සූර්ය බලශක්තිය

The PS10 concentrates sunlight from a field of heliostats onto a central tower.

සූර්ය බලශක්තිය ලිපිය සූර්ය ශක්තිය භාවිතයෙන් විදුලිය නිපදවීම සම්බන්දයෙනි. සූර්ය ශක්තියේ අනෙකුත් භාවිත සඳහා බලන්න, මෙය ප්‍රකශ වෝල්ටීයතාව (photovoltaics /PV ) භාවිතයෙන් ඍජුවම හෝ සාන්ද්‍ර ගත කල සූර්ය බලශක්ති (concentrated solar power)භාවිතයෙන් වක්‍රව හෝ සිදුකල හැක. සූර්ය ශක්තිය නාභිගත කිරීමේ පද්ධති, විශාල ප්‍රදේශයක් පුරා පැතිරුනු සූර්යාලෝකය කුඩා ආලෝක කදම්බයක් බවට නාභිගත කරගැනීමට, කාච හෝ දර්පණ හා ට්‍රැකිං පද්ධති භාවිතා කරයි. ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතාව ක්‍රමයේදී ප්‍රකාශ ව්ද්යුත් ආචරනය භාවිතා කර ආලෝකය විද්‍යුතය බවට පරිවර්තනය කරයි. වාණිජමය වශයෙන් සූර්ය බලශක්ති පද්ධති නිශ්පාදනය ආරම්භ වන්නේ 1980 දීය.ලොව විශාලම සූර්ය බලශක්ති පධතිය වන්නේ කැලිෆෝනියාවේ මොජාවේ කාන්තාරයේ ස්ථාපිත කර ඇති 354 MW SEGS CSP පද්ධතියයි. අනෙකුත් විශාල සාන්ද්‍ර ගත කල සූර්ය බලශක්ති පද්ධති අතර ස්පාඤ්ඤයේ පිහිටි සොල්නෝවා සෝලර් පවර් ස්ටේෂන් සහ ඇන්ඩසෝල් සෝලර් පවර් ස්ටේෂන් දැක්විය හැක. ලොව විශාලම ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා පද්ධතිය වන්නේ කැනඩාවේ පිහිටි 97 MW සානියා ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා පද්ධතියයි.

යෙදීම්

Average insolation showing land area (small black dots) required to replace the world primary energy supply with solar electricity. 18 TW is 568 Exajoule (EJ) per year. Insolation for most people is from 150 to 300 W/m² or 3.5 to 7.0 kWh/(m²day).

සූර්ය බලශක්තිය යනු සූර්යා ලෝකය විද්‍යුතය බවත පරිවර්තනය කිරීමයි. ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතාව භාවිතයෙන් ඍජුවමත්, සාන්ද්‍ර ගත කල සූර්ය බලශක්තිය භාවිතයෙන් වක්‍රවත් සූර්යා ලෝකය විද්‍යුතය බවට පත්කල හැක. සඳහන් කල දෙවන ක්‍රමයේදී පලමුව සූර්ය ශක්තිය නටන ජලයට නභිගත කර දෙවනුව බලශක්තිය සැපයීමට භාවිතා කරයි. Stirling Engine Dishes මේ සඳහා භාවිතා කරන වෙනත් තාක්ෂණික ක්‍රමයකි. මෙහිදී ජෙනරේටරයකට බලශක්තිය සැපයීමට Stirling cycle එන්ජිම භාවිතා කරයි.සූර්ය බලශක්තිය භාවිතයේදී මුහුණපෑම්ට සිදුවන ප්‍රධාන ගටලුව වන්නේ දැරීමට සිදුවන මූලික වියදමයි. මේ නිසා දියුණු වෙමින් පවතින වර්තමාන ලෝකයේ මෙම තාක්ෂණය භාවිතය ඉහල යමින් පැවතුනද සංවරධනය වෙමින් පවතින රටවලට සූර්ය බලශක්ති පද්ධති ගොදනැගීමේදී මූල්යමය ගටලු ඇතිවිය හැක.

සූර්ය බලශක්තිය සාන්ද්‍රගත කිරීම/ සූර්ය ගත කල සූරය බලශක්තිය

ලිපියේ පෙර සන්දහන් කල පරිදි සූර්ය බලශක්තිය එක් රැස් කිරීමේදී කාච, දර්පණ හා ට්‍රැකිං පද්ධති මගින් විශාල ප්‍රදේශයක් පුරා පැතිරුනු සූර්යාලෝකය කුඩා ආලෝක කදම්බයක් බවට නාභිගත කරයි දෙවනුව එක් රැස් කල තාපය සාම්ප්‍රදායිකව බලශක්තිය නිපදවන පද්ධතියකත තාප ප්‍රභවය ලෙස ක්‍රියා කරයි. පුලුල් පරාසයක පැතිරුනු විව්ධ ආකාරයේ සාන්ද්‍ර කිරීමේ තාක්ෂණික ක්‍රම පවතී. වඩාත්ම දියුණු තත්වයේ ක්‍රම ලෙස පරාවලික ද්‍රෝණිකා ක්‍රමය,ස්ටර්ලින් ඩිෂ් ක්‍රමය, සාන්ද්‍ර ගත කිරීමේ රේකීය ෆ්‍රෙස්නෙල් පරාවර්තකය, සූරය බලශක්ති කුලුන ආදිය දැක්විය හැක. සූර්යා අනුව යමින් එය නිරන්තරයෙන් ග්‍රහනය කර ගැනීමටත්, සූර්යාලෝකය නාභිගත කිරීමටත් විව්ධ ක්‍රම භාවිතා කරයි. මේ සියලුම පද්ධති වලදී ක්‍රියාකාරී තරලය සාන්ද්‍ර ගත කල සූර්යාලෝකයෙන් උණුසුම් කර ඉන්පසුව බලශක්තිය නිපදවීමට හෝ ශක්තිය ගබඩා කිරීමට භාවිතා කරයි. පරාවලික ද්‍රෝණිකා ක්‍රමයේදී රේඛීය පරාවලයික පරාවර්තක භාවිතා කර අලෝකය පරාවර්තකයේ නාභි අක්ෂයේ පිහිටි ග්‍රාහකයක් වෙත යොමු කරයි. එම ග්‍රාහකය පරාවලයික දර්පණයේ හරි මැදින් ඉහලින් පිහිටුවා ඇති නලයකි. එය ක්‍රියාකාරී තරලයෙන් පුරවා ඇත. පරාවර්තකය නිමවා ඇත්තේ තනි අක්ෂයක් වටා යමින් දහවල් කාලයේදී සූර්යාගේ ගමන අනුව යාමටයි. මෙම තාක්ෂණය භාවිතා කරන ලද අවස්තා ලෙස කැලිෆෝනියාවේ පිහිටි SEGS පද්ධතිය හා නිවාඩාව අසල බෝල්ඩර් සිටිහි ඇකියෝනාස් නිවාඩා සෝලර් වන්(Acciona's Nevada Solar One ) දැක්විය හැක.

සංයුක්ත රේඛීය ෆ්‍රෙස්නෙල් පරාවර්තක පරාවලයික දර්පණ වෙනුවට තුනී දර්පණ තීරු භාවිතා කරන සානද්‍රගත කල සූර්යාලෝක පද්ධතිවේ. මෙම ක්‍රමයේ අති වාසි ලෙස අඩු වියදම (තල දර්පණ පරාවලයික දර්පණ වලට වඩා මිලෙන් අඩුය ) , එකම ඉඩ ප්‍රමාණය තුල වැඩි දර්පණ ප්‍රමාණයක් තැබීමට හැකි වන බැවින් ලැබෙන සූර්යාලෝකයෙන් වැඩි ප්‍රයෝයනයක් ලබාගත හැකිවීම දැක්විය හැක. මෙම තාක්ෂණය විශාල හෝ සංයුක්ත පද්ධති වලට භාවිතා කල හැක. සෙලවෙන සූර්ය තැටිය (Stirling solar dish) පරාවලයික සාන්ද්‍ර ගත කිරීමේ තැටි ජනකයක් ධාවනය කරන ස්ටර්ලින් එන්ජිම සමග සම්බන්ද කරයි. ප්‍රකාෂ වෝල්ටීය කෝෂය හා සසඳන විට සූර්ය ශක්තිය කාර්යක්ෂමව විද්‍යුතය බවට පරිවර්තනය හා දිගු කල්පැවැත්ම මෙහි වාසි ලෙස දැක්විය හැක. සාන්ද්‍ර ගත සූර්ය බලශක්ති තාක්ෂණ්යේ ඉහලම කාර්යක්ෂමතාව සෙලවෙන සූර්ය තැටි පද්ධති ලබාදෙයි. ඕස්ට්‍රේලියාවේ කැනබරාහී ස්ථාපිත බිග් ඩිශ් (50 kW) මෙම තාක්ෂණය භාවිතා කරයි.

සූර්ය බලශක්ති කුලුණු සූර්ය මග පසු පස ලුහුබඳින පරාවර්තක පෙලක් ආලෝකය කුලුණ මුදුනේ පිහිටි මධ්‍යම ග්‍රාහකයට සාන්ද්‍ර කිරීමට භාවිතා කරයි. බලශක්ති කුලුණු පිරිවය අතින් වාසි සහගතය. සාන්ද්‍රගත සූර්ය බලශක්ති පද්ධති අතර අඩු පිරිවැයකින් ස්ථාපනය කල හැකි බලශක්ති කුලුණු ඉහල කාර්යක්ෂමතාවයකුත් ඉහල ගබඩා ධාරිතාවයකිනුත් යුක්තයි. සූර්ය බලශක්ති පද්ධතියත්, සූර්ය බලශක්ති පද්ධතියත් මෙම ක්‍රමය යටතේ උදාහරණ ලෙස දැක්විය හැක.

ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතාව

The 71.8 MW Lieberose Photovoltaic Park in Germany.

සූර්ය කෝෂ හෝ ප්‍රකාශ වෝල්ටීය කෝෂ ප්‍රකාශ විද්‍යුත් ආචරණය භාවිතයෙන් ආලෝකය විද්‍යුත් ධාරාවක් බවත පරිවර්තනය කරන උපාන්ගවේ. ලොව ප්‍රථම සූර්ය කෝෂය චර්ල්ස් ෆිට්ස් විසින් 1880දී නිපදවන ලදී. වර්ෂ 1931දී ජර්මන් ජාතික ඉන්ජිනේරුවරයකු වන මහාචාර්ය බෲනෝ ලෑං කොපර් ඔක්සයිඩ් වෙනුවට සිල්වර් සෙලිනයිඩ් භාවිතා කර අලෝක කෝෂයක් තනයි. මුල් සෙලිනියම් කෝෂ විද්‍යුතය බවට හැරවූයේ වැටෙන ආලෝකයෙන් 1% ටත් වඩා අඩු ප්‍රමාණයක් වුවත් මෙම සොයා ගැනීමේ වැදගත්කම අර්න්ස්ට් වෙනර් වොන් සීමන්ස් හා ජේම්ස් හඳුනා ගත්තෝය.1940 රසල් ඔහී ගේ පර්යේෂණ ඔස්සේ යමින් ජෙරල්ඩ් පියර්සන්, කැල්වින් ෆුලර් හා ඩැරිල් චැපින් යන පර්යේෂකයන් 1954දී සිලිකන් සූර්ය කෝෂය නිපදවීය. මෙම මුල් කාලීන සූර්ය කෝෂවල වියදම වොට් එකකට ඇමරිකානු ඩොලර් 286ක් හා කාර්යක්ෂමතාව 4.5-6% අතර විය.

ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා බලශක්ති පද්ධති

Simplified schematics of a grid-connected residential PV power system

සූර්ය කෝෂ අලෝක තීවෘතාවය සමග උච්චාවචනය වන සරල ධාරා නිපදවයි. මෙය සාමාන්‍යයෙන් යම් නිශ්චිත අපේක්ෂිත වෝල්ටීයතාවයකට පරිවර්තනය හෝ ප්‍රත්‍යාවර්ත ධාරාවකට පරිවර්තන කලයුතුය. මේ සඳහා අපවර්තක භාවිතා කරයි. තනි මොඩියුලයක් තුල සූර්ය කෝෂ ගණනාවක් සම්බන්ධ කර ඇති අතර මෙම මොඩියුලද එකිනෙකට සම්බන්ධ කර ඇත. මෙම මොඩියුල අපේක්ෂිත වෝල්ටීයතාව හා තීවෘතාව ලබාදෙන අපවර්තකයක් හා සම්බන්ධිතය.

විශේෂයෙන් පුළුල් වෙලඳ පොලක් ඇති සංවර්ධිට රතවල බොහෝ නේවාසික පද්ධති හැකි සෑම විටම ජාලයකට සම්බන්ධ කර ඇත. මෙවැනි පද්ධති වල ශක්ති සංචිත විකල්ප ලෙස භාවිතා කරයි. චන්ද්‍රිකා, ප්‍රදීපාගාර වැනි යෙදීම් වලදීත්, සංවර්ධනය වෙමින් පවතින රට වලත්, විදුලි කෝෂ හෝ වෙනත් ශක්ති ජනක ආධාරක වශයෙන් භාවිතා කරයි. එබැවින් මේවා ස්ටෑන්ඩ්-අලෝන් පද්ධතියක් ලෙස ක්‍රියා කරයි.

වර්ධනය හා ව්‍යාප්තිය

මුල් කාලීන සූර්ය බලශක්ති තාක්ෂණය 1960 අවදියේ ඇරඹෙන්නේ ගල් අඟුරු හිඟයක් ගැන අනාවැකි පලවීමෙනි. නමුත් විසිවන සියවසේ මුල් භාගයේදී සූර්ය බලශක්ති තාක්ෂණයේ දියුණුව ගල් අඟුරු හා පෙට්‍රෝලියම් හාවිතය නිසා ඇණහිටිනි. 1974දී ලබාගත් ඇස්තමේන්තුවලට අනුව උතුරු ඇමරිකාවේ සම්පූර්ණයෙන්ම සූර්ය බලශක්තිය පමණක් භාවිතයෙන් උණුසුම් හෝ සීත කරන නිවාස තිබී ඇත්තේ 6ක් පමණි. 1973 තාවකාලික තෙල් තහනම හා 1979 බලශක්ති අර්බුදය ලෝකය පුරා බලශක්ති ප්‍රතිපත්ති නැවත ප්‍රතිසංවිධානයට මඟ පෑදීය. එමෙන්ම එය නැවත සූර්ය ශක්තිය කෙරෙහි අවදානය යොමු වීමටද හේතු විය. සූර්ය බලශක්තිය ව්‍යාප්ත කිරීමේ උපාය මාර්ගයන් ලෙස දිරිගැන්වීමේ ව්‍යාපෘති සිදුකෙරින. එක්සත් රාජධානියේ ෆෙඩරල් ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා ප්‍රයෝජ්‍යකරණ වැඩසටහන හා ජපානයේ සන්ශයින් වැඩසටහන උදාහරණ ලෙස දැක්විය හැක. ව්‍යාප්තිය සඳහා යොදා ගත් අනෙක් ප්‍රයත්නයන් අතර එක්සත් රාජධානියේ (SERI, දැන් NREL), ජපානයේ (NEDO) සහ ජර්මනියේ පර්යේෂණ පහසුකම් සැපයීම දැක්විය හැක. 1970 හා 1983 අතර ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා භාවිතයන් සීග්‍රයෙන් ඉහල ගියද 1980 මුල භාගයේදී තෙල් මිල පහළ බැසීම නිසා 1984 සිට 1996 දක්වාම එම වර්ධනය මධ්‍යස්ත මට්ටමක පැවතුනි. 1997 සිට නැවත මෙම වේගය වැඩිවන්නේ ස්වාභාවික වායු හා තෙල් සැපයුමේ ගැටලු, පෘථිවි උණුසුම ඉහල යාම, අනෙකුත් බලශක්ති තාක්ෂණ වලට සාපේක්ෂව ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතාවයෙන් ලැබෙන ආර්ථික වාසි ඉහල යාම ආදී හේතු නිසාය. මෙම ක්‍රමයේ නිෂ්පාදන වර්ධනය වර්ෂ 2000 සිට වසරකට සාමාන්‍යයෙන් 40% කි. 2010 අවසානය වන විට ස්ථාපිත ධාරිතාව 39.8 GW විය.ඉන් 17.4 GW ක් ජර්මනියෙනි. 2011 ඔක්තෝබර් මාසය වන විට ලෝකයේ විශාලම ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා පද්ධති වන්නේ කැනඩාවේ සර්නියා ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා පද්ධතිය (97 MW), ඉතාලියේ මොන්ටල්ටෝ ඩි කැස්ත්‍රෝ (84.2 MW) සහ ජර්මනියේ ෆින්ස්ටර්වේල්ඩ් සෝලර් පාර්ක්(80.7 MW) ය.

මේ වන විට තවත් විශාල සූර්ය පද්ධති ගොඩනැගෙමින් පවතී. කැලිෆෝනියාවේ රිවර්සයිඩ් කන්ටි හී ගොඩනගිමින් පවතින කාන්තාර සූර්යාලෝක ව්‍යාපෘතිය 550 MW ක සූර්ය ශක්ති පද්ධතියකි. මෙහි තුනී පටල ප්‍රකාශ විද්‍යුත් මොඩියුල භාවිතා කරයි. මෙම ප්‍රදේශයේ ඉදිවෙම්න් පවතින තවත් ප්‍රකාශ විද්‍යුත් පද්ධතියක් වන්නේ 500 MW බ්ලයිත් සූරය ශක්ති ව්‍යාපෘතියයි. ඇරිසෝනා වල යුමා කන්ට්‍රි හී ඉදිවෙමින් පවතින ඇගුවා සැලියෙන්ට් සූර්ය ව්‍යාපෘතිය 290 MW වේ. කැලිෆෝනියා නිම්නයේ ඉදිකරන කැලිෆෝනියා නිම්න සූර්ය ගොවිපොළ මෙගාවොට් 250කි. 2013 ඉදිකිරීම් අවසන් කිරීමට නියමිත 230 MW ඇන්ටෙලොප් නිම්න සූර්ය ගොවිපොළ බටහිර මොජාවි කාන්තාරයේ ඇන්ටෙලොප් නිම්නයේ ඉදිවන ප්‍රතම ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා සූර්ය ශක්ති පද්ධතියයි.

වානිජමය වශයෙන් සූර්ය තාප බලශක්ති පද්ධති නිපදවන්නේ 1980 දීය. දැනට ඉදිවෙමින් පවතින ලොව විශාලම සූර්ය පද්ධතිය කැලිෆෝනියාවේ මොජාවි කාන්තාරයේ පිහිටි 370 MW අයිවන්පා සූර්ය පද්ධතියයි.

ආර්ථිකය

2011 මාර්තු බ්ලූම්බර්ග් නිව් එනර්ජි ෆ්යිනෑන්ස් වලට අනුව 2010 සූර්ය පැනල වල අගය වොට් 1 කට $1.80 ක් උනත් 2011 අවසානයේ එය $1.50/W වන බව ඇස්තමේන්තු කර ඇත. ප්‍රකාශ වෝල්ටීයතා පද්ධති වලට වඩා අඩු වියදමකින් සාන්ද්‍ර ගත සූර්ය ශක්ති පද්ධති බලශකතිය ජනනය කරන බැවින් සාම්ප්‍රදායික ක්‍රම සමඟ මිල තරඟයක් ඇති වනු ඇත. මීට අමතරව රජයෙන් සූර්ය බලශක්තිය භාවිතය වැඩිකිරීමට නොයෙකුත් දිරි ගැන්වීම් සිදු කරයි.

ශක්තිය ගබඩා කිරීමේ ක්‍රම

රාත්‍රියට සූර්ය බලශක්තිය නොමති බැවින් අඛන්ඩ ශක්ති සැපයුමකට බලශක්තිය ගබඩා කර තැබිය යුතුය. සූර්ය ශක්තිය හා සුලන් බලය කඩින් කඩ ලැබෙන ශ්කති ප්‍රභවයන්වේ. ශක්ති ප්‍රභවය පවතින විට ඉන් බලශක්තිය නිපදවා, පසුව භාවිතයට ගබඩා කිරීම හෝ භාවිතා කිරීමට හැකි ස්ථානය වෙත එය බෙදා හැරීම හෝ සිදු කල හැක. සීත කාලයේදී සුලඟ වැඩියෙනුත් ගිම්හාන කාලයේදී සූර්ය ශක්තිය වැඩියෙනුත් ලැබේ. එබැවින් එකක අඩුව අනෙකෙන් සම්පූර්ණ කල හැක. නමුත් මේ දෙකම නොපවතින විට වෙනත් විකල්පයක් තිබිය යුතුය. ඛැශ්ශ්Eළ් විශ්වවිද්‍යාලයේ සූර්ය ශක්ති සැපයීමේ තාක්ෂණික ආයතනය සූර්ය ශක්තිය, සුලං බලය, ජීව වායු හා ජලය ආදිය උපයෝගී කරගෙන නැවත භාවිතා කල හැකි ප්‍රභව වලින් නිරන්තරයෙන් බලශක්තිය සැපයීමට සංයුක්ත ශක්ති පද්ධතියක් පරීක්ෂාවට ලක් කෙරිනි.