مقالات
در حال خواندن
انرژی های نو ، قسمت اول : انرژی خورشیدی (معرفی و کاربردها و جایگاه در ایران)
0

انرژی های نو ، قسمت اول : انرژی خورشیدی (معرفی و کاربردها و جایگاه در ایران)

توسط محسن نادری۱۳ فروردین, ۱۳۹۶

در مکاسیس قصد داریم طی چندین مقاله انرژی های نوین را بررسی کنیم . قسمت نخست این مقاله بحث بر روی انرژی خورشیدی خواهد بود. یکی از ویژگی های این سری مقالات بررسی جایگاه این انرژی ها در کشورمان ایران است.

نمای کلی و معرفی

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.

سهم زمین از انرژی خورشید

خورشید از گازهایی نظیر هیدروژن (۷۳٫۴۶درصد) هلیوم (۲۴٫۸۵ درصد) و عناصر دیگری تشکیل شده است که از جمله آن‌ها می‌توان به اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن اشاره نمود.

انرژی ستاره خورشید یکی از منابع عمده انرژی در منظومه شمسی است. طبق آخرین برآوردهای رسمی اعلام شده عمر این منبع انرژی بیش از ۱۴ میلیارد سال است. در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به جرم خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر جرم زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.

میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سلسیوس است که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترومغناطیس 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. منشاء 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 است.

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 نظر میزان دریافت انرژی خورشیدی کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 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 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که البته بالاتر از میزان متوسط جهانی است.

موقعیت کشور ایران از نظر میزان 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.

با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳٫۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات/ساعت) باشد استفاده از مدلهای انرژی خورشیدی نظیر کلکتور های خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.

در بسیاری از قسمت‌های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی است و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴٫۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است.

کاربردهای انرژی خورشیدی

الف) گرمایش خورشیدی

گرمایش آب

سیستم‌های آب گرم‌کن خورشیدی از نور خورشید برای گرم کردن آب استفاده می‌کنند. در عرض‌های جغرافیایی پایین (زیر ۴۰ درجه) ۶۰ تا ۷۰ درصد از آب گرم خانگی با دماهای تا ۶۰ 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 ۴۴ درصد و کلکتورهای صفحه تخت شیشه‌‌ای (glazed flat plate collectors) با ۳۴ درصد هستند که معمولا برای آب گرم خانگی به کار می‌روند و کلکتورهای بدون شیشه پلاستیکی با ۲۱ درصد برای گرمایش استخرهای آب به کار می‌روند.

آب شیرین کن

گندزدایی خورشیدی آب (solar water disinfection) یا SODIS

گندزدایی خورشیدی آب (solar water disinfection) یا SODIS

 

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با دمای کم‌ روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می‌ماند.

سپس با استفاده از روش‌های مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد.

آب‌شیرین‌کن خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا می‌توان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.

از کاربردهای دیگر انرژی خورشیدی در مبحث گرمایش میتوان به : اجاق‌های خورشیدی ، خشک کن خورشیدی و خانه های خورشیدی اشاره کرد.

ب) انرژی الکتریکی خورشیدی

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.

فتو ولتاییک یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید الکتریسیته از نور خورشید است. در این روش با بکارگیری سلول خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود. الکتریسیته یا می‌تواند به طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود و ابزارهای فتوولتایک استفاده کند یا به طور غیر مستقیم از ژنراتورهای بخار ذخایر حرارتی خورشیدی را برای گرما بخشیدن به یک سیال کاربردی مورد استفاده قرار می‌دهند.

ضمنا چین از لحاظ تولید برق از انرژی خورشید در جهان رتبه نخست را دارد.

واکنش شما چیست؟
I like it
100%
interested
0%
Hate it
0%
What
0%
درباره نویسنده
محسن نادری

دانشجوی مهندسی مکانیک – برنامه نویس و کارشناس امنیت شبکه

پاسخ بدهید