کلمه "انرژی" به معنای توانایی انجام کار است. نیاز به انرژی در جهان به دلیل رشد طبیعی و استفاده از فناوری جدید به ابعاد بسیار بالایی افزایش می یابد. منبع سوخت های قابل احتراق که ما به آنها وابسته هستیم، مانند زغال سنگ، گاز و نفت، محدود هستند. افزایش سوزاندن سوخت نگرانی هایی را در مورد گرمایش جهانی و آلودگی هوا ایجاد می کند. با توجه به وابستگی بیش از حد سوخت های فسیلی به انرژی، آنها رو به اتمام هستند، باید منابع انرژی جایگزین پیدا کرد و یکی از منابع جایگزین خورشید است.
انرژی خورشیدی نور و گرمای تابشی از خورشید است که با استفاده از طیف وسیعی از فناوری‌های همیشه در حال تکامل مانند گرمایش خورشیدی، انرژی حرارتی خورشیدی، معماری خورشیدی و فتوسنتز مصنوعی مهار می‌شود.
همچنین یک منبع ضروری انرژی تجدیدپذیر است و فناوری‌های آن به طور کلی به عنوان خورشیدی غیرفعال یا خورشیدی فعال شناخته می‌شوند که بستگی به نحوه جذب و توزیع انرژی خورشیدی یا تبدیل آن به انرژی خورشیدی دارد.
اهداف یادگیری
در پایان این درس، شما باید بتوانید:
خورشید منبع انرژی بسیار قدرتمندی است و نور خورشید تا حد زیادی بزرگترین منبع انرژی دریافتی زمین است. تابش خورشیدی یا نور خورشید که به زمین می رسد شامل تقریباً 50 درصد نور مرئی، 45 درصد تابش مادون قرمز و مقادیر کمتری از اشعه ماوراء بنفش و سایر اشکال تابش الکترومغناطیسی است. انرژی خورشیدی به سادگی نور و گرمایی است که از خورشید می آید. انرژی خورشیدی پاک ترین و فراوان ترین منبع انرژی تجدیدپذیر موجود است.
اشکال انرژی خورشیدی
همانطور که در بالا نشان داده شد، پنل خورشیدی مسئول جمع آوری نور خورشید یا تشعشعات خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی است. کنترل کننده شارژ خورشیدی جریان جریان از پنل خورشیدی به باتری را تنظیم می کند. کنترل کننده ولتاژ باتری را کنترل می کند و در هنگام شارژ کامل باتری جریان را کاهش می دهد. باتری انرژی را برای استفاده بعدی ذخیره می کند. یک اینورتر جریان مستقیم (که خورشیدی تولید می کند) را به جریان متناوب (که در شبکه برق استفاده می شود) تبدیل می کند. این متر میزان انرژی مصرف شده توسط لوازم خانگی مانند یخچال، لامپ و تلویزیون را اندازه گیری می کند.
انرژی خورشیدی می تواند به هر یک از اشکال زیر باشد:
تابش خورشیدی می تواند به انرژی حرارتی یا انرژی الکتریکی تبدیل شود.
انرژی حرارتی
متداول ترین وسایلی 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. به دلیل کم بودن شدت تابش خورشید در سطح زمین، این کلکتورها باید از نظر مساحت بزرگ باشند. به عنوان مثال، یک کلکتور باید مساحتی در حدود 40 متر مربع (430 فوت مربع) داشته باشد تا انرژی لازم برای یک نفر را جمع آوری کند.
پرکاربردترین کلکتورهای صفحه تخت شامل یک صفحه فلزی سیاه شده است که با یک یا دو ورقه شیشه پوشانده شده است که با تابش نور خورشید روی آن گرم می شود. سپس گرمای نور خورشید به هوا یا آب که سیالات حامل نامیده می شوند، منتقل می شود که از پشت صفحه عبور می کنند. این گرما را می توان به طور مستقیم استفاده کرد یا ممکن است به یک محیط ذخیره سازی دیگر منتقل شود. ذخیره گرما برای استفاده در شب یا روزهای ابری با استفاده از مخازن عایق برای ذخیره آب گرم شده در دوره های آفتابی انجام می شود. کلکتورهای صفحه تخت معمولاً سیال حامل را تا دمای 66 تا 93 درجه سانتیگراد گرم می کنند. بازده این گونه کلکتورها بسته به طراحی کلکتور از 20 تا 80 درصد متغیر است.
روش دیگری برای تبدیل انرژی حرارتی در حوضچه های خورشیدی یافت می شود که بدنه ای از آب شور هستند که برای جمع آوری و ذخیره انرژی خورشیدی طراحی شده اند. گرمای استخراج شده از این حوضچه ها امکان تولید مواد شیمیایی، مواد غذایی، منسوجات، استخرهای شنا و دام را فراهم می کند. نصب و نگهداری حوضچه های خورشیدی نسبتاً گران است و عموماً به مناطق گرم روستایی محدود می شوند.
تولید برق
تابش خورشید ممکن است مستقیماً توسط سلول های خورشیدی به الکتریسیته تبدیل شود. در چنین سلول هایی، هنگامی که نور به محل اتصال یک فلز و یک نیمه هادی (مانند سیلیکون) یا اتصال بین دو نیمه هادی برخورد می کند، ولتاژ الکتریکی کوچکی تولید می شود. توان تولید شده توسط یک سلول فتوولتائیک تنها حدود دو وات است. بازده انرژی بیشتر سلول‌های فتوولتائیک امروزی تنها حدود 15 تا 20 درصد است و از آنجایی که شدت تابش خورشیدی کم است، برای شروع، مجموعه‌های بزرگ و پرهزینه چنین سلول‌هایی برای تولید حتی مقادیر متوسط نیرو مورد نیاز است.
واحدهای بزرگتر از سلول های فتوولتائیک برای تامین برق پمپ های آب و سیستم های ارتباطی در مناطق دور افتاده و ماهواره های ارتباطی استفاده شده است.
پانل‌های سیلیکونی کریستالی کلاسیک و فن‌آوری‌های نوظهور با استفاده از سلول‌های خورشیدی لایه نازک، از جمله فتوولتائیک یکپارچه در ساختمان، می‌توانند توسط صاحبان مشاغل و صاحبان خانه‌ها بر روی پشت بام‌هایشان نصب شوند تا جایگزین منبع الکتریکی معمولی شوند.
نیروگاه های خورشیدی متمرکز از کلکتورهای متمرکز یا متمرکز برای متمرکز کردن نور خورشید دریافتی از یک منطقه وسیع در یک گیرنده کوچک سیاه شده استفاده می کنند و در نتیجه شدت نور را به طور قابل توجهی افزایش می دهند تا دماهای بالاتری تولید کنند. آرایه‌هایی از آینه‌ها یا عدسی‌هایی که به‌دقت تراز شده‌اند می‌توانند نور خورشید را به اندازه کافی متمرکز کنند تا دمای مورد نظر 2000 درجه سانتیگراد یا بیشتر را گرم کنند. سپس از این گرما می توان برای راه اندازی دیگ بخار استفاده کرد که به نوبه خود بخار برای نیروگاه تولید برق توربین بخار تولید می کند. برای تولید مستقیم بخار، آینه های متحرک را می توان طوری چید که مقادیر زیادی از تابش خورشید را بر روی لوله های سیاه شده ای که آب از طریق آنها به گردش در می آید و در نتیجه گرم می شود، متمرکز کند.
برنامه های کاربردی دیگر
از انرژی خورشیدی برای تولید نمک از آب دریا از طریق تبخیر استفاده می شود. واحدهای نمک زدایی با انرژی خورشیدی با تبدیل انرژی خورشید به گرما، به طور مستقیم یا غیرمستقیم، آب شور را به آب آشامیدنی تبدیل می کنند تا فرآیند نمک زدایی را پیش ببرند.
فناوری خورشیدی همچنین برای تولید پاک و تجدیدپذیر هیدروژن به عنوان یک منبع انرژی جایگزین پدید آمده است.
عوامل موثر بر عملکرد سیستم های انرژی خورشیدی
1. تغییر آب و هوا
از آنجایی که قرار گرفتن در معرض گرما می تواند تولید روزانه سلول های خورشیدی را پیش از موعد کاهش دهد، دمای بالا منجر به کاهش ولتاژ و کاهش توان کلی می شود. سلول های خورشیدی در آب و هوای سرد به جای گرم عملکرد بهتری دارند. بنابراین، افزایش دمای بیش از 25 درجه سانتیگراد منجر به کاهش تولید پنل خورشیدی می شود.
2. سایه زدن
هنگامی که سایه حتی بر قسمت کوچکی از پنل خورشیدی می افتد، جریان از طریق کل رشته کاهش می یابد. سلول های سایه دار بر جریان جریان کل سیستم انرژی خورشیدی تأثیر می گذارد.
3. جهت گیری سقف
زاویه شیب پنل های خورشیدی باید به طور فعال با توجه به تغییرات فصول، طول و عرض جغرافیایی و ساعات آفتابی تنظیم شود.
4. تمیزی پنل خورشیدی
تمیزی سطح پنل خورشیدی به طور مستقیم به تبدیل برق فوتوالکتریک مرتبط است. طوفان های شن، محیط های آلوده و بارندگی چند عاملی هستند که ممکن است در کاهش کارایی ماژول های خورشیدی نقش داشته باشند.
مزایا و معایب انرژی خورشیدی
مزایای انرژی خورشیدی عبارتند از:
معایب انرژی خورشیدی عبارتند از:
خلاصه
