تستخدم الأنظمة الشمسية المركزة العدسات أو المرايا لتركيز كميات كبيرة من ضوء الشمس أو الطاقة الحرارية الشمسية على منطقة صغيرة ثم يتم تحويل الضوء المركز إلى حرارة، والتي تدفع محركًا حراريًا متصلًا بمولد لتوليد الكهرباء.
وتعتبر هذه الأنظمة من التقنيات الواعدة التي يمكن استخدامها لتوليد كميات كبيرة من الكهرباء. إن تزويد محطة الطاقة الشمسية المركزة بتقنية لتخزين الطاقة الحرارية سيكون قادرًا على تثبيت توليد الكهرباء (الحمل الأساسي) في غضون 24 ساعة، مما يجعلها مؤهلة للاتصال بالشبكة الرئيسية.
تستخدم "مصدر" عدة أنواع من أنظمة الطاقة الشمسية المركزة. على سبيل المثال، يشتمل مصنع شمس 1 الذي تبلغ قدرته 100 ميغاواط على نظام عاكسات مكافئة وهي عبارة عن مجمعات شمسية تحتوي على مرايا مكافئة ذات أنابيب مركزية لتركيز حرارة أشعة الشمس بشكل مباشر. تنتج الحرارة بدورها بخارًا لتشغيل التوربينات التقليدية وتوليد الكهرباء في النهاية.
من ناحية أخرى، تستخدم محطة جيما للطاقة الشمسية التي تبلغ سعتها 20 ميجاوات والتي طورتها شركة مصدر برجًا مركزيًا مكونًا من مراوح لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال مركزي داخل البرج، والذي يخزن الحرارة في الملح المصهور تنتج عملية التسخين هذه البخار اللازم لتشغيل التوربين. عندما تم افتتاح محطة Gema Solar، كان أول مشروع للطاقة الشمسية على مستوى المرافق في العالم، حيث أتاح نظام استقبال الطاقة الشمسية للبرج المركزي جنبًا إلى جنب مع تكنولوجيا تخزين الحرارة باستخدام الملح المصهور للمحطة توليد الكهرباء باستمرار.
خطوات توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية
1. تركيز الشمس
تستخدم العدسات والمرايا لتركيز مناطق كبيرة من ضوء الشمس في منطقة صغيرة يتم استخدام الحرارة العالية المجمعة لتشغيل محطة توليد الكهرباء هناك تقنيات عديدة لتركيز الضوء من أهمها المرايا المستطيلة والمرايا المسطحة والمرايا المقعرة والأبراج الشمسية.
كما أنه يستخدم عددًا من التقنيات لتتبع حركة الشمس وتركيز أشعتها تستخدم كل هذه الطرق سائلًا لالتقاط الإشعاع المركز ورفع درجة حرارته والذي يستخدم لتوليد الكهرباء أو تخزينه.
2. ركز أشعة الشمس
تستخدم بعض محطات الطاقة الشمسية أخاديد فرينل المسطحة ، وهي عبارة عن مرايا أخدود مستطيلة تركز ضوء الشمس على أنبوب يحتوي على سائل عامل تتميز بميزة استخدام مرآة مسطحة (مشقوقة)، وهي أقل تكلفة بكثير من استخدام مرآة مكافئة مستطيلة بالإضافة إلى أنها تتمتع بإمكانية شغل مساحة أكبر في المرآة تستخدم الأخاديد المسطحة في محطات الطاقة الكبيرة أو متوسطة الحجم.
3. مرآة مقعرة
تستخدم طريقة ستيرلنغ للطاقة الشمسية مرآة مقعرة ومحرك ستيرلينغ والذي يتكون من مرآة واحدة مقعرة مكافئة لتركيز ضوء الشمس على جهاز استقبال عند النقطة المحورية المرآة تتبع حركة الشمس على محورين تولد هذه المرايا طاقة أكثر كفاءة من التقنيات الأخرى.
مثال على هذه التقنية هو المرآة الكبيرة 50 كيلوواط المستخدمة في كانبرا، استراليا.
يجمع نهج "ستيرلنغ" في تسخير الطاقة الشمسية بين مرآة مكافئة ومحرك ستيرلنغ الساخن الذي يقود عادةً مولدًا طريقة ستيرلينغ على الألواح الكهروضوئية فعالة في تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء ولها عمر أطول.
هناك أيضًا طريقة باستخدام مرآة مقعرة ثابتة بدلًا من تحريك المرآة لمتابعة حركة الشمس حرك مستقبل أشعة الشمس بحيث يتتبع موضع التركيز المتغير.
4. برج الشمس
يتم تشغيل محطات توليد الطاقة في الأبراج الشمسية بواسطة صفائف من المرايا التي تركز ضوء الشمس على جهاز استقبال مركزي في أعلى البرج، تعتبر طريقة الأبراج الشمسية لتوليد الطاقة أرخص من الطرق الأخرى التي تعمل عن طريق تركيز ضوء الشمس، كما أنها فعالة وقادرة على تخزين بعض الطاقة الحرارية.
يتم تمثيل تقنية الأبراج الشمسية في محطتي Barstow في كاليفورنيا ومحطة الطاقة الشمسية PS10 في Sanlúcar la Mayor بإسبانيا.