انرژی خورشیدی و کاربردهای آن

به گرما و نور منتشرشده از خورشید  انرژی خورشیدی (Solar energy)  می‌گویند. این انرژی نتیجه فرایند پیوسته همجوشی هسته ای در خورشید است. شدت تابش خورشید در خارج جو زمین در هر ثانیه حدود ۱۳۶۷ ژول در هر متر مربع می باشد که در سطح زمین در یک روز صاف و آفتابی به حدود ۱۰۰۰ وات بر متر مربع کاهش می یابد. انرژی خورشیدی منحصر به‌ فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان  و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین است.با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن از قرون گذشته به خوبی شناخته شده ولی بالا بودن هزینه اولیه  سیستم‌های خورشیدی از یک طرف و عرضه نفت خام و گاز طبیعی ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم‌ها شده اند. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. برخی کاربردهای انرژی خورشیدی عبارتند از:

– آبگرمکن‌ها و حمام های خورشیدی (solar water heater)

از انرژی خورشیدی می‌توان برای تولید آب گرم تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص Image result for ‫آبگرمکن خورشیدی‬‎در مکان‌هایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد.چنانچه ظرفیت این سیستم‌ها افزایش یابد می‌توان از آنها در حمام‌های خورشیدی نیز استفاده نمود.

– گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی

اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده‌است. گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در دهه ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های آب گرم کن خورشیدی می‌توان به سیستم تبرید جذبی خورشیدی(solar absorption refrigeration) دست یافت که علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش، در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز بکار روند.

– آب شیرین کن خورشیدی (solar humidification–dehumidification method)

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با دمای کم روی آب شور اثر کند  آب تبخیر می شود و املاح باقی می‌ماند. سپس با استفاده از روش‌های مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تقطیر کرد و به این ترتیب آب شیرین تهیه نمود. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند برخی جزایر را نیز  تأمین کرد.آب‌شیرین‌کن های خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا می‌توان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.

– خشک کن خورشیدی (solar dryer)

خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری‌ها است. در خشک کن‌های خورشیدی بطور مستقیم یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می‌شود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می‌گردد. خشک‌کن‌های خورشیدی در اندازه‌ها و طرحهای مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند.

– اجاق‌های خورشیدی (Solar cooker)

دستگاه‌های خوراک‌پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شدند. اجاق او شامل یک جعبه عایق‌بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آن را تشکیل می‌داد. پرتو خورشید با عبور از میان این شیشه‌ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش می‌داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع‌آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه است. امروزه طرح‌های متنوعی از این سیستم‌ها وجود دارد که این طرح‌ها در مکان‌های مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده‌اند. استفاده از این اجاق‌ها به ویژه در مناطق شرقی ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می‌باشند بسیار مفید خواهد بود.

– کوره خورشیدی (solar furnace)

نوتورا در اوایل قرن ۱۸ اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوب را در فاصله ۶۰ متری آتش زد. بسمر، پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز در کورة خود را از انرژی خورشیدی تأمین می کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی، متشکل از دو آینه، یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می شود. طبق قوانین اپتیک، هرگاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید، در محل کانون، متمرکز می شوند و به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود، که این نقطه به دماهای بالایی می رسد. امروزه پروژه های متعددی در زمینه کوره های خورشیدی در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می باشد. 

 

– انرژی الکتریکی خورشیدی

می‌توان انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل کرد برای این کار دو روش اصلی وجود دارد. یک روش استفاده از حرارت خورشیدی و روش دیگر استفاده از صفحات خورشیدی فتوولتاییک است.

الف) نیروگاه حرارتی خورشیدی

تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود، نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود. در نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین‌ها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاه‌ها شامل دو قسمت هستند:

  • سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
  • سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاه‌های حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.Image result for ‫نیروگاه حرارتی-خورشیدی‬‎

این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به چند دسته تقسیم می‌شوند:

  1. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی(سهموی خطی) هستند.
  2. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هیلیوستات (heliostat) به آن منعکس می‌شود. 
  3. نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (parabolic dish) است.
  4. دودکش خورشیدی (solar chimney power plants) 
  5. نیروگاه های با عدسی فرنل 

ب) تولید برق خورشیدی فتو ولتاییک

به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیسم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند، Related imageپدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند.الکتریسیته  می‌تواند به‌طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود. فتو ولتاییک یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید الکتریسیته از نور خورشید است. در این روش با بکارگیری سلول خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود.سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربردهای انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشند. از سری و موازی کردن سلول‌های آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. پنل های خورشیدی از نظر جنس گونه های مختلفی دارند و از دیدگاه حرکتی ممکن است ثابت یا گردان باشند.  نوع گردان روی پایه ای ثابت نصب است و با مجهز بودن به ردیاب خورشیدی می تواند مسیر خورشید در آسمان را دنبال کند.

نمونه ای از نیروگاه های خورشیدی شناور با ۲۳۰۰۰ پنل خورشیدی در فیلم زیر مشاهده می شود.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *