دانلود مقاله انرژی خورشیدی

word قابل ویرایش
32 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

انرژی خورشیدی
روی این سیاره است. بیش ار ۵۰۰۰ سال قبل، مردم خورشید را پرستش می‌کردند. اولین پادشاه مصر، خدای خورشیدی، به نام را (Ra) بود. در بین النهرین، خدای خورشیدی به نام شاماش (Shamash)،‌ خدای اعظم و برابر با عدالت بود. در یونان دو خدای خورشید به نامهای آپولو و هلیوس وجود داشت. تأثیر خورشید در سایر ادیان نیز نمایان است. زرتشتی، مذهب رومی، هندو، بودائی،‌ کاهن (انگلیس)، آزتگ (مکزیک) و خیلی از قبایل بومی امریکا خورشید را پرستش می‌کردند.

امروزه ما میدانیم که خورشید نزدیکترین ستاره به سیاره زمین است. بدون خورشید، امکان ادامه زندگی بر روی این سیاره وجود ندارد. هر روز ما از انرژی خورشید به طرق مختلف استفاده می‌کنیم. زمانیکه لباس‌های خیس را روی طناب آویزان می‌کنیم،‌ گرمای خورشید باعث خشک شدن آنها می‌شود.

گیاهان برای تولید غذا از نور خورشید استفاده می‌کنند. سپس حیوانات، گیاهان را به عنوان غذا می‌خورند. و همانطوریکه در فصل ۵ گفتیم ، تجزیه گیاهان در صدها میلیون سال قبل باعث تولید ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی گردید که امروزه ما از آنها استفاده می‌کنیم . بنابراین، سوخت‌های فسیلی در واقع از میلیون‌ها سال قبل نور خورشید را در خود ذخیره نموده‌اند.

خورشید و سایر ستارگان بطور غیر مستقیم نقش مهمی را در تولید کلیه انرژی‌ها، بازی می‌کنند. حتی منشاء تولید انرژی هسته‌ای مربوط به یک ستاره است. زیرا اتم‌های اورانیوم در اثر نووا (انفجار یک ستاره) بوجود آمدند.

آب گرم خورشیدی
در دهه ۱۸۹۰ در سرتاسر امریکا از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی برای گرم کردن آب استفاده می‌شد. آنها مزیت بیشتری نسبت به کوره‌های زغال سوز و چوب سوز داشتند. در آن زمان از گاز مصنوعی حاصل از ذغال نیز برای گرم نمودن آب استفاده میگردید، اما قیمت آن ۱۰ برابر قیمت گاز طبیعی امروز بود. قیمت برق حتی اگر در شهر شما وجود داشت بسیار گران بود.
[[

در آن زمان بسیاری از خانه‌ها از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی استفاده می‌کردند. در سال ۱۸۹۷، حدود ۳۰ درصد از خانه‌های شهر پاسادانا ، واقع در شرق لس‌آنجلس ، مجهز به آب گرم‌کن‌های خورشیدی بودند. با پیشرفت‌های مکانیکی صورت گرفته، سیستم‌های خورشیدی در آریزونا، فلوریدا و خیلی دیگر از مناطق آفتابی ایالت متحده نیز مورد استفاده قرار گرفت. در تصویر ، آب گرم‌کن خورشیدیی را می‌بینید که در سال ۱۹۱۱ در روی سقف خانه‌ای در دره پومونا (Pomona)،‌ واقع در کالیفرنیا، نصب گردید

تا سال ۱۹۲۰، دهها هزار عدد از این آب گرم کن‌های خورشیدی به فروش رسیده بود. اما بعد از این سال، مخازن بزرگ نفت و گاز طبیعی در غرب ایالت متحده کشف شد. با دسترس قرار گرفتن سوخت‌های فسیلی ارزان ، آنها جایگزین سیستم‌های خورشیدی شدند.

امروزه، مردم مجدداً شروع به استفاده از آب گرم کن‌های خورشیدی کرده‌اند. در حال حاضر تنها در ایالت کالیفرنیا، ‌بیش از نیم میلیون آب گرم کن خورشیدی وجود دارد. این آب گرم‌کن‌ها در مراکز تجاری و منازل استفاده می‌شود.

همانطوریکه در تصویر می‌بینید ، از این آب‌گرم‌کن‌ها برای استخرهای شنا نیز استفاده میگردد. صفحاتی که بر روی سقف ساختمان نصب شده‌اند دارای یک سری لوله‌های آب هستند. زمانیکه اشعه خورشید به این صفحات و لوله‌ها برخورد می‌کند، آب داخل لوله ها گرم شده و از آن می‌توان برای پرکردن استخر استفاده نمود.

تولید برق از طریق گرمای خورشید
از انرژی خورشیدی نیز میتوان جهت تولید برق استفاده نمود. بعضی از نیروگاههای خورشیدی، مانند نیروگاههایی که در صحرای مووجاو (Mojava) ، در ایالت کالیفرنیا ، قرار دارد (رجوع به تصویر)، دارای آینه بسیار خمیده ای به نام طشتک سهمی شکل (Parabolic Trough) است که نور خورشید را بر روی لوله ای ، که به طرف نقطه مرکزی در بالای خمیدگی آینه ادامه می‌یابد،

متمرکز می‌کند. آینه، نور خورشید را به روی لوله متمرکز کرده و آنرا آنقدر گرم می‌کند که می‌تواند باعث جوشش آب بصورت بخار گردد. سپس از این بخار میتوان برای چرخش توربین و در نتیجه تولید برق استفاده نمود. در نیروگاه خورشیدی صحرای مووجاو، در ایالت کالیفرنیا، از چند ردیف آینه خورشیدی استفاده شده است. این نوع نیروگاهها را نیروگاههای حرارت خورشیدی می نامند. نیروگاههای صحرای مووجاو برای تولید برق ۳۵۰۰۰۰ خانه طراحی شده‌اند.

مشکل اصلی در استفاده از این نوع نیروگاهها این است که آنها صرفاً در زمان تابش خورشید کار میکنند. بنابراین در روزهای ابری و شبها، این نیروگاهها نمی‌توانند انرژی تولید کنند. بعضی از نیروگاهها دارای فن آوری دوگانه هستند،‌ بدین ترتیب که در روز از انرژی خورشیدی و در شب و روزهای ابری از گاز طبیعی برای جوشاندن آب و در نتیجه تولید برق استفاده می کنند.

نوع دیگری از نیروگاههای خورشیدی برای تولید برق، نیروگاه برج مرکزی نام دارد (رجوع به تصویر). در بالای برج این نیروگاه، ۱۸۰۰ آینه چرخان نصب شده که نور خورشید را منعکس می‌کنند. این آینه‌ها را « heliostats » می‌نامند که در تمام روز در حال چرخش و حرکت بوده تا رو به خورشید قرار گیرند. نور انعکاس یافته باعث گرم شدن سیالی در مرکز آینه می‌شود.

حال ، این سیال گرم می تواند باعث جوشش آب و تولید بخار شده ، و در نتیجه توربین ژنراتور را به گردش در آورد. این نیروگاه آزمایشی ، خورشیدی II نام دارد. شروع کار این نیروگاه به اوایل دهه ۱۹۸۰ بر میگردد، اما اکنون با استفاده از فن آوری جدید بازسازی گردیده است.

این نیروگاه برای تأمین برق ۱۰۰۰۰ خانه طراحی شده است. طبق گفته کارشناسان با احداث نیروگاههای برج مرکزی بزرگتر می‌توان برق ۱۰۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ خانه را تامین نمود.

سلولهای خورشیدی یا انرژی فتوولتایی
با استفاده از سلولهای خورشیدی ، مستقیماً می‌توان از نور خورشید برق تولید نمود. سلولهای خورشیدی را سلولهای فتوولتایی یا به اختصار PV نیز می‌نامند. از این نوع سلولها در ماشین حساب یا حتی فضا پیما استفاده می‌شود.

اولین بار آنها در دهه‌ ۱۹۵۰ در ماهواره های فضایی ایالت متحده مورد استفاده قرار گرفتند. این سلولها از سیلیکون (نوع خاصی از ماسه مذاب) ساخته شده‌اند.

زمانیکه نور خورشید به سلولها برخورد می کند، الکترونها آزاد شده و به سمت صفحه جلویی (رنگ آبی تیره)‌ حرکت می‌کنند (به تصویر توجه کنید) . بدین ترتیب یک الکترون اضافی بین جلو و عقب صفحه تولید میشود. زمانیکه دو صفحه توسط یک رابط مثل سیم بهم وصل می‌شوند ، جریان برق بین قطب مثبت و منفی برقرار می گردد.

مجموعه‌ای از سلولهای خورشیدی در یک واحد فتوولتایی چیده شده و مجموعه ای از واحدهای فتوولتایی نیز بصورت آرایه‌ای در کنار هم قرار می گیرند (به تصویر توجه کنید) .

بعضی از آرایه ها بر روی وسایل ردیابی نصب شده که بتوانند نور خورشید را در تمام طول روز دنبال کنند . انرژی الکتریکی بدست آمده از سلولهای خورشیدی را مستقیماً می‌توان استفاده نمود. از این انرژی می‌توان برای روشنایی منازل و وسایل برقی، و نیز مراکز تجاری استفاده نمود.

انرژی خورشیدی را میتوان در باتریهایی ذخیره نمود و از آن برای روشنایی تابلو علائم کنار جاده ها در شب استفاده کرد. همچنین این انرژی را می‌توان در باتری ذخیره کرده و در تلفن های سلولی که در کنار جاده ها نصب می‌شود، استفاده نمود . بعضی از ماشین‌ها نیز بطور آزمایشی از سلولهای فتوولتایی استفاده می کنند. این نوع ماشین ها نور خورشید را مستقیماً به انرژی تبدیل کرده و موتور الکتریکی را به حرکت می اندازند.

اکثر ما زمانیکه در خصوص انرژی خورشیدی فکر می‌کنیم، تصویری از ماهواره های فضایی در ذهنمان نقش می بندد. در تصویر،‌ صفحات خورشیدیی که بیرون از ماهواره قرار گرفته اند را
می بینید.

در شرایط کنونی، تلاش در جهت خود کفایی و رفع وابستگی های تکنولوژی کشورمان، یکی از مبرمترین وظایف آحاد ملت ایران است و هر کس بنا به موقعیت خویش بایستی در این راستا گام بردارد. یکی از صنایع کشورمان که پیشرفت دیگر صنایع در گرو پیشرفت و توسعه آن است صنعت برق می باشد. نیروگاههای موجود تولید برق، از تکنولوژی بسیار بالایی برخوردارند، بطوریکه در حال حاضر طراحی و ساخت آنها در انحصار چند کشور خاص می باشد.

مصرف انرژی در جهان بطور سرسام آوری رو به ازدیاد است. بالا رفتن سطح زندگی مردم که با جانشین شدن انرژی مکانیکی به جای انرژی انسانی و حیوانی همراه بوده است از یکسو و ازدیاد جمعیت از سوی دیگر باعث بالا رفتن میزان مصرف انرژی شده اند. بشر مترقی امروز برای تولید آب آشامیدنی، برای تولید مواد غذایی و برای کلیه کارهای روزمره خود نیازمند استفاده از انرژی می باشد، بطوریکه بدون انرژی زندگی او کلاً مختل می گردد.

طبق برآوردهایی که دانشمندان نموده اند، از ابتدای خلقت تا سال ۱۸۵۲ میلادی، بشرمعادل ۱۰۱۵*۲/۱ کیلو وات ساعت و در فاصله ۱۸۵۲ تا ۱۹۵۲ نیز معادل ۱۰۱۵*۲/۱ کیلو وات ساعت انرژی مصرف نموده است.

پیش بینی می شود که در فاصله ۱۹۵۲ تا ۲۰۵۲ مصرف انرژی بشر به ۱۰۱۵*۳۰ تا ۱۰۱۵*۱۲۰ کیلو وات ساعت برسد. امروزه بین تقاضای انرژی و انرژی های در دسترس و قابل مهار هماهنگی وجود ندارد ودنیای امروز با این بحران بزرگ روبروست. آنچه مسلم استمنابع شناخته شده مورد استفاده بشر (نظیر ذغالسنگ، نفت، گاز و…) در صورتیکه کاملاً و صد درصد نیز قابل مهار و استخراج باشند، نمی توانند نیازهای آتی بشر باشند و دیری نخواهد پایید که این منابع نیز به اتمام خواهند رسید.

از سوی دیگر استفاده از این گونه انرژی ها با مشکلاتی توأم می باشد؛ مثلاً در مورد سوخت های هسته أی، امکان تبدیل آنها محدود بوده و همچنین استفاده از آنها تکنولوژی پیشرفته أی لازم دارد، بعلاوه از بین بردن فضولات آن نیز مشکلاتی ایجاد می کند

در مورد سوخت های فسیلی نیز استفاده مداوم از هر یک از آنها در دراز مدت ضمن داشتن مخاطره های محیط زیست هزینه های اقتصادی فزاینده أی به دنبال دارد.
منابع شناخته شده انرژی عبارتند از:
۱- سوخت های فسیلی
۲- چوب و…
۳- مواد غذایی
۴- جریان های آبهای سطحی

۵- باد
۶- امواج دریا
۷- جزر و مد
۸- حرارت زیر پوسته زمین (ژئوترمال)

۹-حرارت آب سطح دریا
۱۰- واکنش های هسته أی
۱۱- انرژی خورشیدی

که به بررسی انرژی خورشیدی می پردازیم:

انرژی خورشید
منشأ بسیاری از انرژی ها، انرژی خورشید می باشد.
امروزه بیش از % ۹/۹۹ از مجموع انرژی هایی که به زمین منتقل می گردند از خورشید منشأ
می گیرد که مقدار آن ۱۰۱۵*۸/۱ ترا وات است ( ۱۰۱۲ = Tera) ، انرژی حاصل از تابش خروشید که در هر روز به زمین می رسد ۱۰۰۰۰۰ برابر مقدرا انرژی تولید شده توسط کلیه نیروگاههای جهان است. بنابراین با توجه به تابش خورشید،

کمبود بالقوه انرژی در جهان وجود ندارد و انرژی خورشید با مقداری معادل ۲۰۰۰۰ برابر مصرف کنونی بشر، به نظر می رسد که منبع مناسبی برای تأمین احتیاجات او باشد، بخصوص اینکه استفاه از آن هیچگونه آلودگی محیطی و حتی آلودگی حرارت بوجود نمی آورد.

کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی برای مصارف بزرگ از امیدهای آینده است. اشکال بزرگ در کاربرد انرژی خورشیدی، متمرکز نبودن، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار تشعشع می باشد، که اگر بتوانیم وسیله أی جهت متمرکز کردن آن بسازیم، بطوریکه نوسانات آن تأثیر زیادی بر روی آن نگذارد به یک منبع انرژی بسیار بزرگ دست یافته ایم که تا قرن ها می توند تأ مین کننده نیاز انرژی بشر باشد.

با توجه به وضع انرژی در جهان و رشد جمعیت و مصرف در جهان، اگر به طور هوشمندانه رفتار کنیم خواهیم دید که خورشید تنها منبع انرژی است که انرژی آن به وفور و به صورت رایگان و در همه ادوار در اختیار می باشد. بعلاوه اینکه در تبدیل انرژی خورشید مسائلی نظیر آلوده کردن محیط زیست وجود ندارد.

همانطور که قبلا ذکر شد، انرژی خورشیدی که درزمین می تواند مورد استفاده قرار گیرد، حدود بیست هزار برابر کل انرژی مورد مصرف فعلی بشر می باشد، اگر راندمان تبدیل انرژی خورشید به انرژی مورد نیاز بشر را تنها % ۱ در نظر بگیریم، % ۵/۰ سطح کره زمین برای تقاضای کل انرژی بشر کافی خواهد بود.

بر طبق گزارش ERDA ( اداره کل تحقیقات و توسعه انرژی ) کل انرژی مورد نیاز آمریکا در سال ۲۰۲۰ از انرژی خورشید تأمین خواهد شد.
پس در می یابیم که استفاده از انرژی خورشید رشد چشمگیری خواهد داشت و در آینده بشر ناچار است که بیشتر نیاز خود را از انرژی خورشید تأمین کند، بطوریکه تا سال ۲۰۷۵ مقدرا % ۵۰ تا % ۷۵ نیاز کل بشر از انرژی خورشید تأمین خواهد شد.

با توجه به موقعیت جغرافیایی کشورمان، در می یابیم که ایران با تقریباً ۳۶۰۰ ساعت تابش خورشید در سال، یکی از غنی ترین ممالک در زمینه انرژی خورشیدی می باشد و می تواند ما را در بکارگیری این انرژی مخصوصاً در تولید برق یاری نماید.

انواع کلکتورهای خورشیدی
الف- کلکتورهای مسطح خورشیدی
ب- کلکتورهای متمرکز کننده
ب-۱- متمرکز کننده خطی

ب-۲- متمرکز کننده نقطه أی
ب-۲-۱- متمرکز کننده های بشقابی
ب-۲-۲- متمرکز کننده های با دریافت کننده مرکزی

کاربردها:
الف- این کلکتورها در این کاربرد در دماهای پایین بوده و بیشتر جهت مصارف خانگی نظیر سیستم تهویه مطبوع و تهیه آب گرم بکار می رود.
ب- این کلکتورها دارای کاربرد در دماهای بالا بوده و به طور کلی کلکتورهایی که شدت حرارتی رسیده به سطح گیرنده آنها بیشتر از شدت شار حرارتی رسیده به دهانه آنها باشد، متمرکز کننده گویند.

هدف از یک متمرکز کننده عبارتست از متمرکز کردن پرتوهای خورشید از یک سطح بزرگتر به روی یک سطح کوچکتر که در نتیجه آن گیرنده گرم دارای تلفات حرارتی کمتر می شود.
عمل تمرکز به دو طریق انجام می شود، یکی توسط سطوح بازتاب دهنده (آینه) و دیگری توسط سطوح انکسار دهنده پرتوهای خورشیدی ( عدسی)، بطوریکه پرتوا را روی گیرنده متمرکز
می نمایند.

ب-۱- در این نوع از متمرکز کننده ها، پرتوهای خورشیدی روی یک خط متمرکز می شود که این بوسیله عدسی یا آینه صورت می گیرد. در نوع عدسی آن پرتوهای خورشید پس از عبور از عدسی شکسته شده و روی یک گیرنده خطی متمرکز می گردد ولی در نوع آینه أی که مورد استفاده بیشتری دارد و به متمرکز کننده های شلجمی باز (Parabolid Concentrator) معروف است،

این کلکتورها تشکیل شده اند از یک یا چند ردیف از آینه های نیم استوانه که پرتوهای رسیده به آنها را در مرکز کانونی خود متمرکز می کنند و در مرکز این نیم استوانه های منعکس کننده یک مسیر لوله سرتاسری قرار دارد که وظیفه جذب کردن انرژی حرارتی متمرکز شده روی آنرا بر عهده دارد و این انرژی جذب شده را به سیال داخل لوله منتقل می نماید.

جهت انجام عدم انتقال حرارت از این لوله به محیط اطراف،این لوله ها را توسط یک لوله شیشه أی ( که دارای قطر بیشتری از قطر لوله است) احاطه می نمایند و در فضای خالی بین لوله و شیشه خلأ ایجاد می کنند که با این عمل انتقال حرارت، منتقل شده از لوله به محیط را از طریق جابجایی (Convection) و هدایت ( Cunductivity) به حداقل مقدرا خود می رسانند.

در مورد انتقال حرارت تشعشعی از لوله به محیط باید گفت در هنگام تابش خورشید، پرتوهای متمرکز شده توسط آینه ها، چون دارای طول موج کمی هستند به راحتی از شیشه محافظ عبور کرده و به لوله می رسند، ولی پرتوهای با تابش از روی لوله چون دارای طول موج بیشتری هستند، از داخل محفظه شیشه أی عبور نمی کنند و تحت باز تابش کلی دوباره به لوله می تابند.

سطح گیرنده پرتوهای خورشید را معمولاً از لوله های Steel با پوشش مخصوص (سرمیت)
می سازند و گیرنده نسبت به سطح منعکس کننده ثابت بوده و همراه آن می چرخد.
ب-۲- در این نوع از متمرکز کننده ها، پرتوهای خورشید روی یک نقطه متمرکز می شوند.

ب-۲-۱- Point – Focus dish concentrators
این کلکتورها به شکل یک عرقچین از یک کره می باشند و به دو نوع یافت می شوند:
در نوع اول که کاربرد بیشتری دارد سطح داخلی آنها باموادی با ضریب انعکاس بالا پوشیده شده است. سطح دریافت کننده پرتوهای خورشید در این کلکتورها می توند بصورت یکپارچه طراحی و ساخته شود و یا می توند از تعبیه یکسری آینه های تخت کوچک در رویه داخلی یک سطح بشقابی شکل، تشکیل شده باشد که در مجموع یک سطح انعکاسی بشقابی را تشکیل می دهد.

پرتوهای موازی رسیده از خورشید ( چون خروشید به اندازه کافی از زمین دوراست و می توان پرتوهای ریده از آن را بصورت مواز در نظر گرفت) توسط سطح انعکاس دهنده در مرکز بشقاب تابیده می شود که در این مکان سطح جذب کننده انرژی قرار دارد ( دراین سطح می تواند یک موتور استرلینگ، جهت تولید انرژی الکتریکی قرار گیرد).

دراین کلکتورها نیز جهت بالا بردن راندمان و داشتن یک دمای ثابت در سطح جذب کننده انرژی، از یک سیستم ردیاب خورشیدی استفاده می شود.
ب-۲-۲- Central – Receive
یکی از مسائل عمده در رابطه با پخش متمرکز کننده های خطی در یک محوطه بزرگ آن است که برای انتقال سیال از محوطه تبدیل کننده انرژی گرمایی، به شبکه لوله کش وسیعی نیاز است که أین امر باعث افزایش هزینه وتلفات حرارتی می شود و علاوه بر آن چون سیال داخل لوله در درجه حرارت بسیار بالا منتقل می شود، امکان نشتی از اتصالات، بالا می رود.

بهترین راه حل در مورد پروژه هایی که به قدرت زیاد نیاز دارند، آن است که به جای سیستم لوله کشی در محوطه از یک سیستم گیرنده مرکزی استفاده می شود. کلکتورای سیستم گیرنده مرکزی از یک سری آینه های تخت که جهت آنها را می توان تنظیم نمود، تشکیل شده است. هر آینه، تشعشعات منعکس شده خود را به گیرنده أی که در بالای برج در وسط میدان آینه ها قرار دارد، منعکس می کند. هر یک از این آینه های تخت را یک هیلیوستات (Heliostat) می نامند.

در طریقه نصب هیلیوستات ها باید دقت نمود که اندازه ضریب سایه و ضریب انسداد پرتوها، کمترین مقدار خود را داشته باشند که اغلب به این منظور هیلیوستاتها را به صورت مثلیث، دور تا دو دریافت کننده مرکزی نصب می نمایند.

هیلیوستات ها به یک سیستم هدایت کامپیوتری جهت ردیابی خورشید در طول روز و فصول مختلف سال مجهز می شوند. صحت عملکرد این دستگاه مرتباً توسط بازرسی موقعیت تصویر منعکس بر روی برج کنترل می شود.

در طراحی محوطه مورد نظر عوامل زیر باید در نظر گرفته شود:
الف- موقعیت و ارتفاع برج
ب- شکل محوطه
ج- پراکندگی هیلیوستاتها در محوطه
بطوریکه هر چه ارتفاع برج بلند باشد، آینه ها افقی تر قرار گرفته و در نتیجه تلفات، کمتر
می گردد و همچنین در یک محوطه معین، می توان از ردیف های بیشتری از هیلیوستاتها، استفاده کرد. ولی از طرف دیگر، هزینه ساخت نیز با افزایش ارتفاع برج، به شدت بالا می رود.

در دپارتمان انرژی آمریکا، برای یک نیروگاه خورشیدی آزمایش ۱۵ مگاواتی، برجی به ارتفاع ۱۰۱ متر و برای یک نیروگاه ۵ مگاواتی، برجی به ارتفاع ۶۱ متر در نظر گرفته است.
چون در این نوع گردآورنده ها با نسبت تمرکز بال و نیز درجه حرارت بالایی از سیال عامل مواجه هستیم، لذا مشکل عمده آنها، این است که بادی جریان سیال را در داخل دریافت کننده مرکزی طوری نگه داشت که از گرم شدن موضعی و ایجاد تنش های حرارتی در سطح آن جلوگیری به عمل آید.

تاریخچه ساخت نیروگاه های خورشیدی
اولین نیروگاه بخار خورشیدی در سال ۱۹۶۵ در نزدیکی ژنو ساخت شد، که از نوع دریافت کننده مرکزی بود. میدان آینه ها از ۱۲۱ دستگاه آینه مدور شلجمی با قطر cm 58 و با سطح کلی ۲m 30 روی ردیاب مکانیکی در محوطه أی به ابعاد m7 در m7 بناگردید. ارتفاع دریافت کننده مرکزی از میدان آینه ها m 3 بود.

برای بالا بردن ضریب جذب انرژی خورشیدی سطح خارجی لوله را به رنگ سیاه مینا کرده و قسمتی از آنرا به شکل مارپیچ و قسمت دیگر را به شکل حلزونی فرم دادند.
آب مورد نیاز دریافت کننده مرکزی بوسیله یک پمپ سانتریفوژ برای دبی زیاد و یک پمپ پیستونی برای فشار زیاد تأمین می شود و آب پس از کشب گرمای اولیه در گرمترین قسمت دیگ، به بخار و سپس در ناحیه أی با گرمای کمتر به بخار خشک تبدیل می گردد.

مقدار بخار خشک تولیدی با قدرت تشعشع خورشید به میزان حداکثر kg21 با حرارت ۵۰۰ و فشار atm 150 در ساعت ولی مقدار متوسط آن برای ۵ الی ۶ ساعت تابش خروشید در حدود kg 19 در ساعت با فشار atm 100 بود.

دومین نیروگاه بخار خورشیدی در زمستان سال ۱۹۶۵ در نزدیکی نیروگاه اول ساخته شد.
سومین نیروگاه بخار خورشیدی در زمستان سال ۱۹۶۷ در نزدیکی دو نیروگاه قبلی ساخته شد که البته این نیورگاه مشکلاتی داشت که این اصلاحات در سال ۱۹۷۲ انجام و نیروگاه تا سال ۱۹۷۳ بکار مشغول بود.

نیروگاه خورشیدی جورجیای ( kw400) :
بر اساس تجربیات بدست آمده از سومین نیروگاه خورشیدی، یک نیروگاه kw400 در جورجیای آمریکا طراحی و در سال ۱۹۷۷ راه اندازی شد. این نیورگاه از نوع دریافت کننده مرکزی است. میدان آینه ها متشکل از ۵۵۰ آینه دایره أی به ضخامت mm 30 و قطر m 11/1، که نقره اندود شده اند،

می باشد. آینه ها از نوع شیشه کم آهن با ضریب انعکاسی در حدود ۹۰ درصد هستند. دستگاه ردیاب حرکت خورشید این نیروگاه قادر است تا ۶۸۲ آینه را هدایت کند ولی عملاً ۵۵۰ آینه بصورت ۶ ضلعی و با سطح کل ۲m 532، بر روی آن نصب شده است. دریافت کننده مرکزی در ارتفاع m20 بالای میدان آینه ها روی برج قرار دارد و قدرت بخار تولیدی آن، بین ۳۴۵ تا ۴۱۰ کیلو وات و با دمای ۶۰۰ و فشار atm150 است.

انرژی خورشید درخدمت آب شیرین
محدودیت منابع انرژی های فسیلی ، در کنار اثرات انکار ناپذیر آنها در آلودگی محیط زیست ، از دغدغه هایی است که دانشمندان و محققان را برآن داشته است تا به تولید و استفاده از انرژی های تازه و پاک بیندیشند. در این راستا، خورشید به عنوان دوست طبیعت و منبع انرژی رایگان ، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.

حسن عباس زادگان ، از پژوهشگران جوانی است که با هدف رفع کمبود آب شیرین در مناطق ساحلی و گرمسیری با استفاده از انرژی ارزان و فاقد خاصیت آلوده کنندگی ، نخستین دستگاه تقطیر خورشیدی به روش متمرکز سازی نور خورشید را برای به دست آوردن آب شیرین از آب شور طراحی کرده است.

 ویژگی های دستگاهی که اختراع کرده اید چیست؟
دستگاه تقطیر خورشیدی به روش متمرکز سازی نور خورشید برای به دست آوردن آب شیرین از آب شور استفاده می شود. یکی از عمده ترین مشکلات کشور ما، مصارف آب شرب و کشاورزی است.

از آنجایی که ایران حدود ۲۷۰ روز آفتابی دارد ، یکی از مناطق مساعد برای بهره گیری از
انرژی های خورشیدی است و بویژه در مناطق جنوبی و بخصوص نواحی ساحلی ایران و نواحی کویری – که ما دارای چاه های آب شور و دریا هستیم – می توان از این سیستم ها برای جمع آوری نور خورشید و بهره گیری از آن برای تبدیل آب شور به آب شیرین استفاده کرد.

درباره هدفهای این طرح ، می توان به حل مشکل کمبود آب شیرین ، بهره گیری کامل از انرژی رایگان خورشید، هزینه کمتر ، نصب و راه اندازی ساده ، تعمیر و نگهداری ساده – به این دلیل که تمام چرخه این دستگاه کاملا خودکار و اتوماتیک است و بهره گیری از انرژی های غیرفسیلی اشاره کرد. نه تنها در ایران ، بلکه در هرجای دیگری از دنیا که انرژی خورشیدی به اندازه کافی وجود داشته باشد ، می توان از این وسیله استفاده کرد.

 سایر نمونه های این دستگاه ، از چه نوع انرژی ای استفاده می کنند؟
افراد زیادی روی دستگاه های آب شیرین کن کار کرده اند ، اما هیچکدام به این وسعت و با این کیفیت نبوده اند. آنهایی هم که از خارج از کشور وارد می شوند ، دارای سیستم هایی هستند که از یک کوره گازی تشکیل شده اند که آب در آنها مانند کتری به جوش می آید و بخار می شود. این دستگاه ها با گاز کار می کنند. رساندن گاز به مناطق کویری و به این دستگاه ها هزینه های زیادی را در بر دارد.

نه تنها در ایران بلکه در هرجای دنیا که انرژی خورشیدی به اندازه کافی وجود داشته باشد ،
می توان از این آب شیرین کن استفاده کرد . در نمونه های دیگری از این دستگاه هم از فیلترهای ریزی استفاده می شود که آب را با فشار به این فیلترها وارد می کنند. این فیلترها قیمت بسیار بالایی دارند و هزینه بر هستند. در این دستگاه ها ، آب بر اثر فشار سبک و سنگین و نمک آن ته نشین می شود و آب شیرین بالا می ماند ؛ اما ما در دستگاه خود از فیلتر استفاده نکرده ایم ، بلکه انرژی خورشید را به وسیله سیستمی روی مخازن خود متمرکز کرده ایم.

این سیستم ها از کنترل اتوماتیک برخوردارند. آب وقتی به جوش آمد و بخار شد ، نمک آن ته نشین می شود. سپس بخار آب به سیستم خنک کننده هدایت می شود.
 درصد خلوص آب تولید شده چقدر است؟
با این دستگاه آب را مقطر می کنید ؛ یعنی آب کاملا به جوش می آید و بخار آن سرد می شود.
این دستگاه ، تقطیر خورشیدی نام دارد و تمام نمک آب ته نشین می شود. علاوه بر نمک ، دستگاههای تقطیر آب چه ضایعات دیگری تولید می کنند؟

فیلترهایی که از خارج از کشور وارد می شوند ، از آن جهت که باید گاه به گاه تعویض شوند ، هزینه های زیادی را تحمیل می کنند. لذا با استفاده از دستگاه ها ی فیلتری شما ۲ نوع ضایعات دارید. هم نمک و هم فیلترهای مستعمل که باید دور انداخته شوند ، اما ضایعات دستگاه من فقط نمک و رسوب است. در دستگاه تقطیر خورشیدی از یک طرف بخار آب دارید و از طرف دیگر ،

نمک و مقداری رسوبات مختلفی که در آب وجود دارد. این دستگاه به محیط زیست هیچ لطمه ای وارد نمی کند. انرژی مصرفی آن از نور خورشید تهیه می شود و ضایعات آن هم نمک است که در صنایع برای سخت سازی ، رنگ سازی ، ضدعفونی کردن و برای بعضی صافی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

 حجم آبی که شیرین می شودچه میزان است؟
این دستگاه مدل های مختلف دارد. ما باید یک بردار ماهواره ای از منطقه و مکانی که قرار است دستگاه در آنجا نصب شود ، داشته باشیم تا مشخص شود نسبت به میزان تابش آفتاب چه حجم آب را در دقیقه می توان شیرین کرد. این مقدار بسته به مکان استفاده متفاوت و متغیر است ؛ مثلا حجم آبی که در مناطق ساحلی یا در کویر ایران شیرین می شود، متفاوت است. عواملی مانند تابش ، زاویه ، دما، رطوبت و غیره بر حجم آب شیرین به دست آمده ، تاثیر می گذارد.

 تفاوت این دستگاه با نمونه های دیگر چیست؟
نمونه های دیگر دستگاه آب شیرین کن به روش خورشیدی که ساخته شده اند، شیشه های معمولی هستند که آب در زیر آنها بخار می شود و قطرات آب گوشه دستگاه جمع می شود. این دستگاه ها درصد آب شیرین کردن شان خیلی پایین است ،

اما در دستگاه من ، چون از آینه ها و عدسی های مخصوص استفاده شده و سیستم کنترل اتوماتیک دارد؛ یعنی حتی برای تامین باتری های انرژی خورشیدی که باید پمپ های آب شور را راه انداخته و آب را مکش کرده و به مخازن برسانند، همه مجهز به سیستم ردیاب نور خورشید است ؛ یعنی سعی کرده ایم در تمام قسمتها بهینه سازی کنیم. حتی نور خورشید را ردیابی می کنیم و نمی گذاریم مقدار اندکی از آن هم به هدر رود. نمونه واقعی این دستگاه ابعاد بزرگی به اندازه یک تصفیه خانه کوچک آب دارد.

دستگاه های موجود چه نقصی داشتند که شما را بر آن داشت به طراحی این نوع دستگاه بپردازید؟
دستگاه های آب شیرین کن موجود نواقص خاصی ندارند. حتی برخی از آنها کیفیت خیلی بالایی هم دارند. اما هزینه ، قیمت و فناوری ساخت آنها در داخل کشور ، نیاز به واردات و مصرف انرژی هایی که قابل برگشت نیست ، از مواردی است که باید به آنها توجه کرد. دستگاه تقطیر خورشیدی تنها با انرژی خورشیدی ، یعنی انرژی ای که رایگان به سطح زمین می تابد ، کار می کند و لذا تنها در مناطق خاصی نصب می شود.
 قیمت تمام شده دستگاه آب شیرین کن چه قدر خواهد بود؟
قیمت تمام شده دستگاه بستگی به ابعاد و اندازه آن دارد ؛ اما از آنجایی که دستگاه از انرژی رایگان استفاده می کند ، هرچقدر گران باشد چون بعدها برای انرژی بودجه ای مصرف نمی کنید، هزینه های شما را جبران می کند.

معمولا” سیستم های خورشیدی هزینه متوسطی دارند ؛ یعنی نه خیلی گران هستند و نه خیلی ارزان. حتی نمونه های گران آنها به دلیل این که انرژی مصرفی رایگان است ، دارای توجیه اقتصادی است. مثل توربین های بادی که بسیار گرانقیمت هستند ؛ گیربکسها و سیستم کنترل آنها هزینه های زیادی را در بر دارد ؛ اما وقتی به کار می افتند ، چون از انرژی رایگان استفاده می کنند در دراز مدت و حتی گاه کوتاه مدت هزینه های خود را جبران می کنند.

 آیا این دستگاه تولید هم شده ، یا این که صرفا در حد طراحی است؟
این دستگاه گواهی ثبت اختراع دارد. طراحی آن تمام شده و نمونه کوچکی از آن ساخته شده است ، اما چون دستگاه اصلی خیلی بزرگ است ، به بودجه زیادی نیاز دارد. متاسفانه هنوز نمونه اصلی آن را نساخته ام ، ولی درصدد تکمیل آن هستم.

 برای این کار به چه حمایت هایی نیاز دارید؟
این سومین پروژه و اختراع من است. این طرح مربوط به ۲ سال پیش است. متاسفانه در کشور ما کمتر از این طرح ها حمایت می شود. من به دلیل مشکلاتی که داشتم ، مجبور شدم کار را رها کنم. در یک کشور خارجی ، طراحی و اختراع یک شغل است ؛ یعنی طراح و مخترع تمام وقت خود را صرف مطالعه ، طراحی و اختراع می کند ،

بدون این که نگران هزینه ها باشد ؛ اما در اینجا شما باید اول در بازار کار کنید ؛ از راههای دیگر کسب درآمد کنید و بعد درآمد خود را صرف طراحی و اختراع کنید. محققان ، پژوهشگران و طراحان در این زمینه حرفهای زیادی برای گفتن دارند. کار من پژوهش و تحقیق و طراحی و اختراع است و در این زمینه تنها به خودم متکی هستم. مشکلات و موانع ممکن است سرعت مرا کاهش دهند ، اما من دست از سعی و تلاش برنمی دارم.

 درباره سایر طرحهای خود صحبت کنید.
یک موتور طراحی کردیم که با انرژی هوای فشرده کار می کند. فرق این موتور با نمونه های خارجی این است که این موتور با سیستم کنترل صفر و یک کار می کند ، یعنی سوپاپ و تسمه و غیره ندارد ، بلکه قابلیت برنامه ریزی دارد. این موتور برای مکانهایی مثل معادن زغال سنگ طراحی شد. در این مکانها نمی توان از الکتروموتورها و موتورهای درونسوز استفاده کرد ؛

زیرا به دلیل نشت گاز احتمال انفجار وجود دارد. برای بازو بسته کردن شیرهای گازی و نفتی و قطع و وصل خط لوله ها نمی توان از الکتروموتور استفاده کرد. به این دلیل که بدنه الکتروموتورها دارای القای الکتریسیته است و احتمال دارد این القا به مخازن انتقال پیدا کند و با ایجاد جرقه و یا حرارت منفجر شود. این موتور قابلیت نصب روی خودروهای سبک را هم دارد.

شما می توانید یک خودروی سبک را روزانه ۳ ساعت با سرعت متوسط حدود ۱۱۰ کیلومتر به حرکت درآورید و زمانی که پشت ترافیک هستید، از این ۳ ساعت شما کم نشود. انرژی مصرفی این خودرو هوای فشرده است.

نمونه کوچکتر این موتور ساخته شده و کار می کند. مزایای مختلف این موتور عبارت است از کاهش آلودگی هوا، افزایش طول عمر موتور ، راه اندازی و نصب آسان ، تعمیر و نگهداری آسان، استفاده در مکانهایی که به کارگیری موتورهای درونسوز یا الکتروموتورها ممکن نیست و دارای خطر است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 32 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد