منابع انرژی از مهمترین ارکان زندگی بشر هستند. انسان همواره به فکر چگونگی استفاده از انرژی برای ادامه حیات بوده. پیشرفت تکنولوژی، امکان استفاده از منابع تازه را فراهم کرده و باعث شده سرعت اتمام ذخایر انرژی محدود و تجدیدناپذیر اندکی کمتر شود. فراوانترین منبع انرژی موجود در کره زمین، انرژی خورشیدی است که با استفاده از فناوریهای جدید تا حدودی به تسخیر انسان در آمده و برای مصارف مختلف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. در این مقاله اطلاعاتی درباره این منبع انرژی تجدیدپذیر و روشهای استفاده از آن توضیح میدهیم. در ادامه این مقاله از پارسیان تکنولوژی به بررسی بیشتر انرژی خورشیدی می پردازیم.
انرژی خورشیدی چیست؟
خورشید یک توپ آتشین بزرگ است که مواد درون آن در اثر واکنشهای هستهای، به صورت مداوم انرژی هستهای تولید میکنند. در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از وزن این ستاره، به انرژی تبدیل میشود و دمایی حدود ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد در مرکز آن ایجاد میکند. امواج الکترومغناطیسی متصاعد شده از سطح آن نیز با دمایی حدود ۵۶۰۰ درجه در فضا منتشر میشود.
یک سوم پرتوهای نوری و گرمایی تولید شده در فضا پخش میشود و به زمین میرسد. زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید قرار دارد و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول میکشد تا نور آن به زمین برسد. جالب است بدانید که نور خورشید، روی تولید سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین نیز تأثیر داشته و سایر منابع انرژی مانند باد، آبهای جاری و امواج دریاها نیز انرژی خود را از خورشید میگیرند.
در حال حاضر انسانها از نور خورشید بیشتر برای تولید برق استفاده میکنند، اما تکنولوژیهای جدید دیگری هم در حال پیشرفت است و احتمال دارد در آیندهای نه چندان دور، از این منبع عظیم برای کاربردهای مختلف دیگری هم استفاده شود. انسانها پنلهای خورشیدی را در محلهایی قرار میدهند که شدت و مدت زمان تابش نور خورشید، در بیشترین حد خود باشد. در ادامه بررسی میکنیم روشهای استفاده انرژی خورشیدی چیست.
۳ روش استفاده از انرژی خورشیدی
اکنون میدانید انرژی خورشیدی چیست و چه منبع عظیمی از انرژی به رایگان در اختیار ما قرار داده شده است. برای استفاده از این موهبت بزرگ سه روش مختلف وجود دارد که در ادامه آنها را توضیح میدهیم.
فتوولتائیک (photovoltaics)
در این روش، از نور خورشید با یک فرآیند الکترونیکی به صورت مستقیم برق تولید میکنند. این نیرو برای وسایل الکترونیکی کوچکی مانند ماشین حساب یا چراغهای راهنمایی در جادهها استفاده میشود.
سرمایش و گرمایش خورشیدی (SHC)
این روش برای گرمایش محیط و آب گرم در سیستم SHC استفاده میشود. این متد برای گرم کردن آب در استخرها، حمامها و سیستم گرمایش خانگی کاربرد دارد. جالب است بدانید که این متد حتی برای کاهش دمای محیط هم کاربرد دارد و میتوان انرژی مورد نیاز برای شروع به کار مولدهای سرمایشی را از طریق انرژی خورشیدی تامین کرد.
تمرکز انرژی خورشیدی (CSP)
در این روش از پنلهای خورشیدی برای تولید برق استفاده میکنند. پنلهای خورشیدی بسیار بزرگتر از فتوولتائیکها هستند و امکان انتقال برق تولید شده به واحدهای مصرفکننده را نیز دارند. این پنلها معمولا در فضاهایی قرار میگیرند که شدت تابش نور خورشید زیاد است و برای مدت طولانی میتابد.
در ادامه بررسی میکنیم انرژی خورشیدی چطور برای تولید گرمایش و حتی تأمین انرژی مورد نیاز برای سیستمهای سرمایشی استفاده میشود.
روش گرمایش آب و محیط با انرژی خورشیدی
کلکتورهای صفحه تخت از جمله وسایلی هستند که برای جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی حرارتی یا گرمایشی استفاده میشوند. میزان تابش نور خورشید به زمین محدود است؛ به همین دلیل سطح کلکتورهای تخت باید زیاد باشند تا بتوانند انرژی مورد نیاز را ذخیره کنند. مثلا در یک منطقه آفتابخیز معتدل، برای تأمین انرژی مورد نیاز هر نفر یک کلکتور ۴۰ متر مربعی لازم است.
کلکتورهای خورشیدی، یک صفحه فلزی سیاه شده هستند که با دو ورق شیشهای پوشانده میشوند. با تابش نورخورشید، ورقها گرم میشوند و آب یا هوایی که از پشت این شیشهها عبور میکند را گرم کنند. گرمای تولید شده یا به صورت مستقیم استفاده میشود یا برای استفاده در آینده ذخیره خواهد شد.
البته از آنجایی که برای ذخیره این انرژی به مخازن عایقبندی شده نیاز است، استفاده مستقیم از انرژی، کاربرد بیشتری دارد. لولههای حاوی آبی که با انرژی خورشیدی گرم شده، از کف یا سقف ساختمانها عبور داده میشوند و فضا را گرم میکنند. با این روش میتوان آب را بین ۶۶ تا ۹۳ درجه سانتیگراد گرم کرد؛ میزان گرمایش آب و فضا در این روش، به بازدهی کلکتورها بستگی دارد.
تولید سرمایش با انرژی خورشیدی چگونه است؟
پارادوکس عجیبی است اما با منبع گرمایی خورشید به سادگی میتوان سرمایش تولید کرد! این روش برای مناطقی که آب و هوای بسیار گرم دارند، کاربردی است. در حال حاضر برای ایجاد تهویه مطبوع در مناطق آفتابخیز از برق استفاده میکنند؛ اما استفاده از پنلهای خورشیدی برای تولید انرژی موردنیاز سرمایش، مقرون به صرفهتر است و با تولید انرژی پاک، به طبیعت آسیبی نمیرساند.
تهویه مطبوع با انرژی خورشیدی به دو روش امکانپذیر است که عبارتند از:
- سیستم چیلر: برق موردنیاز این سیستم با پنلهای فتوولتائیک خورشیدی تامین میشود. از آنجایی که سیستم چیلر برق فراوانی مصرف میکند، تعداد زیادی کلکتور نیاز است و باید سطح گستردهای را برای جذب انرژی خورشیدی در نظر گرفت.
- سیستم جذبی: در این روش گرمای تولید شده از کلکتورها به صورت مستقیم، بهعنوان انرژی مورد نیاز برای کمپرسور تهویه مطبوع استفاده میشود. در این روش تعداد کلکتکورهای مورد نیاز محدودتر است.
استفاده از انرژی خورشیدی در صنعت
تولید برق از رایج ترین روشهای استفاده از این انرژی است که در نیروگاههای خورشیدی، با استفاده از پنلهای خورشیدی انجام میشود. اما این انرژی پاک میتواند در صنایع زیر هم کاربرد داشته باشد:
- کشاورزی
- دامپروری
- گرمایش سالنها و استخرهای صنعتی
- تولید هیدروژن برای صنایع به روش فتوسنتز مصنوعی
- تهیه نمک و نمکزدایی از آب دریا برای مصارف صنعتی
- جایگزین سوختهای فسیلی برای پالایش نفت خام و صنایع دیگر
استفاده گسترده از انرژی خورشیدی در صنایع و مصارف خانگی، مزایا و معایب مختلفی دارد که در قسمت بعدی به آنها میپردازیم.
مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی چیست؟
نیاز بشر به انرژی و محدودیت سوختهای فسیلی باعث افزایش روز افزون کاربرد انرژی خورشیدی در جنبههای مختلف صنعت و زندگی انسانها شده است. این مسئله مزایا و معایب مختلفی به همراه دارد که در ادامه آنها را توضیح میدهیم.
مهمترین مزیتهای استفاده از انرژی خورشیدی عبارت است از:
- منبع انرژی تجدیدپذیر
- پایین بودن هزینه تعمیر و نگهداری قطعات مورد نیاز
- قابل استفاده برای کاربردهای مختلف خانگی و صنعتی
- کاهش هزینههای تولید و مصرف برق
- بهرهمندی از تکنولوژی بهروز
نقطه ضعفهای استفاده از نور خورشید برای تأمین انرژی مورد نیاز روزمره بخشهای مختلف خانگی و صنعتی عبارت است از:
- قیمت بالای نصب و راهاندازی پنلها، سلولهای خورشیدی و تجهیزات وابسته
- وابستگی زیاد به شرایط آب و هوایی
- بالا بودن هزینه ذخیره انرژی
- ایجاد آلودگی به دلیل ساخت سیستمهای فوتوولتائیک، نصب و حمل سلولهای خورشیدی
- نیاز به فضای گسترده برای استقرار تجهیزات تولید انرژی خورشیدی
کلام آخر
در این مقاله شما را با ویژگیهای انرژی خورشیدی آشنا کردیم. استفاده از این انرژی پاک در بسیاری از مناطق جهان از جمله بسیاری از استانهای کشور خودمان بسیار مقرون بهصرفهتر از سایر انرژی هاست. البته به دلیل وجود مشکلات فراوان از جمله کمبود امکانات و بالا بودن هزینههای نصب کلکتور و تجهیزات لازم، هنوز به صورت گسترده از این منبع تجدیدپذیر استفاده نمیشود.
بعضی از دولتهای محلی توانستهاند از طریق اجرای سیاستهای محلی و حمایت همه جانبه، فرهنگ استفاده از این انرژی را گسترش دهند و تجهیزات مورد نیاز برای آن را هم فراهم کنند. اما استفاده گسترده از انرژی خورشیدی، مستلزم طراحی و اجرای طرحهای بنیادین است و به بودجه زیادی نیاز دارد. متاسفانه استفاده از این انرژی و کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی، هنوز در دستور کار بسیاری از کشورها از جمله کشورهای جهان سوم قرار ندارد.