نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی (دریافت کننده مرکزی(

دراین نیروگاهها، هلیواستاتها (آینه های مسطح و متحرک تعقیب کننده خورشید(با تعداد زیاد، نور خورشید را بر روی یک دریافت کننده مرکزی که بر بالای برج بلندی نصب شده است، منعکس و متمرکز می کنند. این دریافت کننده انرژی خورشید را به انرژی حرارتی تبدیل می کند و حرارت ایجاد شده را به سیالی که در آن جریان دارد، انتقال می دهد.


سیال پس از دریافت گرما، یا خود تبدیل به بخار می گردد و در یک سیکل رانکین تولید برق می نماید و یا با انتقال حرارت خود در یک مبدل حرارتی به سیال دیگری. آن سیال را بخار می نماید و برای تولید انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار مید هد. در این نیروگاهها، تنها تابش مستقیم خورشید قابل استفاده است، زیرا تابشهای پراکنده قابل متمرکز کردن نمی باشند. بدین دلیل احداث چنین نیروگاههایی در مکانهایی که دارای سهم بسیاری از تابش خورشید می باشند، پیشنهاد می گردد.

ضریب تمرکز تابش خورشیدی در این نیروگاهها بین 100 تا 100000 میباشد و درجه حرارتهایی تا 1000 درجه سانتی گراد دردریافت کننده مرکزی حاصل می گردد. برای افزایش میزان انرژی الکتریکی تولیدی در این نیروگاهها معمولاً یک سیستم ذخیره گرمایی مورد استفاده قرار می گیرد. پیوند یک سیستم پشتیبان با سوخت نفت یا گاز طبیعی به نیروگاه خورشیدی هلیواستانی نیز به عنوان یک راهکار برای تولید مستمر و بدون وقفه برق امکان پذیر است.

از مزایای شیوه تولید دریافت کننده مرکزی می توان مواردی نظیر بازدهی نسبتاً بالای نیروگاه دمای بالای بخار تولید شده پیوند ساده با سیستم پشتیبان سوخت نفت یا گاز طبیعی ، توان تولید بالا، امکان تولید انبوه قطعات خورشیدی مشابه، فرایند ساده کاری و قابلیت تولید همزمان گرما و برق را برشمرد و از معایب آن می توان از اتلافهای انرژی گرمایی، بازدهی نسبتا کم در سیستمهای پیوندی با سوخت فسیلی ، نیاز به پایه های بسیار با دوام برای آینه ها، ضرورت نصب سیستم ردیاب خورشیدی و نیاز به آب در پروسه نیروگاهی و نیز برای تمیز کردن آینه ها نام برد. در نیروگاههای هلیواستاتی، تعداد هلیواستاتها می تواند تا چندین هزار نیز برسد. البته به دلیل فاصله بسیار زیاد میان هلیواستاتهای انتهایی نیروگاه و دریافت کننده مرکزی، حداکثر توان نامی چنین نیروگاهی محدود می باشد. جهت ایجاد یک مجموعه نیروگاهی با ظرفیت بالاتر ، می توان چندین واحد نیروگاهی هلیواستاتی را در کنار یکدیگر احداث نمود.

5-1 سیستهای تولید برق

با توجه به نوع سیال جاری در دریافت کننده مرکزی، در مجموع چند سیستم تولید برق با فن آوریهای مختلف برای استفاده در نیروگاههای خورشیدی هلیواستانی وجود دارند که عبارتند از:

الف) هوا به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی:

در این سیستم هوا پس از دریافت گرما در دریافت کننده مرکزی ، می تواند خود به عنوان شاره کارکن مورد استفاده قرار گیرد و با ورود بر فشار خود به توربین گازی و انبساط در آن، توربین را به گردش درآورد و در ژنراتور کوپل شده به توربین تولید برق نماید، همچنین می توان با بازیافت حرارت گاز خروجی ازاگزوز توربین گازی، اقدام به تولید بخار و در نهایت تولید برق در یک واحد نیروگاه بخاری نمود.

در ضمن می توان با انتقال حرارت هوای گرم در یک مبدل حرارتی به شاره کارکن آب، دریک چرخه رانکین تولیدبرق نمود. نمونه چنین نیروگاهی ، نیروگاه 10 مگاواتی PS10 واقع در 15 کیلومتری غرب شهر سویل اسپانیا می باشد. شکل (5-2) دیاگرام نیروگاه هلیواستانی باسیکل هوا PS10 را نمایش می دهد. در این نیروگاه 981 هلیو استات که هر کدام دارای 91متر مربع مساحت هستند، در یک میدان شمالی نور خورشید را به سمت یک دریافت کننده مرکزی که دارای ظرفیت حرارتی معادل 55مگاوات و سطح 172 متر مربع می باشد و در بالای برجی به ارتفاع 90 متر قرار گرفته است، منعکس می نمایند. این نیروگاه دارای یک مخزن ذخیره حرارتی با قابلیت ذخیره انرژی گرمایی معادل 33 مگاوات ساعت نیز می باشد، تا در مواقع ابری بودن هوا و یا در شبها، انرژی گرمایی مورد نیاز پروسه نیروگاهی را فراهم آورد.

ب) آب به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی:

در این سیستم، آب تحت فشار حدود 100 بار و درجه حرارت 500 درجه سانتیگراد در دریافت کننده مرکزی تبدیل به بخار داغ می گردد. بخار داغ به صورت مستقیم در توربین ، که پایین برج نصب شده است، مورد استفاده قرار می گیرد و برق تولید می شود.مازاد انرژی حرارتی بخار داغ را می توان در یک سیستم ذخیره حرارت برای مصارف بعدی ذخیره کرد، بدین ترتیب که حرارت بخار در تانکی پر از شن و سنگ به لوله های روغن مخصوص حرارتی انتقال و در آنها ذخیره می شود، تا نیروگاه بتواند در ساعت ابری و شبها به کار خود ادامه دهد. درضمن سیستم ذخیره حرارت می تواند مقداری حرارت برای قسمتهای داخلی نیروگاه فراهم کند، تا راه اندازی مجدد دستگاهها سریعتر انجام شود.

پ) سدیم به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی :

در این سیستم، سدیم مایع تا حدود 620 درجه سانتیگراد دردریافت کننده مرکزی گرم می شود و گرمای آن دریک مبدل حرارتی به شاره کارکن آب انتقال می یابد و شاره کارکن دریک چرخه رانکین تولید برق می نماید. قسمتی از انرژی حرارتی سدیم مایع را می توان در یک سیستم ذخیره حرارت برای مصارف بعدی ذخیره نمود.

ت) نمک نیترات به عنوان سیال دریافت کننده مرکزی:

دراین سیستمها از نمک نیترات مذاب به عنوان سیال انتقال حرارت در دریافت کننده مرکزی استفاده می شود. نمک نیترات دارای نقطه ذوب در حدود 320 درجه سانتیگراد می باشد و نسبت به مایعات، نظیر آب و روغن، حرارت بیشتری را در خود نگه می دارد. در این نوع نیروگاهها که به عنوان مثال می توان از نیروگاه Solar -2 نام برد، نمک تا حدود 566 درجه سانتی گراد داغ می گردد. پس از اینکه حرارت نمک برای فوق گرم کردن بخار در مبدل حرارتی گرفته شد، نمک با دمای حدود 288 درجه سانتیگراد دریک مخزن ذخیره می گردد تا در مواقع مناسب به برج مرکزی فرستاده شود. استفاده از نمک نیترات دارای این مزیت می باشد، که نمک را می توان به صورت داغ در یک مخزن ذخیره کرد و در مواقع نیاز از حرارت آن استفاده نمود. نمک داغ می تواند حرارت خود را تا 13 ساعت حفظ نماید.

5-2 اجزای اصلی نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی

نیروگاههای خورشیدی هلیواستاتی، علاوه بر اجزای مرتبط به سیل رانکین و تولید انرژِی الکتریکی، به طور کلی از چهار قسمت اصلی که شامل هلیواستانها، دریافت کننده مرکزی ، سیستم انتقال حرارت و سیستم ذخیره حرارت می باشند، تشکیل می گردند.

الف) هلیواستانها

هلیواستاتها ، آینه های قابل کنترلی هستند که می توانند در تمام ساعات روز خورشید را دنبال کنند وبا زاویه خاصی که هر کدام از آنها با امتداد جهت اشعه خورشید دارند، تشعشع خورشیدی را به سمت دریافت کننده ثابت مرکزی در بالای برج منعکس کنند. این زاویه بستگی به زمان روز، طرز قرارگرفتن، فاصله و موقعیت هر هلیواستات نسبت به دریافت کننده مرکزی دارد.

هلیواستاتها بطور کلی از پنج قسمت عمده که شامل اینه ها، سازه، فونداسیون، سیستم محرک و سیستم کنترل کننده خورشیدی می باشد، تشکیل می گردند.

الف -1) آینه ها:

آینه ها مهمترین بخش هلیواستاتها می باشند، که وظیفه انعکاس پرتوهای خورشید بر روی دریافت کننده مرکزی را بر عهده دارند . برای ساخت آینه باید سطحی در نظر گرفته شود، که بتوان پوشش دهی به وسیله فلزات را بر پشت و یا روی آن انجام داد.جنس این سطح باری آینه هایی که فلز پشت آنها پاشیده می شود، شیشه یا پلیمرهای شفاف و برای آینه هایی که فلز روی آنها پاشیده می شود، پلیمرهای کدر می باشد. آینه های یک هلیواستات به وسیله قاب فلزی روی سازه نگهدرای کننه نصب می شوند و در قاب خود تا حدودی قابل تنظیم می باشند، تا بتوان تقعر کمی به سطح هلیواستات داد.

الف – 2) سازه:

وظیفه سازه ها نگهداری آینه ها می باشد. در ساخت هلیواستاتهای کوچک و متوسط از سازه هایی، که از یک ستون و چند تیر متقاطع تشکیل می شوند، استفاده می شود. این مدل سازه ها دارای قابلیت حرکت بسیار زیاد به منظور ردیابی خورشید توسط آینه ها می باشد. در هلیواستاتهای بزرگ برای نگهداری مجموعه آینه ها از یک ستون اصلی و خرپاهای فضایی استفاده می شود.

الف – 3) فونداسیون:

فونداسیون واسطه نصب هلیواستات به زمین می باشد، که معمولاً از نوع بتونی است و حفره هایی دارد که ستون سازه درون آن قرار می گیرد.

الف – 4) سیستم محرک:

به دلی ضرورت تمرکز نور خورشید بر روی یک نقطه (دریافت کننده مرکزی، ) می بایست حرکت هلیواستاتها در دو جهت افقی و عمودی امکان پذیر باشد. این امر توسط سیستم محرک هلیواستات صورت می پذیرد. علاوه بر لزوم ردیابی خورشید که مهمترین دلیل وجود سیستم حرکتی را ایجاب می نماید.

الف – 5) سیستم کنترل کننده خورشیدی:

برای به دست آوردن بازدهی بهتر در استفاده از انرژی خورشیدی باید هلیواستاتها تا حد امکان با ردیابی صحیح خورشید، بیشترین تشعشعات خورشیدی را به نیروگاههای دریافت کننده مرکزی منعکس نمایند. در نیروگاههای هلیواستاتی که در آنها حرارتهای معادل نیروگاههای حرارتی متداول برای تولید الکتریسیته نیاز میباشد، می بایست بدلیل حرکت دورانی زمین به دور خود و به دور خورشید سیستمی ایجاد گردد، تا ردیابی خورشید توسط هلیواستاتها در طول روز امکان پذیر باشد. سیستمهای کنترل کننده خورشیدی دارای انواع گوناگون می باشند، که در ذیل برخی از آنها معرفی می گردند.

کنترل مکانیکی :

در این سیستم، یک دیناموموتور متصل به یک گیربکس محاسبه شده، متناسب با سرعت حرکت خورشید موجب حرکت هلیواستاتها در جهت تعقیب خورشید می گردد. در هنگام شروع حرکت در صبح و پایان فعالیت در عصر یک دستگاه کنترل الکترونیکی در نظر گرفته می وشد.

کنترل هیدرولیکی

در این روش کنترلی حرکت هلیواستاتها توسط یک سیلندر هیدرولیکی انجام می پذیرد در طول روز، مقداری روغن که میزان آن محاسبه شده است به داخل سیلندر پمپ می گردد و با فشاری که پمپ در سیلندر ایجاد می کند. هلیواستات در طول روز به آرامی به دنبال خورشید می گردد.

کنترل مرکزی توسط سیستم کامپیوتری:

از این سیستم پرخرج، ولی مطمئن در اغلب نیروگاههای خورشیدی استفاده می شود. در این روش کنترلی برای هر آینه یک برنامه جداگانه به کامپیوتر داده می شود. بدین صورت که موقعیت جغرافیایی آینه (فاصله آن تا برج)، نسبت سایه اندازی هلیواستاتها و روی یکدیگر و بعضی اطلاعات دیگر در اختیار کامپیوتر قرار می گیرد و سپس سیستم کنترل مرکزی برای هر هلیواستات یک برنامه گردشی سالیانه طرح ریزی کند.

ب) دریافت کننده مرکزی

دریافت کننده مرکزی برای جمع کردن، جذب کردن و انتقال بیشترین مقدار انرژی دریافتی، به سیال انتقال دهنده حرارت طراحی می شود. دریافت کننده های مرکزی در بالای برجهای بلندی قرار می گیرند و در معرض حداکثر جریانات انرژی تشعشعی که حدوداً بین 300 تا 700 کیلووات بر مترمربع می باشد، قرار دارند. دیواره این دریافت کننده ها از یک سری لوله های موازی که در کنار هم قرار گرفته اند ودر داخل آنها سیالی جریان دارد، تشکیل می شوند. انرژی خورشیدی به سطح خارجی لوله ها تابیده و انرژی جذب شده توسط لوله ها، به سیال داخل آنها منتقل می شود. این لوله ها از قسمت فوقانی مسدود شده اند و در نتیجه انبساط حرارتی در قسمت پایین آنها اتفاق می افتد.

به منظور افزایش مدت زمان بهره برداری از نیروگاه برای تولید انرژی الکتریکی ، دریافت مرکزی علاوه بر تامین انرژی حرارتی مورد نیاز پروسه نیروگاهی، انرژی مازاد خود در طول روز را به منبع ذخیره انرژی حرارتی منتقل می نماید. مجموع توان ورودی به پروسه نیروگاهی و منبع ذخیره در ساعت روز مرجع، ظرفیت حرارتی دریافت کننده را تشکیل می دهد. با تعیین ظرفیت حرراتی دریافت کننده می توان پارامترهای دیگر نیروگاه از قبیل مساحت سطح دریافت کننده، ارتفاع برج و مساحت هلیواستاتها را بدست آورد.

ب – 1) ظرفیت حرارتی دریافت کننده مرکزی :


جهت تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده، نیاز به اطلاعات مربوط به توان نامی نیروگاه P، بازدهی پروسه نیروگاهی ، بازدهی سیستم انتقال سیال از دریافت کننده به توربین ، ضریب خورشیدی و ضریب اطمینان k می باشد . با توجه به این اطلاعات ظرفیت حرارتی دریافت کننده از رابطه ذیل محاسبه می گردد.

به عنوان مثال چنانچه توان نامی نیروگاه برابر 1 مگاوات، بازدهی پروسه نیروگاهی برابر 27 درصد، بازدهی سیستم انتقال سیال از دریافت کننده به توربین 99 درصد ، ضریب خورشیدی 15/1 و ضریب اطمینان 20/1 باشد، ظرفیت دریافت کننده با توجه به رابطه فوق قابل محاسبه می باشد.

با در نظر گرفتن ضریب خورشیدی بالا در هنگام طراحی نیروگاه قابلیت ذخیره انرژی گرمایی در مخزن ذخیره بیشتر می گردد و در نتیجه تعداد ساعات کارکرد با تمام ظرفیت نیروگاه در سال افزایش می یابد.

ب-2) پارمتر های موثر در تعیین حد ظرفیت حرارتی دریافت کننده

پارمترهای بسیاری در تعیین حد ظرفیت حرارتی دریافت کننده مرکزی موثر می باشند، که در ذیل به اختصار در مورد آنها توضیح داده می شود.

طول لوله های دریافت کننده :

یکی از عوامل محدود کننده ظرفیت حرارتی دریافت کننده ، طول لوله های دریافت کننده می باشد، که نمی تواند از حداکثر 30 متر تجاوز نماید. این محدودیت باعث محدود نمودن قابلیت جذب دریافت کننده می گردد و تاثیر بسزایی در تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده می گذارد.

سطح هلیواستاتها:

این عامل نیز از عوامل محدود کننده ظرفیت حرارتی محسوب می گردد، زیرا توجه به سطح هلیواستاتها، سطح فعال دریافت کننده و در نتیجه ظرفیت حرارتی آن مشخص می گردد.

نوع سیال :

سیالهای عامل دریافت کننده، با توجه به اینکه هر کدام دارای پارمترهای فیزیکی خاصی میباشند، شار حرارتی مجزا هر یک از آنها نیز محدود است. در نتیجه این محدودیت ، ابعاد دریافت کننده نیز محدود می گردد. و بنابراین بر تعیین ظرفیت حرارتی دریافت کننده تاثیر می گذارد .

ساختار دریافت کننده :

ساختار دریافت کننده نیز بر روی ظرفیت حرارتی آن تاثیر می گذارد، زیرا تلفات با توجه به ساختار هر کدام از دریافت کننده ها متفاوت می باشد.

5-3 بازده حرارتی

بازده حرارتی در یک دریافت کننده ، عامل مهمی در انتخاب و ارزیابی آن است. بازده حرارتی یک دریافت کننده نسبت «انرژی جذبی توسط سیال عامل» به انرژی ارسالی توسط میدان آینه ها است. اختلاف بین این دو انرژی ناشی از تلفات حرارتی در دریافت کننده می باشد. تلفات حرارتی در یک دریافت کننده به علت افت های ناشی از عوامل پراکنش پرتوهای نور رسیده از میدان، تشعشع، بازتابش، انتقال حرارت بر اثر جابه جایی ، انتقال حرارت توسط هدایت می تواند رخ دهد.

5-4 بررسی تلفات دریافت کننده ها

5-4-1 تلفات ناشی از پراکنش پرتوهای نور رسیده از میدان (spillage) :

انرژی منعکس شده توسط میدان آینه ها با احتساب تلفاتی ناشی از جذب توسط اتمسفر در فاصله بین آینه ها تا دریافت کننده، کاملاً به دریافت کننده برخورد نمی نماید. این افت می تواند بعنوان افت مستقیم جمع کننده (آینه) در نظر گرفته شود و یا به عنوان افت دریافت کننده محسوب گردد این پدیده می تواند دراثر عدم دیده شدن کامل دریافت کننده توسط پرتوهای نور و یا واقع شدن آنها در خارج دهانه دریافت کننده حفره ای رخ می دهد. این مسائل ناشی از اندازه دریافت کننده یا خط های هدف گیری آینه ها (هلیواستات) می باشد. دریافت کننده ها معمولاً طوری طراحی می شوند تا پراکنش پرتوهای نور رسیده به آنها کمتر از 5 درصد باشد.

5-4-2 تلفات حرارتی ناشی از بازتابش:

قسمتی از انرژی نورانی ارسالی از طرف هلیوستاتها با توجه به ضریب جذب پوشش دریافت کننده در آن ساطع می شود. برای کاهش این انعکاس پرتوهای نور، می باید از پوشش رنگ با ضریب جذب بالا بر روی سطوح جاذب حرارت دریافت کننده استفاده نمود.

اتلاف حرارتی ناشی از باز تابش عموماً برای سطوحی که با تازگی رنگ آمیز شده باشند حدود پنج درصد یا کمتر می باشد. ولی باید در نظر داشت که هر چه از بهره برداری واحد و درنتیجه طول عمر رنگ گذشته باشد این اتلاف بعلت کاهش کیفیت پوشش رنگ افزایش می یابد.

5-4-3 تلفات ناشی از انتقال حرارت جابه جایی:

در اثر انتقال حرارت به هوای مجاور دریافت کننده از طریق جابجایی بخشی از انرژی به وسیله دریافت کننده هدر می رود این اتلاف انرژی ترکیبی از اتلاف حرارت در اثر جابه جایی آزاد (انتقال حرارت بر اثر اختلاف دمای سطح با دمای محیط) و اتلاف حرارت در اثر جا به جایی اجباری ( انتقال حرارت بر اثر وزش باد) رخ می دهد. مولفه اتلاف حرارت در اثر جابه جایی آزاد معمولاً بزرگتر می باشد. مقدار این تلفات حرارتی می بایستی به صورت تحلیلی برای هر طرح محاسبه شده و با توجه به شرایط محیط مورد ارزیابی قرار گیرد. واضح است که این تلفات در دریافت کننده های خارجی بیشتر از دریافت کننده های حفره ای است و در دریافت کننده های حفره با بزرگتر شدن دهانه این تلفات بیشتر می شود.

5-4-4 تلفات حرارتی ناشی از تشعشع:

تلفات انرژی حرارتی در اثر تشعشع و انتشار امواج نورانی تابعی از دمای دریافت کننده است هر دو تلفات ناشی از انتقال حرارت جا به جایی و تشعشع و تابعی از دما و شکل دریافت کننده (حفره ای یا خارجی ) می باشند. معمولاً مجموع این تلفات حرارت ناشی از جابجایی و تشعشع بین پنج تا پانزده درصد با توجه به شرایط محیط می باشد.

5-4-5 تلفاتی حرارتی ناشی از هدایت

تعدادی از انرژی دریافت کننده در اثر انتقال حرارت به طریق هدایت از عایق ها و اتصالات و اجزاء سازه دریافت کننده تلف می گردد مقدار این تلفات حرارتی برای حالتی که عایق کاری به خوبی صورت گرفته باشد کمتر از یک درصد است.

کاهش تلفات حرارتی دریافت کننده خورشیدی بسیار مهم می باشد. طراحی بهینه دریافت کننده می باید بر اساس به حداقل رساندن قیمت واحد انرژی تولید شده توسط کل سیستم ارزیابی انجام شده و با توجه به آن کاهش تلفات حرارتی صورت گیرد زیرا این مسئله بر روی قیمت و عملکرد کلیه اجزاء سیستم اثر می گذارد. اصولاً راندمان دریافت کننده با افزایش دما کاهش می یابد.

5-5 اطلاعات پایه نیروگاههای هلیواستاتی

معیارهای مهم در انتخاب محل نیروگها

در انتخاب محل مناسب برای نصب یک نیروگاه خورشیدی علاوه بر فاکتورهای متداول در انتخاب محل برای یک واحد نیروگاهی بایستی نکات ویژه دیگری را نیز مد نظر داشت. بطور کلی پارمترهای مهم در انتخاب محل نیروگاه را می توان به دو دسته پارامتر های اساسی و پارامترهای محدود کننده تقسیم بندی کرد. عواملی نظیر میزان تابش آفتاب ، تعداد روزهای آفتابی ، کشش و نیاز منطقه به تولید برق، وجود خطوط و پستهای انتقال نیرو ، مناسب بودن هزینه زمین، دسترسی به سوخت (درصورت تجهیز به سیستم پشتیبان) و دسترسی به آب مورد نیاز، پارامترهای اساسی در انتخاب محل برای نصب یک نیروگاه خورشیدی می باشند. امکانات مناسب در زمینه ساختمان سازی، دسترسی به پرسنل مورد نیاز، شرایط محیطی و اقلیمی و پارامترهایی نظیر آنها، پارامترهای محدود کننده در انتخاب محل مناسب برای نصب یک نیروگاه خورشیدی محسوب می شوند.

زمان مرجع طراحی نیروگاه:

در طراحی اصولی یک نیروگاه خورشیدی مهمترین موضوع جمع آوری بیشترین انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی با کمترین هزینه می باشد. این نیروگاه نیز مانند تمامی نیروگاهها باید در بار نامی آن طراحی گردد. جهت بهره برداری در بار نامی، نیروگاه باید قادربه جذب میزان تابش مشخصی درطول سال با توجه به تغییرات سالیانه و روزانه تابش خورشید باشد. لحظه ای خاص از زمان، که طراحی نیروگاه از نظر تولید انرژی و هزینه بهینه خواهد بود. زمان مرجع طراحی درنظر گرفته می شود و بر اساس تابش در آن لحظه ، نیروگاه برای ظرفیت نامی طراحی می گردد. تعیین زمان مرجع طراحی با توجه به اثرات مختلفی که در ابعاد اندازه ها، هزینه احداث و عملکرد نیروگاههای خورشیدی دارد، از اهمیت بسزایی برخوردار می باشد. زمان دقیق مرجع طراحی با توجه به پارامترهایی نظیر میزان تابش در محل نیروگاه ، شکل میدان هلیوستاتها و اهداف طراحی نیروگاه تعیین می شود. در صورتی که زمان مرجع طراحی یک نیروگاه خورشیدی درساعات و روزی با تابش خیلی زیاد انتخاب شود، اگر چه نیروگاه قادر خواهد بود. درشرایط مشابه با تابش مذکور، در ظرفیت نام انرژی تولید نماید ولی در سایر مواقع که میزان تابش کمتر از این مقدار می باشد، نیروگاه توان کمتری داشته و انرژی کمتری تولید خواهد نمود و بنابراین از سرمایه صرف شده برای احداث نیروگاه حداکثر استفاده نمی شود و تولید انرژی گران خواهد بود. در صورتی که لحظه مشخصی از سال که تابش نسبتاً کم می باشد ، به عنوان زمان مرجع طراحی انتخاب شود، مدت زمان بهره برداری نیروگاه در ظرفیت نامی زیاد تر می شود ، ولی با عدم استفاده از انرژی خورشیدی در زمانی که تابش از حد مذکور فراتر می رود، باعث اتلاف انرژی خورشیدی می گردد. تعیین زمانی از سال بعنوان زمان مرجع طراحی ، به شکل میدان هلیواستاتها نیز وابسته می باشد. در نیروگاههای خورشیدی با میدان هلیواستاتی شمالی، زمان مرجع طراحی معمولاً بین اول دی ماه تا اول فروردین ماه و در میدان هلیواستاتی احاطه ای معمولاً بین فروردین ماه تا اول تیر ماه انتخاب می گردد. علت انتخاب محدوده های زمانی مذکور به دلیل عملکرد بهتر میدان شمالی درزمستان و عملکرد بهتر میدان احاطه ای در تابستان از جهت تولید انرژی الکتریکی بیشتر می باشد.

ضریب ظرفیت و مدت زمان بهره برداری موثر:

ضریب ظرفیت C برابر با نسبت مقدار انرژی تولید شده واقعی در طول سال E به مقدار انرژیی که یک نیروگاه در مدت یکسال کار دائم با ظرفیت نامی خود P تولید می کند، می باشد و از رابطه زیر حاصل می گردد. در این رابطه 8760 تعداد ساعات یک سال می باشد.

مدت زمان بهره برداری موثر سالیانه نیروگاه Te از حاصلضرب ضریب ظرفیت در 8760 حاصل می گردد. Te معیاری برای میزان بهره برداری از نیروگاه می باشد. هر چه مقدار آن بیشتر باشد. نشان دهنده بهره برداری بهینه تر از نیروگاه می باشد و نشان می دهد که ساعات بیشتری درطول سال از حداکثر ظرفیت تولیدی بهره برداری شده است.

مساحت زمین مورد نیاز نیروگاه

در تعیین میزان مناسب سطح زمین مورد نیاز نیروگاه، نحوه استقرار هلیواستاتها نقش بسیار مهمی دارد. اگر هلیواستاتها طوری کنار هم قرار بگیرند، که بر روی هم سایه ایجاد کنند، بازدهی میدان کاهش می یابد. از طرف دیگر با افزایش سطح زمین نیروگاه و ایجاد فاصله بیشتر بین هلیواستاتها، هزینه زمین نیروگاه افزایش می یابد. بنابراین برای به دست آوردن بیشترین بازدهی ممکن با کمترین هزینه اولیه، باید مقدار بهینه مساحت مورد نیاز در نظر گرفته شود.