خورشید در مدت 40 روز، انرژی مورد نیاز یک قرن زمین را تامین می‌کند اما کاستی‌های تکنیکی و عدم کفایت دانش بشر امکان استفاده قابل قبول از این انرژی را نداده است.

خورشید در مدت 40 روز، انرژی مورد نیاز یک قرن زمین را تامین می‌کند اما کاستی‌های تکنیکی و عدم کفایت دانش بشر امکان استفاده قابل قبول از این انرژی را نداده است.

گرچه در کشورهای توسعه یافته روز به روز تبدیل انرژی خورشید به انرژی‌های مورد نیاز بیشتر می‌شود و کشورهای در حال توسعه نیز تلاش برای دست‌یابی به دانش و تکنولوژی تبدیل انرژی خورشید را در دستور کار دارند اما هنوز میزان دسترسی انسان به این انرژی بسیار کمتر از پتانسیل کاربرد آن است.

معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه نیاکان ما به استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید است. علیرغم شناسایی انرژی خورشید و مزایای آن در گذشته، چشمگیر بودن هزینه اولیه به‌کارگیری آن و توزیع ارزان نفت و گاز باعث عدم توسعه استفاده از انرژی خورشید شده بود اما صعود نرخ نفت در سال ۱۹۷۳ موجب شد که کشورهای پیشرفته صنعتی به تولید انرژی به روش‌های دیگر غیر از به‌کارگیری سوختهای فسیلی روی آورند.

به گزارش خبرنگار انرژی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، بیش از ۱۴ میلیارد سال است که خورشید می درخشد و در هر ثانیه ۲.۴ میلیون تن از جرم آن به انرژی تبدیل می‌شود. خورشید منبع کلان انرژی است و گفته می‌شود تا پنج میلیارد سال دیگر این جایگاه را حفظ خواهد کرد.

خورشید در هر ثانیه 1020*1.1 کیلو وات ساعت انرژی تولید می کند و 47 درصد از این انرژی به سطح کره زمین می رسد. میزان نوری که در سه روز از خورشید به زمین می‌رسد به اندازه تمام انرژی ناشی از احتراق کل سوخت های فسیلی است. انرژی خورشید می‌تواند به صورت مستقیم یا غیر مستقیم به دیگر انرژی‌ها تبدیل شود اما کمبود دانش علمی در این زمینه و نقص تکنیکی باعث شده که بشر نتواند به صورت گسترده از آن استفاده کند. نوسان انرژی خورشید به خاطر متغیر بودن آب و هوا و عدم ثبات شرایط جوی نیز در این راستا تاثیرگذار بوده‌است.

با توجه به اهمیت انرژی خورشیدی و تجدیدپذیر بودن آن و اجبار بشر برای توجه به آن برای رفاه بیشتر، تلاش می‌شود از این انرژی در راستای تامین گرمایش، خشک‌کردن تولیدات کشاورزی، تغییرات شیمیایی، تامین آب گرم مورد نیاز، تامین برق خورشیدی، سیستم سرمایش خورشیدی، خشک‌کن‌های خورشیدی و آب شیرین‌کن خورشیدی و ... استفاده شود.

این درحالی است که انرژی خورشیدی نیاز انرژی بشر را بدون هرگونه آسیبی به زمین تامین می‌کند و تامین برق خورشیدی با استفاده از پنل های خورشیدی ، یکی از مهمترین کاربردهای انرژی خورشیدی محسوب می‌شود.

ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته که این منطقه به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط زمین، در بالاترین رده ها قرار دارد؛ به‌نحوی که میزان تابش خورشید در ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر متر مربع تخمین زده شده است که بسیار بالاتر از متوسط جهان است. همچنین به طور متوسط سالیانه بیش از 300 روز آفتابی در ایران گزارش شده است که بسیار قابل توجه است.

برای استفاده از انرژی خورشید می‌توان از روش مستقیم با استفاده از ابزار فتوولتاییک و یا روش غیرمستقیم با کاربرد ذخایر حرارتی خورشیدی برای تبدیل انرژی نور خورشید استفاده کرد. متداولترین ابزار در تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته، استفاده از پنل‌های فتوولتاییک است.

در این روش با استفاده از یک سلول فتوولتاییک (PVC) یا همان سلول خورشیدی (ابزاری غیر مکانیکی) می‌توان نور خورشید را به انرژی الکتریسیته تبدیل کرد. بخشی از فوتون‌ها (ذرات انرژی خورشیدی) جذب سلول خورشیدی می‌شود، این انرژی جذب شده، تولید الکتریسیته می کند البته با درنظر گرفتن روند کاربرد انرژی خورشیدی، شرایط آب و هوایی روی تولید الکتریسیته تاثیرگذار است.

با توجه به این‌که نور خورشید به الکتریسیته مستقیم تبدیل می‌شود نیاز به حجم زیادی از سیستم‌های تولید کننده مکانیکی نیست. شبکه‌های الکتریکی برای استفاده تبدیل کننده‌ها توسط اینورترها به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌شوند. همچنین جایگزینی ژنراتوهای کوچک مقیاس عددی در تغذیه کنندهای الکتریکی می‌تواند اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.

استفاده از تبدیل فتوولتاییک برای تامین الکتریسیته و یا همان برق خانه‌ها به دلایل گوناگون مفید است. از جمله دلایل چشمگیر منفعت کاربرد انرژی خورشیدی، سالم بودن این انرژی و عدم آسیب‌رسانی به محیط زیست است؛ از سوی دیگر با توجه به شرایط اقتصادی، هدفمندشدن یارانه‌ها، عدم پرداخت پول برق، اعمال سیاست مصرف درست انرژی و زندگی سالم از دیگر دلایل توجیه لزوم کاربرد انرژی خورشیدی محسوب می‌شوند. ظرفیت انرژی خورشید رامی‌توان متناسب با نیاز طراحی کرد، این انرژی پایان نمی‌پذیرد و به دلیل نبود قسمت‌های متحرک، نگهداری و اتوماسیون آن آسان است.

کاربرد انرژی حرارتی خورشید

انرژی حرارتی خورشید در دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی کاربرد دارد. از جمله کاربردهای نیروگاهی این انرژی می‌توان به نیروگاه‌های حرارتی خورشیدی از نوع سهموی خطی، نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی، نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی و دودکش‌های خورشیدی اشاره کرد.

نیروگاههای خورشیدی که با سازگاری با محیط زیست انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند مزایای قاطعی در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند و می‌توان با آن مشکل برق را به ویژه در دوران اتمام ذخائر نفت و گاز حل کرد. بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی می‌تواند در آینده باعث رهایی از اتکا به درآمد نفتی شود.

از سوی دیگر، نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند، بنابراین نرخ برق تولیدی آن‌ها تابع قیمت نفت نیست لذا می‌توان ارزش برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگاه‌داشت. همچنین نیروگاه‌های خورشیدی و به طور خاص دودکش‌های خورشیدی برعکس نیروگاه‌های حرارتی سنتی که نیاز به آب مصرفی زیادی دارد، احتیاج به آب ندارند.

از مزیت‌های دیگر این روش این است که نیروگاه‌های خورشیدی با تولید برق می‌توانند به شبکه سراسری برق نیرو برسانند درحالی که نیاز به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی در راستای انتقال برق ندارند بنابراین برای احداث شبکه‌های انتقال نیاز به صرف هزینه زیاد نیست. همچنین استهلاک کم و شرایط فنی نیروگاه‌های خورشیدی باعث شده که عمر این نیروگاه‌ها طولانی باشد اما عمر نیروگاه‌های فسیلی کوتاه‌مدت و به میزان 15 تا ۳۰ سال است. در عین حال نیروگاه‌های خورشیدی را به دلیل عدم احتیاج به متخصص عالی در محل، می‌توان به طور اتوماتیک راه‌اندازی کرد اما متخصصین عالی باید به طور دائمی و ویژه در نیروگاه‌های اتمی حضور داشته باشند.

از سوی دیگر قابل توجه است که کاربردهای غیرنیروگاهی از خورشید متنوع است؛ آب‌گرم‌کن‌ها و حمام‌های خورشیدی، کوره‌ها و خانه‌های خورشیدی، خشک‌کن خورشیدی، آب‌شیرین‌کن خورشیدی، اجاق خورشیدی و سرمایش و گرمایش خورشیدی از مهمترین حوزه‌های غیرنیروگاهی از خورشید محسوب می‌شوند.

بسیاری از مردم توانایی استفاده از انرژی خورشیدی در زندگی روزمره ی خود را دارند، اجاق خورشیدی می‌تواند گزینه خوبی برای شروع به کارگیری ابزار خورشیدی توسط عموم مردم باشد چراکه اجاق خورشیدی بسیار کارامد است و استفاده از آن می‌تواند تجربه بسیار خوبی برای استفاده از دیگر ابزارهای خورشیدی باشد.

اجاق خورشیدی از طریق جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه کار می‌کند. این وسیله در طرح‌های متنوع در بازار وجود دارد اما باید توجه داشت که در استفاده از انرژی خورشید، مکان قرار گیری ابزار خورشیدی نیز مهم است. تجربه استفاده از اجاق خورشیدی در در افریقای جنوبی نتایج خوبی را به دست آورده است. بنابراین به نظر می‌رسد کاربرد این ابزار در مناطق شرقی کشور با توجه به این‌که سوخت کافی در آن منطقه نیست، می تواند به میزان چشمگیری مفید باشد.

از سوی دیگر خشک کن‌های خورشیدی نیز کاربرد زیادی دارند و برای محصولات و مصارف گوناگون در اندازه‌ها و طرح‌های گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند. در این خشک کن‌ها از انرژی خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم برای خشک کردن مواد استفاده می‌شود و جریان هوا نیز باعث خشک شدن سریع محصولات می‌شود. در گستردگی حجیم تر، کوره خورشیدی از دیگر ابزارهایی است که کاربرد فراوان دارد و در سرتاسر جهان پروژه‌های فراوانی برای به‌کارگیری آن تعریف شده است و طراحی و اجرای پروژه های متعدد در این زمینه ادامه دارد. در کوره‌های خورشیدی انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود و به دماهای بالایی می‌رسد.

انرژی خورشید در گستردگی عملکرد

در قرن هجدهم برای نخستین بار کوره خورشیدی ساخته شد و این کوره آهن، مس و سایر فلزات را ذوب می‌کرد. در آن هنگام برای ساخت کوره خورشیدی از آهن صیقل شده، لنزهای شیشه ای وآئینه استفاده کردند. از سوی دیگر در قرن هجدهم، شخصی به نام نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بسمر، پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می‌کرد. لاوازیه، دانشمند مطرح جهان در قرن هجدهم موفق به ساخت کوره‌ای خورشیدی شد که تا1750 درجه سانتی‌گراد حرارت تولید می کرد و درجه حرارتی تولیدی این کوره تا صد سال پس از وی نیز بالاترین درجه حرارتی تولید شده، بود.

در سال ۱۸۳۰ ستاره شناس انگلیسی به نام جان هرشل در طول سفر خود به افریقا از یک جعبه جمع آوری انرژی خورشید برای پختن غذا استفاده کرد. همچنین در اوایل قرن نوزدهم میلادی برای نخستین بار برای تامین انرژی سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها از انرژی خورشید استفاده شد؛ دراواخر قرن هجدهم و اوایل قرن نوزدهم، در ایالات متحده حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته و در آن خانه‌ها سعی می‌شد از انرژی خورشید برای روشنایی، تهیه آب گرم بهداشتی،‌ سرمایش و گرمایش استفاده شود. از سوی دیگر در طراحی این خانه‌ها توجه شده بود که با بکارگیری مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.

در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه‌های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. همچنین در اوایل قرن نوزدهم میلادی انواع گوناگونی از موتورهای هوای گرم ساخته شد. در آن هنگام از موتور هوای دو پیستونی معروف استرلینگ برای استفاده از انرژی خورشیدی استفاده و با اصلاحاتی جزئی قابل بهره برداری با انرژی خورشیدی شد.

در اواخر قرن هجدهم و اوائل قرن نوزدهم از گردآور مسطح استفاده شد؛ استفاده از گردآور مسطح به جای گردآور متمرکز کننده نور بسیار دارای اهمیت است چرا که از یک سو ساخت این گردآور ساده تر بود و برای استفاده از آن نیاز به هوای غیر ابری نبود و از سوی دیگر گردآور مسطح نور را در یک نقطه متمرکز نمی‌کند بلکه نور را به صورت یکنواخت بر یک سطح مسطح می تاباند.

انرژی خورشیدی

یک امریکائی به نام ا ـ جی ـ انیز A.G.Eneas در سال 1901میلادی گردآوری متمرکزکننده به قطر 33فوت(10متر) ساخت؛ در آن هنگام یک دستگاه پمپ آب بوسیله این گردآور متمرکز کننده کار می‌کرد. در سال 1907میلادی نیز یک مهندس خلاق به‌نام فرانک شومان گردآور مسطحی به مساحت1200فوت مربع موتوری به قدرت5.3 اسب اختراع کرد که از آن برای گرم کردن آب استفاده می‌شد. انتظار می‌رفت که این موتور خورشیدی 100 اسب بخار قدرت داشته باشد اما این هدف محقق نشد. گردآور مسطح ساخت شومان 100 اسب بخار قدرت نداشت اما فن اختراع آن از اهمیت بسیار بالایی برخوردار بود.

همچنین برای نخستین بار شخصی بنام نیکلاس دستگاه خوراک‌پز خورشیدی را اختراع کرد، به گونه ای که با استفاده از انرژی خورشید، حرارت در دستگاه خوراک‌پز خورشیدی به 88 درجه رسید.

انرژی خورشیدی در ایران

ایرانیان باستان با استفاده از انرژی خورشیدی، از چوب کمتری برای گرم کردن خانه‌های خود در فصل زمستان استفاده می‌کردند. نیاکان ما ساختمان‌ها را به گونه‌ای بنا می‌کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن بتابد و در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار گیرد.

اولین ساختمان خورشیدی در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت قرار دارد و پروژه ساخت این خانه برای مطالعه و پژوهش در راستای بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر اجرا شد.

در بعد صنعتی می‌توان به نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی در یزد اشاره کرد. این نیروگاه نخستین نیروگاه سیکل ترکیبی با بکارگیری انرژی خورشیدی و گاز طبیعی در جهان است و در سال ۱۳۸۸ با هدف تولید برق به بهره‌برداری رسید. نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی یزد، می‌تواند ۴۶۷ مگاوات ساعت انرژی تولید کند و در آن از انرژی خورشیدی( با استفاده از فناوری نیروی خورشیدی متمرکز برای تکمیل فرآیند تبخیر آب استفاده می‌شود. نیروگاه خورشیدی یزد، در سال ۲۰۱۰ هشتمین نیروگاه بزرگ خورشیدی در جهان بوده‌است.

در حال حاضر در کشور با توجه به شرایط جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب‌گرم‌کن‌ و تعدادی حمام خورشیدی در استان‌های خراسان، سیستان و بلوچستان، یزد و کرمان تاسیس شده و به بهره‌برداری رسیده است.

ظهور سوخت‌های فسیلی باعث رکود دستگاه‌های خورشیدی شد

با پیدایش سوخت های فسیلی، در اوائل قرن بیستم مساله طراحی و ساخت دستگاه های خورشیدی اهمیت خود را از دست داد و سوخت های فسیلی به علت ارزانی فوق العاده، نقش انرژی اصلی را در تمدن بشری به خود گرفت.

با پررنگ شدن نقش سوخت‌های فسیلی، تلاش برای بهره گیری از انرژی خورشیدی مدتی متوقف شد منتها پس از بحران انرژی به خصوص در سال های اخیر، بار دیگر مسئله انرژی خورشیدی و پژوهش های علمی و فنی برا ی بکار گیری و جایگزین کردن آن به جای سوخت های فسیلی و دیگر انرژی های پایان پذیر مطرح شد.

در شرایط اقتصادی کنونی ایران با توجه به اجرای طرح هدفمندی یارانه‌ها و افزایش تدریجی قیمت سوخت‌های فسیلی، استفاده از انرژی خورشید به عنوان روشی نوین و توجیه پذیر تلقی می‌شود. این سوخت سالم است و ماندگار بودن آن دغدغه اتمام انرژی را از بین میبرد.

گرچه موضوع استفاده از انرژی خورشیدی در جهان روز به روز چشمگیرتر می‌شود اما کمبود بودجه در برخی موارد باعث عدم بهره‌برداری از پروژه‌ها شده است بنابراین صرفه اقتصادی کاربرد انرژی خورشیدی به اندازه لزوم کاربرد این انرژی حائز اهمیت است.

منبع

ضرورت‌های احداث سریع خط آهن ورزقان  قیمت نفت و ارزش کل ذخایر نفت ایران یک سوم می شود  میزان مصرف انرژی در ساختمان سردترین کشورها به ازای هر متر مکعب فضا ۱۲۰ و ایران ۵۸۰کیلو وات ساعت است  انرژی برق باید جایگزین مصارف گاز در بخش خانگی شود  فرآیند کاهش تولید پارس جنوبی آغاز شده و هر سال سرعت خواهد گرفت