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 كل انرژي منتشر شده توسط خورشيد، تنها در حدود ۴۷% آن به سطح زمين مي‌رسد. اين بدان معني است كه زمين در هر ساعت، تابشي در حدود ۶۰ ميليون Btu دريافت مي‌كند.

يعني انرژي ناشي از سه روز تابش خورشيد به زمين ‌برابر با تمام ‌انرژي ناشي از احتراق كل سوخت‌‌هاي ‌فسيلي در دل زمين است و بنابراين مي‌توان نتيجه گرفت كه در اثر تابش خورشيد به مدت چهل روز، مي‌توان انرژي مورد نياز يك قرن را ذخيره نمود. بنابراين با به كارگيري كلكتورهاي خورشيدي مي‌توان تا حدودي از اين منبع انرژي بي‌پايان، پاك و رايگان استفاده كرد و تا حد بسيار زيادي در مصرف سوخت‌هاي فسيلي صرفه جويي نمود.

موقعيت كشور ايران از نظر ميزان دريافت انرژي خورشيدي كشور ايران در بين مدارهاي 25 تا 40 درجه عرض شمالي قرار گرفته است و در منطقه‌اي واقع شده كه به لحاظ دريافت انرژي خورشيدي در بين نقاط جهان در بالاترين رده‌ها قرار دارد. ميزان تابش خورشيدي در ايران بين 1800 تا 2200 كيلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمين زده شده است كه البته بالاتر از ميزان متوسط جهاني است.

موقعيت كشور ايران از نظر ميزان دريافت انرژي خورشيدی

كشور ايران در بين مدارهاي ۲۵ تا ۴۰ درجه عرض شمالي قرار گرفته است و در منطقه‌اي واقع شده كه به لحاظ دريافت انرژي خورشيدي در بين نقاط جهان در بالاترين رده‌ها قرار دارد. ميزان تابش خورشيدي در ايران بين ۱۸۰۰ تا ۲۲۰۰ كيلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمين زده شده است كه البته بالاتر از ميزان متوسط جهاني 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 php , java , phyton

پاسخ بدهید