی در حدود cent/KWh ۲۵-۴۰ ارائه کرده اند که این مقدار می تواند با انبوه شدن استفاده از این فناوری و پیشرفت‌های فناورانه ی مرتبط کاهش یابد.

 

 

 

منبع:سند راهبرد ملي و نقشه راه توسعه فناوري هاي مرتبط با انرژي خورشيدي