انرژي خورشيدي

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: تهيه و تنظيم : ويدا خدادوستان

منبع : نشریه علمی آموزشی فرآیند خورشيد عامل و منشاء 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، نمو گياهان كه حيوانات و انسان براي رشد خود از آلفا استفاده مي.كنند، كليه مواد آلي كه قابل تبديل به انرژي حرارتي و مكانيكي هستند، امواج درياها، قدرت جزر و مد كه بر اساس جاذبه و حركت زمين به دور خورشيد و ماه حاصل مي.شود، اينها همه نمادهائي از انژي خورشيدي هستند. وابستگي شديد جوامع صنعتي به منابع انرژي بخصوص سوختهاي نفتي و بكارگيري و مصرف بي.رويه آنها منابع عظيمي را كه طي قرون متمادي در لايه.هاي زمين تشكيل شده بود تخليه مي.نمايد با توجه به اينكه منابع زيرزميني انرژي باد سرعت فوق.العاده.اي مصرف مي.شوند و در آينده.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 زياد است روي آورد 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 كه در ضمن به تكنولوژي پيشرفته و پرخرج نيز نياز نداشته و مي.تواند به عنوان يك منبع مفيد و تامين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان بكار گرفته شود به علاوه استفاده از آن انرژي هسته.اي، خطر و اثرات نامطلوبي از خود باقي نمي.گذارد و براي كشورهائي كه فاقد منابع زيرزميني هستند مناسبترين راه براي دسترسي به نيرو و رشد و توسعه اقتصاد مي.باشد.
شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظورهاي مختلف به زمان ما قبل تاريخ باز مي.گردد. مهمترين روايتي كه در رابطه با استفاده از تابش خورشيد بيان شده داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم مي.باشند كه ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش كشيد. گفته مي.شود كه ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه.هاي كوچك مربعي شكل در كنار يكديگر كه روي پايه متحرك قرار داشت اشعه خورشيد را از راه دور روي كشتيهاي روميان متمركز ساخته و به اين ترتيب آنها را به آتش كشيده است. به همين علت از ارشميدس به عنوان بنيانگذار استفاده از تابش خورشيد نام مي.برند در حاليكه منابع مصري قديميتر از آن است.
در عصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيستم.هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره.گيري مي.شود كه عبارتند از:
1) سيستم.هاي فتوبيولوژيك: تغييراتي كه در حيات و زيست گياهان و جانداران به وسيله نور خورشيد و فتوسنتز ايجاد مي.گردد فرآيند كود حيوانات و استفاده از گاز آن.
2) سيستم.هاي فتوشيميايي: تغييرات شيميايي در اثر نور خورشيد – الكتروليزرهاي نوري – سلولهاي فتوولتاژئيك الكتروشيمي – تاسيسات تهيه هيدروژن.
3) سيستم.هاي فتو ولتائيك: تبديل انرژي خورشيدي به انرژي الكتريكي – سلولهاي خورشيدي
4) سيستمهاي حرارتي و برودتي: شامل سيستمهاي تهيه آب گرم - گرمايش و سرمايش ساختمانها – تهيه آب شيرين – سيستمهاي انتقال و پمپاژ – سيستمهاي توليد فضاي سبز (گلخانه.ها) – خشك.كنها و اجاقهاي خورشيدي – سيستمهاي سردسازي – برجهاي نيرو – خشك.كن خورشيدي.
در مورد پيدايش خورشيد فرضيه.اي كه بيشتر مورد قبول واقع شده، اين است كه منشاء ايجاد خورشيد توده.اي ابري شكل گازهائي هستند كه تشكيل دهنده عمده آنها هيدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتيجه نيروي جاذبه مركزي، ذرات هيدروژن روي هم متراكم شده و در اثر تراكم، تصادم شديدي بين ذرات هيدروژن بوجود آمده و در نتيجه افزايش بيش از حد فشار و دما، تحولات هسته.اي پديد آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظيم انرژي بوده است از مجموع انرژي تابشي خورشيد كه بوسيله زمين و جو آن دريافت مي.شود در حدود 35 درصد آن مجدداً به فضاي خارج از جو بازتاب مي.گردد. قسمت اعظم اين بازتابي در جو زمين در برخورد اشعه با ابرها و غبارهاي جوي انجام مي.گيرد و بخش كمتري از آن، در سطح زمين در نتيجه انعكاس اشعه بوسيله آبها – برفها و سنگريزه.ها حادث مي.شود.
قسمتي از باقيمانده انرژي، در حين عبور از جو زمين، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، به دفعات زياد تغيير مسير داده و پس از اين برخوردها، به صورت تشعشعات پراكنده به سطح زمين و يا فضاي خارج تابيده مي.شود. همچنين در حدود 10 الي 15 درصد انرژي تشعشعي دريافت شده از خورشيد، به وسيله ذرات بخار آّب – كربن دي.اكسيد و ازون موجود در جو زمين جذب مي.شود.
قابل توجه است كه در طبقات فوقاني جو زمين، گاز ازون تقريباً تمام اشعه ماوراء.بنفش را جذب مي.كند و اين تصفيه اشعه از نظر سلامت زندگي انسانها حائز اهميت فوق.العاده ايست زيرا كه اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثيرات بسيار نامطلوب دارد. بخار آب و كربن دي.اكسيد در طبقات تحتاني جو زمين، اشعه مادون قرمز را جذب مي.كند.
1) سيستم.هاي فتوبيولوژي:
عملكرد فتوسنتز در گياهان قديمي.ترين روشها استفاده از انرژي خورشيدي است گياهان انرژي خورشيد را جذب كرده و با كمك آن گاز كربنيك و آب را به مواد قندي تبديل مي.كنند. همچنين در اين فعل و انفعالات گياهان اكسيژن را آزاد و نيتروژن و مواد فسفري را كه براي ادامه حيات و رشد خود لازم دارند جذب مي.كنند. نتيجه اين فرآيند، ذخيره.سازي بيولوژيكي انرژي خورشيدي مي.باشد انرژي ذخيره شده در گياهان از طريق سوزاندن چوب و يا تهيه سوختهائي از قبيل الكل و متان بازيابي مي.شود.
2) سيستم.هاي شيمي خورشيدي:
اين سيستم.ها به دو دسته كلي تقسيم مي.شوند.
الف) سيستم.هاي فتوشيميائي كه در آنها از نور خورشيد در عمليات شيميايي استفاده مي.شود.
ب) سيستم.هاي هليوترميك در آنها از حرارت خورشيد به عنوان يك منبع حرارتي بهره.گيري شده و عمليات شيميايي انجام مي.گيرد. براي تهيه سوختي مثل هيدروژن از روش فتوشيميايي و يا از روش حرارتي در الكتروليز استفاده مي.شود و هيدروژن ذخيره شده را براي توليد انرژي مكانيكي – حرارتي و الكتريكي و غيره بكار برد.
عمليات فتوسنتز در گياهان و تشكيل سوختهاي فسيلي در زيرزمين، و ذخيره.سازي بيولوژيكي انرژي خورشيد در موارد و بالاخره تهيه سوختهائي از قبيل الكل و متان و هيدروژن، همگي تابع يك سري فعل و انفعالات شيميايي بوده و مي.توان آنها را بخشي از سيستم.هاي شيمي خورشيدي به حساب آورد.
در سالهاي 1969 دو پژوهشگر ژاپني نتيجه تحقيقات خود را به عنوان رشته جديدي از سلول.هاي الكتروليز اعلام كردند اين دو پژوهشگر يك صفحه تيتانيوم دي.اكسيد ( Tio ) جريان الكتريكي بين دو قطب كاتدوآند برقرار شده و آب نيز به دو عنصر تشكيل دهنده خود يعني اكسيژن و هيدروژن استفاده كرد. تهيه الكتريسته با استفاده از سلولهاي خورشيدي در رشته شيمي نيز استفاده از الكتروليز امكان.پذير بوده به علاوه از سلولهاي فتوالكتروليت، براي تجزيه شيميايي و تهيه و ذخيره هيدروژن با روشهاي گوناگون استفاده مي.شود.
3) سيستم.هاي فتو ولتائيك: سيستمي كه در آن انرژي خورشيدي بدون بهره.گيري از مكانيزم.هاي متحرك و شيميايي به انرژي الكتريكي تبديل شود، اثر آن را فتو ولتائيك مي.نامند. عاملي كه در اين فرآيند بكار مي.رود سلول خورشيدي ناميده مي.شود. حدود 35 سال پيش براي اولين بار و به عنوان مولد الكتريكي در سفينه.هاي فضائي از اين سلول.ها استفاده گرديد و مدتي است كه بهره.گيري از آنها در زمين نيز تداول شده است سلول.هاي خورشيدي قادرند انرژي خورشيدي را بازدهي معادل 5 تا 20 درصد مستقيماً به الكتريسته تبديل كنند. اگر چه انرژي الكتريكي نوري هنوز به ميزان كافي از لحاظ اقتصادي مقرون به صرفه نمي.باشد ولي در سالهاي اخير كاهش چشمگيري در هزينه.هاي مربوط به بهره.برداري از اين سيستم.ها مشاهده گرديده و انتظار مي.رود در آينده نيز با تحقيقات لازم در نوع سلولهاي نوري، كاهش قيمت ادامه يابد ولي نبايد فراموش كرد در مناطق دور و در جاهائي كه دسترسي به سوخت و الكتريسته ارزان مقدور نباشد از سيستم.هاي فتو ولتائيك استفاده مي.شود. با استفاده از انرژي خورشيد و سلول.هاي خورشيدي و با ايجاد اختلاف پتانسيل فشار الكتريكي در نيمه. هادئي كه بطور مناسب ساخته شده.اند الكتريسته توليد مي.شود. امروزه مؤثرترين و ارزانترين سلولهاي خورشيدي ماده.اي به نام سيليسيم مي.باشد. ماسه يكي از منابع مهم سيليسيم بوده كه پس از پالايش آن كريستالهاي سيليسيم بدست مي.آيد و پس از بريده شدن بصورت صفحه آماده مي.شود.
سيسليسيم يك نيمه هادي است كه به طور خالص از نظر هدايت الكتريكي هادي ضعيفي است ولي اگر در موقع پالايش به آن فسفر اضافه شود بار منفي (الكترون) پيدا كرده و در صورتيكه بود اضافه شود بار مثبت (حفره) پيدا مي.كند. نوع اول را سيليسيم «نوع N » و نوع دوم را سيليسيم «نوع P » مي.نامند مي.دانيم كه سيليسيم داراي 4 الكترون در مدار خارجي خود مي.باشد. هنگامي كه تعدادي اتم فسفر به داخل كريستال سيليسيم وارد شود با توجه به اينكه فسفر داراي 5 الكترون در مدار خارجي خود دارد 4 الكترون مدار خارجي فسفر با 4 الكترون مدار خارجي فسفر با 4 الكترون مدار خارجي سيليسيم يك مدار بوجود آورده و به اين ترتيب يك الكترون به صورت آزاد باقي مانده يعني سيليسيم با بار منفي باردار شده و نيمه.هادي نوع N بوجود مي.آيد. از طرفي اگر بجاي فسفر از اتم بور كه سه الكترون در مدار خارجي دارد استفاده شود حفره.هائي كه مثل الكترون قابليت حركت دارند ايجاد شده و سيليسيم بطور مثبت باردار مي.شود يعني نيمه.هادي نوع P بوجود مي.آيد. حال اگر يك طرف يك سيليسيم نوع P را از نوع N الكترونهاي آزاد و اتم.هاي فسفر با بار مثبت وجود دارند. حال اگر يك فوتون (ذره.اي از نور) به اتصال P-N برخورد كند. الكترون از اتم سيليسيم جدا كرده و در نتيجه حفره بوجود آورد. حفره.هاي مزبور تحت تأثير ميدان موجود به سمت ناحيه P و الكترون به سوي ناحيه N حركت كرده و اين دو حركت مخالف با بارهاي مختلف، يك جريان الكتريكي بوجود مي.آورند. با اتصال كنتاكتهائي به رويه.هائي قطعات نيمه هادي، مداري تشكيل مي.شود كه اجازه برگشت الكترون.ها را به اتصال نوع . P از ميان يك بار خارجي مي.دهد.
4) سيستم.هاي حرارتي خورشيدي ( THERMAL SOLAR ENERGY )
روش.هاي گرما خورشيدي، با استفاده از انواع كلكتورها و روش.هاي غيرفعال، جهت جذب كردن و جمع.آوري انرژي حرارتي خورشيد طراحي شده، و براي منظورهائي از قبيل گرم كردن آب و هوا و توليد بخار و سرد كردن و... بكار برده شده.اند.
سيستم.هاي گرما خورشيدي را مي.توان به ترتيب زير طبقه.بندي كرد:
1) سيستم.هاي آب گرم خورشيدي 2) سيستم.هاي گرمايش و سرمايش ساختمانها
3) سيستم.هاي تهيه آب شيرين و آب مقطرگيري 4) سيستم.هاي انتقال پمپاژ
5) سيستم.هاي توليد فضاي سبز 6) سيستم.هاي خشك.كنن و خوراك پز خورشيدي
7) سيستم.هاي سرد كننده خورشيدي 8) برجهاي نيرو نيروگاههاي خورشيدي

منابع:
1) كتاب راهنماي طرحهاي انرژي خورشيدي در ايران، اصغر حاجي سقطي، استاديار دانشگاه علم و صنعت ايران، چاپ اول مهر 1370، انتشارات دانشگاه علم و صنعت ايران
2) نگرشي بر سيستم.هاي استفاده از انرژي خورشيدي نويسنده دكتر مجيد رئوفي راد
3) اصول كاربردي حرارتي انرژي خورشيدي ترجمه و تأليف دكتر محمد علي عبدني
4) مهندسي گرما و خورشيدي، تأليف پيتر.جي.لاند ترجمه دكتر حسين پناهند

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 2244]