پيام نفت -رسانه خبري تحليلي نفت، گاز و انرژي : انرژي خورشيدي از "سايه" سوخت فسيلي خارج مي‌شود؟!یکشنبه، 29 بهمن 1402 - 05:38 کد خبر:52701 پيام نفت:
هدفمندي نور خورشيد با هدفمندي يارانه‌ها
خورشيد در مدت 40 روز، انرژي مورد نياز يك قرن زمين را تامين مي‌كند اما كاستي‌هاي تكنيكي و عدم كفايت دانش بشر امكان استفاده قابل قبول از اين انرژي را نداده است.
خورشيد در مدت 40 روز، انرژي مورد نياز يك قرن زمين را تامين مي‌كند اما كاستي‌هاي تكنيكي و عدم كفايت دانش بشر امكان استفاده قابل قبول از اين انرژي را نداده است.
گرچه در كشورهاي توسعه يافته روز به روز تبديل انرژي خورشيد به انرژيهاي مورد نياز بيشتر مي‌شود و كشورهاي در حال توسعه نيز تلاش براي دست‌يابي به دانش و تكنولوژي تبديل انرژي خورشيد را در دستور كار دارند اما هنوز ميزان دسترسي انسان به اين انرژي بسيار كمتر از پتانسيل كاربرد آن است.
معماري سنتي ايرانيان باستان نشان دهنده توجه نياكان ما به استفاده صحيح و مؤثر از انرژي خورشيد است. عليرغم شناسايي انرژي خورشيد و مزاياي آن در گذشته، چشمگير بودن هزينه اوليه به‌كارگيري آن و توزيع ارزان نفت و گاز باعث عدم توسعه استفاده از انرژي خورشيد شده بود اما صعود نرخ نفت در سال ۱۹۷۳ موجب شد كه كشورهاي پيشرفته صنعتي به توليد انرژي به روشهاي ديگر غير از به‌كارگيري سوختهاي فسيلي روي آورند.
به گزارش خبرنگار انرژي خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)، بيش از ۱۴ ميليارد سال است كه خورشيد مي درخشد و در هر ثانيه ۲.۴ ميليون تن از جرم آن به انرژي تبديل مي‌شود. خورشيد منبع كلان انرژي است و گفته مي‌شود تا پنج ميليارد سال ديگر اين جايگاه را حفظ خواهد كرد.
خورشيد در هر ثانيه 1020*1.1 كيلو وات ساعت انرژي توليد مي كند و 47 درصد از اين انرژي به سطح كره زمين مي رسد. ميزان نوري كه در سه روز از خورشيد به زمين مي‌رسد به اندازه تمام انرژي ناشي از احتراق كل سوخت هاي فسيلي است. انرژي خورشيد مي‌تواند به صورت مستقيم يا غير مستقيم به ديگر انرژي‌ها تبديل شود اما كمبود دانش علمي در اين زمينه و نقص تكنيكي باعث شده كه بشر نتواند به صورت گسترده از آن استفاده كند. نوسان انرژي خورشيد به خاطر متغير بودن آب و هوا و عدم ثبات شرايط جوي نيز در اين راستا تاثيرگذار بوده‌است.
با توجه به اهميت انرژي خورشيدي و تجديدپذير بودن آن و اجبار بشر براي توجه به آن براي رفاه بيشتر، تلاش مي‌شود از اين انرژي در راستاي تامين گرمايش، خشك‌كردن توليدات كشاورزي، تغييرات شيميايي، تامين آب گرم مورد نياز، تامين برق خورشيدي، سيستم سرمايش خورشيدي، خشك‌كن‌هاي خورشيدي و آب شيرين‌كن خورشيدي و ... استفاده شود.
اين درحالي است كه انرژي خورشيدي نياز انرژي بشر را بدون هرگونه آسيبي به زمين تامين مي‌كند و تامين برق خورشيدي با استفاده از پنل هاي خورشيدي ، يكي از مهمترين كاربردهاي انرژي خورشيدي محسوب مي‌شود.
ايران در بين مدارهاي 25 تا 40 درجه عرض شمالي قرار گرفته كه اين منطقه به لحاظ دريافت انرژي خورشيدي در بين نقاط زمين، در بالاترين رده ها قرار دارد؛ به‌نحوي كه ميزان تابش خورشيد در ايران بين 1800 تا 2200 كيلووات ساعت بر متر مربع تخمين زده شده است كه بسيار بالاتر از متوسط جهان است. همچنين به طور متوسط ساليانه بيش از 300 روز آفتابي در ايران گزارش شده است كه بسيار قابل توجه است.
براي استفاده از انرژي خورشيد مي‌توان از روش مستقيم با استفاده از ابزار فتوولتاييك و يا روش غيرمستقيم با كاربرد ذخاير حرارتي خورشيدي براي تبديل انرژي نور خورشيد استفاده كرد. متداولترين ابزار در تبديل انرژي خورشيد به الكتريسيته، استفاده از پنل‌هاي فتوولتاييك است.
در اين روش با استفاده از يك سلول فتوولتاييك (PVC) يا همان سلول خورشيدي (ابزاري غير مكانيكي) مي‌توان نور خورشيد را به انرژي الكتريسيته تبديل كرد. بخشي از فوتون‌ها (ذرات انرژي خورشيدي) جذب سلول خورشيدي مي‌شود، اين انرژي جذب شده، توليد الكتريسيته مي كند البته با درنظر گرفتن روند كاربرد انرژي خورشيدي، شرايط آب و هوايي روي توليد الكتريسيته تاثيرگذار است.
با توجه به اين‌كه نور خورشيد به الكتريسيته مستقيم تبديل مي‌شود نياز به حجم زيادي از سيستم‌هاي توليد كننده مكانيكي نيست. شبكه‌هاي الكتريكي براي استفاده تبديل كننده‌ها توسط اينورترها به جريان متناوب (AC) تبديل مي‌شوند. همچنين جايگزيني ژنراتوهاي كوچك مقياس عددي در تغذيه كنندهاي الكتريكي مي‌تواند اقتصاد واعتبار سيستم توزيع را بهبود بخشد.
استفاده از تبديل فتوولتاييك براي تامين الكتريسيته و يا همان برق خانه‌ها به دلايل گوناگون مفيد است. از جمله دلايل چشمگير منفعت كاربرد انرژي خورشيدي، سالم بودن اين انرژي و عدم آسيب‌رساني به محيط زيست است؛ از سوي ديگر با توجه به شرايط اقتصادي، هدفمندشدن يارانه‌ها، عدم پرداخت پول برق، اعمال سياست مصرف درست انرژي و زندگي سالم از ديگر دلايل توجيه لزوم كاربرد انرژي خورشيدي محسوب مي‌شوند. ظرفيت انرژي خورشيد رامي‌توان متناسب با نياز طراحي كرد، اين انرژي پايان نمي‌پذيرد و به دليل نبود قسمت‌هاي متحرك، نگهداري و اتوماسيون آن آسان است.
كاربرد انرژي حرارتي خورشيد
انرژي حرارتي خورشيد در دو گروه نيروگاهي و غير نيروگاهي كاربرد دارد. از جمله كاربردهاي نيروگاهي اين انرژي مي‌توان به نيروگاههاي حرارتي خورشيدي از نوع سهموي خطي، نيروگاههاي حرارتي از نوع دريافت كننده مركزي، نيروگاههاي حرارتي از نوع بشقابي و دودكش‌هاي خورشيدي اشاره كرد.
نيروگاههاي خورشيدي كه با سازگاري با محيط زيست انرژي خورشيد را به برق تبديل مي‌كنند مزاياي قاطعي در برابر نيروگاههاي فسيلي و اتمي دارند و مي‌توان با آن مشكل برق را به ويژه در دوران اتمام ذخائر نفت و گاز حل كرد. بكارگيري نيروگاههاي خورشيدي مي‌تواند در آينده باعث رهايي از اتكا به درآمد نفتي شود.
از سوي ديگر، نيروگاههاي خورشيدي نياز به سوخت ندارند، بنابراين نرخ برق توليدي آن‌ها تابع قيمت نفت نيست لذا مي‌توان ارزش برق مصرفي را براي مدت طولاني ثابت نگاه‌داشت. همچنين نيروگاههاي خورشيدي و به طور خاص دودكش‌هاي خورشيدي برعكس نيروگاههاي حرارتي سنتي كه نياز به آب مصرفي زيادي دارد، احتياج به آب ندارند.
از مزيت‌هاي ديگر اين روش اين است كه نيروگاههاي خورشيدي با توليد برق مي‌توانند به شبكه سراسري برق نيرو برسانند درحالي كه نياز به تأسيس خطوط فشار قوي طولاني در راستاي انتقال برق ندارند بنابراين براي احداث شبكه‌هاي انتقال نياز به صرف هزينه زياد نيست. همچنين استهلاك كم و شرايط فني نيروگاههاي خورشيدي باعث شده كه عمر اين نيروگاه‌ها طولاني باشد اما عمر نيروگاههاي فسيلي كوتاه‌مدت و به ميزان 15 تا ۳۰ سال است. در عين حال نيروگاههاي خورشيدي را به دليل عدم احتياج به متخصص عالي در محل، مي‌توان به طور اتوماتيك راه‌اندازي كرد اما متخصصين عالي بايد به طور دائمي و ويژه در نيروگاههاي اتمي حضور داشته باشند.
از سوي ديگر قابل توجه است كه كاربردهاي غيرنيروگاهي از خورشيد متنوع است؛ آب‌گرم‌كن‌ها و حمام‌هاي خورشيدي، كوره‌ها و خانه‌هاي خورشيدي، خشك‌كن خورشيدي، آب‌شيرين‌كن خورشيدي، اجاق خورشيدي و سرمايش و گرمايش خورشيدي از مهمترين حوزه‌هاي غيرنيروگاهي از خورشيد محسوب مي‌شوند.
بسياري از مردم توانايي استفاده از انرژي خورشيدي در زندگي روزمره ي خود را دارند، اجاق خورشيدي مي‌تواند گزينه خوبي براي شروع به كارگيري ابزار خورشيدي توسط عموم مردم باشد چراكه اجاق خورشيدي بسيار كارامد است و استفاده از آن مي‌تواند تجربه بسيار خوبي براي استفاده از ديگر ابزارهاي خورشيدي باشد.
اجاق خورشيدي از طريق جمع آوري پرتوهاي مستقيم خورشيد در يك نقطه كانوني و افزايش دما در آن نقطه كار مي‌كند. اين وسيله در طرحهاي متنوع در بازار وجود دارد اما بايد توجه داشت كه در استفاده از انرژي خورشيد، مكان قرار گيري ابزار خورشيدي نيز مهم است. تجربه استفاده از اجاق خورشيدي در در افريقاي جنوبي نتايج خوبي را به دست آورده است. بنابراين به نظر مي‌رسد كاربرد اين ابزار در مناطق شرقي كشور با توجه به اين‌كه سوخت كافي در آن منطقه نيست، مي تواند به ميزان چشمگيري مفيد باشد.
از سوي ديگر خشك كن‌هاي خورشيدي نيز كاربرد زيادي دارند و براي محصولات و مصارف گوناگون در اندازه‌ها و طرحهاي گوناگون طراحي و ساخته مي‌شوند. در اين خشك كن‌ها از انرژي خورشيدي بطور مستقيم و يا غير مستقيم براي خشك كردن مواد استفاده مي‌شود و جريان هوا نيز باعث خشك شدن سريع محصولات مي‌شود. در گستردگي حجيم تر، كوره خورشيدي از ديگر ابزارهايي است كه كاربرد فراوان دارد و در سرتاسر جهان پروژه‌هاي فراواني براي به‌كارگيري آن تعريف شده است و طراحي و اجراي پروژه هاي متعدد در اين زمينه ادامه دارد. در كوره‌هاي خورشيدي انرژي حرارتي گسترده خورشيد در يك نقطه جمع مي‌شود و به دماهاي بالايي مي‌رسد.
انرژي خورشيد در گستردگي عملكرد
در قرن هجدهم براي نخستين بار كوره خورشيدي ساخته شد و اين كوره آهن، مس و ساير فلزات را ذوب مي‌كرد. در آن هنگام براي ساخت كوره خورشيدي از آهن صيقل شده، لنزهاي شيشه اي وآئينه استفاده كردند. از سوي ديگر در قرن هجدهم، شخصي به نام نوتورا اولين كوره خورشيدي را در فرانسه ساخت و بسمر، پدر فولاد جهان نيز حرارت مورد نياز كوره خود را از انرژي خورشيدي تأمين مي‌كرد. لاوازيه، دانشمند مطرح جهان در قرن هجدهم موفق به ساخت كوره‌اي خورشيدي شد كه تا1750 درجه سانتي‌گراد حرارت توليد مي كرد و درجه حرارتي توليدي اين كوره تا صد سال پس از وي نيز بالاترين درجه حرارتي توليد شده، بود.
در سال ۱۸۳۰ ستاره شناس انگليسي به نام جان هرشل در طول سفر خود به افريقا از يك جعبه جمع آوري انرژي خورشيد براي پختن غذا استفاده كرد. همچنين در اوايل قرن نوزدهم ميلادي براي نخستين بار براي تامين انرژي سيستم گرمايش و سرمايش ساختمان‌ها از انرژي خورشيد استفاده شد؛ دراواخر قرن هجدهم و اوايل قرن نوزدهم، در ايالات متحده حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشيدي ساخته و در آن خانه‌ها سعي مي‌شد از انرژي خورشيد براي روشنايي، تهيه آب گرم بهداشتي، سرمايش و گرمايش استفاده شود. از سوي ديگر در طراحي اين خانه‌ها توجه شده بود كه با بكارگيري مصالح ساختماني مفيد از اتلاف گرما و انرژي جلوگيري شود.
در سالهاي بين دو جنگ جهاني در اروپا و ايالات متحده طرحهاي فراواني در زمينه خانه‌هاي خورشيدي مطرح و آزمايش شد. همچنين در اوايل قرن نوزدهم ميلادي انواع گوناگوني از موتورهاي هواي گرم ساخته شد. در آن هنگام از موتور هواي دو پيستوني معروف استرلينگ براي استفاده از انرژي خورشيدي استفاده و با اصلاحاتي جزئي قابل بهره برداري با انرژي خورشيدي شد.
در اواخر قرن هجدهم و اوائل قرن نوزدهم از گردآور مسطح استفاده شد؛ استفاده از گردآور مسطح به جاي گردآور متمركز كننده نور بسيار داراي اهميت است چرا كه از يك سو ساخت اين گردآور ساده تر بود و براي استفاده از آن نياز به هواي غير ابري نبود و از سوي ديگر گردآور مسطح نور را در يك نقطه متمركز نمي‌كند بلكه نور را به صورت يكنواخت بر يك سطح مسطح مي تاباند.
انرژي خورشيدي
يك امريكائي به نام ا ـ جي ـ انيز A.G.Eneas در سال 1901ميلادي گردآوري متمركزكننده به قطر 33فوت(10متر) ساخت؛ در آن هنگام يك دستگاه پمپ آب بوسيله اين گردآور متمركز كننده كار مي‌كرد. در سال 1907ميلادي نيز يك مهندس خلاق به‌نام فرانك شومان گردآور مسطحي به مساحت1200فوت مربع موتوري به قدرت5.3 اسب اختراع كرد كه از آن براي گرم كردن آب استفاده مي‌شد. انتظار مي‌رفت كه اين موتور خورشيدي 100 اسب بخار قدرت داشته باشد اما اين هدف محقق نشد. گردآور مسطح ساخت شومان 100 اسب بخار قدرت نداشت اما فن اختراع آن از اهميت بسيار بالايي برخوردار بود.
همچنين براي نخستين بار شخصي بنام نيكلاس دستگاه خوراك‌پز خورشيدي را اختراع كرد، به گونه اي كه با استفاده از انرژي خورشيد، حرارت در دستگاه خوراك‌پز خورشيدي به 88 درجه رسيد.
انرژي خورشيدي در ايران
ايرانيان باستان با استفاده از انرژي خورشيدي، از چوب كمتري براي گرم كردن خانه‌هاي خود در فصل زمستان استفاده مي‌كردند. نياكان ما ساختمان‌ها را به گونه‌اي بنا مي‌كردند كه در زمستان نور خورشيد به داخل اتاقهاي نشيمن بتابد و در روزهاي گرم تابستان فضاي اتاق در سايه قرار گيرد.
اولين ساختمان خورشيدي در ضلع شمالي دانشگاه علم و صنعت قرار دارد و پروژه ساخت اين خانه براي مطالعه و پژوهش در راستاي بهينه سازي مصرف انرژي و امكان بررسي روشهاي استفاده از انواع انرژيهاي تجديدپذير اجرا شد.
در بعد صنعتي مي‌توان به نيروگاه سيكل تركيبي خورشيدي در يزد اشاره كرد. اين نيروگاه نخستين نيروگاه سيكل تركيبي با بكارگيري انرژي خورشيدي و گاز طبيعي در جهان است و در سال ۱۳۸۸ با هدف توليد برق به بهره‌برداري رسيد. نيروگاه سيكل تركيبي خورشيدي يزد، مي‌تواند ۴۶۷ مگاوات ساعت انرژي توليد كند و در آن از انرژي خورشيدي( با استفاده از فناوري نيروي خورشيدي متمركز براي تكميل فرآيند تبخير آب استفاده مي‌شود. نيروگاه خورشيدي يزد، در سال ۲۰۱۰ هشتمين نيروگاه بزرگ خورشيدي در جهان بوده‌است.
در حال حاضر در كشور با توجه به شرايط جغرافيايي ايران تعداد زيادي آب‌گرم‌كن و تعدادي حمام خورشيدي در استان‌هاي خراسان، سيستان و بلوچستان، يزد و كرمان تاسيس شده و به بهره‌برداري رسيده است.
ظهور سوختهاي فسيلي باعث ركود دستگاه‌هاي خورشيدي شد
با پيدايش سوخت هاي فسيلي، در اوائل قرن بيستم مساله طراحي و ساخت دستگاه هاي خورشيدي اهميت خود را از دست داد و سوخت هاي فسيلي به علت ارزاني فوق العاده، نقش انرژي اصلي را در تمدن بشري به خود گرفت.
با پررنگ شدن نقش سوختهاي فسيلي، تلاش براي بهره گيري از انرژي خورشيدي مدتي متوقف شد منتها پس از بحران انرژي به خصوص در سال هاي اخير، بار ديگر مسئله انرژي خورشيدي و پژوهش هاي علمي و فني برا ي بكار گيري و جايگزين كردن آن به جاي سوخت هاي فسيلي و ديگر انرژي هاي پايان پذير مطرح شد.
در شرايط اقتصادي كنوني ايران با توجه به اجراي طرح هدفمندي يارانه‌ها و افزايش تدريجي قيمت سوختهاي فسيلي، استفاده از انرژي خورشيد به عنوان روشي نوين و توجيه پذير تلقي مي‌شود. اين سوخت سالم است و ماندگار بودن آن دغدغه اتمام انرژي را از بين ميبرد.
گرچه موضوع استفاده از انرژي خورشيدي در جهان روز به روز چشمگيرتر مي‌شود اما كمبود بودجه در برخي موارد باعث عدم بهره‌برداري از پروژه‌ها شده است بنابراين صرفه اقتصادي كاربرد انرژي خورشيدي به اندازه لزوم كاربرد اين انرژي حائز اهميت است.
