بخشی از مقاله
چکیده
روند مصرف انرژی در سال های گذشته بسیار نگران کننده بوده است. این روند در کشورهای در حال توسعه و به خصوص ایران بسیار بالاتر از میانگین جهانی است. یک واقعیت پذیرفته شده برای جوامع بشری این است که انرژی مورد نیاز دنیا، به سرعت رو به افزایش است و منابع انرژی ارزان قیمت نیز به آرامی،اما به طور یقین در چندین دهه ی دیگر به اتمام خواهند رسید و هیچ کشف جدیدی قادر به تغییر این سرنوشت نخواهد بود . مشکل از بین رفتن منابع کنونی نفت و سایر سوخت های فسیلی در آینده ای نه چندان دور ، و آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوختن آنها ، باعث گردیده که متخصصان رشتههای علمی و نیز مسئولان آینده نگر بسیاری از کشورهای پیشرفته جهان در تدارک جانشینی انواع دیگر انرژی برآیند.
در این میان خورشید و انرژی حاصل از آن به صورت یک منبع دیرپا و غنی توانسته است بیشترین توجه محققان را به خود جلب نماید. میزان انرژی که زمین از خورشید دریافت می دارد 5000 برابر بیشتر از آنست که جمعیت فعلی زمین بتواند آن را مورد استفاده قرار دهد و خورشید می تواند تا پنج میلیارد سال دیگر هم این انرژی را تأمین نماید. بنابراین چنانچه به اندازه کافی هوشمندانه رفتار شود خورشید آن منبع انرژی خواهد بود که با آن می توان انرژی لازم جهت ادامه زندگی صنعتی را تامین نمود.
این مقاله با رویکردی توصیفی- تحلیلی به بررسی انواع سیستم های فتوولتائیک و انواع روش های استتفاده از آنها، پرداخته و نشان می دهد که چگونه با استفاده از انرژی خورشید و به کارگیری سیستم های فتوولتائیک PV و BIPV در ساختمان جهت تامین برق مصرفی مورد نیاز میتوان در مصرف انرژی صرفه جویی نمود و از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از تامین برق توسط سوخت های فسیلی کاست.
-1مقدمه
محدود بودن منابع انرژی فسیلی و مشکلات ناشی از انتشار گاز های گلخانه ای ، ضرورت توجه بیش از پیش به انرژی های تجدید پذیر را بر همگان روشن ساخته است. برای حفظ این منابع فسیلی با ارزش و جلوگیری از خسارت های زیست محیطی ناشی از سوختن آنها و پاسخگویی به افزایش تقاضای روز افزون انرژی، راهی جز روی آوردن بشر به استفاده از انرژی های پاک و تجدید شونده نمی ماند .[1] منابع انرژی تجدیدپذیر برخلاف سوخت های فسیلی دارای ویژگی عدم تولید آلاینده ها اعم از آلاینده های آب ، هوا و خاک بوده و این امر موجب تمایل شدید برای استفاده از این منابع به دلیل کاهش انتشار آلاینده ها به خصوص گازهای گلخانه شده است.[2
]تحولات جهانی در زمینه توجه به حفظ محیط زیست و فناپذیربودن انرژی فسیلی ، گرایش به انرژی های تجدید پذیر را سرعت بخشیده و روز به روز توجه بیشتری را به خود معطوف می کنند. عواملی همچون کاهش طول عمر منابع انرژی فسیلی در کنار عواملی همچون افزایش جمعیت و رشد اقتصادی و نیز افزایش آلودگی هوا و محیط زیست، لزوم استفاده از منابع انرژیهای نو و تجدیدپذیر را با توجه به توجیه اقتصادی آنها ضروری می سازد. خورشید با عمری بیشتر از 6000 میلیون سال در هر ثانیه 4/2 میلیون تن از جرم خود را تبدیل به انرژی می نماید. با توجه به وزن خورشید که در حدود 333 هزار برابر وزن زمین است تا پنج میلیارد سال دیگر هم می تواند این انرژی را تأمین نماید.
خورشید از گازهایی نظیر هیدروژن - 86/8 درصد - هلیوم 3 - درصد - و 63 عنصر دیگر که مهمترین آنهااکسیژن، 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. حتی سوخت های فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای باد، آبشار، امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید میباشد.
انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم میتواند به دیگر اشکال انرژی تبدیل شود، همانند گرما و الکتریسیته. با دست یابی به تکنولوژی های پیشرفته، بکارگیری و استفاده از انرژی های پاک و سیستم های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی در تامین انرژی مورد نیاز بشر در چند سال اخیر رشد قابل ملاحظه ای داشته است . در این میان استفاده از انرژی خورشیدی ، باتوجه به سهولت دسترسی و کاربرد ، در موقعیت مناسبی قرار دارد. خورشید بزرگترین منبع تأمین کننده انرژی کره زمین می باشد که انرژی صادره از آن به صورت های مختلف در جهت تأمین انرژی مورد نیاز اعم از سوخت های فسیلی و غیرفسیلی مورد استفاده قرار می گیرد.
انرژی تابشی خورشید در سیستم های برق خورشیدی - فتوولتائیک - ، بطور مستقیم و بدون نیاز به فرآیندهای واسطه به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. لذا سهولت در دسترسی به انرژی الکتریکی حاصل از برق خورشیدی کاربرد آن را به مراتب بالاتر از حامل های انرژی های تجدیدپذیر قرار می دهد. از آنجایی که کشور ایران به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی و امکان استفاده از این انرژی جهت تامین نیازهای خود بسیار قوی است و دریافتی انرژی خورشیدی در آن حدود 4000 برابر انرژی مصرفی آن می باشد میتوان کلیه نیازهای کشور را با استفاده از انرژی آفتاب تامین نمود .
البته در وضعیت کنونی به خاطر پایین بودن قیمت سوخت در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی به جز در موارد استثنایی مقرون به صرفه نمی باشد. اثر اجتماعی پایین بودن قیمت سوخت باعث مصرف بی رویه آن و آلودگی بیش از حد محیط زیست شده است. چنانچه هزینه های مربوط به عواقب آلودگی ها در سطح کشور و با قیمت واقعی سوخت نظر گرفته شود، آن وقت استفاده از انرژی خورشید مقرون به صرفه خواهد بود.
-2انرژی خورشیدی
-2-1 سهم ایران و جهان از منابع انرژی خورشیدی
کشور ایران از جمله مناطق بسیار مستعد برای بهره گیری از انرژی خورشیدی است. کشور ایران در بین مدارهای 40-25 درجه عرض شمالی قرار گرفته است تا در منطقه ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بالاترین رده قرار دارد. میزان تابش خورشید در نقاط مختلف ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده می شود که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است. این پتانسیل مطلوب انرژی خورشید در بسیاری از نقاط کشور، زمینه مناسبی برای استفاده از تجهیزات خورشیدی فراهم نموده است. نمودار متوسط تابش سالیانه خورشید در نقاط مختلف ایران نیز در شکل زیر ارائه شده است.
کشور ایران با وجود حدود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5، 5- 5،4 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی است. به جز سواحل خزر که از کمترین میزان ساعات آفتابی برخوردار بوده و مقادیر سالانه آن از 2050 ساعت فراتر نمی رود. در سراسر کشور درصد روزهای آفتابی در سال بین 63 تا 98 درصد است. در شرق ایران کل ساعات آفتابی در طول سال 3300 ساعت است که 75 ساعات آفتابی را شامل می شود.
هسته شدیدترین شار تابش در حوزه داخلی ایران هم محصور به نیبندان، یزد، آباده و رفسنجان است که ایده آل ترین مناطق برای استحصال انرژی خورشیدی به شمار میرود. پتانسیل واقعی انرژی خورشیدی متأثر از عامل متعددی از جمله زمان تابش خورشیدی در فصول مختلف سال و ساعت های متفاوت در روز مناطق جغرافیایی و شرایط آب و هوایی است. پتانسیل انرژی خورشیدی به حدی عظیم است که از تأمین احتیاجات فعلی و آتی کل تقاضای جهانی انرژی فراتر می رود، در حال حاضر فناوری های عمده خورشیدی عبارتند از گردآورنده های خورشیدی و فتوولتائیک ها .[3]
-3 انواع سامانه های بهره گیری از انرژی خورشیدی
سامانه خورشیدی ایستا سامانه ای است که در آن در واقع عناصر ساختمانی خود به عنوان المان های دریافت و جذب و پخش انرژی عمل می نمایند. در این سامانه جمع آوری نور و گرمای خورشید بدون دخالت هیج تجهیزات یا ابزار متحرکی صورت می گیرد .[4]در واقع این سامانه چیزی به جز خود ساختمان نیست و در واقع در چنین سیستمی بعضی از عناصر و اجزاء ساختمان عملکردهای چند گانه دارند. به طور مثال دیوار در این ساختمان ها تنها جداکننده دو فضا نیست بلکه به عنوان بستری جهت جذب و ذخیره حرارت و توزیع حرارت نیز می باشد و از طرفی از هدر رفتن انرژی های داخلی صرفه جویی می کند[5]
