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 مرکزی
کاربردها:
الف- این کلکتورها در این کاربرد در دماهای پایین بوده و بیشتر جهت مصارف خانگی نظیر سیستم تهویه مطبوع و تهیه آب گرم بکار می رود.
ب- این کلکتورها دارای کاربرد در دماهای بالا بوده و به طور کلی کلکتورهایی که شدت حرارتی رسیده به سطح گیرنده آنها بیشتر از شدت شار حرارتی رسیده به دهانه آنها باشد، متمرکز کننده گویند.
هدف از یک متمرکز کننده عبارتست از متمرکز کردن پرتوهای خورشید از یک سطح بزرگتر به روی یک سطح کوچکتر که در نتیجه آن گیرنده گرم دارای تلفات حرارتی کمتر می شود.
عمل تمرکز به دو طریق انجام می شود، یکی توسط سطوح بازتاب دهنده (آینه) و دیگری توسط سطوح انکسار دهنده پرتو های خورشیدی ( عدسی)، بطوریکه پرتوا را روی گیرنده متمرکز می نمایند.
ب-1- در این نوع از متمرکز کننده ها، پرتوهای خورشیدی روی یک خط متمرکز می شود که این بوسیله عدسی یا آینه صورت می گیرد. در نوع عدسی آن پرتوهای خورشید پس از عبور از عدسی شکسته شده و روی یک گیرنده خطی متمرکز می گردد ولی در نوع آینه أی که مورد استفاده بیشتری دارد و به متمرکز کننده های شلجمی باز (Parabolid Concentrator) معروف است، این کلکتورها تشکیل شده اند از یک یا چند ردیف از آینه های نیم استوانه که پرتوهای رسیده به آنها را در مرکز کانونی خود متمرکز می کنند و در مرکز این نیم استوانه های منعکس کننده یک مسیر لوله سرتاسری قرار دارد که وظیفه جذب کردن انرژی حرارتی متمرکز شده روی آنرا بر عهده دارد و این انرژی جذب شده را به سیال داخل لوله منتقل می نماید. جهت انجام عدم انتقال حرارت از این لوله به محیط اطراف،این لوله ها را توسط یک لوله شیشه أی ( که دارای قطر بیشتری از قطر لوله است) احاطه می نمایند و در فضای خالی بین لوله و شیشه خلأ ایجاد می کنند که با این عمل انتقال حرارت، منتقل شده از لوله به محیط را از طریق جابجایی (Convection) و هدایت ( Cunductivity) به حداقل مقدرا خود می رسانند. در مورد انتقال حرارت تشعشعی از لوله به محیط باید گفت در هنگام تابش خورشید، پرتوهای متمرکز شده توسط آینه ها، چون دارای طول موج کمی هستند به راحتی از شیشه محافظ عبور کرده و به لوله می رسند، ولی پرتوهای با تابش از روی لوله چون دارای طول موج بیشتری هستند، از داخل محفظه شیشه أی عبور نمی کنند و تحت باز تابش کلی دوباره به لوله می تابند.