انرژی خورشیدی (solar energy)

فاطمه یاس

کاربر ممتاز


انرژی خورشیدی (solar energy) شامل نور و حرارت تابش شده از خورشید می‌باشد که از دوران باستان توسط انسان مورد استفاده قرار می‌گرفت.

تکنولوژی‌های مختلفی برای استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارند که شامل موارد زیر می‌شوند:

  • فتوولتاییک خورشیدی (solar photovoltaics)
  • الکتریسیته گرمایی خورشیدی (solar thermal electricity)
  • گرمایش خورشیدی (solar heating)
  • معماری خورشیدی (solar architecture)

دو تکنولوژی اول، مربوط به تولید الکتریسیته از خورشید می‌شوند؛ در حالی که مورد سوم و چهارم از نور و گرمای خورشید به صورت مستقیم استفاده می‌کنند.

انرژی دریافت شده از خورشید



اتمسفر بالای زمین، از خورشید 174 پتاوات (10[SUP]15[/SUP] وات) انرژی تابشی دریافت می‌کند. حدود 30 درصد از آن به فضا بازتاب می‌شود و بقیه به وسیله ابرها، اقیانوس‌ها و زمین جذب و باعث افزایش دمای آن‌ها می‌شود.



وضعیت مناسب دریافت انرژی خورشیدی در ایران

کل انرژی جذب شده در جو زمین، اقیانوس‌ها و زمین در یک ساعت، بیش از انرژی سالیانه‌ای است که کل دنیا در یک سال مصرف می‌کند. مقدار انرژی خورشیدی که به سطح سیاره ما در یک سال می‌رسد آن‌قدر زیاد است که بیش از 2 برابر چیزی است که تاکنون در تمام منابع تجدید ناپذیر انرژی همانند زغال‌سنگ، نفت، گاز طبیعی و اورانیوم ذخیره شده است.




تاثیر زاویه برخورد نور خورشید بر میزان انرژی دریافت شده در واحد سطح

کاربردهای انرژی خورشیدی


تکنولوژی‌های خورشیدی به صورت کلی بر اساس نوع استفاده، تبدیل و توزیع انرژی خورشیدی به دو گروه

  • خورشیدی خنثی (passive solar)
  • خورشیدی اکتیو (active solar)
دسته‌بندی می‌شوند. تکنیک‌های خورشیدی اکتیو برای جمع‌آوری انرژی از پنل‌هایفتوولتاییک و یا کلکتور گرمایی خورشیدی استفاده می‌کنند. تکنیک‌های خورشیدی خنثی شامل چرخاندن یک ساختمان به سمت خورشید، انتخاب متریال‌هایی با جرم گرمایی مطلوب و یا خواص پخش نور و طراحی فضاهایی که به صورت طبیعی هوا را سیرکوله کنند می‌شود. تکنولوژی‌های خورشیدی اکتیو، میزان تولید انرژی را افزایش می‌دهند و به عنوان تکنولوژی‌های سمت تامین در نظر گرفته می‌شود در حالی که تکنولوژی‌های خنثی، نیاز به منابع انرژی را کاهش می‌دهد و بیش‌تر سمت مصرف را در نظر دارد.
معماری و برنامه‌ریزی شهری


ویژگی‌های اصلی معماری خورشیدی خنثی شامل چرخش نسبت به خورشید، نسبت فشرده (نسبت کم سطح به حجم)، سایه‌اندازی انتخابی (سایه‌بان‌ها) و جرم گرمایی (thermal mass) می‌شود. در تازه‌ترین روش‌های طراحی خورشیدی، از مدل‌سازی کامپیوتری برای روشنایی خورشیدی، گرمایش و تهویه مطبوع در پکیج‌های یک‌پارچه استفاده می‌شود. تجهیزات خورشیدی اکتیو همانند پمپ‌ها، فن‌ها و پنجره‌های اتوماتیک نیز می‌توانند با طراحی خنثی همراه شوند و کارایی سیستم را بهبود بخشند.







حمل و نقل و اکتشاف


می‌توان از پنل‌های خورشیدی برای به حرکت در آوردن خودروها، هواپیما‌ها، قایق‌ها، بالون‌ها و دیگر وسایل نقلیه استفاده کرد. از انرژی خورشیدی می‌توان به عنوان منبع انرژی اصلی و یا کمکی در این سیستم‌ها استفاده نمود.
















استفاده از نور روز (daylighting)


سیستم‌های استفاده از نور روز، برای روشن کردن فضای داخلی، نور خورشید را جمع‌آوری و توزیع می‌کنند. این تکنولوژی خنثی، استفاده از انرژی را با جایگزین کردن روشنایی مصنوعی به صورت مستقیم و با کاهش نیاز به تهویه مطبوع، به صورت غیر مستقیم کاهش می‌دهد. همچنین نورپردازی طبیعی مزایای فیزیولوژیکی و روان‌شناسی نیز نسبت به نورپردازی مصنوعی دارد.


گرمایش خورشیدی


تکنولوژی‌های گرمایش خورشیدی برای گرم کردن آب، گرمایش محیطی، سرمایش محیطی و تولید حرارت فرآیندی به کار می‌روند.

گرمایش آب



سیستم‌های آب گرم‌کن خورشیدی از نور خورشید برای گرم کردن آب استفاده می‌کنند. در عرض‌های جغرافیایی پایین (زیر 40 درجه) 60 تا 70 درصد از آب گرم خانگی با دماهای تا 60 درجه سانتی‌گراد را می‌توان با سیستم‌های گرمایش سولار به دست آورد. پر کاربردترین انواع هیترهای خورشیدی آب از نوع کلکتورهای تیوب خلاء (evacuated tube collectors) با 44 درصد و کلکتورهای صفحه تخت شیشه‌‌ای (glazed flat plate collectors) با 34 درصد هستند که معمولا برای آب گرم خانگی به کار می‌روند و کلکتورهای بدون شیشه پلاستیکی با 21 درصد برای گرمایش استخرهای آب به کار می‌روند.


گرمایش، سرمایش و ونتیلاسیون


جرم گرمایی (thermal mass) ماده‌ای است که می‌تواند برای ذخیره حرارت مورد استفاده قرار گیرد. مواد جرم گرمایی معمول شامل سنگ، سیمان و آب می‌شوند. در گذشته در مناطق خشک یا گرم، از این مواد برای خنک نگاه داشتن ساختمان‌ها با جذب انرژی حرارتی خورشید در روز و تابش حرارت ذخیره شده در هوای سرد شب استفاده می‌شد. البته از این مواد می‌توان در مناطق سرد نیز برای گرم نگه داشتن محیط استفاده کرد. در صورت استفاده درست، جرم گرمایی می‌تواند دمای محیط را در بازه آسایش قرار دهد و نیاز به گرمایش و سرمایش کمکی را کاهش دهد.


بادگیر یا دودکش خورشیدی (solar chimney) یا دودکش گرمایی (thermal chimney) یک سیستم تهویه مطبوع خورشیدی خنثی است که از یک لوله عمودی تشکیل شده است که داخل و خارج ساختمان را به هم متصل می‌کند. زمانی که این دودکش گرم شود، هوای داخل آن گرم و باعث می‌شود که مکش رو به بالا، هوا را از داخل ساختمان بکشد. مشابه عمل‌کرد گلخانه‌ها، می‌توان عمل‌کرد آن را با استفاده از شیشه و مواد جرم گرمایی افزایش داد.

می‌توان با کاشتن درختان پهن‌برگ در ضلع جنوبی ساختمان، برای کنترل گرمایش و سرمایش خورشیدی ساختمان استفاده کرد. در تابستان برگ آن‌ها ایجاد سایه می‌کند و در زمستان تن برهنه آن‌ها نور خورشید را به ساختمان می‌رساند.
تصفیه آب


می‌توان با استفاده از آب شیرین کن خورشیدی، آب نمک را به آب آشامیدنی تبدیل کرد که این نوع سیستم‌ها در انواع مختلف طراحی و ساخته شده‌اند.



گندزدایی خورشیدی آب (solar water disinfection) یا SODIS شامل قرار دادن بطری‌های مخصوص پلی‌اتیلنی آب در معرض نور خورشید در ساعات طولانی است. بیش از دو میلیون نفر در کشورهای در حال توسعه از این روش برای تامین آب آشامیدنی خود استفاده می‌کنند.




می‌توان از انرژی خورشیدی در استخرهای تثبیت آب برای تصفیه پساب‌ها بدون استفاده از مواد شیمیایی یا الکتریسیته استفاده کرد. یک مزیت زیست محیطی دیگر برای این روش این است که در این استخرها جلبک‌هایی رشد می‌کنند که برای فتو سنتز خود از دی‌اکسید کربن استفاده می‌کند که البته جلبک‌ها می‌توانند مواد سمی تولید و آب را غیر قابل مصرف نمایند.


 
آخرین ویرایش:

فاطمه یاس

کاربر ممتاز
انرژی خورشیدی (solar energy)

آشپزی

اجاق‌های خورشیدی از نور خورشید برای پخت و پز، خشک کردن و پاستوریزه کردن استفاده می‌کنند. این اجاق‌ها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

  • اجاق‌های جعبه‌ای (box cookers)
  • اجاق‌های صفحه‌ای (panel cookers)
  • اجاق‌های آینه‌ای (reflector cookers)

ساده‌ترین اجاق خورشیدی از یک مخزن عایق با درپوش شفاف تشکیل شده است که می‌تواند در آسمان نیمه ابری به خوبی کار کند و به دماهای 90 تا 150 درجه سانتی‌گراد برسد.



اجاق‌های صفحه‌ای از پنل‌های آینه‌ای برای هدایت نور خورشید به یک محفظه عایق و رسیدن به دماهای مشابه اجاق‌های جعبه‌ای استفاده می‌کند.





اجاق‌های آینه‌ای از هندسه‌های تمرکزی مختلفی همانند بشقابی، ناودانی و فرنسل برای تمرکز کردن نور در مخزن پخت و پز استفاده می‌کند. این اجاق‌ها به دماهای 315 درجه سانتی‌گراد و بالاتر می‌رسد ولی نیازمند هدایت به سمت خورشید و دنبال کردن آن دارند.



گرمایش فرآیندی


تکنولوژی‌های تمرکزی خورشیدی همانند دیش‌های سهمی‌گون و تشتک‌ها می‌توانند حرارت فرآیندی را برای مصارف تجاری و صنعتی فراهم کنند.

استخرهای تبخیری (evaporation ponds)، آب‌گیرهای کم‌عمقی هستند که به وسیله تبخیر، غلظت جامدات محلول را افزایش می‌دهند. استفاده از استخرهای تبخیری برای گرفتن نمک از آب دریا یکی از کاربردهای قدیمی انرژی خورشیدی است. کاربردهای جدیدتر شامل تغلیظ محلول‌های آب نمک مورد استفاده در لیچینگ مواد معدنی و خارج کردن جامدات از جریان‌های پس‌ماند می‌شود.


تولید برق


برق خورشیدی (solar power) به معنی تبدیل نور خورشید به برق است که می‌تواند به صورت مستقیم و به وسیله فتوولتاییک (photovoltaics) یا PV و یا غیر مستقیم و با استفاده از توان متمرکز خورشیدی (concentrated solar power) یا CSP باشد. سیستم‌های CSP از لنز یا آینه و سیستم‌های ترکینگ برای تمرکز مساحت زیادی از نور خورشید به یک نقطه استفاده می‌کنند.






تولید سوخت


فرآیندهای شیمیایی خورشیدی از انرژی خورشیدی برای انجام واکنش‌های شیمیایی استفاده می‌کنند. این فرآیندها انرژی تامین شده از منابع سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهند و همچنین وسیله‌ای هستند برای تبدیل انرژی خورشیدی به سوخت‌های قابل ذخیره و انتقال. واکنش‌های شیمیایی خورشیدی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

  • ترموشیمیایی (thermochemical)
  • فتو شیمیایی (photochemical)‌

برخی از سوخت‌ها را می‌توان با فتوسنتز مصنوعی (artificial photosynthesis)‌ تهیه کرد.

یک بخش مهم از تحقیقات بر مواد شیمیایی خورشیدی مربوط به تولید هیدروژن می‌شود که برای آن فرآیندهای مختلفی طراحی شده است.


روش‌های ذخیره انرژی


سیستم‌های جرم گرمایی می‌توانند انرژی خورشیدی را به شکل حرارت ذخیره کنند که برای مصرف خانگی در زمان‌های روزانه یا بین فصلی مناسب هستند. سیستم‌های ذخیره انرژی معمولا از مواد موجود با ظرفیت‌های حرارتی مخصوص بالا همانند آب، خاک و سنگ استفاده می‌کنند. سیستم‌های با طراحی مناسب می‌توانند مصرف پیک را کاهش دهند، زمان مصرف را به خارج از ساعات پیک منتقل کنند و نیاز کلی به سرمایش و گرمایش را کاهش دهند.

مواد تغییر فاز دهنده همانند واکس پارافینی و نمک گلوبر (Glauber's salt) نوع دیگری از مواد ذخیره‌سازی هستند. این مواد ارزان، در دسترس و مناسب برای دماهای خانگی (حدود 64 درجه سانتی‌گراد) هستند.

می‌توان انرژی خورشیدی را در دماهای بالا با استفاده از نمک مذاب ذخیره کرد. نمک‌ها مواد موثری برای ذخیره‌سازی هستند زیرا دارای قیمت ارزان، ظرفیت حرارتی مخصوص بالا و دارای توانایی تحویل حرارت در دماهای همساز با سیستم‌های توان معمول هستند.

سیستم‌های PV خارج از شبکه (off-grid) از باتری‌های قابل شارژ برای ذخیره برق اضافی استفاده می‌کنند. در صورت اتصال سیستم بهشبکه برق، برق اضافی را می‌توان به شبکهانتقال برق فرستاد و از برق شبکه در زمان‌های کم‌بود برق استفاده کرد.

هیدروالکتریسیته تلمبه ذخیره‌ای (pumped-storage hydroelectricity) به وسیله پمپاژ آب از مخزن سطح پایین به مخزن سطح بالا در زمانی که انرژی موجود است، آن را ذخیره می‌کند. در زمان مصرف بالا، انرژی را با آزاد کردن آب بازیافت می‌کنند که در آن زمان پمپ تبدیل به یک ژنراتور برق هیدروالکتریک می‌شود.
 

Similar threads

بالا