اصول و كاربرد انرژی خورشيدی

اصول و كاربرد انرژي خورشيدي

خورشيد عامل و منشأ انرژي هاي گوناگوني است كه در طبيعت موجود است از جمله: سوخت هاي فسيلي كه در اعماق زمين ذخيره شده اند، انرژي آبشارها و باد، رشد گياهان كه بيشتر حيوانات و انسان براي بقاي خود از آنها استفاده مي كنند، موادآلي كه قابل تبديل به انرژي حرارتي و مكانيكي هستند، امواج درياها، قدرت جزر ومدكه براساس جاذبه و حركت زمين به دور خورشيد و ماه حاصل مي شود، اينها همه نمادهايي از انرژي خورشيد هستند.

   وابستگي شديد جوامع صنعتي به منابع انرژي به خصوص سوخت هاي نفتي و بكارگيري و مصرف بي رويه آنها، منابع عظيمي را كه در قرون متمادي درلايه هاي زيرين زمين تشكيل شده است تخليه مي كند. با توجه به اين كه منابع انرژي زيرزميني با سرعت فوق العاده اي مصرف مي شوند و درآينده اي نه چندان دور چيزي از آنها باقي نخواهد ماند، نسل فعلي وظيفه دارد به آن دسته از منابع انرژي كه داراي عمر و توان زيادي هستند روي آورده و دانش خود را براي بهره برداري از آنها گسترش دهد.

  خورشيد يكي از دو منبع مهم انرژي است كه بايد به آن روي آورد زيرا به فناوري هاي پيشرفته و پرهزينه نياز نداشته و مي تواند به عنوان يك منبع مفيد و تأمين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان به كار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن برخلاف انرژي هسته اي، خطر واثرات نامطلوبي ازخود باقي نمي گذارد و براي كشورهاي كه منابع انرژي زير زميني ندارند، مناسب ترين راه براي دستيابي به نيرو و رشد و توسعه اقتصاد مي باشد.

  ايران با وجود اين كه يكي از كشورهاي نفت خيز جهان به شمار مي رود و داراي منابع عظيم گاز طبيعي نيز است، خوشبختانه به علت شدت تابش خورشيد در بيشتر مناطق كشور، اجراي طرح هاي خورشيدي الزامي و امكان استفاده از انرژي خورشيد درشهرها و شصت هزار روستاي پراكنده درسطح كشور، مي تواند صرفه جويي مهمي درمصرف نفت وگاز را به همراه داشته باشد.

فناوري ساده، آلوده نشدن هوا و محيط زيست و از همه مهم تر ذخيره شدن سوخت هاي فسيلي براي آيندگان، يا تبديل آنها به مواد و مصنوعات پرارزش با استفاده از تكنيك پتروشيمي از عمده دلايلي هستند كه لزوم استفاده از انرژي خورشيد را براي كشور آشكار مي سازد.

  درعصر حاضر، از انرژي خورشيدي توسط سيستم هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره گيري مي شود كه اهم آنها عبارتند از:

   ۱- سيستم هاي فتوبيولوژيك: تغييراتي كه درحيات و زيست گياهان وجانداران به وسيله نور خورشيد و فتوسنتز ايجاد مي شود، فرآيند تجزيه كود حيوانات و استفاده از گاز آن.

   ۲- سيستم هاي فتوشيميايي: تغييرات شيميايي دراثر نورخورشيد، الكتروليزهاي نوري، سلول هاي فتوولتائيك الكتروشيمي، تأسيسات تهيه هيدروژن.

   ۳- سيستم هاي فتولتائيك: تبديل انرژي خورشيد به انرژي الكتريكي، سلول هاي خورشيدي.

   ۴- سيستم هاي حرارتي و برودتي: شامل سيستم هاي تهيه آبگرم، گرمايش و سرمايش ساخت ها، تهيه آب شيرين، سيستم هاي انتقال و پمپاژ، سيستم هاي توليد فضاي سبز(گلخانه ها) و خشك كن ها و اجاق هاي خورشيدي، سيستم هاي سردسازي، برج هاي نيرو، خشك كن هاي خورشيدي، نيروگاه هاي خورشيدي.

ضرورت صرفه جويي در مصرف نفت

در زماني كه دنياي غرب با اعمال بهينه سازي مصرف انرژي، مصرف خود را پايين آورده است، ايران دركمتراز دو دهه مصرف فرآورده هاي نفتي خود را درست است سه برابر كرده است. درست است كه مصرف انرژي سبب بالا رفتن رفاه و استاندارد زندگي مي شود. اما بايد دقت شود كه آيا مي توان همواره اين رشد مصرف را حفظ كرد؟ با عنايت به رشد مصرف انرژي و دو برابر شدن آن. با توجه به افت فشار چاه هاي نفت و مشكلات حفاري و استخراج و سرمايه گذاري، آيا مي توان اميدوار بودكه بعد ازدو دهه مي توانيم نيازهاي خود را مرتفع كنيم و آيا توليد ما پاسخ گوي نيازهايمان خواهد بود؟ واگر هم باشد مازادي براي صدور نفت و به دست آوردن ارز خواهيم داشت؟

با استفاده از سياست هاي بهينه سازي مصرف انرژي و بدون لطمه زدن به توليد و رفاه عمومي، حدود ۲۰ درصد كاهش درمصرف به دست آيد، منافع زير عايد كشورمان خواهد شد:

   ۱- درآمد ارزي ناشي از فروش نفت خام

   ۲- كاهش آلودگي هوا كه در شهرهاي بزرگ مثل تهران به مرز خطرناكي رسيده است.

   ۳- صرفه جويي در سرمايه گذاري درساخت نيروگاه ها، پالايشگاه ها و شبكه گازرساني به ميزان ميليارد ها دلار درسال.

   ۴- طولاني شدن عمر ذخاير نفتي

   ۵- ايجاد اشتغال در كشور.

انرژي خورشيدي در ايران

ايران در مجموع كشوري است بسيار آفتابي و از نظر مقدار و دريافت انرژي خورشيدي در شمار بهترين كشورها محسوب مي شود و به صراحت مي توان گفت كه سطح كنوني علمي وصنعتي كشور براي ايجاد و گسترش تكنيك خورشيدي به حدكافي آمادگي دارد. بنابراين اگر طرح هاي خورشيدي معرفي شوند و علوم و فنون مربوط ترويج يابند، صنايع خورشيدي كشور، مي تواند به عنوان يك صنعت خودكفا وارد عمل شود.

منابع عمده انرژي كه درحال حاضر در ايران مورد استفاده قرار مي گيرند عبارتند از: نفت خام، گازطبيعي، زغال سنگ، پتانسيل آبي و انرژي هاي غيرتجاري.

لازم است مصرف انرژي بخش هاي مختلف در شهرها و روستاهاي كشور از قبيل مصارف خانگي، تجاري وصنعت حمل ونقل موردتجزيه وتحليل قرارگيرد و آمارهاي دقيقي براساس بافت اجتماعي واقتصادي وسياسي و هدف هاي جامعه و توسعه آينده كشور تهيه شود. اميد است در برنامه ريزي هاي آتي كشور براي تأمين انرژي هاي لازم، سهم انرژي خورشيدي نيز تعيين و براساس آن اعتبار لازم براي اجراي طرح هاي مفيد خورشيدي تأمين شود.

كميت و كيفيت انرژي خورشيدي

مهم ترين تغييرات درشدت تابش خورشيد و دماي هواي محيط ناشي از حركت طبيعي زمين به دور خورشيد و مورب بودن محور چرخش كره زمين است كه حول اين محور داراي حركت وضعي است. تغييرات فصول و همچنين تغييرات تابش خورشيد برروي سطح زمين و تغييرات در ساعات روشنايي و تاريكي همه ناشي از تغييرات روزانه زاويه ميل هستند.

انرژي خورشيدي در مسير خود به زمين به علت جذب هاي متعدد كاهش مي يابد و علل كاهش را مي توان به شرح زير بيان داشت: اولين مرحله كاهش در اثر وجود اوزن درخارج جو زمين است كه سبب جذب امواج تشعشعي ماوراء بنفش تا طول موج mµ۲۹/۰ مي باشد.

براي جذب امواج تشعشي با طول موج هاي بلندتر، مواد جاذب ديگري مانند بخارآب و دي اكسيدكربن وجود دارد. بالاخره مجموع امواج تشعشعي جذب شده در هر مكان را، مي توان به وسيله ضخامت اتمسفر هوا درمسير اشعه و نيز تركيبات اتمسفر محاسبه كرد.

فناروي استفاده از انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي را مي توان با استفاده از يكي از روش هاي زيرين به دست آورد:

   ۱- شيمي خورشيدي

   ۲- برق خورشيدي

   ۳- گرما خورشيدي

   ۱- شيمي خورشيدي(Helio Chemical): در اين روش با تابش خورشيد بر سطح زمين و ايجاد عمل فتوسنتز درگياهان وتبديل CO2 بهO2 و توليد مواد غذايي در زمين، عامل بقا زندگي براي انسان و ساير جانداران مي شود.

   ۲- برق خورشيدي(Helio Electrical): اگر با استفاده از مبدل هايي خورشيد به الكتريسته تبديل شود و قدرت مورنياز سفينه هاي فضايي و قمرهاي مخابراتي و ساير دستگاه هاي الكتريكي در زمين تأمين شود، اين روش به مورد اجرا گذاشته مي شود.

   ۳-گرما خورشيدي(Helio- Thermal): روش گرما خورشيدي با استفاده از انواع كلتكتورها و توليد انرژي حرارتي، براي تأمين آب گرم مصرفي- حرارتي مركزي وتهويه مطبوع ساختمان ها ونيز براي توليد بخار و راه اندازي دستگاه هاي توليد قدرت و ديگر عمليات حرارتي، مورد استفاده قرار مي گيرد. اين روش نسبت به دو روش قبلي كاربرد وسيعي دارد.

سيستم هاي خورشيدي

سيستم هاي خورشيدي، سيستم هايي هستند كه با استفاده از آنها تمام و يا قسمتي از انرژي لازم براي تأمين احتياجات جوامع بشري انرژي خورشيد تأمين مي شود و اهم آنها عبارتند از:

• سيستم هاي فتوبيولوژي
• سيستم هاي شيميايي
• سيستم هاي فتوولتائيك
• سيستم هاي حرارتي و برودتي

سيستم هاي فتوبيولوژي

عملكرد فتوسنتز درگياهان و قديمي ترين وگسترده ترين روش استفاده از انرژي خورشيد است، گياهان تشعشع خورشيد را جذب كرده و باكمك آن گاز كربنيك و آب را به موادقندي تبديل مي كنند ونيز اكسيژن را آزاد و نيتروژن و مواد فسفري را براي ادامه حيات و رشد خود لازم دارند، جذب مي كنند. نتيجه اين فرآيند، ذخيره سازي بيولوژيكي انرژي خورشيد است. انرژي ذخيره شده درگياهان و درختان كه به علت بازدهي پايين آنها كمتر انجام مي شود راندمان اين فرآيند بين ۲۵ درصد تا۵۰ درصد است كه نسبت به بازدهي اشكال ديگر استفاده از انرژي خورشيد، به طور قابل توجهي كمتر است ولي با وجود اين بازدهي بسيار كم، هزينه توليد انرژي از بعضي ازگياهان با هزينه توليد سوخت هاي فسيلي قابل مقايسه است.