دانلود مقاله انرژی خورشیدی

word قابل ویرایش
51 صفحه
5700 تومان

انرژی خورشیدی

مقدمه :
نیلوفر خورشیدی:
هر روز شاهد خلاقیت ها و ابتکارهای تازه ای برای استفاده از انرژی های پاک و بدون آلودگی هستیم. یکی از جدیدترین طرحهای هوشمندانه و جذاب استفاده از انرژی خورشیدی، مولدهای برقی کارآمدی است که به شکل نیلوفرهای آبی طراحی شده و در پارک ها و فضاهای باز شهری نصب می شود. برگ های این نیلوفر آبی پوشیده از سلولهای خورشیدی است که از جهات گوناگون انرژی خورشید را در روز جذب و برای روشنایی شب ذخیره می کند. برگ های نیلوفر آبی خورشیدی روزها باز شده و شب ها بسته می شود. بخش قابل توجهی از روشنایی پارک های بئونس آیرس توسط نیلوفرهای آبی خورشیدی تامین می شود.

آلودگی هوا پیامدهای جبران ناپذیری دارد که صنعت و جهان متمدن برای ساکنان کره زمین به ارمغان آورده اند.پیشگیری و رویارویی با این پدیده مخرب از چندین دهه گذشته تاکنون ادامه داشته، اما نتایج بدست آمده اندک بوده است. به همین دلیل هر راهکار تازه ای برای پیشگیری از آلودگی هوا اهمیت ویژه خود را دارد.

اعلام روز۲۹ دی ماه به عنوان روز ملی هوای پاک از سال۱۳۷۴ موجب شده تا هماهنگی برای پیشگیری از آلودگی هوا در بخش های مختلف گسترش یابد.
هدف از اعلام روز ملی هوای پاک ایجاد حساسیت در بین اقشار مختلف جامعه است و از آنجایی که کلید اصلی کاهش آلودگی هوا، مشارکت مردمی و افزایش هماهنگی بین بخشی است این روز

می تواند عامل مهمی در ایجاد این مشارکت و هماهنگی بین بخشی باشد.
برگزاری مراسم نمادینی مانند هفته هوای پاک می تواند تصویر روشنی را از اهمیت حفظ منابع ملی و مصرف بهینه انرژی ترسیم کند که این تصویر با فرهنگ سازی مؤثر نقش ماندگاری است که زدوده نخواهد شد.

ایران با توجه به اهمیت مباحث هوای پاک، متعهد به کنواسیون هایی همانند کنوانسیون تغییرات آب و هوا و قراردادهایی مانند پروتکل مونترال است که در کشور در حال اجرا می باشد. بر این اساس، پروتکل مونترال به منظور حفاظت از لایه ازن شکل گرفت، زیرا انتشار آلاینده هایی مانند کلر که یکی از عناصر تشکیل دهنده CFC ها به عنوان مواد مخرب لایه ازن است، در گرمایش زمین و تخریب این لایه مؤثر است.

براساس تعاریف سازمان جهانی بهداشت دو درصد از کل مرگ و میرهای ناشی از عوارض قلبی در شهرهای آلوده به طور مستقیم و غیرمستقیم مربوط به آلاینده های هوا است.
از آنجایی که میل ترکیب CO با هموگلوبین۲۰۰ برابر اکسیژن است با ایجاد ترکیب پایدار کربوکسی هموگلوبین میزان اکسیژن رسانی به بافت بدن کاهش یافته و به تناسب درصد آلودگی علایمی نظیر سرگیجه، سردرد، خواب آلودگی و در موارد شدیدتر مرگ بروز می کند. چنانچه افراد در ایام سال با بیش از حد مجاز آلاینده CO مواجه باشند، مرگ و میر افراد۳۰ تا ۶۵ ساله تا۱۱ درصد افزایش می یابد.

ذرات معلق به ویژه ذرات معلق به اندازه۱۰ میکرون به علت ریز بودن از مجاری فوقانی تنفسی نفوذ و وارد سیستم تنفس می شوند و در سطح حبابچه ریوی نشست می کنند که بخشی از بیماری های ریوی نظیر آمفیزم را به آنها نسبت می دهند. تماس افرادی که سابقه بیمارهای تنفسی دارند با ذرات معلق در هوا، حملات آسم و تنگی نفس ریوی را در پی دارد. میزان بستری شدن این افراد در هوای آلوده دو درصد بیشتر است:

براساس گزارش سازمان جهانی بهداشت۵ درصد از مواد سرطان های برونش و ریه در شهرهای آلوده به علت آلودگی هوا است.
مصرف کنندگان دخانیات که در هوای آلوده زندگی می کنند، آلودگی بیشتری را وارد بدن خود می کنند. آلودگی هوا در فضاهای بسته به ویژه مناطق روستایی که از سوخت جامد برای گرمایش و پخت و پز استفاده می کنند نیز مطرح است. میزان دریافت آلاینده یک زن خانه دار روستایی که در طول روز از سوخت جامد برای پخت و پز و گرمایش استفاده می کند، معادل مصرف دو پاکت سیگار است.
بررسی ها نشان داده است، کودکان و سالخوردگان، دوگروه آسیب پذیر بر اثر آلودگی هوا هستند اما کودکان صدمات بیشتری را متحمل می شوند.

تاریخچه
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف، به زمان ماقبل تاریخ باز می گردد شاید به دوران سفالیگری ، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلایی سیقل داده شده و اشعه خورشید، جهت روشن کردن آتشدانهای محراب استفاده می کردند، و یا در دوران فراعنه مصر در دوره آمنوفیس پرنده ای نصب کرده بودند که به وسیله تابش خورشید صبحگاهی، پرنده به صدا در می آمد.

مهمترین روایتی که در رابطه با استفاده از تابش خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم (سالهای ۲۸۷-۲۱۲ ق-م) می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آیینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و آنها را به آتش کشیده. رومیان در تاریخ می نویسند که آنها مغلوب یک نیروی نامرئی شدند و اعتقاد پیدا کرده بودند که با خدایان در حال جنگ هستند.

حدود ۱۸۰۰ سال پس از ارشمیدس شخصی به نام کیرچر شاهکار ارشمیدس را تکرار کرد و با استفاده از تعدادی آیینه، یک لنگرگاه چوبی را از فاصله دور آتش زد.
در سال ۱۶۱۵ سالمون اهل فرانسه بیانیه ای راجع به موتور خورشیدی منتشر کرد.
در قرن هجدهم ناتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت.

دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار توسط شخصی به نام (Nichelas DE 1799-1740 Saucer) ساخته شد.
آنتونی لاوازیه (۱۷۴۹-۱۷۴۳) خالق شیمی نوین برای کسب بیشترین انرژی از خالص ترین منبع حرارتی ، تحقیقاتی در کوره های خورشیدی انجام داد.
بسمر(۱۸۹۸-۱۸۱۳) پدر فولاد جهان حرارت مورد نیاز کوره خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین کرد.
در قرن نوزدهم تلاشهایی جهت تبدیل انرژی خورشیدی به دیگر فرمهای انرژی مثل تولید بخار و استفاده در موتورهای بخار انجام گرفت، در این سالها چندین موتور بخار خورشیدی ساخته شد و مورد آزمایش قرار گرفت.

در سال ۱۸۷۸ موشو اولین کلکتور خورشیدی با متمرکزکننده مخروطی شکل را طراحی کرد که قدرت داشت ۷۸ درصد از انرژی خورشیدی تابیده شده را جذب کند.
در سال ۱۸۸۰ اولین کلکتور تخت خورشیدی به وسیله چارلز تلی یر ساخته شد.
در سال ۱۸۸۸ وستر پیشنهاد استفاده از انرژی خورشیدی در ترموکوپلها را ارائه داد.
در قرن نوزدهم دستگاههای آب شیرین کن خورشیدی رواج پیدا کردند.

در قرن بیستم استفاده از کلکتورها جهت تولید بخار در نیروگاههای برقی مورد توجه زیاد قرار گرفت. گرم کردن ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح و در یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی نائل آمد. اولین خانه خورشیدی در انستیتو تکنولوژی ماساچوست آمریکا(MIT) در سال ۱۹۳۸ ساخته شد. پیشرفت در طراحی و ساخت خانه های خورشیدی و آبگرمکنها آنچنان سریع بود که تصور می شد تا سال ۱۹۷۰ گرمایش میلیونها خانه در کشورهای مختلف به وسیله انرپی خورشیدی تامین خواهد شد اما نه تنها چنین نشد آمار نشان می دهد که گرمایش خورشیدی در سالهای ۱۹۷۰ نسبت به سال ۱۹۵۵ کمتر هم شده بود. علت، هزینه اولیه چنین سیستمها و در عین حال عرضه نفت و گاز ارزان بود. اما بحران انرژی در سال ۱۹۷۴ و از طرفی پیشرفت تکنیک ساخت کلکتورهای مختلف خورشیدی، و احتمال کاهش و یا اتمام بعضی از منابع زیرزمینی، بار دیگر توجه جهانیان را به انرژی خورشیدی جلب کرده و تلاشهای در اکثر کشورهای مختلف جهان، در جهت تکامل و پیشرفت این تکنیک صورت می گیرد.

در حال حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که اهم آنها عبارتند از:
۱- سیستمهای فتوبیولوژیک: تغییراتی که در حیات و زیست گیاهان و جانداران به وسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می گردد، فرآیند تجزیه کود حیوانات و استفاده از گاز آن.
۲-سیستمهای فتوشیمیایی: تغییرات شیمیایی در اثر نور خورشید-الکترولیزورهای نوری-سیستمهای فتولتائیک الکتروشیمی- تاسیسات تهیه هیدروژن.
۳-سیستمهای فتولتائیک: تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی-سلولهای خورشیدی.
۴-سیستمهای حرارتی و برودتی: شامل سیستمهای تهیه آبگرم- گرمایش و سرمایش ساختمانها-تهیه آب شیرین-سیستمهای انتقال و پمپاژ-سیستمهای تولید فضای سبز(گلخانه ها)-خشک کنها و اجاقهای خورشیدی- سیستمهای سرد سازی-برجهای نیرو-خشک کنهای خورشیدی-نیروگاههای خورشیدی.

وضعیت انرژی در ایران
ایران یکی از ۱۵ کشور جهان از لحاظ مصرف بالای مواد نفتی است و در بین کشورهای اوپک بیشترین مصرف کننده اینگونه مواد می باشد. در زمانی که دنیای غرب با اعمال سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی، مصرف خود را پایین آورده، ایران در کمتر از دودهه مصرف فرآورده های نفتی خود را حدودا سه برابر کرده.(از۴۳۰۰۰۰ بشکه در روز در سال ۱۹۷۶ به ۱۱۰۰۰۰۰۰ بشکه در روز در سال ۱۹۹۱ م). با توجه به رشد مصرف بالای ۵ درصدی در ایران ، هر ۱۰ سال مصرف انرژی ما دو برابر می شود.

بهینه سازی مصرف هرچه بهتر و با راندمان بیشتر انرژی می باشد.که باعث پایین آمدن سطح آسایش و استاندارد زندگی نمی شود. کشورهای صنعتی به این نتیجه رسیده اند که بهینه سازی مصرف انرژی در صنایع و ساختمانها، باعث کاهش بین ۳۰ تا ۴۰ درصد مصرف انرژی است.
در صورتیکه در کشور ما برای یک دوره ده ساله ، با استفاده از سیاستهای بهینه سازی مصرف انرژی و بدون لطمه به تولید و رفاه عمومی حدود ۲۰ درصد کاهش در مصرف به دست آید، منافع زیر حاصل می شودک

۱- با احتساب مصرف بیش از یک میلیون بشکه معادل نفت در روز، سود ارزی حاصله بیش از یک میلیارد دلار در سال خواهد شد.
۲-کاهش آلودگی هوا در شهرهای بزرگی مثل تهران
۳-صرفه جویی در سرمایه گذاری در ساخت نیرو.گاهها، پالایشگاهها و سیستم گازرسانی به میزان میلیاردها دلار در سال.
۴-طولانی شدن عمر ذخائر نفتی
۵- ایجاد اشتغال در کشور.

منابع عمده انرژی که در حال حاضر در ایران مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از: نفت خام، گاز طبیعی، ذغال سنگ، پتانسیل آبی و انرژیهای غیر تجاری. در حالیکه ایران در مجموع کشوری است بسیار آفتابی و از نظر مقدار و دریافت انرژی خورشیدی در شمار بهترین کشورها محسوب می شود. انرژی فراوان و لایزال خورشید، بدون نیاز به شبکه های انتقال و توزیع عظیم و پر خرج ، در سراسر کشور گسترده شده. معماری سنتی ایران نشان دهنده توجه خاص ایرانیان در استفاده صحیح و موثر از انرژی خورشید در زمانهای قدیم می باشد، ولی متاسفانه در حال حاضر و با وجود علوم و تکنولوژی جدید در کشور؛ استفاده از انرژی خورشید بسیار ناچیز است. در حالیکه با توجه به سطح کنونی علمی و فنی ایران، اگر طرحهای خورشیدی معرفی شوند و علوم و فنون مربوطه ترویج یابند، صنایع خورشیدی کشور، می توانند به عنوان یک صنعت خودکفا وارد عمل گردد. مهمترین نکته این است که پژوهشگران

و مخترعین و صنعتگران ایرانی باید طرحها و دستگاههایی را معرفی کنند که با شرایط جوی و علمی و فنی ایران مطابقت داشته و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه باشد.
به طور کلی دلایلی که لزوم استفاده از انرژی خورشیدی را برای کشور ما آشکار می سازند شامل فن آوری ساده، آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوختهای فسیلی برای آیندگان یا تبدیل آنها به مواد و مصنوعات پرارزش با استفاده از تکنیک پتروشیمی است.

کمیت و کیفیت انرژی خورشیدی
انرژی در مرکز خورشید که حرارت آن بین ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد تولید شده و از سطح خورشید که حرارت آن تقریبا معادل ۵۶۰۰ درجه سانتیگراد است به صورت امواج در فضا منتشر می شود. نورهای قابل رویت به وسیله چشم انسان ۴۶ درصد از کل انرژی صادره از خورشید را تشکیل می دهند که این اشعه ها در طول موجهای ۳۵/۰ تا ۷۵/۰ میکرون پخش شده و شامل همه رنگهای آشنا به چشم انسان است. حدود ۴۷ تا ۴۹ درصد از تشعشعات خورشیدی در طول موجهای مادون قرمز منتشر می شوند. تشعشعاتی که ما از آنها احساس گرما می کنیم بیش از طول موج رنگ قرمز هستند(بیش از ۷۵/ ۰میکرون). بقیه اشعه خورشید در منطقه ماوراء بنفش و با طول موج کمتر از ۳۵/۰میکرون منتشر می شوند.

به طور کلی انرژی تولید شده توسط خورشید ناشی از تحولات دما هسته ای در مرکز خورشید است که به صورت تشعشعات الکترومغناطیسی و با فرکانس بسیار زیاد به فضای خورشید تابیده می شود. تمام امواج الکترومغناطیسی که از سطح خورشید پخش می شوند با سرعت حرکت نور یعنی ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه فضا را می پیمایند و زمین که در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتر از خورشید قرار گرفته فقط یک جزء از ۲۰۰۰ میلیون جزء انرژی خورشید را دریافت می کند.
از مجموع تشعشعات خورشید که به وسیله زمین و جو آن دریافت می شود در حدود ۳۵ درصد آن مجددا به فضای خارج از جو بازتاب می شود.
نکته مهم این است که در طبقات فوقانی جو زمین، گاز اوزون تقریبا تمام اشعه های ماوراءبنفش را که برای پوست و چشم انسان مضر است، جذب می کند. بخار آب و دی اکسید کربن در طبقات تحتانی جو زمین، اشعه مادون قرمز را جذب می کنند.

یکی از مهمترین عواملی که در تعیین میزان تشعشعات خورشیدی که به پوسته زمین می رسد موثر می باشد، طول مسیری است که اشعه خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین در جو طی می کند. در طول روز هنگامی که خورشید در اوج مسیر روزانه خود قرار می گیرد (ظهر خورشیدی) اشعه کمترین مسیر را در جو طی کرده و به زمین می رسدف ولی هر قدر خورشید به افق نزدیک می شود (غروب آفتاب) مسیری که به وسیله اشعه در جو زمین پیموده می شود طولانی تر می گردد. هرچقدر این مسیر طولانی تر باشد میزان انرژی جذب شده و پراکنده شده در جو افزایش یافته و در نتیجه از مانده انرژی که به زمین می رسد کاسته می شود. به همین دلیل در نقاط مرتفع به علت کاسته شدن از ضخامت جو زمین، محتوای انرژی تشعشعی خورشید از نقاط دیگر بیشتر است.

انرژی خورشید به صورت یک دسته امواج متمرکز و ثابت و به صورت موازی به سمت زمین تابیده خواهد شد. مهمترین تغییرات در شدت تابش خورشید و دمای هوای محیط ناشی از حرکت طبیعی زمین به دور خورشید و مورب بودن محور چرخش کره زمین می باشد که حول این محور دارای حرکت وضعی است. این شدت تابش تابع قانون عکس مجذور فاصله است و تغییرات آن نسبت به کره زمین دارای محدوده ۳% می باشد.

زوایای خورشیدی
محوری که زمین در حول ان حرکت وضعی خود را انجام می دهد نسبت به صفحه افقی که از مرکز زمین و خورشید عبور می کند، دارای زاویه می باشد. زاویه ای که اشعه خورشید با صفحه استوا می سازذ در ظهر خورشیدی زاویه میل نامیده می شود که مقادیر آن از ۴۵/۲۳- در اول زمستان تا صفر درجه در اول بهار و پاییز و ۴۵/۲۳+ درجه در اول تابستان برای نیمکره شمالی تغییر می کند.

تغییرات فصول و همچنین تغییرات تابش خورشید بر روی سطح زمین، و تغییرات در ساعات روشنایی و تاریکی، همه ناشی از تغییرات روزانه میل می باشد.
موقعیت خورشید را می توان با زاویه فراز یا ارتفاع خورشید نسبت به افق و زاویه سمت در تصویر قائم نشان داد. در ظهر خورشیدی، خورشید دقیقا روی نصف النهار زمین است و زاویه سمت صفر میشود.

مسیر حرکت خورشید
در ماههای تابستان مسیر حرکت روزانه خورشید طولانی تر و زاویه ارتفاع خورشید بیشتر بوده و زاویه سمت هنگام طلوع و غروب آفتاب وسیعتر است، در صورتیکه در ماههای زمستان این مسیر کوتاهتر و ارتفاع خورشید کمتر و زاویه سمت در موقع طلوع و غروب بسته تر می باشد.

مقدار تابش خورشید بر زمین
اشعه های خورشیدی هنگام عبور از اتمسفر زمین مقداری از تشعشعات مستقیم خود را به وسیله نیتروژن، اکسیژن، گرد و غبار، وبخار آب و به طور کلی ذراتی قطرشان از طول موج اشعه های خورشید کمتر یا برابر آنهاست، ازدست می دهند. اشعه های جذب شده و پراکنده در اتمسفر زمین، عامل آبی رنگ بودن آسمان است که البته مقداری از این اشعه ها نیز به صورت پراکنده به سطح زمین برخورد می کند.

اولین مرحله این جذب ها که باعث کاهش انرژی خورشید شده در اثر وجود اوزون در خارج جو زمین است که امواج تشعشعی ماوراءبنفش را تا طول موج ۲۹/۰ جذب می کند و امواج تشعشعی با طول موجهای بلندتر توسط مواد جاذب دیگری مثل بخار آب و دی اکسید کربن جذب می شوند. نکته قابل توجه این است که حتی در روزهایی که نور آفتاب صفر است مقدار تابش صفر نمی باشد زیرا مقدار قابل توجهی از انرژی خورشیدی از طریق اشعه های پراکنده به زمین می رسند.
مجموع امواج تشعشعی جذب شده در هر مکان را می توان به وسیله ضخامت اتمسفر هوا در مسیر اشعه و نیز ترکیبات اتمسفر محاسبه نمود. اتمسفر استاندارد در سطح دریا شامل mm 8/2 اوزون، mm20 رطوبت معلق در هوا و ۳۰۰ ذره غبار در سانتیمتر مکعب می باشد.

نتیجه گیری
عوامل زیادی در تامین شدت و کمیت و کیفیت انرژی خورشیدی موثرند، که عبارتند از طول و عرض جغرافیایی محل، ضخامت و ترکیبات اتمسفر (نوع و مقدار ذرات موجود در اتمسفر)، رطوبت هوا، ابری یا آفتابی بودن و ارتفاع پوشش ابرها از سطح زمین، فصلها و ساعات شبانه روز و طول مسیر حرکت اشعه خورشید تا زمین و …
شناخت و تامین این عوامل که به شناخت انرژی خورشیدی و تعیین شدت و نوع آن منجر می شود، در نتیجه طراحی موفق یک ساختمان خورشیدی موثر است. طراحی دقیق، مناسب و علمی باعث افزایش شرایط آسایش و کاهش استفاده از سوختهای کمکی برای ساختمان خورشیدی می شود که در بهینه سازی مصرف سوخت و کاهش تاثیرات مخرب آن بر محیط زیست موثر می باشد.

آفتاب:
ایران چهارمین کشور صاحب نیروگاه تولید برق از انرژی خورشیدی است. پیش از این کشورهای آمریکا، اسپانیا و آلمان به این فن آوری دست یافته بودند.
به گزارش سرویس علم و فن آوری آفتاب، مدیر دفتر انرژی خورشیدی سازمان انرژیهای نو ایران گفت : «پژوهشگران ایرانی پارسال با تولید بخار سوپرهید از انرژی خورشیدی برق
” نخستین نیروگاه حرارتی برق خورشیدی کشور در شیراز قرار دارد و در حال حاضر به شکل آزمایشی استفاده می شود “
نیروگاهی تولید کردند ».

پیمان کنعان، گفت: «نخستین نیروگاه حرارتی برق خورشیدی کشور در شیراز قرار دارد و در حال حاضر به شکل آزمایشی استفاده می شود ».
وی در خصوص تولید برق به کمک سلولهای خورشیدی، گفت: «هم اکنون برق ۶۰ هزار خانه روستایی به این روش تامین می شود و تا پایان امسال برق ۶۳ روستای دیگر هم به این شکل تامین خواهد شد».

کنعان با اشاره به فعالیت شش واحد صنعتی تولید آبگرمکن خورشیدی، گفت :« این واحدها سالانه بیش از دو هزار آبگرمکن خورشیدی تولید می کنند».
رئیس سازمان صنایع و معادن اصفهان هم، این استان را درکاربردی کردن انرژی خورشیدی درکشور پیشگام خواند و گفت: «هم اکنون آب گرم ۱۹۱ روستای استان و برق تمامی چراغهای چشمک زن و ۴۰ تقاطع هوشمند شهر اصفهان، از انرژی خورشیدی تامین می شود».

انرژی خورشید یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیر باز به روش‌های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است.
بحران انرژی در سال‌های اخیر، کشورهای جهان را بر آن داشته که با مسائل مربوط به انرژی، برخوردی متفاوت نمایند که در این میان جای‌گزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی‌های تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفه‌جویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است.
به طور متوسط خورشید در هر ثانیه ۱۰۲۰*۱٫۱ کیلووات ساعت انرژی ساطع می‌کند. از کل انرژی منتشر شده توسط خورشید، تنها در حدود ۴۷% آن به سطح زمین می‌رسد. این بدان معنی است که زمین در هر ساعت تابشی در حدود ۶۰ میلیون Btu دریافت می‌کند.

یعنی انرژی ناشی از سه روز تابش خورشید به زمین ‌برابر با تمام ‌انرژی ناشی از احتراق کل سوخت‌‌های ‌فسیلی در دل زمین است و بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که در اثر تابش خورشید به مدت چهل روز، می‌توان انرژی مورد نیاز یک قرن را ذخیره نمود.
بنابراین با به کارگیری کلکتورهای خورشیدی می‌توان تا حدودی از این منبع انرژی بی‌پایان، پاک و رایگان استفاده کرد و تا حد بسیار زیادی در مصرف سوخت‌های فسیلی صرفه جویی نمود

موقعیت کشور ایران از نظرمیزان دریافت انرژی خورشیدی
کشور ایران در بین مدارهای ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان در بالاترین رده‌ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از ۲۸۰ روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است.
ویژگی‌های استفاده از انرژی خورشیدی پاک و بدون آلودگی (حذف انتشار گازهای گلخانه‌ای از جمله دی‌اکسید کربن)
– بی‌پایان
– رایگان و دردسترس
– کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی
– امن و بی‌خطر

کاربرد انرژی خورشیدی
۱- تامین روشنایی از انرژی خورشیدی
۲- تامین انرژی الکتریسیته
• تولید برق با استفاده از فوتوولتاییک‌ها

• تولید برق با استفاده از گرمایش خورشیدی
۳- سرمایش و گرمایش هوا
۴- اجاق ها
۵- آب شیرین کن

۶- گرمایش آب
• تهیه آب‌گرم مورد نیاز مصارف خانگی با استفاده از آبگرمکن‌های خورشیدی
• تامین آبگرم در فرایندهای صنعتی و تامین گرمای مورد نیاز برخی فرایندها
• گرمایش استخرها
• مخازن ذخیره آب فصلی
• کاربرد انرژی خورشیدی

استفاده از گرمایش خورشیدی برای تامین آبگرم مصرفی در ایران از طریق راه اندازی دو نوع سیستم صورت گرفته است:
• آبگرمکن‌های خانگی خورشیدی (Domestic Solar Water Heaters)
• آبگرمکن‌های عمومی خورشیدی(Solar Bath water heater)

سلول های خورشیدی
طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی :

۱-نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط آینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.
۲-اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .
و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.
اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک۵۰مگاواتی جزیره کرت یونان))است.

اساس کار سلولهای خورشیدی :
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:
جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده آنها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.

همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغیر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.
کاربردهای سلولهای خوشیدی :
۱-تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضای
۲-تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت
۳-تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک

۴-تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک
مسائل انرژی برای محیط زیست زمین حیاتی است….
مهم ترین فناوری های موجود در زمینه انرژی خورشیدی فناوری های خورشیدی حرارتی، تمرکز انرژی خورشیدی، و فتوولتائیک هستند.
تجهیزات خورشیدی حرارتی از گرمای مستقیم خورشید استفاده کرده و از آن برای هر کاری، از گرم کردن استخرهای شنا گرفته تا تولید بخار در نیروگاه های برق استفاده می کنند.نیروگاه هایی که انرژی خورشیدی را متمرکز می کنند با تبدیل آفتاب به حرارت های بالا توسط آینه های بزرگ و سپس انتقال انرژی این حرارت به ژنراتورهای معمولی برق تولید می کنند. این نیروگاه ها متشکل از دو بخش هستند – یکی که انرژی خورشیدی را جمع آوری و به حرارت تبدیل می کند، و دیگری که انرژی حرارتی را به الکتریسیته تبدیل می کند.

از دو شیوه حرارتی خورشیدی و تمرکز انرژی خورشیدی در سرتاسر جهان استفاده شده که این امر به رشد فناوری های تجدید شونده خورشیدی کمک می کند. اما سریع ترین روند رشد در این زمینه به فناوری فتوولتائیک مربوط می شود. این کلمه متشکل است از فتو به معنی نور و ولتائیک به معنی تولید ولتاژ.
سلول های فتوولتائیک از آفتاب سوخت می گیرند، نه از حرارت. این سلول ها که غالبا از سیلیکن نیمه هادی ساخته شده اند، نور آفتاب را مستقیما به برق تبدیل می کنند.
ساده ترین سلول های فتوولتائیک نیروی مورد نیاز ساعت های مچی و ماشین حساب ها را تامین می کنند؛ سیستم های پیچیده تر با اتصال به شبکه برق، برق مورد نیاز برای پمپاژ آب، راه انداختن تجهیزات ارتباطی، روشن کردن منازل و کار کارخانه ها را تامین می کنند.

در فرایند فتوولتائیک، ذرات نور که فوتون نام داشته به داخل سلول ها نفوذ کرده و با آزاد کردن الکترون از اتم های سیلیکن جریان الکتریکی تولید می کنند. تا زمانی که تابش نور به داخل سلول در جریان باشد، الکتریسیته تولید می شود. یین سلول ها الکترون های خود را مانند باتری ها تمام نمی کنند – آنها مبدل هایی بوده که یک نوع انرژی (خورشیدی) را به نوعی دیگر (جریان الکترون ها) تبدیل می کند.

سلول های فتوولتائیک معمولا در مدول های که هر یک از ۴۰ سلول تشکیل شده ترکیب می شوند. ده مدول این چنینی در یک مجموعه فتوولتائیک نصب می شود. با استفاده از این مجموعه ها می توان به اندازه یک ساختمان، یا در تعداد بیشتر به اندازه یک نیروگاه برق تولید کرد.راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته چیزی در حدود ۱۰ درصد است. اگر فقط ۱۰ درصد از انرژی به برق تبدیل می شود، پس یعنی ۹۰ درصد دیگر آن به صورت گرما تلف می شود. در صورتی که راندمان تبدیل ۲۰ درصد بود، مساحت سلول های خورشیدی لازم برای تولید برق با ضریب دو کاهش می یافت.در بسیاری از مناطق روستایی، از مجموعه های خورشیدی کوچک خوداتکا برای روشنایی، شارژ حصارهای برقی و پمپاژ آب برای دام ها استفاده می شود. بعضی از سیستم های مرکب انرژی خورشیدی را با انرژی باد یا دیزل ترکیب می کنند.

مزیت دیگر فناوری فتوولتائیک این است که می تواند با مصالح ساختمانی ترکیب شده و در خود ساختمان و نه فقط روی سقف جاسازی شود.
در چنین ساختمان هایی، سیستم های فتوولتائیک تبدیل به بخشی از عناصر تشکیل دهنده ساختمان می شوند.
صنعت فتوولتائیک در سرتاسر جهان صنعت چند میلیارد دلاری ای بوده که در حال کمک کردن به رشد و توسعه فناوری خورشیدی است.
استفاده از انرژی های خورشیدی

خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.

قطر خورشید ۶۱۰ × ۳۹/۱ کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهم‌ترین آنها اکسیژن – کربن – نئون و نیتروژن است تشکیل شده‌است. میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می‌باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می‌شود. .

زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود از کل انرژی تابشی آن می‌باشد.
جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژیهای باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می‌باشد.
کاربردهای انرژی خورشیدی
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود که عبارت‌اند از:
۱٫ استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
۲٫ تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیلیه تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.

استفاده از انرژی حرارتی خورشید
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی میباشد.
کاربردهای نیروگاهی
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
• نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند (شلجمی باز)

• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت کننده مرکزی)
• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد (شلجمی بشقابی)

قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می‌شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربین‌ها هستند توربینها انواع مختلف دارند در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین میگردد. در نیروگاه‌های آبی که روی سدها نصب می‌شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌شود.

بدین ترتیب می‌توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می‌شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود. و اما 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.

انرژی خورشیدی

چنانکه می دانیم تقریباً تمام شکل های زمینی انرژی، از خورشید سرچشمه می گیرند.کلیه بحث های مربوط به بهره برداری از انرژی خورشیدی ، به مسائل فنی و هزینه آن ارتباط می یابد. خورشید با پرتوافشانی همیشگی خود ، زندگی را در کره زمین امکان پذیر ساخته است.

خورشید شیء هیدرودینامیکی شگفت انگیزی است به قطر ۱۳۹۰۰۰۰ کیلومتر که از یک توده گاز ، عمدتاً هیدروژن تشکیل شده است. هسته خورشید به شدت گرم است ، به طوری که همجوشی اتم های هیدروژن و تشکیل هلیوم را امکان پذیر می سازد. براثر این همجوشی، انرژی به صورت تشعشعات الکترومغناطیسی با فرکانس زیاد آزاد می شود. این انرژی به وسیله یک رشته فرآیندهای تشعشعی پی درپی به سطح خورشد منتقل می شود. پرتوهای خورشیدی در فضا پراکنده شده و بخشی از آن به زمین می رسد.ت شعشعات الکترو مغناطیسی که به صورت اشعه واگرا از خورشید ساطع می گردند ، با سرعت ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه در فضا منتشر می شوند. زمین که در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید قرار دارد ، تنها در حدود ۲ میلیاردیم انرژی منتشر شده از خورشید را می گیرد.

مقدار انرژی متوسط خورشیدی که به جو می رسد ، در حدود ۳۵۳/۱ کیلووات در هر متر مربع است. مقدار انرژی ای که به سطح زمین می رسد ، بسیار کمتر و مقداری که قابل بهره برداری است ، از آن هم کمتر است. چنانکه مجموع انرژی خورشیدی را در زمین هایی که نه در تصرف کسی و نه زیر کشت است حساب کنیم ، در آن صورت به بهترین وجه ظرفیت بالقوه بهره برداری از انرژی خورشیدی به دست می آید. طبق برآوردها این رقم به طور متوسط در سال TW 10000 ( تراوات) است که تقریباً ۱۰۰۰ برابر مصرف کنونی انرژی در جهان می باشد.

بالاترین رقم انرژی خورشیدی قابل دریافت تقریباً برابر KW 1 بر متر مربع و آن هم به مدت یکی دو ساعت در ظهر روزهای گرم تابستان است. در بیشتر نواحی کره زمین این رقم به طور متوسط در حدود W 200 بر هر متر مربع است.ظاهراً آسیا و آفریقا بهترین نقاط برای گردآوری انرژی خورشیدی هستند.
محاسبات نشان می دهند بر مبنای قیمت ها در سال ۱۹۷۹، برای آبیاری اراضی بایر با پمپ های ۳۰ کیلو واتی ، هزینه استفاده از پمپ های خورشیدی کمتر از هزینه پمپ های دیزلی است. از آن زمان تاکنون بهای مواد نفتی مرتباً اضافه شده ، حال آنکه بهای سلول های فتوولتاییک در حال کاهش است.
با در نظر گرفتن کلیه عوامل، از جمله قابلیت اطمینان و دوام تجهیزات ، وجود کارکنان متخصص ، نگاهداری تأسیسات ، امکان ساختن تمام یا بعضی قطعات در کشور مصرف کننده و۰۰۰ ، استفاده از انرژی خورشیدی بر سایر روش های تولید انرژی های نو برتری آشکار دارد.

کاربردهای انرژی خورشیدی
در این قسمت به تعدادی از کاربردهای انرژی خورشیدی اشاره می شود.
*سیستم های گرما خورشیدی
این گروه سیستم هایی را در بر می گیرد که با درجه حرارت پایین عمل می کنند. این سیستم ها از منبع خورشیدی برای تولید گرما استفاده می کنند. انرژی خورشیدی که پایان ناپذیر و رایگان است و محیط زیست را آلوده نمی کند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 5700 تومان در 51 صفحه
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