بخشی از مقاله
چکیده
دورنمایی از اتمام ذخایر فسیلی جهان در طی چند دهه آینده و آلودگی محیط زیست باعث شده است تا بهینه سازی مصرف انرژی و استفاده از انرژی های تجدید پذیر به جای انرژی های فسیلی و فنا پذیر، بعنوان یک امر ضروری در تمام کشورهای جهان مطرح گردد و با اختصاص بودجه هایی که صرف تحقیقات و پژوهش در زمینه جایگزین کردن سوخت های فسیلی و انرژی های نو می شود، هر ساله روش های جدیدی برای بهینه سازی انرژی در جهان مطرح می شود. اساساً اگر بخواهیم انرژیهای تجدیدپذیر از کاربرد وسیعی برخوردار شوند باید که تکنولوژیهای ارایه شده ساده و قابل اعتماد بوده و برای کشورهای کمتر توسعه یافته نیز مشکلات فنی به همراه نداشته باشد و بتوان از منابع محدود مواد خام آنها نیز استفاده کرد. در مرحله بعدی نیز باید به آب زیاد نیاز نداشته باشد در سالهای اخیر، با توجه به این که بیشترین مصرف انرژی در زمینه ساختمان سازی مصرف می شود، بحث استفاده از انرژی های نو جهت گرمایش و سرمایش ساختمان، نظر مهندسین و معماران را به خود معطوف ساخته است. در همینجا باید گفت که تکنولوژی دودکش خورشیدی دارای این شرایط است.
واژگان کلیدی: دودکش خورشیدی، انرژی خورشیدی، انرژی تجدید پذیر، پایداری.
مقدمه
انسان های اولیه برای محفوظ ماندن از نیروهای طبیعت ازخود طبیعت کمک می گرفتند و درغارها و پناه درختان و بین سنگها ازخود محافظت می کردند. آنها به تدریج آموختند که سرپناه خود را دائمی ترسازند و بدین ترتیب تمدنهای مختلف جهان ، سبکها و روشهای معماری مخصوص به خود را با توجه به شرایط خاص آب و هوایی همان منطقه بکارمی بردند . آنها به نفع خود ازشرایط محیطی استفاده کرده و بوسیله خورشید ، باد وآب خانه ای راحتتر و مرفه ترساختند . اما اززمان انقلاب صنعتی به نظر می رسد ما این شکل معماری را کنار گذاشته ایم و از روشهای مصنوعی برای تأمین شرایط آسایش درساختمان استفاده می کنیم . این روش نه تنها گران است بلکه باعث تخریب محیط زیست می گردد. این است که دوباره توجه معماران ودست اندرکاران صنعت ساختمان به سمت بهره گیری هرچه بیشتروبهترازعوامل طبیعی برای گرمایش و سرمایش ساختمان معطوف گردیده است .
سابقه استفاده بشرازانرژیهای نوبسیارطولانی است و تقریبا به هنگام پیدایش انسان برمی گردد . اما نگاه امروزما به این منابع انرژی ، نگاه ابتدائی و ساده نیست بلکه می خواهیم. نیازامروزبشرمتمدن و صاحب فناوریهای بسیارگسترده و پیچیده را تأمین کنیم . بنابراین یا باید انرژی خورشیدی را به انرژی های مورد نیاز تبدیل نمائیم و یا فناوری استفاده کننده ها به نحوی اصلاح شوند که بتوانند مستقیما از انرژی خورشیدی بهره برداری کنند . افزایش جمعیت ، اتمام منابع انرژی و اتلاف آن و آلودگی های ناشی ازسوخت های فسیلی ، عواملی هستند که هرروزمحدودیت های آینده بشرو مخاطرات آن را گوشزد می کنند . با توجه به محدودیت های موجود ، تنها استفاده ازروشهای درست مصرف ، بهینه سازی وسایل مصرف انرژی و به کارگیری انرژی های نو می تواند بحران انرژی را مهار کند.
با توجه به این موضوع که بخش وسیعی از کشور ایران در ناحیه آب و هوایی گرم قرار دارد، اجرای روش های مناسبی جهت کاهش هزینه های سرمایش و گرمایش ساختمان قابل تأمل است. با توجه به اینکه ایران در نیم کره شمالی زمین قرار دارد و دارای متوسط تابش خورشیدی مناسب می باشد، باید به تحقیق و گسترش نوعی از نیروگاههای تجدیدپذیر پرداخت که با استفاده از خورشید نیاز انرژی کشور را بر آورده کند.این موضوع کافی است که بتوان انرژی خورشیدی را در مقیاسهای بزرگ نیز به خدمت گرفت. بر این اساس میتوان انتظار داشت که دودکشهای خورشیدی بتوانند در زمینه تولید برق برای مناطق پرآفتاب نقش مهمی را ایفا کنند.
یافته ها ماهیت خورشید وانرژی آن
طبق آخرین برآوردهای رسمی اعلام شده عمر این گوی آتشین بیش از14 میلیارد سال میباشد. خورشیدیکی از منابع عمده انرژی در منظومه شمسی میباشد. در هر ثانیه 4/2 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل میشود. با توجه به وزن خورشید که حدود 333 هزار برابر وزن زمین است این کره نورانی را میتوان بهعنوان منبع عظیم انرژی تا 5 میلیارد سال آینده به حساب آورد.خورشید از گازهایی نظیر هیدروژن 86/8 - درصد - هلیوم 3 - درصد - و 63 عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن است تشکیل شدهاست.میزان دما در مرکز خورشید حدود 10 تا 14 میلیون درجه سانتیگراد میباشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر میشود.
زمین در فاصله 150 میلیون کیلومتری خورشید واقع است و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول میکشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن میباشد. سرمنشاء تمام اشکال مختلف انرژیهای شناخته شده تاکنون شامل - سوختهای فسیلی ذخیره شده درزمین، انرژیهای بادی، آبشارها، امواج دریاها و ... - موجود در کره زمین از خورشید میباشد. اگر همهی سوخت های فسیلی را جمع کرده، بسوزانیم، این انرژی معادل تابش خورشید به زمین، تنها برای 4 روز خواهد بود و حرارت و نوری که در هر ثانیه از خورشید به زمین میرسد، میلیون میلیون برابر قدرت بمب اتمی منفجرشده در هیروشیما یا ناکازاکی است.
Bwww.irseia.com-www.irses.ir - انجمن صنایع خورشیدی ایران،انجمن علمی انرژی خورشیدی ایران - انرژی خورشید همانند سایر انرژیها بطور مستقیم یا غیر مستقیممیتواند به دیگر اشکال انرژی تبدیل شود، همانند گرما و الکتریسیته و.... ولیکن موانعی شامل - ضعف علمی و تکنیکی در تبدیل بعلت کمبود دانش و تجربه میدانی - متغیر و متناوب بودن مقدار انرژی به دلیل تغییرات جوی و فصول سال و جهت تابش - محدوده توزیع بسیار وسیع - موجب گردیده که نتوان استفاده مناسبی از این موهبت خدایی داشته باشیم .تکنیک های به کارگرفته شده :کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی میباشد.
کاربردهای نیروگاهی:
نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی نیروگاههای حرارتی از نوع بشقابی دودکشهای خورشیدی
مزایای نیروگاههای خورشیدی:
تولید برق بدون مصرف سوخت عدم احتیاج به آب زیاد
امکان تأمین شبکههای کوچک و ناحیهای استهلاک کم و عمر زیاد
عدم احتیاج به متخصص
کاربردهای غیر نیروگاهی:
آبگرمکنهای خورشیدی و حمام خورشیدی گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی آب شیرین کن خورشیدی خشک کن خورشیدی اجاقهای خورشیدی کوره خورشیدی خانههای خورشیدی
دودکش خورشیدی
یکی از روش های تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکشهای خورشیدی میباشد در این سیستم از خاصیت دودکشها استفاده میشود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود200 متر و تعداد زیادی گرم خانههای خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید میشود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانهها قرار دارد، هدایت میشود.این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و با عث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شدهاست میگردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید میشود.
کاربرد های مختلف دودکش خورشیدی:
تولید الکتریسیته بهبود طبیعی تهویه هوا ایجاد کوران طبیعی هوا
ایجاد سرمایش ایستا با استفاده از تبادل حرارتی با زمین
ایجاد گرمایش با استفاده از اثر گلخانه ای
اصول کار تولید الکتریسیته
هوا در زیر یک سقف شفاف که تشعشع خورشیدی را عبور میدهد، گرم میشود. باید توجه داشت که وجود این سقف وزمین زیر آن بعنوان یک کلکتور یا جمعکننده خورشیدی عمل میکند. در وسط این سقف شفاف یک دودکش یا برج عمودی وجود دارد که هوای زیادی از پایین آن وارد میشود. بایدمحل اتصال سقف شفاف و این برج بصورتی باشد که منفذی نداشته باشد و اصطلاحاً »هوابند« شده باشد. بر همگان روشن است که هوای گرم چون سبکتر از هوای سرد است به سمت بالای برج حرکت میکند. این حرکت باعث ایجاد مکش در پایین برج میشود تا هوای گرم بیشتری را به درون بکشد و هوای سرد پیرامونی به زیر سقف شفاف وارد شود.
برای اینکه بتوان این فناوری را بصورت 24 ساعته مورد استفاده قرارداد میتوان از لولهها یاکیسههای پرشده از آب در زیر سقف استفاده کرد. این موضوع بسیار ساده انجام میشودیعنی در طول روز آب حرارت را جذب کرده وگرم میشود و در طول شب این حرارت را آزادمیکند. قابل ذکر است که باید این لولهها را فقط برای یکبار با آب پر کرده و به آب اضافی نیازی نیست. بنابراین اساس کار بدین صورت است که تشعشع خورشیدی در این برج باعث ایجاد یک مکش به سمت بالا میشود که انرژی حاصل از این مکش توسط چند مرحله توربین تعبیه شده در برج به انرژی مکانیکی تبدیل شده و سپس به برق تبدیل میشود. - پژوهشگاه نیرو وپایگاه اطلاع رسانی صنایع برق و آب، - 1387
توربینها
با بکارگیری توربینها، انرژی موجود در جریان هوا به انرژی مکانیکی دورانی تبدیل میشود. توربینهای موجود در دودکش خورشیدی شبیه توربینهای بادی نیستند و بیشتر شبیه توربینهای نیروگاههای برقابی هستند که با استفاده از توربینهای محفظهدار، فشار استاتیک به انرژی دورانی تبدیل میکنند.سرعت هوا در قبل و بعد از توربین تقریباً یکسان است. توان قابل حصول در این سیستم متناسب با حاصلضرب جریان حجم هوا در واحد زمان و اختلاف فشار در توربین است. از نقطه نظر بهرهوری بیشتر از انرژی، هدف سیستم کنترل توربین بحداکثر رساندن این حاصلضرب در تمام شرایط عملیاتی است. - the solar chimney،یورگ schlaig ،مایکل رابینسون، - 1995کلکتور
هوای گرم مورد نیاز برای دودکش خورشیدی توسط پدیده گلخانهای در یک محوطهای که با پلاستیک یا شیشه پوشانده شده و حدوداً چند متری از زمین فاصله دارد، ایجاد میشود. البته با نزدیک شدن به پایه برج، ارتفاع ناحیه پوشانده شده نیز افزایش مییابد تا تغییر مسیر حرکت جریان هوا بصورت عمودی با کمترین اصطکاک انجام پذیرد. این پوشش باعث میشود که امواج تشعشع خورشید وارد شده وتشعشعهای با طول موج بالا مجدداً از زمین گرم بازتاب کند. زمین زیر این سقف شیشهای یا پلاستیکی، گرم شده و حرارت خود را به هوایی که از بیرون وارد این ناحیه شده است و به سمت برج حرکت میکند، پس میدهد. the solar chimney - ،یورگ schlaig،مایکل رابینسون، - 1995
برج
برج به خودی خودنقش موتور حرارتی نیروگاه را بازی میکند و همانند یک لوله تحت فشار است که به دلیل دارا بودن نسبت مناسب سطح به حجم از اتلاف اصطکاکی کمی برخوردار است. در این برج سرعت مکش به سمت بالای هوا تقریباً متناسب با افزایش دمای هوادر کلکتور و ارتفاع برج است. مشخص شد که توان تولید برق یک دودکش خورشیدی متناسب با حجم حاصل از ارتفاع برج و سطح کلکتور است یعنی میتوان با یک برج بلند و سطح کم و یا یک برج کوتاه با سطح وسیع به یک میزان برق تولید کرد. البته اگر اتلاف
