دانلود مقاله انرژی خورشیدی

مقدمه

پیشرفت علم و فن آوری علاوه بر دستاوردهای فراوان برای آسایش و رفاه بشر، همواره مشکلات تازه ای را بهمراه داشته است که بعنوان مثال آلودگی های زیست محیطی ناشی از سوخت های فسیلی از آن جمله است.

به عبارت دیگر از یک طرف در نتیجه سوختن مواد فسیلی گازهای سمی وارد هوا میشود و تنفس انسان را مشکل می کند و محیط زیست را آلوده می سازد و از طرفی دیگر تراکم این گازها در جو زمین مانع خروج گرما، از اطراف زمین می شود و باعث افزایش دمای هوا و تغییرات گسترده آب و هوایی در زمین می گردد که اثر گلخانه ای نامیده می شود. چنانچه افزایش دمای هوا مطابق روند فعلی ادامه یابد، بازگرداندن آن به وضعیت سابق تقریبا غیر ممکن خواهد بود. بهترین راه حلی که اکثر دانشمندان پیشنهاد کرده اند، متوقف کردن روند رو به رشد این گازهای مضر است.

متخصصان بر این باورند که با استفاده از انرژیهای پاک نظیر انرژی خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، امواج و … بجای انرژی های حاصل از سوختهای فسیلی از آلودگیهای زیست محیطی و خطرات مترتب بر آن جلوگیر ی خواهد شد.

با توجه به موارد یاد شده وزارت نیرو فعالیت های گسترده ای را برای استفاده از انرژی های نو از سال 1374 آغاز نموده و این فعالیت ها در سازمان انرژی های نو ایران ( سانا ) متمرکز گردیده است. این سازمان تا کنون به   دست آوردهای مهمی نایل شده است ولی هنوز ابتدای راه است و امید داریم بتوانیم با حمایت مسئولین و مقامات شایسته دست یابیم.

جزوه حاضر در زمینه انرژی خورشیدی برای آگاهی دانش آموزان عزیز تهیه شده است. در مورد سایر انرژیهای نو از قبیل انرژی باد، زمین گرمایی، زیست توده و هیدروژن نیز جزوه هایی  برای دانش آموزان در دست تهیه است که بزودی تکثیر و منتشر خواهد گردید.

خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشا تمام انرژی های دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود 6000 میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به وزن خورشید که حدود 333 هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می توان بعنوان منبع عظیم انرژی تا 5 میلیارد سال آینده به حساب آورد.

قطر خورشید  کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروژن ( 8/ 86 درصد )، هلیوم ( 3 درصد ) و 63 عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن- کربن- نئون و نیتروژن است تشکیل شده است.

میزان دما در مرکز خورشید حدود 10 تا 14 میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود.

زمین در فاصله 150 میلیون کیلومتری خورشید واقع است و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود  از کل انرژی تابشی آن می باشد.

جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژیهای باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می باشد.

تاریخچه :

اطلاعات درباره تاریخچه خورشید

شناخت انرژی خورشید و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ما قبل تاریخ باز می گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محرابها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می شد. ولی مهمترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده بود. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و موثر از انرژی خورشید در زمان های قدیم بوده است.

با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود. تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال 1973 باعث شد که در کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راه های دیگر ( غیر از استفاده از سوختهای فسیلی ) توجه جدی تری نمایند.

کاربردهای انرژی خورشید

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که عبارتند از :

استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی

تبدیل مستقیم پرتو های خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتو ولتائیک.

استفاده از انرژی حرارتی خورشید

این بخش از کاربردهای انرژی خورشیدی شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می باشد.

کاربردهای نیروگاهی

تاسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می شود. این تاسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند.

الف- نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه های سهموی ناودانی هستند ( شلجمی باز )

ب- نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه های بزرگی بنام هلیوستات به آن منعکس می شود. ( دریافت کننده مرکزی )

پ- نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش ) می باشد ( شلمجی بشقابی )

قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاههای تولید الکتریسیته داده شود.

بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم  از نیروگاههای آبی ، نیروگاههای بخاری ونیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تامین می کنند. بدین ترتیب می توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. تامین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها ، توربینها هستند. توربینهایی وجود دارند که بخار  با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره های توربین میگردد. درنیروگاههای آبی که روی سدها نصب می شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره های توربین می شود بدین ترتیب می توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت ، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می شود و بدین ترتیب انرژی حراراتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارند که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت در آمده و ژنراتور را می گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود. و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفهاصلی بخشهای خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغدیه توربینها است یا به عبارت دیگر می توان گفت که این نوع نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:

الف) سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می نماید.

ب) سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می کند.

نیروگاه های حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی

در این نیروگاهها ، از منعکس کننده هایی که به صورت سهموی خطی می باشند جهت تمرکز پرتوهای خورشیددرخط کانونی آنها استفاده می شود و گیرنده به صورت لوله ای در خط کانونی منعکس کننده ها قرار دارد

در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتو های خورشید گرم و داغ می گردد.

این روغن از مبدل حرارتی عبور کرده و اب را به بخار تبدیل می کند این سیستم آب و بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاههای حرارتی انتقال داده می شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.

برای بهره گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی پوشش می دهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه ای به صورت لفاف پوشیده می شود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله درافت کننده محافظت بعمل آید.

ضمناً بین دو لوله خلاً بوجود می آورند برای آنکه پرتو های تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کنند برسد.

در این نیروگاه ها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه های شلجمی دائماً خورشید را دنبال  می کنند وپرتوهای آن در روی لوله دریافت کننده متمرکز می نمایند.