دانلود مقاله انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی روی این سیاره است.

بیش ار 5000 سال قبل، مردم خورشید را پرستش می‌کردند.

اولین پادشاه مصر، خدای خورشیدی، به نام را (Ra) بود.

در بین النهرین، خدای خورشیدی به نام شاماش (Shamash)،‌ خدای اعظم و برابر با عدالت بود.

در یونان دو خدای خورشید به نامهای آپولو و هلیوس وجود داشت.

تأثیر خورشید در سایر ادیان نیز نمایان است.

زرتشتی، مذهب رومی، هندو، بودائی،‌ کاهن (انگلیس)، آزتگ (مکزیک) و خیلی از قبایل بومی امریکا خورشید را پرستش می‌کردند.

امروزه ما میدانیم که خورشید نزدیکترین ستاره به سیاره زمین است.

بدون خورشید، امکان ادامه زندگی بر روی این سیاره وجود ندارد.

هر روز ما از انرژی خورشید به طرق مختلف استفاده می‌کنیم.

زمانیکه لباس‌های خیس را روی طناب آویزان می‌کنیم،‌ گرمای خورشید باعث خشک شدن آنها می‌شود.

گیاهان برای تولید غذا از نور خورشید استفاده می‌کنند.

سپس حیوانات، گیاهان را به عنوان غذا می‌خورند.

و همانطوریکه در فصل 5 گفتیم ، تجزیه گیاهان در صدها میلیون سال قبل باعث تولید ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی گردید که امروزه ما از آنها استفاده می‌کنیم .

بنابراین، سوخت‌های فسیلی در واقع از میلیون‌ها سال قبل نور خورشید را در خود ذخیره نموده‌اند.

خورشید و سایر ستارگان بطور غیر مستقیم نقش مهمی را در تولید کلیه انرژی‌ها، بازی می‌کنند.

حتی منشاء تولید انرژی هسته‌ ای مربوط به یک ستاره است.

زیرا اتم‌های اورانیوم در اثر نووا (انفجار یک ستاره) بوجود آمدند.

آب گرم خورشیدی در دهه 1890 در سرتاسر امریکا از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی برای گرم کردن آب استفاده می‌شد.

آنها مزیت بیشتری نسبت به کوره‌های زغال سوز و چوب سوز داشتند.

در آن زمان از گاز مصنوعی حاصل از ذغال نیز برای گرم نمودن آب استفاده میگردید، اما قیمت آن 10 برابر قیمت گاز طبیعی امروز بود.

قیمت برق حتی اگر در شهر شما وجود داشت بسیار گران بود.

[[ در آن زمان بسیاری از خانه‌ها از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی استفاده می‌کردند.

در سال 1897، حدود 30 درصد از خانه‌های شهر پاسادانا ، واقع در شرق لس‌آنجلس ، مجهز به آب گرم‌کن‌های خورشیدی بودند.

با پیشرفت‌های مکانیکی صورت گرفته، سیستم‌های خورشیدی در آریزونا، فلوریدا و خیلی دیگر از مناطق آفتابی ایالت متحده نیز مورد استفاده قرار گرفت.

در تصویر ، آب گرم‌کن خورشیدیی را می‌بینید که در سال 1911 در روی سقف خانه‌ای در دره پومونا (Pomona)،‌ واقع در کالیفرنیا، نصب گردید تا سال 1920، دهها هزار عدد از این آب گرم کن‌های خورشیدی به فروش رسیده بود.

اما بعد از این سال، مخازن بزرگ نفت و گاز طبیعی در غرب ایالت متحده کشف شد.

با دسترس قرار گرفتن سوخت‌های فسیلی ارزان ، آنها جایگزین سیستم‌های خورشیدی شدند.

امروزه، مردم مجدداً شروع به استفاده از آب گرم کن‌های خورشیدی کرده‌اند.

در حال حاضر تنها در ایالت کالیفرنیا، ‌بیش از نیم میلیون آب گرم کن خورشیدی وجود دارد.

این آب گرم‌کن‌ها در مراکز تجاری و منازل استفاده می‌شود.

همانطوریکه در تصویر می‌بینید ، از این آب‌گرم‌کن‌ها برای استخرهای شنا نیز استفاده میگردد.

صفحاتی که بر روی سقف ساختمان نصب شده‌اند دارای یک سری لوله‌های آب هستند.

زمانیکه اشعه خورشید به این صفحات و لوله‌ها برخورد می‌کند، آب داخل لوله ها گرم شده و از آن می‌توان برای پرکردن استخر استفاده نمود.

تولید برق از طریق گرمای خورشید از انرژی خورشیدی نیز میتوان جهت تولید برق استفاده نمود.

بعضی از نیروگاههای خورشیدی، مانند نیروگاههایی که در صحرای مووجاو (Mojava) ، در ایالت کالیفرنیا ، قرار دارد (رجوع به تصویر)، دارای آینه بسیار خمیده ای به نام طشتک سهمی شکل (Parabolic Trough) است که نور خورشید را بر روی لوله ای ، که به طرف نقطه مرکزی در بالای خمیدگی آینه ادامه می‌یابد، متمرکز می‌کند.

آینه، نور خورشید را به روی لوله متمرکز کرده و آنرا آنقدر گرم می‌کند که می‌تواند باعث جوشش آب بصورت بخار گردد.

سپس از این بخار میتوان برای چرخش توربین و در نتیجه تولید برق استفاده نمود.

در نیروگاه خورشیدی صحرای مووجاو، در ایالت کالیفرنیا، از چند ردیف آینه خورشیدی استفاده شده است.

این نوع نیروگاهها را نیروگاههای حرارت خورشیدی می نامند.

نیروگاههای صحرای مووجاو برای تولید برق 350000 خانه طراحی شده‌اند.

مشکل اصلی در استفاده از این نوع نیروگاهها این است که آنها صرفاً در زمان تابش خورشید کار میکنند.

بنابراین در روزهای ابری و شبها، این نیروگاهها نمی‌توانند انرژی تولید کنند.

بعضی از نیروگاهها دارای فن آوری دوگانه هستند،‌ بدین ترتیب که در روز از انرژی خورشیدی و در شب و روزهای ابری از گاز طبیعی برای جوشاندن آب و در نتیجه تولید برق استفاده می کنند.

نوع دیگری از نیروگاههای خورشیدی برای تولید برق، نیروگاه برج مرکزی نام دارد (رجوع به تصویر).

در بالای برج این نیروگاه، 1800 آینه چرخان نصب شده که نور خورشید را منعکس می‌کنند.

این آینه‌ها را « heliostats » می‌نامند که در تمام روز در حال چرخش و حرکت بوده تا رو به خورشید قرار گیرند.

نور انعکاس یافته باعث گرم شدن سیالی در مرکز آینه می‌شود.

حال ، این سیال گرم می تواند باعث جوشش آب و تولید بخار شده ، و در نتیجه توربین ژنراتور را به گردش در آورد.

این نیروگاه آزمایشی ، خورشیدی II نام دارد.

شروع کار این نیروگاه به اوایل دهه 1980 بر میگردد، اما اکنون با استفاده از فن آوری جدید بازسازی گردیده است.

این نیروگاه برای تأمین برق 10000 خانه طراحی شده است.

طبق گفته کارشناسان با احداث نیروگاههای برج مرکزی بزرگتر می‌توان برق 100000 تا 200000 خانه را تامین نمود.

سلولهای خورشیدی یا انرژی فتوولتایی با استفاده از سلول های خورشیدی ، مستقیماً می‌توان از نور خورشید برق تولید نمود.

سلولهای خورشیدی را سلولهای فتوولتایی یا به اختصار PV نیز می‌نامند.

از این نوع سلولها در ماشین حساب یا حتی فضا پیما استفاده می‌شود.

اولین بار آنها در دهه ‌ 1950 در ماهواره های فضایی ایالت متحده مورد استفاده قرار گرفتند.

این سلولها از سیلیکون (نوع خاصی از ماسه مذاب) ساخته شده‌اند.

زمانیکه نور خورشید به سلولها برخورد می کند، الکترونها آزاد شده و به سمت صفحه جلویی (رنگ آبی تیره)‌ حرکت می‌کنند (به تصویر توجه کنید) .

بدین ترتیب یک الکترون اضافی بین جلو و عقب صفحه تولید میشود.

زمانیکه دو صفحه توسط یک رابط مثل سیم بهم وصل می‌شوند ، جریان برق بین قطب مثبت و منفی برقرار می گردد.

مجموعه‌ای از سلولهای خورشیدی در یک واحد فتوولتایی چیده شده و مجموعه ای از واحدهای فتوولتایی نیز بصورت آرایه‌ای در کنار هم قرار می گیرند مجموعه‌ای از سلولهای خورشیدی در یک واحد فتوولتایی چیده شده و مجموعه ای از واحدهای فتوولتایی نیز بصورت آرایه‌ای در کنار هم قرار می گیرند (به تصویر توجه کنید) .

بعضی از آرایه ها بر روی وسایل ردیابی نصب شده که بتوانند نور خورشید را در تمام طول روز دنبال کنند .

انرژی الکتریکی بدست آمده از سلولهای خورشیدی را مستقیماً می‌توان استفاده نمود.

از این انرژی می‌توان برای روشنایی منازل و وسایل برقی، و نیز مراکز تجاری استفاده نمود.

انرژی خورشیدی را میتوان در باتریهایی ذخیره نمود و از آن برای روشنایی تابلو علائم کنار جاده ها در شب استفاده کرد.

همچنین این انرژی را می‌توان در باتری ذخیره کرده و در تلفن های سلولی که در کنار جاده ها نصب می‌شود، استفاده نمود .

بعضی از ماشین‌ها نیز بطور آزمایشی از سلولهای فتوولتایی استفاده می کنند.

این نوع ماشین ها نور خورشید را مستقیماً به انرژی تبدیل کرده و موتور الکتریکی را به حرکت می اندازند.

اکثر ما زمانیکه در خصوص انرژی خورشیدی فکر می‌کنیم، تصویری از ماهواره های فضایی در ذهنمان نقش می بندد.

در تصویر،‌ صفحات خورشیدیی که بیرون از ماهواره قرار گرفته اند را می بینید.

در شرایط کنونی، تلاش در جهت خود کفایی و رفع وابستگی های تکنولوژی کشورمان، یکی از مبرمترین وظایف آحاد ملت ایران است و هر کس بنا به موقعیت خویش بایستی در این راستا گام بردارد.

یکی از صنایع کشورمان که پیشرفت دیگر صنایع در گرو پیشرفت و توسعه آن است صنعت برق می باشد.

نیروگاههای موجود تولید برق، از تکنولوژی بسیار بالایی برخوردارند، بطوریکه در حال حاضر طراحی و ساخت آنها در انحصار چند کشور خاص می باشد.

مصرف انرژی در جهان بطور سرسام آوری رو به ازدیاد است.

بالا رفتن سطح زندگی مردم که با جانشین شدن انرژی مکانیکی به جای انرژی انسانی و حیوانی همراه بوده است از یکسو و ازدیاد جمعیت از سوی دیگر باعث بالا رفتن میزان مصرف انرژی شده اند.

بشر مترقی امروز برای تولید آب آشامیدنی، برای تولید مواد غذایی و برای کلیه کارهای روزمره خود نیازمند استفاده از انرژی می باشد، بطوریکه بدون انرژی زندگی او کلاً مختل می گردد.

طبق برآوردهایی که دانشمندان نموده اند، از ابتدای خلقت تا سال 1852 میلادی، بشرمعادل 1015*2/1 کیلو وات ساعت و در فاصله 1852 تا 1952 نیز معادل 1015*2/1 کیلو وات ساعت انرژی مصرف نموده است.

پیش بینی می شود که در فاصله 1952 تا 2052 مصرف انرژی بشر به 1015*30 تا 1015*120 کیلو وات ساعت برسد.

امروزه بین تقاضای انرژی و انرژی های در دسترس و قابل مهار هماهنگی وجود ندارد ودنیای امروز با این بحران بزرگ روبروست.

آنچه مسلم استمنابع شناخته شده مورد استفاده بشر (نظیر ذغالسنگ، نفت، گاز و…) در صورتیکه کاملاً و صد درصد نیز قابل مهار و استخراج باشند، نمی توانند نیازهای آتی بشر باشند و دیری نخواهد پایید که این منابع نیز به اتمام خواهند رسید.

از سوی دیگر استفاده از این گونه انرژی ها با مشکلاتی توأم می باشد؛ مثلاً در مورد سوخت های هسته أی، امکان تبدیل آنها محدود بوده و همچنین استفاده از آنها تکنولوژی پیشرفته أی لازم دارد، بعلاوه از بین بردن فضولات آن نیز مشکلاتی ایجاد می کند در مورد سوخت های فسیلی نیز استفاده مداوم از هر یک از آنها در دراز مدت ضمن داشتن مخاطره های محیط زیست هزینه های اقتصادی فزاینده أی به دنبال دارد.

منابع شناخته شده انرژی عبارتند از: 1- سوخت های فسیلی 2- چوب و… 3- مواد غذایی 4- جریان های آبهای سطحی 5- باد 6- امواج دریا 7- جزر و مد 8- حرارت زیر پوسته زمین (ژئوترمال) 9-حرارت آب سطح دریا 10- واکنش های هسته أی 11- انرژی خورشیدی که به بررسی انرژی خورشیدی می پردازیم: انرژی خورشید منشأ بسیاری از انرژی ها، انرژی خورشید می باشد.

امروزه بیش از % 9/99 از مجموع انرژی هایی که به زمین منتقل می گردند از خورشید منشأ می گیرد که مقدار آن 1015*8/1 ترا وات است ( 1012 = Tera) ، انرژی حاصل از تابش خروشید که در هر روز به زمین می رسد 100000 برابر مقدرا انرژی تولید شده توسط کلیه نیروگاههای جهان است.

بنابراین با توجه به تابش خورشید، کمبود بالقوه انرژی در جهان وجود ندارد و انرژی خورشید با مقداری معادل 20000 برابر مصرف کنونی بشر، به نظر می رسد که منبع مناسبی برای تأمین احتیاجات او باشد، بخصوص اینکه استفاه از آن هیچگونه آلودگی محیطی و حتی آلودگی حرارت بوجود نمی آورد.

کاربرد انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی برای مصارف بزرگ از امیدهای آینده است.

اشکال بزرگ در کاربرد انرژی خورشیدی، متمرکز نبودن، تناوبی بودن و ثابت نبودن مقدار تشعشع می باشد، که اگر بتوانیم وسیله أی جهت متمرکز کردن آن بسازیم، بطوریکه نوسانات آن تأثیر زیادی بر روی آن نگذارد به یک منبع انرژی بسیار بزرگ دست یافته ایم که تا قرن ها می توند تأ مین کننده نیاز انرژی بشر باشد.

با توجه به وضع انرژی در جهان و رشد جمعیت و مصرف در جهان، اگر به طور هوشمندانه رفتار کنیم خواهیم دید که خورشید تنها منبع انرژی است که انرژی آن به وفور و به صورت رایگان و در همه ادوار در اختیار می باشد.

بعلاوه اینکه در تبدیل انرژی خورشید مسائلی نظیر آلوده کردن محیط زیست وجود ندارد.

همانطور که قبلا ذکر شد، انرژی خورشیدی که درزمین می تواند مورد استفاده قرار گیرد، حدود بیست هزار برابر کل انرژی مورد مصرف فعلی بشر می باشد، اگر راندمان تبدیل انرژی خورشید به انرژی مورد نیاز بشر را تنها % 1 در نظر بگیریم، % 5/0 سطح کره زمین برای تقاضای کل انرژی بشر کافی خواهد بود.

بر طبق گزارش ERDA ( اداره کل تحقیقات و توسعه انرژی ) کل انرژی مورد نیاز آمریکا در سال 2020 از انرژی خورشید تأمین خواهد شد.

پس در می یابیم که استفاده از انرژی خورشید رشد چشمگیری خواهد داشت و در آینده بشر ناچار است که بیشتر نیاز خود را از انرژی خورشید تأمین کند، بطوریکه تا سال 2075 مقدرا % 50 تا % 75 نیاز کل بشر از انرژی خورشید تأمین خواهد شد.

با توجه به موقعیت جغرافیایی کشورمان، در می یابیم که ایران با تقریباً 3600 ساعت تابش خورشید در سال، یکی از غنی ترین ممالک در زمینه انرژی خورشیدی می باشد و می تواند ما را در بکارگیری این انرژی مخصوصاً در تولید برق یاری نماید.

انواع کلکتورهای خورشیدی الف- کلکتورهای مسطح خورشیدی ب- کلکتورهای متمرکز کننده ب-1- متمرکز کننده خطی ب-2- متمرکز کننده نقطه أی ب-2-1- متمرکز کننده های بشقابی ب-2-2- متمرکز کننده های با دریافت کننده