معرفی گردآورنده خورشیدی فرنل خطی و کاربردهای صنعتی آن
30 بهمن 1402
تهیه کنندگان: سجاد جهانگیری و ملیحه عبدوس
اولین بازتابنده فرنل خطی در سال ۱۹۶۱ توسط جیووانی فرانسیا در دانشگاه جنوا ایتالیا ساخته شد. فرانسیا اعلام کرد که این سیستم توانایی تأمین انرژی لازم برای سیال عامل در سیکل‌های تولید توان را دارد. گردآورنده فرنل خطی، یکی از انواع گردآورنده‌های متمرکزکننده است که پرتوهای تابشی را در طول لولههای جاذب، بازتاب مینماید که منجر به گرمایش سیال عامل در گردش داخل لوله می‌شود. سپس از گرمای منتقل شده، بسته به نوع کاربرد، میتوان به طور مستقیم یا غیرمستقیم (مبدل) استفاده کرد. برای کابردهایی با دمای کمتر از 500 درجه سانتیگراد، گردآورنده فرنل خطی میتواند برای تامین حرارت با هزینه کمتر نسبت به گردآورنده سهموی بسیار کارآمد باشد. پیچیدگی کمتر گردآورنده فرنل خطی نسبت به گردآورنده سهموی به دلیل ثابت بودن لوله جاذب و استفاده از آینه تخت باعث کاهش هزینه اولیه ساخت و همچنین تعمیر و نگهداری می‌شود. همچنین ثابت بودن جاذب اجازه کار با سیال با دما و فشار بالا برای کاربردهای نیروگاهی و صنعتی را میدهد.
برای نیروگاههای خورشیدی، به دو صورت از گردآورنده فرنل خطی استفاده می‌شود. در روش اول سیال عامل داخل لوله جاذب که عموما روغن حرارتی است، پس از داغ شدن به مبدلهای حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار میگردد؛ اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم نامیده می‌شود طول گردآورنده‌ها بیش از یک صدمتر می‌باشد. از یک‌طرف لوله دریافت کننده آب وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می‌شود که برای تولید توان استفاده میگردد.
یکی از کاربردهای گردآورنده فرنل خطی، به کارگیری آن برای تامین حرارت مورد نیاز برای سیستم تبرید جذبی است که میتواند برای سیستم‌های تهویه مطبوع خانگی استفاده شود. برای نمونه در دانشکده مهندسی سویل کشور اسپانیا از یک گردآورنده فرنل خطی به مساحت 352 مترمربع در ترکیب با سیستم تبرید جذبی آب-لیتیوم بروماید با ظرفیت اسمی 174 کیلووات استفاده شده است. همچنین لازم به ذکر است که گردآورنده خورشیدی در این پروژه برای تامین 75 درصد از کل انرژی ورودی به ژنراتور سیستم تبرید جذبی در نظر گرفته شده بود [1].
 |
|
| شکل 1 گردآورنده فرنل خطی ترکیب شده با سیستم تبرید جذبی [1] |
دیگر کاربرد مهم گردآورنده فرنل تامین بخار برای تولید الکتریسیته یا استفاده از بخار در صنایعی که نیازمند دمای بالا یا بخار هستند، می‌باشد. به طور مثال برای تامین بخار در یک کارخانه دارویی در کشور اردن از گردآورنده فرنل به مساحت 396 مترمربع و برای تولید مقداری از بخار مورد نیاز برای تولید محصول استفاده شده است[2]. همچنین در کارخانه دیگری در کشور استرالیا با استفاده از یک گردآورنده با مساحت 5/1067 مترمربع مقداری از حرارت موردنیاز فرایند فرآوری گوشت برای برگر، تامین میگردد[3]. از حرارت دریافت شده در این طرح میتوان برای استخراج مواد معدنی و خشک کردن استفاده نمود. در طرحی دیگر در کشور تونس با ساخت نمونه اولیه گردآورنده فرنل خطی، برای خشک کردن فسفات استخراج شده از معدن، استفاده شده است[4].
یکی از موضوعات مهم امروز جهان، تولید هیدروژن است که یکی از روشهای تولید آن استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر نظیر انرژی خورشیدی می‌باشد. با به کارگیری راکتور ریفرمینگ در گیرنده گردآورنده فرنل میتوان هیدروژن تولید کرد. در شکل 2 یک سیکل تولید هیدروژن با استفاده از گردآورنده فرنل خطی و راکتور ریفرمینگ متانول نشان داده شده است[5].
 |
|
|
|
شکل 2 سیکل تولید هیدروژن با استفاده از گردآورنده فرنل خطی و راکتور ریفرمینگ متانول[5] |
مثالهای فوق نمونههایی از کاربرد صنعتی گردآورنده فرنل می‌باشد. با توجه به خلاهای پروهشی موجود، تحقیقات به صورت گسترده در حال انجام است. پژوهشهایی در زمینه تولید هیدروژن، بهینهسازی، کاربردهای غیرمتمرکز، نمکزدایی و کاربردهای ترکیبی مانند ترکیب با سلول فتوولتائیک، نیازمند تحقیقات بیشتر هستند.
مراجع
[1] Bermejo P, Pino FJ, Rosa F. Solar absorption cooling plant in Seville. Sol Energy 2010;84;1503–1512. doi: 10.1016/j.solener.2010.05.012.
[2] Berger M, Meyer-grünefeldt M, Krüger D, Hennecke K, Zahler C. First year of operational experience with a solar process steam system for a pharmaceutical company in Jordan. Energy Procedia 2016;91;591–600. doi: 10.1016/j.egypro.2016.06.209.
[3] Cotrado M, Dalibard A, Söll R, Pietruschka D. Design, control and first monitoring data of a large scale solar plant at the meat factory Berger , Austria. Energy Procedia 2014;48;1144–1151. doi: 10.1016/j.egypro.2014.02.129.
[4] Lu B, Liu T, Yan X, Zheng Z, Liu Q. A new solar mid-and-low temperature receiver/reactor with linear Fresnel reflector. Appl Therm Eng 2023;226;120216. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120216.
[5] Lu B, Liu T, Yan X, Zheng Z, Liu Q. A new solar mid-and-low temperature receiver/reactor with linear Fresnel reflector. Appl Therm Eng 2023;226;120216. doi: 10.1016/j.applthermaleng.2023.120216.