انرژی خورشیدی چه کاربردهایی دارد
انرژی خورشیدی ، تابش از خورشید که قادر به تولید گرما ، ایجاد واکنش های شیمیایی یا تولید برق است. مقدار کل انرژی خورشیدی رخ داده در زمین بسیار بیش از نیازهای فعلی و پیش بینی شده انرژی جهان است.برای آشنایی کامل با انرژی خورشیدی تا انتهای مقاله با مجله علمی تخصصی آندرومدا مگ همراه باشید.
در صورت کار با این انرژی ، این منبع بسیار پراکنده توانایی تأمین نیازهای آینده انرژی را دارد. در قرن بیست و یکم انتظار می رود که انرژی خورشیدی به دلیل تأمین پایان ناپذیر و ویژگی غیر آلاینده آن به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر جذابیت بیشتری پیدا کند در تضاد کامل با سوخت های فسیلی مثل ذغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی بسیار عملکرد بیشتری دارد
خورشید یک منبع انرژی بسیار قدرتمند است و نور خورشید بزرگترین منبع انرژی دریافتی توسط زمین است ، اما شدت آن در سطح زمین در واقع بسیار کم است. این اساساً به دلیل انتشار شعاعی بسیار زیاد تابش از خورشید دور است. تلفات اضافی نسبتاً جزئی به دلیل جو زمین و ابرها است که تا 54 درصد از نور خورشید ورودی را جذب یا پراکنده می کند. نور خورشید که به زمین می رسد تقریباً 50 درصد از نور مرئی 45 درصد از اشعه مادون قرمز و مقادیر کمتری از اشعه ماورا بنفش و اشکال دیگر از اشعه الکترومغناطیسی تشکیل شده است.
پتانسیل انرژی خورشیدی بسیار زیاد است ، زیرا هر روز حدود 200000 برابر کل ظرفیت تولید برق روزانه جهان به صورت انرژی خورشیدی توسط زمین دریافت می شود. متأسفانه ، گرچه انرژی خورشیدی خود رایگان است ، اما هزینه بالای جمع آوری ، تبدیل و ذخیره سازی آن ، هنوز بهره برداری از آن را در بسیاری از نقاط محدود می کند. تابش خورشید می تواند به انرژی گرمایی (گرما) یا به انرژی الکتریکی تبدیل شود ، هرچند انجام مورد اولی آسان تر است
انرژی حرارتی
از جمله متداول ترین دستگاه هایی که برای جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی حرارتی استفاده می شود ، کلکتورهای صفحه تخت هستند که برای کاربردهای گرمایش خورشیدی استفاده می شوند. از آنجا که شدت تابش خورشید در سطح زمین بسیار کم است ، این جمع کننده ها باید مساحت زیادی داشته باشند. به عنوان مثال ، حتی در مناطق آفتابی مناطق معتدل جهان ، یک جمع کننده باید مساحتی حدود 40 متر مربع (430 فوت مربع) داشته باشد تا انرژی کافی برای تأمین انرژی مورد نیاز یک شخص را جمع کند.
کلکتورهای صفحه تخت که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند شامل یک صفحه فلزی سیاه شده است که با یک یا دو ورق شیشه پوشانده شده و با تابش نور خورشید بر روی آن گرم می شود. سپس این گرما به هوا یا آبی منتقل می شود که مایعات حامل نامیده می شوند و از پشت صفحه عبور می کنند. گرما ممکن است به طور مستقیم استفاده شود ، یا ممکن است برای ذخیره به محیط دیگری منتقل شود. کلکتورهای صفحه تخت معمولاً برای آبگرمکن خورشیدی و گرمایش خانه استفاده می شوند. ذخیره گرما برای استفاده در شب یا روزهای ابری معمولاً با استفاده از مخازن عایق بندی شده برای ذخیره آب گرم در دوره های آفتابی انجام می شود. چنین سیستمی می تواند آب گرم آبگیری شده از مخزن ذخیره خانه را تأمین کند یا با گرم شدن آب گرم از طریق لوله ها در کف و سقف ، گرمایش فضا را تأمین کند. جمع کننده های صفحه تخت به طور معمول مایعات حامل گرما را تا دمای 66 تا 93 درجه سانتیگراد (150 تا 200 درجه فارنهایت) گرم می کنند. کارایی چنین کلکتورها (یعنی نسبت انرژی دریافتی که آنها به انرژی قابل استفاده تبدیل می کنند) بسته به طراحی کلکتور از 20 تا 80 درصد را در بر می گیرد.
روش دیگری برای تبدیل انرژی گرمایی در استخرهای خورشیدی یافت می شود که مجموعه هایی از آب نمک هستند که برای جمع آوری و ذخیره انرژی خورشیدی طراحی شده اند. گرمای استخراج شده از چنین حوضچه ها امکان تولید مواد شیمیایی ، مواد غذایی ، منسوجات و سایر محصولات صنعتی را فراهم می کند و همچنین می تواند برای گرم کردن گلخانه ها ، استخرها و ساختمانهای دام مورد استفاده قرار گیرد. از استخرهای خورشیدی گاهی اوقات برای تولید برق از طریق استفاده از موتور ارگانیک چرخه رانکین استفاده می شود ، وسیله ای نسبتاً کارآمد و اقتصادی برای تبدیل انرژی خورشیدی ، که به ویژه در مکان های دور از دسترس بسیار مفید است. نصب و نگهداری حوضچه های خورشیدی نسبتاً گران است و معمولاً محدود به مناطق گرم روستایی است.
در مقیاس کوچکتر ، می توان انرژی خورشید را برای پخت غذا در کوره های خورشیدی مخصوص طراحی کرد. کوره های خورشیدی معمولاً نور خورشید را از بیش از یک ناحیه وسیع به یک نقطه مرکزی متمرکز می کنند ، جایی که ظرفی با سطح سیاه نور خورشید را به گرما تبدیل می کند. کوره ها معمولاً قابل حمل هستند و ورودی سوخت دیگری ندارند.
تولید برق
تابش خورشید ممکن است توسط سلول های خورشیدی (سلول های فتوولتاییک) مستقیماً به برق تبدیل شود. در چنین سلولهایی ، هنگامی که نور به محل اتصال فلز و نیمه هادی (مانند سیلیکون) یا محل اتصال بین دو نیمه هادی متفاوت برخورد می کند ، ولتاژ الکتریکی کوچکی ایجاد می شود.توان تولید شده توسط یک سلول فتوولتائیک تنها فقط در حدود دو وات است. با اتصال تعداد زیادی سلول جداگانه به یکدیگر ، همانند آرایه های صفحه خورشیدی ، می توان صدها یا حتی هزاران کیلووات برق در یک نیروگاه برق خورشیدی یا در یک مجموعه بزرگ خانگی تولید کرد. بازده انرژی اکثر سلولهای فتوولتائیک امروزی فقط حدود 15 تا 20 درصد است و از آنجا که برای شروع شدت تابش خورشید کم است ، مجامع بزرگ و پرهزینه سلولهای اینچنینی برای تولید حتی مقادیر متوسط انرژی لازم است.
سلولهای فتوولتاییک كوچكی كه با نور خورشید یا نور مصنوعی كار می كنند ، بیشترین کاربرد را در كاربردهای كم مصرف پیدا كرده اند – به عنوان مثال به عنوان منبع تغذیه ماشین حساب ها و ساعت ها. از واحدهای بزرگتری برای تأمین برق پمپ های آب و سیستم های ارتباطی در مناطق دور افتاده و ماهواره های آب و هوا و ارتباطات استفاده شده است. پانل های سیلیکون بلورین کلاسیک و فن آوری های نوظهور با استفاده از سلول های خورشیدی با لایه نازک ، از جمله فتوولتاییک یکپارچه ساختمان ، توسط صاحبان خانه و مشاغل در پشت بام خود نصب می شوند تا منبع برق متعارف را جایگزین یا تقویت کنند.
نیروگاه های خورشیدی از جمع کننده های با قدرت بالا استفاده می کنند تا نور خورشید را از یک منطقه گسترده به یک گیرنده کوچک سیاه متمرکز کنند ، در نتیجه شدت نور را به طور قابل توجهی افزایش می دهند تا دماهای بالا تولید کنند. آرایه های آینه ها یا عدسی هایی که با دقت تراز می شوند می توانند به اندازه کافی نور خورشید را متمرکز کنند تا هدف را تا دمای 2000 درجه سانتیگراد (3600 درجه فارنهایت) یا بیشتر گرم کنند. سپس می توان از این گرما برای کارکرد دیگ بخار استفاده کرد که به نوبه خود بخار نیروگاه تولید برق توربین بخار را تولید می کند. برای تولید مستقیم بخار ، آینه های متحرک را می توان طوری تنظیم کرد که مقدار زیادی تابش خورشید را بر روی لوله های سیاه شده که از طریق آن آب جریان می یابد و در نتیجه گرم می شود ، متمرکز کند.
از انرژی خورشیدی در مقیاس کوچک برای مقاصدی غیر از آنچه در بالا توضیح داده شد نیز استفاده می شود. به عنوان مثال ، در بعضی از کشورها از انرژی خورشیدی برای تولید نمک از آب دریا به وسیله تبخیر استفاده می شود. به همین ترتیب ، واحدهای نمک زدایی با انرژی خورشیدی با تبدیل انرژی خورشید به گرما ، به طور مستقیم یا غیرمستقیم ، آب نمک را به آب آشامیدنی تبدیل می کنند تا فرآیند نمک زدایی را نیز دست خودش بگیرد.
همچنین فناوری خورشیدی برای تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر هیدروژن به عنوان منبع انرژی جایگزین پدید آمده است. با تقلید از روند فتوسنتز، برگهای مصنوعی دستگاههای مبتنی بر سیلیکون هستند که با استفاده از انرژی خورشیدی آب را به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می کنند و تقریباً هیچ آلاینده ای باقی نمی گذارند. برای بهبود کارایی و مقرون به صرفه بودن این دستگاه ها در استفاده های صنعتی ، کار و تلاش بیشتری نیز لازم است.