انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی در اوایل قرن هفتم قبل از میلاد توسط انسان ها استفاده می شد. زمانی که گفته شده است انسان ها از نور خورشید برای روشن کردن آتش با اجسامی ذره بینی استفاده می کردند. بعدها، در قرن سوم قبل از میلاد، یونانی ها و رومی ها از نیروی خورشیدی با آینه برای روشن کردن مشعل برای مراسم مذهبی استفاده می کردند.

چرا انرژی خورشیدی مهم است؟

خورشید می تواند انرژیی بیش از اندازه کافی برای تامین انرژی مورد نیاز جهان را فراهم می کند و برخلاف سوخت های فسیلی، به این زودی ها تمام نمی شود. به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیراست و تنها محدودیت انرژی خورشیدی توانایی ما برای تبدیل آن به برق با روشی کارآمد و مقرون به صرفه است.

    ۴  نوع اصلی انرژی خورشیدی چیست؟

گرچه بیشتر منابع انرژی، خورشید را به عنوان منبع نهایی خود دارند (به کادر توجه کنید)، اصطلاح انرژی خورشیدی معمولاً برای اشاره به روش‌های جمع‌آوری نور و تبدیل مستقیم آن به شکل مفید انرژی استفاده می‌شود. فناوری هایی مانند:

• بهره گیری از انرژی خورشیدی غیرفعال
• انرژی حرارتی خورشیدی (برای گرمایش)
• انرژی خورشیدی متمرکز (برای برق)
• فتوولتائیک خورشیدی (برای برق)

• بهره گیری از انرژی خورشیدی غیرفعال

این شکل از انرژی اغلب بدیهی تلقی می شود. اما می تواند مقدار قابل توجهی از انرژی مورد نیاز یک ساختمان با طراحی خوب در فصل گرما را تامین کند. نور خورشید از پنجره ها وارد ساختمان می شود و داخل آن را گرم می کند. در یک خانه متوسط ​​در بریتانیا، بهره خورشیدی غیرفعال ۱۴ درصد از تقاضای گرمایش را تامین می کند.

طراحی متفکرانه می تواند این رقم را ، در صورت امکان، افزایش دهد و هزینه های مصرف سوخت را بهبود بخشد. جهت دهی خانه به گونه ای که اتاق هایی که بیشتر استفاده می شوند رو به جنوب باشند.پنجره های بزرگتر در سمت جنوبی و پنجره های کوچکتر در شمال. استفاده از مصالح ساختمانی که با افزودن “جرم حرارتی” به خانه گرما را ذخیره می کنند و چیدمان توسعه مسکن به گونه ای که ساختمان ها بر یکدیگر سایه نزنند . برای جلوگیری از ایجاد گرمای بیش از حد در تابستان می توان از طریق استفاده کمتر از شیشه و یا اقداماتی مانند برآمدگی لبه بام در ماه های تابستانی (زمانی که خورشید در آسمان است) سایه ایجاد کرد.  طراحی خورشیدی غیرفعال بسیار بهینه می‌تواند ۴۰ درصد از بار گرمایش فضای یک ملک را تامین کند.

• انرژی حرارتی خورشیدی

سیستم آب گرمایش خورشیدی

پنل حرارتی خورشیدی به سادگی یک سطح سیاه رنگ است که نور را جذب می کند، گرم می شود و گرما را به یک سیال در حال حرکت منتقل می کند. پنل های لعاب دار می توانند مسطح باشند یا از مجموعه ای از لوله های شیشه ای تشکیل شده باشند. سیال عامل گرما را به مکانی که مورد استفاده قرار می گیرد انتقال می­دهند مثل یک ذخیره آب گرم، استخر شنا یا مستقیماً به گرمایش فضای یک ساختمان.

پنل هایی با سطوح عایقی بالاتر، مانند پوشش لعاب و عایق حرارتی ، برای کار کردن نیازی به نور مستقیم آفتاب ندارند و در یک روز ابری گرما را جمع آوری می کنند. معمولاً از این انرژی برای تأمین کاربردهای با دمای پایین مانند آب گرم برای شستشو، گرمایش فضا، تغذیه گرما به شبکه های گرمایش منطقه ای یا تأمین گرما برای فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.

• انرژی خورشیدی متمرکز

اگر پرتوهای خورشید توسط آینه ها متمرکز شوند، دمای بسیار بالاتری ایجاد می شود. نور بر روی یک نقطه مرکزی متمرکز می شود که سیال حاملی مانند روغن در آن جریان دارد. روغن تا حدود ۷۵۰درجه سانتیگراد گرم می شود، به اندازه ای گرم می شود که آب را گرم کند و بخار فشار قوی تولید کند که می تواند توربین را به حرکت درآورد و برق تولید کند.

متمرکز کننده های خورشیدی فقط در زیر نور مستقیم خورشید کار می کنند. این آینه روی تکیه‌گاهی قرار می‌گیرد که می‌تواند به دنبال خورشید در طول روز حرکت کند که  بر پیچیدگی و هزینه آن می افزاید. به همین دلیل، آنها فقط در مناطقی استفاده می شوند که از آب و هوای آفتابی بهره می برند، با روزهای صاف تر.

پروژه‌های در مقیاس کاربردی در کشورهایی مانند اسپانیا، نور را از میدان‌های کامل آینه‌ها بر روی یک برج متمرکز می‌کنند (تصویر).

• فتوولتائیک خورشیدی

سلول فتوولتائیک خورشیدی

سلول‌های فتوولتائیک (PV) که نور را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، ابتدا در فضا کاربرد پیدا کردند قبل از اینکه در دستگاه‌هایی مانند ماشین‌حساب و ساعت‌ها رایج شوند و همچنین برق را برای مکان‌هایی بدون اتصال به شبکه برق تامین کنند.

فناوری فتوولتائیک (PV) چیست و چگونه کار می کند؟ مواد و دستگاه های PV نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. یک دستگاه PV منفرد به عنوان سلول شناخته می شود. یک سلول PV منفرد معمولاً کوچک است و حدود ۱ یا ۲ وات توان تولید می کند. این سلول ها از مواد نیمه هادی مختلف ساخته شده اند و ضخامت آنها اغلب کمتر از چهار تار موی انسان است. برای اینکه سال‌ها در فضای باز مقاومت کنند، سلول‌ها بین مواد محافظ در ترکیبی از شیشه و یا پلاستیک قرار می‌گیرند.

برای افزایش توان خروجی سلول های PV، آنها را به صورت زنجیره ای به یکدیگر متصل می کنند تا واحدهای بزرگتری به نام ماژول ها یا پنل ها را تشکیل دهند. ماژول ها را می توان به صورت جداگانه مورد استفاده قرار داد، یا می توان چندین ماژول را برای تشکیل (arrays) آرایه به هم متصل کرد. سپس یک یا چند آرایه به عنوان بخشی از یک سیستم PV کامل به شبکه برق متصل می شود. به دلیل این ساختار مدولار، سیستم های PV را می توان برای برآورده کردن تقریباً هر نیاز برق، کوچک یا بزرگ، ساخت.

ماژول ها و آرایه های PV تنها بخشی از یک سیستم PV هستند. این سیستم‌ها همچنین شامل سازه‌های نصبی هستند که پانل‌ها را به سمت خورشید هدایت می‌کنند، همراه با اجزایی که جریان مستقیم (DC) الکتریسیته تولید شده توسط ماژول‌ها را می‌گیرند و آن را به برق جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کنند که برای تامین انرژی تمام لوازم خانگی استفاده می‌شود.