انرژی خورشیدی

مشخصات کتاب

سر شناسه : نعمت قره باغ، نیما، 1385-

عنوان و نام پدید آور : انرژی خورشیدی / گرد آورندگان نیما نعمت قره باغ، امیر علی نادری ؛ ویراستار ادبی راضیه جوهریان ؛ ویراستار علمی سمیه مظفری، نادر سلطانی، علی مساح.

مشخصات نشر : اصفهان: انتشارات امیر فدک، 1397.

مشخصات ظاهری : 70 ص.

شابک : 3-85-6446-622-978

وضعیت فهرست نویسی : فیپا

یادداشت : کتاب نامه: ص. 61.

موضوع : انرژی خورشیدی

موضوع : Solar energy

شناسه افزوده : نادری، امیر علی، 1385-

رده بندی کنگره : TJ810 / ن 6 الف 8 1397

رده بندی دیویی : 621/47

شماره کتاب شناسی ملی: 5513641

خیراندیش دیجیتالی: کانون فرهنگی اندیشه اصفهان

ویراستار کتاب: زهرا سوسنی

اشاره

سر شناسه : نعمت قره باغ، نیما، 1385-

عنوان و نام پدید آور : انرژی خورشیدی / گرد آورندگان نیما نعمت قره باغ، امیر علی نادری ؛ ویراستار ادبی راضیه جوهریان ؛ ویراستار علمی سمیه مظفری، نادر سلطانی، علی مساح.

مشخصات نشر : اصفهان: انتشارات امیر فدک، 1397.

مشخصات ظاهری : 70 ص.

شابک : 3-85-6446-622-978

وضعیت فهرست نویسی : فیپا

یادداشت : کتاب نامه: ص. 61.

موضوع : انرژی خورشیدی

موضوع : Solar energy

شناسه افزوده : نادری، امیر علی، 1385-

رده بندی کنگره : TJ810 / ن 6 الف 8 1397

رده بندی دیویی : 621/47

شماره کتاب شناسی ملی: 5513641

انرژی خورشیدی

گردآورندگان: نیما نعمت قره باغ

دانش آموز پایه ی هفتم دبیرستان دکتر محمد شفیعی

امیر علی نادری

دانش آموز پایه ی هفتم دبیرستان دکتر محمد شفیعی

انتشارات امیر فدک: اصفهان- خیابان هشت بهشت غربی نبش تقاطع ملک ساختمان فدک

تلفن: 32730360-031 - همراه: 09133135694 کد پستی: 43151 - 81546

Fadak.mansori@gmail.com

انرژی خورشیدی

نیما نعمت قره باغ 85 - امیر علی نادری 85

آماده سازی: انتشارات امیر فدک

مدیر مسئول: دکتر محمد رضا محمد شفیعی

مدیر تولید: سید محمد رضا منصوری تهرانی

مدیر فنی: صالحیان - مظفری

ویراستار ادبی: جوهریان

ویراستار علمی: مظفری - نادر سلطانی - علی مساح

صفحه آرا: عابدی- کاویانی

طراح جلد: کاویانی

● لیتو گرافی: طاها ● چاپ: ملت ● صحافی: ملت

● چاپ اول: 1397 ● تعداد: 1000 ● قیمت: 40000 تومان

© حق چاپ: 1397، انتشارات امیر فدک

شابک: 3-85-6446-622-978 ISBN: 978-622-6446-85-3

هر گونه استفاده از مطالب این کتاب اعم از باز نویسی، خلاصه سازی، نقل مطالب آموزشی، برداشت به صورت دست نویس، کپی، تکثیر و هر گونه چاپ سنتی و دیجیتال، استفاده به صورت کتاب الکترونیکی، لوح فشرده، قرار دادن مطالب بر روی اینترنت و وب سایت ها و هر گونه شبکه ی کامپیوتری دیگر و به طور کل هر گونه استفاده ی اشخاص حقیقی و حقوقی در جهت منافع مادی و معنوی خود، بدون اجازه ی کتبی ناشر ممنوع و بر اساس بند 5 ماده ی 23 قانون حمایت از حقوق مؤلفان و مصنفان و قوانین مربوط به جرایم رایانه ای کشور قابل پیگیری در محاکم قضایی است.

تقدیم به:

پدر و مادر عزیز و مهربانم

که در سختی ها و دشواری های زندگی همواره یاوری دل سوز و فداکار

و پشتیبانی محکم و مطمئن برایم بوده اند.

نیما نعمت قره باغ

تقدیم به:

پدر و مادرم

که از نگاهشان صلابت

از رفتارشان محبت

و از صبرشان ایستادگی را آموختم

امیر علی نادری

پیش گفتار:

در مرکز تحقیقات و فنآوری های نوین دمش سپاهان (دکتر محمد شفیعی) آموزش پژوهش محور را نهادینه کردیم، چرا که ایمان داریم گسترش مرز های علم و فنآوری در جهت پیشرفت کشور در گرو کوشش پژوهشگران است و پژوهشگر با ذهن پرسشگرش از لایه های ابر گرفته آسمان دانش می گذرد، تا به افق های جدیدی دست یابد. روح پژوهشگر، پویا و جوینده است و پوسته های جهل را شکافته، به قنات جاری علم دست می یابد و تا چشمه ی جوشان آن را بر کویر تشنه خویش جاری نسازد، آرام نمی گیرد. در مراکز پژوهش محور دکتر محمد شفیعی اعتقاد داریم؛ پژوهش هزینه نیست، سرمایه است. در اقدامات پژوهشی این مراکز پژوهشی، پژوهشگران کوچک ما تلاش می کنند وضعیت نامطلوب را به وضعیت مطلوب تغییر دهند و یاد می گیرند درست توجه کنند و بدان چه که آموخته اند عمل کنند.

دانش آموزان پژوهنده ی ما می فهمند که هیچ گاه شکست در مسیر کسب دانش وجود ندارد، لذا از ناملایمات علمی و بن بست های مقطعی هراسی نداشته و راه غلبه بر سد های مجازی پیش روی کسب دانش و ارتقای علمی را خوب یاد بگیرند. علاوه بر این اصول و مبنای کار گروهی را فرا گرفته تا بتوانند بر اساس خرد جمعی کار کنند. با بیش از 25 سال سابقه آموزشی - پژوهشی و مدیریتی دریافته ایم که پژوهش و تحقیق مثل حروف الفبا باید از سال های نخست آموزش شروع شده و نهادینه شود، و این امر مهم را در طرح آموزش پژوهش محور انجام داده و به نتایج شگرفی دست یافته ایم و با علم به این که می دانستیم دانش آموزان در مقاطع پایین تر توانایی های بزرگی دارند و در عمل تجربه نمودیم و نهادینه کردیم و مصمم هستیم که این امر مهم در کل کشور اجرایی شود. انشاا...

محمد رضا محمد شفیعی

مدیر مجتمع فرهنگی آموزشی تحقیقاتی دکتر محمد شفیعی

فهرست مطالب

فصل اول...8

شناخت انرژی...9

انرژی تولید شده توسط خورشید...10

انرژی خورشیدی...11

روش های استفاده از انرژی خورشیدی...11

کاربرد های انرژی خورشیدی...13

میزان تولید برق با انرژی خورشیدی در جهان و ایران...23

فصل دوم...25

عملکرد و انواع سلول های خورشیدی...26

عملکرد سیستم پنل خورشیدی...31

نیروگاه های مطرح دنیا...34

انواع سیستم ها برای تولید برق اضطراری خورشیدی...39

اجزای اصلی سیستم های خورشیدی تولید برق...40

سیستم خورشیدی خانگی ...41

گام های بلند ایران برای استفاده از انرژی های نو...47

پنل خورشیدی ...49

فصل سوم ...51

مزایا و معایب انرژی خورشیدی...52

منابع ...57

فصل اول: انرژی خورشیدی و کاربرد های آن

اشاره

شناخت انرژی

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظور های مختلف به زمان پیش از تاریخ باز می گردد. شاید به دوران سفال گری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جام های بزرگ طلایی صیقل داده شده و پرتو خورشید، آتش دان های محراب ها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر باستان معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می شد.

ولی مهم ترین روایتی که درباره ی استفاده از خورشید بیان شده، داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان باستان است که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آیینه های کوچک مربعی شکل در کنار یک دیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته، پرتو خورشید را از راه دور روی کشتی های رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آن ها را به آتش کشیده است. در تاریخ ایران باستان نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان های قدیم بوده است. با وجود آن که انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم هایی از یک طرف و عرضه نفت خام و گاز طبیعی ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود. با افزایش قیمت نفت در سال 1973 کشور های صنعتی مجبور شدند به مساله تولید انرژی از راه های دیگر (غیر از استفاده سوخت های فسیلی) توجه جدی تری نمایند.

عکس

انرژی تولید شده توسط خورشید

خورشید از گاز هایی نظیر هیدروژن 46 و عناصر دیگری تشکیل شده است، که از جمله آن ها می توان به اکسیژن،کربن، نئون و نیتروژن اشاره نمود. انرژی ستاره خورشید یکی از منابع عمده انرژی در منظومه شمسی است. طبق آخرین بر آورد های رسمی اعلام شده عمر این منبع انرژی بیش از 14 میلیارد سال است. در هر ثانیه 2400000 تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به جرم خورشید که حدود 333000 برابر جرم زمین است. این کره نورانی را می توان به عنوان منبع عظیم انرژی تا 5 میلیارد سال آینده به حساب آورد.

میزان دما در مرکز خورشید حدود 20000000 درجه سلسیوس است که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیس در فضا منتشر می شود.

زمین در فاصله 150000000 کیلو متری خورشید واقع است و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد؛ بنا بر این سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن است. منشا تمام اشکال مختلف انرژی های شناخته شده تا کنون شامل (سوخت های فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژی های بادی، آبشار ها، امواج دریا ها و …) موجود در کره زمین از خورشید است.

عکس

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی منحصر به فردترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژی های موجود در زمین است. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیر مستقیم می تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل گردد. انرژی خورشید همانند سایر انرژی ها به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته و … تبدیل شود. اما موانعی شامل ضعف علمی و تکنیکی در تبدیل به علت کمبود دانش، تجربه میدانی و متناوب بودن مقدار انرژی به دلیل تغییرات جوی و فصول سال و جهت تابش - محدوده توزیع بسیار وسیع، موجب شده تا استفاده کمی از این انرژی صورت گیرد.

استفاده از منابع عظیم انرژی خورشید برای تولید انرژی الکتریسته، استفاده دینامیکی، ایجاد گرمایش محوطه ها و ساختمان ها، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تغییرات شیمیایی و ... اخیرا شروع گردیده است.

عکس

روش های استفاده از انرژی خورشیدی

خورشید منبع عظیم انرژی است، که امروزه تلاش های زیادی جهت بهره وری از این منبع بزرگ انرژی انجام گرفته‌است. این انرژی به صورت مستقیم یا غیر مستقیم به دیگر اشکال انرژی تبدیل می گردد. بهره وری حاصل از انرژی جزر و مد و باد، نمونه هایی از استفاده غیر مستقیم از انرژی خورشید است. در حالی که نمونه هایی مانند طبخ غذا و سلول فوتوولتاییک، استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی را نشان می دهد.

استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی به دو صورت انجام می گیرد، یا از طریق تمرکز نور که به آن سولار پاور متمرکز یا CSP می گویند و یا از روشی بجز تمرکز، که آن را SP نام گذاری می کنند. بدیهی است نورگیر های خورشیدی، سلول های فوتوولتاییک استاندارد (PV) و تکنولوژی برج در دسته SP قرار می گیرند.

دسته CSP را می توان در سه دسته تقسیم بندی کرد: دسته اول استفاده ساده و مستقیم، تنها از انرژی حرارتی خورشید است. مجموعه های مختلفی مانند کباب پز خورشیدی، آشپز خانه خورشیدی، کارخانه جات ذوب فلزات خورشیدی که تنها از انرژی حرارتی خورشید استفاده می کنند، در این دسته طبقه بندی می شوند. در دسته دوم برای تبدیل همه یا قسمتی از انرژی خورشیدی به سایر انرژی ها ابتدا آن را به حرارت تبدیل می کنند. سلول های ترمو الکتریک، پمپ های آب خورشیدی و نیروگاه های هلیواستات با موتور های استرلینگ در این دسته قرار می گیرند. در دسته سوم همه یا بخشی از انرژی خورشید را به طور مستقیم به سایر انرژی ها تبدیل می کنند مانند CPV ها.

CPV ها در سه گروه دسته بندی می شوند، یک گروه آن ها که انرژی خورشیدی را 10 برابر و یا کم تر متمرکز می کنند، که به آن ها LCPV گویند. گروه دوم بین 10 تا 250 برابر متمرکز می کنند، که با نام MCPV شناخته می شوند و گروه دیگر آن هایی هستند که انرژی خورشیدی را بیش از 250 برابر متمرکز می کنند که آن ها را HCPV نام گذاری می کنند.

نمودار، چگونگی تقسیم بندی استفاده از انرژی خورشید را نشان می دهد:

عکس

کاربرد های انرژی خورشیدی

عکس

فناوری خورشیدی ساختمان های صنعتی، تجاری و مسکونی مشابه است (فتوولتاییک، گرمایش فعال، نور روز و گرمایش آبی). البته ساختمان های غیر مسکونی می توانند از انواعی استفاده کنند که کاربرد خانگی ندارند. این فناوری ها شامل تهویه ی هوا، گرمایش و سرمایش خورشیدی هستند. در ادامه به صورت مختصر به انواع کاربرد های انرژی خورشیدی در مقیاس خانگی و صنعتی اشاره شده است.

گرمایش، سرمایش، تهویه

دودکشی خورشیدی (دودکش گرمایی) یک سیستم تهویه ی خورشیدی منفعل است که از یک محور عمودی تشکیل شده‌است. این محور بیرون و درون ساختمان را به یک دیگر وصل می کند. با گرم شدن دودکش هوای داخل ساختمان هم گرم می شود و هوا را به داخل ساختمان می کشد. از گیاهان و درختان فصلی می توان به عنوان واسطه ای برای کنترل گرمایش و سرمایش خورشیدی استفاده کرد. اگر گیاه در بخش جنوبی ساختمان قرار بگیرد، برگ های آن در طول تابستان سایه تولید می کنند و در زمستان شاخه های لخت و بدون امکان عبور نور را فراهم می کنند.

آشپزی

اجاق های خورشیدی از نور خورشیدی برای آشپزی، خشک کردن و پاستوریزه سازی استفاده می کنند. این وسایل به سه دسته ی عمده تقسیم می شوند، اجاق های جعبه ای، اجاق های پنلی و اجاق های انعکاسی.

عکس

تصفیه ی آب

با فرآیند تقطیر خورشیدی می توان از آب شور یا بد مزه آب آشامیدنی تولید کرد. اولین بار شیمی دان های عرب قرن شانزدهم به این فناوری دست پیدا کردند. سپس پروژه ی تقطیر خورشیدی در مقیاس بزرگ تر در 1872 در لاس سالیناس شیلی آغاز شد.

عکس

معماری

نور خورشید از ابتدای تاریخچه ی معماری بر طراحی ساختمان تاثیر گذار بوده است. روش های پیشرفته ی معماری خورشیدی و برنامه ریزی شهری در ابتدا توسط یونانی ها و چینی ها به کار رفتند، آن ها برای حداکثر استفاده از نور و گرما ساختمان های خود را به سمت جنوب می ساختند.

عکس

در روش های جدید طراحی خورشیدی از مدل سازی کامپیوتر استفاده می شود و سیستم های گرمایش، نور پردازی و تهویه ی خورشیدی در یک مجموعه ی یک پارچه ارائه می شوند. تجهیزات خورشیدی active مانند پمپ ها، فن ها و پنجره های قابل جایگزینی می توانند مکملی برای طراحی passive باشند و عمل کرد کلی سیستم را بهبود دهند.

کشاورزی و باغبانی

صنعت کشاورزی و باغبانی به دنبال بهینه سازی انرژی خورشیدی دریافتی و افزایش بهره وری واحد ها است. روش هایی مثل چرخه های زمان بندی شده، جهت گیری سطری، ارتفاع متناوب بین سطر ها و ترکیب گونه های گیاهی می توانند به توسعه ی برداشت محصول کمک کنند. در بعضی نقاط کشاورز ها برای حداکثر سازی جذب انرژی خورشیدی از دیوار های میوه ای استفاده می کنند. این دیوار ها سرعت رسیدن میوه ها را از طریق گرم نگه داشتن آن ها افزایش می دهند. دیوار های اولیه عمود بر زمین و به سمت جنوب ساخته می شدند؛ اما به مرور زمان، برای جذب بهتر نور

خورشید از دیوار های شیب دار استفاده شد. انرژی خورشیدی علاوه بر پرورش، در دیگر کاربرد های کشاورزی مثل پمپ کردن آب، خشک کردن محصولات، جوجه کشی و خشک کردن کود های کشاورزی هم نقش دارد. گلخانه ها هم نور خورشید را به گرما تبدیل می کنند. در این شرایط امکان پرورش بسیاری از محصولات به صورت طبیعی فراهم می شود.

عکس

حمل و نقل

یکی از اهداف مهندسین از دهه ی 1980 توسعه ی ماشین های خورشیدی بوده است. بعضی وسایل نقلیه از پنل های خورشیدی برای تامین نیروی اضطراری از جمله تهویه ی هوا برای خنک کردن فضای داخل ماشین استفاده می کنند و به این صورت مصرف سوخت را کاهش می دهند.

عکس

تولید سوخت

فرآیند های شیمیایی خورشیدی از انرژی خورشیدی برای اجرای واکنش های شیمیایی استفاده می کنند. این فرآیند ها می توانند انرژی خورشید را به سوخت های قابل انتقال و قابل ذخیره سازی تبدیل کنند. واکنش های شیمیایی خورشیدی را می توان به دو نوع ترمو شیمیایی و فوتو شیمیایی تقسیم کرد. فناوری های تولید هیدروژن از دهه ی 1970 بخش گسترده ای از پژوهش های انرژی خورشیدی را در بر می گیرند.

آب گرم کن خورشیدی

از انرژی خورشیدی می توان برای تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکان هایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد، استفاده کرد. چنان چه ظرفیت این سیستم ها افزایش یابد می توان از آن ها در حمام های خورشیدی نیز استفاده نمود.

عکس

گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی

اولین خانه خورشیدی در سال 1939 ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای به کارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است. گرمایش و سرمایش ساختمان ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در دهه 1930 مطرح شد و در کم تر از یک دهه به پیشرفت های قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم های خورشیدی می توان علاوه بر آب گرم

مصرفی و گرمایش از این سیستم ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.

عکس

آب شیرین کن خورشیدی

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با دمای کم روی آب شور اثر کند، آب تبخیر شده و املاح باقی می ماند.

سپس با استفاده از روش های مختلف می توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزیره ها را تامین کرد.

آب شیرین کن خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا می توان برای استفاده شهر ها آب شیرین تولید کرد.

خشک کن خورشیدی

خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آن ها از زمان های بسیار قدیم مرسوم بوده و انسان های نخستین خشک کردن را یک هنر می دانستند.

خشک کردن عبارت است از، گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری ها است. در خشک کن های خورشیدی به طور مستقیم یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می شود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان

یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می گردد. خشک کن های خورشیدی در اندازه ها و طرح های مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می شوند.

عکس

اجاق های خورشیدی

دستگاه های خوراک پز خورشیدی اولین بار به وسیله ی شخصی به نام نیکلاس ساخته شدند. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشه ای درپوش آن را تشکیل می داد. پرتو خورشید با عبور از میان این شیشه ها وارد جعبه شده و به وسیله ی سطح سیاه جذب می شد. سپس درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه افزایش می داد. اصول کار اجاق خورشید ی جمع آوری پرتو های مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه است. امروزه طرح های متنوعی از این سیستم ها وجود دارد که این طرح ها در مکان های مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده اند. استفاده از این اجاق ها به ویژه در مناطق شرقی ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می باشند، بسیار مفید خواهد بود.

کوره خورشیدی

در سده هجدهم میلادی، نوتو را اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت

و به وسیله ی آن یک تل چوبی را در فاصله 60 متری آتش زد.

متداول ترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آیینه یکی تخت و دیگری کروی است. نور خورشید به آیینه تخت رسیده و توسط این آیینه به آیینه خمیده باز تابیده می شود. طبق قوانین اپتیک هرگاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید، در محل کانون متمرکز می شوند. به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود که این نقطه به دما های بالایی می رسد. امروزه پروژه های متعددی در زمینه کوره های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجرا است. کوره خورشیدی وسیله ای است که از تعداد بسیار زیادی آینه تخت که به صورت الکترونیکی کنترل می شود برای متمرکز ساختن نور خورشید در یک ناحیه کوچک جهت تولید دما های بسیار بالا ساخته شده است. از این گرما برای تولید آب گرم و بخار آب گرم برای به راه انداختن توربین یک نیروگاه برق استفاده می شود.

خانه های خورشیدی

ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه های خود در زمستان استفاده می کردند. آنان ساختمان ها را به ترتیبی بنا می کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاق های نشیمن می تابید ولی در روز های گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ های دیگر دنیا نیز می توان نمونه هایی از این قبیل طرح ها را مشاهده نمود. در سال های بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده آمریکا طرح های گوناگونی در زمینه خانه های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران به طور جدی ساخت خانه های خورشیدی را آغاز کرده اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته اند، مثلاً در ایالات متحده در سال 1980 به تنهایی حدود 10000 تا 20000 خانه خورشیدی ساخته شده است. در این گونه خانه ها سعی می شود از انرژی خورشید برای روشنایی، تهیه آب گرم بهداشتی، سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با به کار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.

انرژی الکتریکی خورشیدی

عکس

می توان انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل کرد، برای این کار دو روش اصلی وجود دارد. یک روش استفاده از حرارت خورشیدی و روش دیگر استفاده از صفحات خورشیدی فتوولتاییک است.

نیروگاه حرارتی - خورشیدی

تاسیساتی که با استفاده از آن ها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می شود، نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می شود. در نیروگاه های حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش های خورشیدی، تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین ها است یا به عبارت دیگر می توان گفت که این نوع نیروگاه ها شامل دو قسمت هستند.

1- سیستم خورشیدی که پرتو های خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می نماید.

2- سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاه های حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می کند.

این تاسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده ها به چند دسته تقسیم می شوند:

1- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها آیینه های سهموی ناودانی هستند.

2- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آیینه های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می شود. (دریافت کننده مرکزی)

3- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها بشقابی سهموی (دیش) است.

4- دودکش خورشیدی

تولید برق خورشیدی فتوولتاییک

عکس

فتوولتاییک یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه های تولید الکتریسیته از نور خورشید است. در این روش با به کار گیری سلول خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان پذیر می شود. الکتریسیته یا می تواند به طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود و ابزار های فتوولتایک استفاده کند، یا به طور غیر مستقیم از ژنراتور های بخار ذخایر حرارتی خورشیدی را برای گرما بخشیدن به یک سیال کاربردی مورد استفاده قرار می دهند.

به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیسم های محرک، الکتریسیته تولید کند، پدیده فتوولتاییک و به هر سیستمی که از این پدیده ها استفاده کند سیستم فتوولتاییک گویند. سیستم های فتوولتاییک یکی از پر مصرف ترین کاربرد های انرژی های نو می باشند. از سری و موازی کردن سلول های آفتابی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلول های سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتاییک می گویند. امروزه این گونه سلول ها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می شود. پنل خورشیدی در واقع

مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می باشد که کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده و توان ورودی پنل ها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار مصرفی یا باتری، تزریق و کنترل می کند.

مقایسه راندمان فتوولتاییک و حرارتی

هر چند امروزه شاهد مونتاژ سلول های خورشیدی در دست قدرت های اقتصادی هستیم، ولی فارغ از تبلیغات کارتل های بزرگ انرژی، نتایج پژوهش های جدید کشور های صنعتی و نمونه های میدانی حاکی از آن است که، راندمان نیروگاه حرارتی با خورشید بر جریان ضعیف سلول های خورشیدی برتری دارد. این شکاف رو به گسترش به دلیل اتلاف انرژی حتی در بهترین سلول ها و از طرفی نیز بهینه سازی روز افزون عدسی های فرنل و آیینه های اره‌ای برای دریافت صد در صدی این انرژی به وجود آمده است.

می توان گفت ثبت گرم ترین نقطه کره زمین در ایران و هزینه ارزی گزاف نگهداری یا واردات سلول های خورشیدی، در مقایسه با ساختار ارزان و ساده آیینه یا خصوصاً عدسی مزید بر این ها خواهد شد.

میزان تولید برق با انرژی خورشیدی در جهان و ایران

چین از نظر تولید برق از این منبع در راس جهان قرار دارد. ایران با داشتن حدود 300 روز آفتابی در سال جزو بهترین کشور های دنیا در زمینه انرژی خورشیدی در جهان است. با توجه به موقعیت جغرافیای ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهم ترین عواملی است که باید مورد توجه قرار گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل های انتقال انرژی به روستا ها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل و نقل، نگهداری و عوامل مشابه است.

با توجه به استاندارد های بین المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از 3/5 کیلو وات ساعت در متر مربع (3500 وات در ساعت) باشد استفاده از مدل های انرژی خورشیدی نظیر جمع کننده های خورشیدی یا سیستم های فتوولتاییک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.

در بسیاری از قسمت های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین

بین المللی است و در برخی از نقاط حتی بالاتر از 7 تا 8 کیلو وات ساعت بر متر مربع اندازه گیری شده است، ولی به طور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود 4/5 کیلو وات ساعت بر متر مربع است. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرم کن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استان خراسان، استان سیستان و بلوچستان، استان یزد و استان کرمان نصب و راه اندازی شده است.

خورشید به عنوان یک راکتور هسته ای طبیعی، بسته های کوچکی از انرژی به نام فوتون را آزاد می کند، فوتون ها در مدت زمان تقریبی 5/8 دقیقه فاصله ی 150000000 کیلو متری خورشید تا زمین را طی می کنند. این ذرات برای تولید انرژی خورشیدی سالانه و بر آورده ساختن نیاز های انرژی جهانی کافی هستند.

توان فتوولتاییک فعلی تنها نیمی از انرژی مصرفی ایالات متحده را تشکیل می دهد؛ اما فناوری خورشیدی در حال پیشرفت است و هزینه ی پیاده سازی این نوع انرژی هم با سرعت چشم گیری در حال کاهش است. فناوری های متعددی برای تبدیل نور خورشید به انرژی مصرفی ساختمان ها وجود دارند. متداول ترین فناوری های خورشیدی برای خانه ها و شرکت ها فناوری آب گرم خورشیدی، طراحی خورشیدی passive برای سرمایش و گرمایش محیط و فناوری فتوولتاییک خورشیدی برای برق هستند. سازمان ها و صنایع از این فناوری ها برای افزایش منابع انرژی، بهبود بازده ی و کاهش هزینه ها استفاده می کنند. متداول ترین نوع انرژی خورشیدی، انرژی فتوولتاییک است. سیستم فتوولتاییک خورشیدی یک سیستم الکتریکی است که از پنل های خورشیدی، معکوس کننده و چند مؤلفه ی دیگر (مونتاژ، کابل و ...) تشکیل شده‌است.

عکس

فصل دوم: سلول های خورشیدی

اشاره

عکس

عملکرد و انواع سلول های خورشیدی

سلول خورشیدی مؤلفه ی اصلی پنل خورشیدی است. گاهی به آن ها سلول های فتوولتاییک یا سلول های PV هم گفته می شود. این سلول ها با جذب نور خورشید، برق تولید می کنند. نام PV از فرآیند تبدیل نور (فوتون ها) به برق (ولتاژ) گرفته شده است، که به آن اثر PV هم گفته می شود. اثر PV برای اولین بار در سال 1954 کشف شد، یعنی زمانی که دانشمندان در ایستگاه تلفن Bell کشف کردند، در صورتی که سیلیکون را در مقابل نور خورشید قرار دهند، بار الکتریکی تولید می کند. اندکی پس از این کشف، از سلول های خورشیدی برای تقویت ماهواره های فضایی و کالا های کوچک تری مثل ماشین حساب و ساعت استفاده شد.

عکس

آرایه ی بزرگ سیلیکونی که روی بام یک ساختمان تجاری نصب شده‌است.

سلول های خورشیدی از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند، که متداول ترین نوع آن کریستالین سیلیکون است. دو نوع کریستالین سیلیکون وجود دارد، اما نوع مونو کریستالین سیلیکون کاربرد بیش تری دارد. این نوع سلول دارای یک ساختاری مربعی است و خاصیت سیلیکونی بالای آن قوی تر (و البته گران تر) از دیگر مصالح پنل خورشیدی است. نوع دیگر کریستالین سیلیکون، پلی کریستالین نمونه ی ارزان تر با کارایی و تاثیر کم تر است، از این نوع، در فضا های بزرگ (برای مثال مزرعه ی خورشیدی، مناطق غیر مسکونی) استفاده می شود.

نسل دوم سلول های خورشیدی، سلول های نواری (Thin film) هستند که از سیلیکون آمورف یا مواد غیر سیلیکونی مثل کادمیوم تلورید تشکیل شده اند. سلول های

خورشیدی thin film از لایه های مواد نیمه رسانا با ضخامت تنها چند میلی متر استفاده می کنند. این سلول ها به دلیل انعطاف پذیری بالا می توانند برای پوشش های سقفی، ساخت نما یا لعاب شیشه ای نورگیر ها به کار بروند.

عکس

سلول های نواری (Thin film)

نسل سوم سلول های خورشیدی علاوه بر سیلیکون از انواع مواد جدید از جمله مرکب های خورشیدی و با استفاده از فناوری های معمولی پرینت، رنگ های خورشیدی و پلاستیک های رسانا ساخته می شوند. بعضی سلول های خورشیدی از لنز های پلاستیکی یا آیینه برای تمرکز نور خورشید بر یک بخش کوچک از مواد PV استفاده می کنند. مواد PV گران قیمت تر هستند، اما به دلیل نیاز اندک به آن ها در صنعت و تاسیسات از نظر هزینه مقرون به صرفه خواهند بود. با این حال به این دلیل که لنز ها باید به سمت نور خورشید قرار بگیرند، کاربرد متمرکز کننده محدود به مناطق آفتابی است.

ساز و کار و روش های ذخیره سازی سلول های خورشیدی

پتانسیل انرژی خورشیدی مصرفی انسان بر اساس معیار هایی مثل شرایط جغرافیایی، تغییرات زمانی، پوشش ابری و زمین متغیر است. شرایط جغرافیایی بر پتانسیل انرژی خورشیدی تاثیر می گذارند، زیرا نواحی نزدیک تر به استوا تشعشعات خورشیدی بیش تری را دریافت می کنند و از این رو استفاده از فتوولتاییک ها یا سلول های خورشیدی

می توانند پتانسیل انرژی خورشیدی را در مناطق دور از استوا افزایش دهند. تغییرات زمانی هم، بر پتانسیل انرژی خورشیدی تاثیر می گذارند، زیرا در طول شب پرتو های خورشیدی قابل جذب برای پنل های خورشیدی کم تر هستند. پوشش ابری می تواند نور خورشید را مسدود کند و نور موجود برای سلول های خورشیدی را کاهش دهد. معیار مهم دیگر، زمین مناسب است، زمین باید بلا استفاده و مناسب برای تعبیه ی پنل های خورشیدی باشد. پشت بام ها موقعیت مناسبی برای نصب سلول های خورشیدی هستند. به این روش هر خانوار می تواند انرژی خود را به صورت مستقیم تامین کند. مناطق مناسب برای نصب سلول های خورشیدی زمین هایی هستند که قبلا برای اهداف تجاری یا اهداف دیگر به کار نرفته باشند و بتوان واحد های خورشیدی را در آن ها نصب کرد.

عکس

فناوری فعال و فناوری منفعل

فناوری های خورشیدی بر اساس روش دریافت، تبدیل و توزیع نور خورشید و کنترل انرژی خورشیدی در سطوح مختلف سراسر جهان و همین طور فاصله از استوا، به دو دسته ی فعال (active) و منفعل (passive) تقسیم می شوند. در روش فعال از فتوولتاییک ها، نیروی متمرکز خورشیدی، جمع کننده های گرمایی خورشیدی، پمپ ها و فن ها برای تبدیل نور خورشید به خروجی های مفید استفاده می شود. روش منفعل شامل انتخاب مصالحی با خواص گرمایی مناسب، طراحی فضا هایی برای تهویه ی هوا و قرار دادن

موقعیت ساختمان در معرض نور خورشید است. فناوری های خورشیدی فعال تامین انرژی را افزایش می دهند و متمرکز بر فناوری های سمت تامین هستند؛ درحالی که فناوری های منفعل نیاز به منابع جایگزین را کاهش داده و به عنوان فناوری های سمت تقاضا در نظر گرفته می شوند.

ساز و کار تولید انرژی

پنل های خورشیدی PV، برق جریان مستقیم (DC) را تولید می کنند. در برق DC الکترون ها از یک جهت دور مدار به جریان در می آیند. به عنوان یک مثال از جریان DC می توان به تقویت لامپ با یک باتری اشاره کرد. الکترون ها از قطب منفی باطری حرکت کرده از لامپ عبور می کنند و مجددا به قطب مثبت باز می گردند.

عکس

در برق جریان متناوب (AC)، الکترون ها در یک مسیر متناوب دچار نوسان می شوند، این وضعیت مشابه سیلندر موتور ماشین است. وقتی یک حلقه ی سیمی حول یک آهنربا پیچیده شده باشد، ژنراتور برق AC تولید می کند. بسیاری از منابع متفاوت انرژی مثل گاز، سوخت دیزلی، انرژی برق آبی، انرژی هسته ای، زغال سنگی، باد و انرژی خورشیدی می توانند این نوع ژنراتور را کنترل کنند.

به دلیل ارزان بودن انتقال برق AC در مسافت های طولانی، شبکه ی نیروی برق ایالات متحده از برق AC استفاده می کند. این در حالی است که پنل های خورشیدی برق DC تولید می کنند. حالا سؤال این جاست که چگونه می توان برق DC را به

شبکه ی AC منتقل کرد؟ پاسخ استفاده از مبدل یا معکوس کننده است.

عملکرد مبدل یا معکوس کننده ی خورشیدی

مبدل خورشیدی، برق DC را از آرایه ی خورشیدی دریافت کرده و آن را به برق AC تبدیل می کند. معکوس کننده ها مغز های سیستم به شمار می روند. مبدل ها در کنار تبدیل توان DC به AC، وضعیت سیستم از جمله ولتاژ و جریان موجود در مدار های AC و DC ، تولید انرژی و ردیابی حداکثر توان را هم نمایش داده و از خطا جلوگیری می کنند.

عکس

از ابتدای شکل گیری صنعت خورشیدی، مبدل های مرکزی متداول ترین انواع مبدل بوده اند. ظهور مبدل های میکرو یکی از بزرگ ترین تحولات فناوری در صنعت PV بود. مبدل های میکرو عملکرد هر پنل را به صورت مستقل بهینه سازی می کنند و مانند مبدل های مرکزی بر کل سیستم تاثیر نمی گذارند. به این صورت هر پنل خورشیدی حداکثر پتانسیل خود را ارائه می کند. یکی از معایب دیگر مبدل مرکزی این بود که بروز مشکل روی یک پنل خورشیدی (برای مثال قرار گرفتن آن در سایه یا کثیف شدن آن) عملکرد کل آرایه ی خورشیدی را مختل می ساخت. مبدل های میکرو این مشکل را حل کردند. در صورتی که یک پنل خورشیدی مشکلی داشته باشد، بقیه ی آرایه های خورشیدی بدون هیچ مشکلی به کار خود ادامه می دهند.

عملکرد سیستم پنل خورشیدی

بهتر است این مفهوم با یک مثال توضیح داده شود. در ابتدا، نور خورشید به پنل خورشیدی روی سقف می تابد. پنل ها انرژی را به جریان DC تبدیل می کنند تا در معکوس کننده جریان پیدا کند. معکوس کننده ی برق DC را به AC تبدیل می کند، در مرحله ی بعدی می توان از این برق برای تامین نیروی یک خانه استفاده کرد. این انرژی ساده و پاک، مقرون به صرفه و بهینه است.

اما ساعاتی که شما در خانه نیستید چه اتفاقی می افتد؟ یا مثلا هنگام شب که سیستم خورشیدی، قادر به تولید برق نیست چه کار باید کرد؟ جای هیچ نگرانی نیست، در این شرایط می توان از سیستم Net metering استفاده کرد. این سیستم یک نوع سیستم معمولی PV مبتنی بر شبکه است که در ساعات اوج روز انرژی بیش تری را تولید می کند، بنا بر این انرژی مازاد دوباره به شبکه باز می گردد. مصرف کننده می تواند از انرژی اضافه در هنگام شب یا روز های ابری استفاده کند. این سیستم نسبت انرژی ارسالی به انرژی دریافتی از شبکه را ثبت می کند. در مقیاس گسترده تر، سه نوع سیستم نیروگاه ی برای انرژی خورشیدی وجود دارد که عبارت اند از:

1- سیستم متمرکز کننده ی خطی

2- سیستم بشقاب / موتور (dish/engine)

3- سیستم برج نیرو (power tower)

عکس

سیستم متمرکز کننده ی خطی انرژی خورشید را با استفاده از آیینه های مستطیلی و

سهموی جمع آوری می کند. آیینه ها به سمت خورشید منحرف می شوند، نور خورشید را روی لوله هایی (گیرنده ها) متمرکز می کنند که در طول آیینه ها قرار گرفته اند. نور منعکس شده، جریان سیال داخل لوله ها را گرم می کند. سپس از این جریان داغ برای جوشاندن آب در یک ژنراتور معمولی توربینی به منظور تولید انرژی برق استفاده می شود.

سیستم بشقاب / موتور از یک بشقاب آیینه ای مشابه بشقاب بزرگ ماهواره ها استفاده می کند. این سیستم با هدف حداقل سازی هزینه ها، از ترکیبی از آیینه های مسطح ساخته شده‌است که در یک شکل بشقابی کنار هم قرار گرفته اند. سطح بشقابی نور خورشید را به گیرنده ی گرمایی هدایت می کند، گیرنده ی گرمایی گرما را جذب و جمع آوری می کند و سپس آن را به ژنراتور موتور منتقل می کند. متداول ترین نوع موتور گرمایی که امروزه در سیستم های بشقاب / موتور به کار می رود، موتور استرلینگ است. این سیستم از سیال داغ برای جا به جایی پیستون ها و تولید نیروی مکانیکی استفاده می کند. سپس از این نیروی مکانیکی برای راه اندازی ژنراتور یا تناوبگر و تولید برق استفاده می شود.

چگونه گوگل مسیر خرید انرژی پاک را برای شرکت ها هموار کرد؟

سیستم برج نیرو (Power tower) از یک بخش بزرگ و مسطح از آیینه های ردیابی خورشیدی موسوم به هلیوستات تشکیل شده که از آن ها برای متمرکز کردن نور

خورشید روی یک گیرنده در قسمت بالای برج استفاده می کند. از سیال داغ موجود در گیرنده برای تولید بخار استفاده می شود، در مرحله ی بعدی از این بخار در یک ژنراتور توربینی معمولی برق تولید می شود. بعضی برج های نیرو از بخار یا آب به عنوان سیال داغ استفاده می کنند. طرح های پیشرفته ی دیگر به دلیل قابلیت های ذخیره سازی انرژی و انتقال گرمای نمک مذاب نیترات، از این ماده استفاده می کنند. قابلیت ذخیره سازی انرژی یا ذخیره سازی گرمایی امکان توزیع برق در روز های ابری یا هنگام شب را هم فراهم می کند.

فناوری نمک مذاب

از نمک مذاب می توان به عنوان روش ذخیره سازی گرمایی برای حفظ انرژی جمع آوری شده توسط برج خورشیدی استفاده کرد که در نهایت برای تولید برق در آب و هوای بد یا هنگام شب به کار می رود. بر اساس پیشبینی ها بازدهی این سیستم 99 درصد است. نمک در دمای 131 درجه ی سانتی گراد ذوب می شود و تا 288 درجه ی سانتی گراد در یک محفظه ی ذخیره سازی سرد به حالت مایع باقی می ماند. نمک مایع از طریق پنل ها به داخل یک جمع کننده خورشیدی پمپ می شود، در این جمع کننده دما به 566 درجه ی سانتی گراد می رسد. در صورت نیاز به برق نمک داغ به یک ژنراتور بخار معمولی پمپ می شود تا بخار داغ را برای توربین یا ژنراتور در هر کدام از واحد های نیروی هسته ای، زغال سنگی، نفتی و ... فراهم کند.

عکس

نیروگاه های مطرح دنیا

در ژوئن 2017 چین و هند به عنوان پیشتازان توسعه ی پروژه های انرژی خورشیدی در مقیاس وسیع شناخته شدند. میزان تقاضای انرژی ایالات متحده وجود رکود اقتصادی به لطف تشویق های مالی دولت و افزایش نگرانی های زیست محیطی عمومی در حال افزایش است. اگر چه بزرگ ترین نیروگاه ها در خارج از ایالات متحده قرار دارند؛ اما دو نیروگاه در کالیفرنیا و نیومکزیکو در دست احداث هستند. احداث این دو نیروگاه می تواند تسلط اروپا بر بازار انرژی خورشیدی را کاهش دهد و تعادل ایجاد کند. از جمله نیروگاه های بزرگ و وسیع دنیا می توان به موارد زیر اشاره کرد.

نیروگاه خورشیدی کاموتی هندوستان، با تولید توان 648 مگا وات

تاسیسات کاموتی، تامیل نادو با ظرفیت تقریبی 648 مگا وات تقریبا 10 کیلو متر را پوشش داده است.

پارک خورشیدی لونجیا واکسیا دام (چین)

این پارک خورشیدی از جدیدترین پروژه های انرژی خورشیدی در مقیاس وسیع است. در یک مزرعه ی خورشیدی در شهر سیکسی در استان شرقی ژیجانگ، 300 هکتار پنل خورشیدی نصب شده است. انتظار می رود این مزرعه در یک سال 220 گیگا وات برق تولید کند، این میزان می تواند انرژی مورد نیاز تقریبا 100٬000 خانوار را تامین کند.

پارک خورشیدی کورنول اولترا مگای هندوستان

این پارک با فراهم کردن ظرفیت نیروی خورشیدی 900 مگا وات، در رتبه ی بالاتری نسبت به نیروگاه 648 مگا واتی در تامیل نادو و نیروگاه (Topaz) با ظرفیت 550 مگا وات در کالیفرنیا قرار می گیرد.

نیروگاه خورشیدی داتونگ چین (1000 مگا وات)

نیروگاه داتونگ چین، پس از تکمیل شدن بزرگ ترین نیروگاه خورشیدی دنیا خواهد بود. به نقل از آمار دولتی، از تاریخ جولای 2016 تا ژانویه ی 2017، داتونگ

توان کلی 870 مگا وات برق را تولید کرده است، که برابر با بیش از 120 میلیون وات در ماه می شود.

پارک خورشیدی تنگر چین (1500 مگا وات)

نیروگاه خورشیدی 1547 مگاواتی در ژونگی، بزرگ ترین نیروگاه خورشیدی جهان است که به دیواره ی خورشیدی چین هم معروف است. بیابان تنگر یک منطقه ی طبیعی و بایر است که 36٬700 کیلو متر را پوشش می دهد و نیروگاه خورشیدی 1200 کیلو متر از این منطقه را اشغال کرده است (2/3 در صد از کل منطقه).

نیروگاه های مطرح خورشیدی ایران

ایران با وجود 300 روز آفتابی از مجموع 365 روز سال در بیش از دو سوم مساحت خود و متوسط تابش 5/4 تا 5/5 کیلو وات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشور های با پتانسیل بالا در زمینه ی انرژی خورشیدی است. طبق مطالعاتی که مرکز هوا فضای آلمان (DLR) انجام داده، در مساحتی بیش از 2000 کیلو متر مربع، امکان نصب بیش از 60 هزار مگا وات نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.

بنا به گزارشات خلاصه ای از فعالیت های انجام شده در حوزه ی خورشیدی به این شرح است.

1- احداث نیروگاه حرارتی خورشیدی سهموی خطی شیراز به ظرفیت 250 کیلو وات تا مرحله تولید بخار و انجام تحقیقات در زمینه ی فناوری ساخت و تست قالب مربوط به آینه جمع کننده نیروگاه شیراز، خم کاری شیشه و تولید آیینه های سهمی، ایجاد پتانسیل علمی، فنی و تربیت کارشناسان ماهر برای طراحی و ساخت و راه اندازی نیروگاه های بزرگ خورشیدی در آینده و ساخت سیستم های کنترلی و نرم افزار های کنترل کلکتور های خورشیدی در نیروگاه های حرارتی خورشیدی در خصوص نیروگاه های حرارتی خورشیدی.

2- برق رسانی فتوولتاییک به روستا ها (برق رسانی به 358 خانوار روستایی) جمعاً به ظرفیت 386 کیلو وات.

3- طراحی، نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتاییک با ظرفیت اسمی 97 کیلو وات در منطقه سرکویر سمنان.

4- طراحی، نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتاییک با ظرفیت اسمی 30 کیلو وات متصل به شبکه در طالقان.

5- طراحی، نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتاییک با ظرفیت اسمی 5 کیلو وات در منطقه دربید یزد.

6- مطالعه و پژوهش برای تسلط بر فناوری طراحی و ساخت دیش استرلینگ خورشیدی.

7- انجام پتانسیل سنجی و تهیه اطلس خورشیدی کشور و زمینه سازی جهت تهیه نقشه های پتانسیل تابش خورشیدی ایران با سازمان فضایی آلمان (DLR).

8- طراحی، ساخت و نصب انواع سیستم های برق خورشیدی نظیر چراغ های خیابانی فتوولتاییک، پمپ آب کش برای مصارف کشاورزی، تجهیز یک منطقه مرزی، روشنایی تونل به کمک سیستم های فتوولتاییک.

9- مطالعه و ساخت اتصالات اهمیک برای سلول های خورشیدی سیلیسیم لایهنازک.

10- طراحی، تدوین دانش فنی و ساخت اینورتر (معکوس کننده) متصل به شبکه با توان 5 کیلو وات و هم چنین اینورتر متصل به شبکه بدون ترانس با توان 1/5 کیلو وات.

11- مطالعات شناخت، امکان سنجی فنی، اقتصادی، کاربرد و طراحی سیستم های هیبرید انرژی های تجدید پذیر (باد - دیزل - فتوولتاییک - زیست توده و خورشیدی) در ایران.

12- احداث پارک خورشیدی در سایت انرژی های نو طالقان.

13- طراحی مفهومی نیروگاه هیبریدی خورشیدی شیراز به منظور افزایش ظرفیت 500 کیلو وات با بهره گیری از جمع کننده های پیشرفته سهموی خطی.

14- مطالعه انواع فناوری های آب شیرین کن خورشیدی.

15- ارزیابی رفتار مصرف کنندگان سیستم های انرژی خورشیدی (آب گرم کن و اجاق) در منطقه جنگلی آرمرده.

16- طراحی و ساخت دستگاه تبرید 5 تن خورشیدی به روش دسیکنت جامد خورشیدی.

پیش از این در سال 2010 نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی یزد به عنوان هشتمین نیروگاه بزرگ خورشیدی جهان شناخته شده بود. اولین بار بود که نیروگاهی

از ترکیب انرژی خورشید و گاز طبیعی در جهان استفاده می کرد. این نیروگاه با دانش متخصصان ایرانی ساخته شده است و مجموع ظرفیت آن در زمان بهره برداری و در شرایط ایزو به 308 مگا وات می رسید.

انرژی خورشیدی خانگی و نیروگاه خورشیدی صنعتی

انرژی خورشیدی خانگی و نیروگاه خورشیدی صنعتی منبع بی پایان انرژی برای مصارف خانگی و نیروگاهی می باشند. به دلیل ارزان بودن بهای برق در ایران هنوز قیمت انرژی خورشیدی برای اماکنی که دسترسی به برق شهری دارند به صرفه نیست. با این وجود برق خورشیدی حاصله از انرژی سولار، برق پاک، پایدار، تجدید پذیر و تمام ناشدنی است، از این رو راهکاری پاک برای حفاظت از محیط زیست بوده و راهکاری استراتژیک برای اهداف سیاسی و اقتصادی بلند مدت کشور ها می باشد و کشور هایی که به دنبال تامین انرژی پایدار و حفظ محیط زیست خود هستند، باید در این راه علاوه بر سرمایه گذاری های مستقیم دولتی از سرمایه گذار های شخصی نیز حمایت کنند.

عکس

کاربرد انرژی خورشیدی برای مصارف خانگی و نیروگاه خورشیدی برای مصارف صنعتی و نیروگاهی

سیستم های خورشیدی دارای کاربری های گوناگونی می باشند. از این سیستم ها

جهت تولید الکتریسیته برای اماکن مختلف (از کاربری خانگی گرفته تا کاربری صنعتی و نیروگاهی) استفاده می گردد. اولین و ابتدایی ترین کاربرد این سیستم ها جهت تولید برق برای اماکنی است که دسترسی به شبکه برق سراسری ندارند.دومین کاربرد رایج چنین سیستم های برای تولید برق نیروگاهی جهت استفاده در شبکه سراسری برق می باشد و در نهایت، امروزه کاربرد جدیدی از این سیستم ها به عنوان مولد برق اضطراری رایج شده است. سیستم های برق اضطراری خورشیدی به عنوان سیستم برق پشتیبان برای برق شهری عمل می کنند و تنها در صورتی که شبکه برق با قطعی یا نواسانات شدید مواجه شود، سیستم برق اضطراری ساختمان وارد مدار شده و انرژی مورد نیاز ساختمان را تامین می نماید.

نحوه عملکرد سیستم انرژی خورشیدی خانگی

سیستم های برق خورشیدی فتوولتاییک PV جهت مصارف عمومی و کشاورزی، به صورت نیروگاه های مستقل از شبکه سراسری یا سیستم های متصل به شبکه سراسری با ساختار نصب ثابت و یا متحرک در واحد های کوچک با توان پایین جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب های کوچک تا سیستم های بزرگ نیروگاهی، به کار می روند.

عکس

انواع سیستم ها برای تولید برق اضطراری خورشیدی

اشاره

بر اساس کاربرد سیستم های سولار تولید برق اضطراری خورشیدی، این سیستم ها به دو نوع کلی جدا از شبکه ( off-Grid) و متصل به شبکه (on-Grid) تقسیم می شوند:

1- سیستم های مستقل جدا از شبکه

مجموعه های مستقل و جدا از شبکه هستند و تولید برق در این مجموعه ها به صورت منفصل از شبکه و به منظور استفاده شخصی توسط خود تولید کننده می باشد. مالکان عمده چنین سیستم هایی، منازل، ویلا ها، باغ های شخصی، دامداری ها، گاوداری ها، کارگاه های تولیدی، کارخانجات، ادارات، شرکت ها، سازمان ها، و اماکنی از این قبیل می باشند.

2- سیستم های متصل به شبکه

مجموعه های متصل به شبکه سراسری برق هستند و تولید برق در این مجموعه ها به منظور فروش برق تولیدی به شبکه برق کشوری و یا منطقه ای می باشد. نیروگاه های خورشیدی عظیم چند مگا واتی از یک طرف و کارگاه های کوچک چند ده کیلو واتی و نیروگاه های بزرگ چند صد کیلو واتی از طرف دیگر، تشکیل دهنده شبکه توزیع شده برق خورشیدی متصل به شبکه سراسری برق هستند.

اجزای اصلی سیستم های خورشیدی تولید برق

یک سیستم برق خورشیدی فوتوولتاییک از بخش های مختلفی تشکیل شده‌است. اجزای اصلی تشکیل دهنده سیستم های انرژی خورشیدی در بر گیرنده پنل های خورشیدی، شارژ کنترلر، باتری مخصوص سیستم خورشیدی، کابینت باتری، مبدل، پایدار کننده، تابلو برق، کنتور و تجهیزات اندازه گیری برق ورودی و خروجی و اتصالات درون شبکه‌ای و برون شبکه‌ای می باشند.

عکس

عکس

سیستم خورشیدی خانگی

سیستم های انرژی خورشیدی نیروگاهی به مجموعه های تولید برق خورشیدی در مقیاس کارگاه های کوچک خورشیدی، نیروگاه های خورشیدی متوسط و هم چنین نیروگاه های عظیم خورشیدی گفته می شود. سیستم های نیروگاهی تولید انرژی خورشیدی از نوع سیستم های متصل به شبکه سراسری برق می باشند.

معمولا در سیستم های متصل به شبکه از باتری استفاده نمی شود و تولید انرژی تنها در طول روز صورت می پذیرد.

تجهیزاتی اصلی که در این نیروگاه ها استفاده می شوند، شامل تجهیزات تبدیل انرژی خورشید به جریان الکتریسیته، تجهیزات انتقال و تجمیع جریان های الکتریکی به سمت درگاه خروجی نیروگاه به شبکه برق، تجهیزات تنظیم جریان و ولتاژ خروجی مجموعه و نهایتا تجهیزات اندازه گیری جریان خروجی برای محاسبه برق انتقالی به شبکه می باشند.

عکس

سیستم های خورشیدی جدا از شبکه

در یک سیستم خورشیدی شخصی جدا از شبکه، تبدیل انرژی خورشیدی به برق خورشیدی برای مصرف شخصی توسط خود مجموعه تولید کننده برق خورشیدی می باشد.

سیستم های خورشیدی شخصی معمولا از نوع سیستم های انرژی خورشیدی کاملا

جدا از شبکه سراسری برق می باشند. استفاده از سیستم های خورشیدی غیر متصل به شبکه برای مصارف صنعتی، تجاری و خانگی و معمولا در نقاطی می باشد که دسترسی به شبکه سراسری برق وجود ندارد.

عکس

تجهیزات سیستم های خورشیدی جدا از شبکه

عکس

به طور کلی در یک سیستم جدا از شبکه ابتدا باید انرژی خورشید به جریان الکتریکی تبدیل شود. سپس جریان الکتریکی تولید شده باید برای استفاده در تجهیزات مصرفی تنظیم ولتاژ و جریان شود .گاهی اوقات برای سیستم های حساس نیاز است جریان تولید شده برای داشتن فرکانس های یک نواخت فیلتر شود. در

صورت نیاز به استفاده از انرژی تولید شده در طول روز برای مصرف به هنگام شب باید از انواع باتری 12 ولت و باتری 24 ولت و در برخی موارد باطری 48 ولت جهت ذخیره سازی برق اضافی تولید شده در طول روز استفاده نمود.

با این توصیفات، تجهیزات لازم برای یک سیستم انرژی خورشیدی جدا از شبکه عبارتند از:

1- زنجیره پنل های خورشیدی متشکل از سلول های خورشیدی و صفحات فوتوولتاییک برای تبدیل انرژی موجود در پرتوی نور و فوتون های نور خورشید به انرژی برق

2- شارژر خورشیدی که از آن با نام شارژ کنترلر خورشیدی و شارژ کنترلر انرژی خورشیدی هم یاد می شود.

3- باطری و کابینت باتری: باتری های مورد استفاده در سیستم های خورشیدی باید از نوع مخصوص این سیستم ها باشند تا در هنگام شارژ و دشارژ با مشکل مواجه نشوند.

4- مبدل برق DC به AC

5- تثبیت کننده برق

عکس

سیستم برق خورشیدی خانگی متصل به شبکه

در سیستم های خانگی متصل به شبکه، سیستم خورشیدی خانگی، متصل به شبکه سراسری برق می باشد.

در این روش در هنگام روز و بدون نیاز به باتری، انرژی برق تولید شده در خانه مصرف شده و مازاد آن به شبکه برق تزریق می گردد. در هنگام شب به جای تزریق برق به شبکه، خانه انرژی مورد نیاز خود را از شبکه دریافت می کند. در حقیقت در این سیستم، کاربر برق تولیدی خود را به سازمان انرژی های نو ایران (وزارت نیرو) می فروشد.

در این روش، برق تولید شده پس از تبدیل شدن به وسیله مبدل مخصوص سیستم های متصل به شبکه و با استفاده از کنتور های مخصوص دو طرفه، به شبکه برق سراسری تزریق خواهد شد. در این حالت، کاربر در حقیقت یک نیروگاه کوچک خورشیدی در خانه خود احداث نموده است که با توجه به سرمایه و فضا می تواند از 1 تا 20 کیلو وات در خانه نیروگاه احداث نماید.

به دلیل عدم استفاده از باتری در این سیستم ها، طول عمر سیستم بسیار بالا خواهد بود و ارزش افزوده بالایی خواهد داشت.

عکس

در سیستم های خانگی جدا از شبکه، برق تولید شده از پنل خورشیدی، وارد باتری شده و در آن ذخیره می گردد. سپس برق ذخیره شده در باتری پس از تبدیل شدن به برق متناوب توسط متناوب مخصوص سیستم های جدا از شبکه، وارد مدار برق خانه می شود.در این روش یک کاربر می تواند همه یا بخشی از برق خانه خود را با استفاده از برق خورشیدی تامین نماید.

تجهیزات نیروگاه های خورشیدی متصل به شبکه

1- سلول های خورشیدی و انواع پنل خورشیدی 12 ولت تا 220 ولت برای تبدیل انرژی فوتون های نور خورشید به جریان الکتریکی.

2- کابل ها و اتصالات درون نیروگاه برای اتصالات بین صفحات خورشیدی و هم چنین سیستم کنترل مرکزی و تابلوی برق خروجی.

3- تابلوی برق برای تجمیع اتصالات و محافظت از تجهیزات شبکه داخلی نیروگاه.

4- کنتور برق و تجهیزات اندازه گیری جریان و ولتاژ برق جهت اتصال سیستم خورشیدی متصل به شبکه سراسری برق برای محاسبه برق فروخته شده به شبکه برق سراسری.

عکس

محاسبه هزینه تامین برق خانه با استفاده از سیستم خورشیدی

محاسبه مقدار توان سلول های خورشیدی با توجه به محل جغرافیایی که قرار است پنل های فتوولتاییک در آن محل نصب شوند از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. چرا که در موقعیت های جغرافیایی مختلف پارامتر هایی هم چون زاویه تابش آفتاب، متوسط تابش روزانه آفتاب، مقدار ابری بودن روز ها در طول سال و سایر عوامل جوی و محیطی تاثیر زیادی بر طراحی پانل ها از لحاظ ظرفیتی خواهد داشت. مهم ترین پارامتری که در شرایط جغرافیایی مختلف بر روی ظرفیت پانل ها تاثیر می گذارد متوسط تابش روزانه آفتاب در یک منطقه بر حسب ساعت است. خوشبختانه از این

لحاظ ایران کشوری است که بیش تر روز های سال را آفتابی می گذراند و متوسط سالانه روز های آفتابی در ایران به خصوص مناطق مرکزی بسیار بالاست.

برای محاسبه توان مورد نیاز ابتدا باید میزان مصرف انرژی خانه را به دست آورد. این میزان بر روی قبوض برق درج شده‌است و هر کاربر می تواند از طریق قبض برق خود میانگین مصرف ماهانه خود را به دست آورد. اما به طور میانگین برای یک خانه 90 متری این مقدار به طور متوسط سالانه در حدود 165 کیلو وات ساعت در ماه یا به عبارتی در حدود 5/5 کیلو وات ساعت در روز می باشد.

البته در روز های تابستان که کولر روشن خواهد شد این مقدار بیش تر می شود و نوع کولر آبی یا گازی توان متفاوتی را مصرف می کنند.

حال اگر کاربری بخواهد از نیروی خورشیدی برای خانه خود استفاده نماید با توجه به لوازم برقی می بایست توان مصرفی روزانه خود را به دست آورد.

توان مصرفی وسایل برقی معمول

موارد ذکر شده نیاز های اصلی در یک ویلا یا خانه می باشند و به طور تقریبی محاسبه شده است.

برای بر آورد هزینه سامانه خورشیدی مورد نیاز این خانه بر اساس 3800 وات ساعت به شرح زیر عمل می شود.

طبق داده های تجربی به دست آمده از یک نیروگاه خورشیدی در تهران یک پنل خورشیدی 250 واتی می تواند بین 1200 تا 950 وات ساعت در روز برق تولید نماید. بنا بر این برای این که بتوان حداقل برق مورد نیاز یک خانه را تامین نمود باید از 4 پنل خورشیدی 250 واتی یا به عبارتی یک کیلو وات پنل استفاده نمود. در این حالت در روز تقریبا بین 3800 تا 4800 وات ساعت برق تولید خواهد شد. برای شارژ کردن این برق در باتری نیاز به شارژ کنترلر مدل 12 ولت - 40 آمپر می باشد.

هم چنین برای تبدیل برق 12 ولتی به 220 ولت متناوب نیاز به اینورتر یک کیلو واتی است.

میزان باتری مورد نیاز برای ذخیره شدن این میزان انرژی در باتری 12 ولتی، نیاز به باتری با ظرفیت 400 آمپر ساعت است. بنا بر این می توان از 4 باتری 100 آمپر ساعتی استفاده نمود. هم چنین با توجه به شرایط ممکن است نیاز باشد تا پنل ها بر

روی استند های فلزی قرار بگیرند.

قیمت این استند ها برای چهار عدد پنل 250 واتی تقریبا 500000 تومان می شود. هزینه نصب سیستم نیز توسط یک شرکت تقریبا 10 درصد قیمت سامانه می شود که تقریبا برابر 700 تا 800 هزار تومان خواهد بود.

گام های بلند ایران برای استفاده از انرژی های نو

استفاده از انرژی های نو، آینده انرژی ایران را تضمین می کند. ایران، با توجه به موقعیت ممتاز خود از نظر جغرافیایی در آینده نزدیک بهشت سرمایه گذاران برای توسعه انرژی های نو و تجدید پذیر می شود. امروزه انرژی های نو و تجدید پذیر به دلیل پاک بودن و سازگاری با محیط زیست مورد توجه ویژه در کشور های توسعه یافته قرار گرفته اند و باید با یک برنامه ریزی جامع و بلند مدت، بیش از پیش به کارکرد های مثبت استفاده از این انرژی ها توجه کرد.

امروزه کارشناسان بر این اعتقاد هستند که مهم ترین پیامد ادامه استفاده از سوخت های فسیلی، بیماری ها و مشکلات زیست محیطی است و بهره گیری از انرژی های پاک می تواند آینده بهتری را برای هم وطنان رقم بزند و نیز برای جلوگیری از اتلاف بیش تر انرژی در کشور که روند صعودی را طی می کند و با توجه به مزایای استفاده از انرژی های پاک مانند انرژی خورشیدی بخش های صنعتی و دولتی باید پیش گام استفاده از این انرژی باشند.

ایران به دلیل قرار داشتن در منطقه جغرافیایی با طول و عرض تقریبا برابر، بدون تردید یکی از منحصر به فردترین کشور های جهان برای استفاده از انواع انرژی های نو و تجدید پذیر به شمار می رود.

پاک بودن و ارزانی را می توان دو شاخص اصلی تولید انرژی های نو بر شمرد به طوری که این انرژی ها به دلیل بهره وری بالا به خوبی توانسته اند در بسیاری نقاط جای خالی انرژی های فسیلی را پر کنند. در این میان ایران قابلیت های فراوانی برای استفاده از انرژی های باد و خورشید دارد و در کنار دیگر انرژی های تجدید پذیر می توان با اتکا به انرژی حاصل از باد و خورشید مقادیر قابل ملاحظه ای برق را با بهترین شکل ممکن تولید کرد.

عکس

کارشناسان انرژی بر این اعتقادند که انرژی های نو در ادامه قرن 21 باید جایگزین منابع معمول انرژی مانند نفت و گاز شوند تا از مصرف بی رویه فرآورده های هیدرو کربنی کاسته شده و استفاده از انرژی در آینده متکی به ساختاری باشد که در آن منابع انرژی بدون کربن نظیر انرژی خورشید یا باد مورد استفاده قرار گیرند. تجربه نشان داده که حضور دولت ها در تولید انرژی های تجدید پذیر توجیهی ندارد و هر چند که دولت زیر ساخت های لازم را برای توسعه این بخش فراهم کرده‌است، اما در ادامه، کار باید به بخش خصوصی محول شود و به این منظور با تدوین برنامه های لازم باید زمینه ای فراهم شود که بخش خصوصی توجیه اقتصادی لازم را برای حضور در آن داشته باشد.

اکنون دولت هدف گذاری تولید 5 هزار مگا وات از منابع تجدید پذیر را در دستور کار خود قرار داده است و این در حالی است که هم اکنون بیش از 10 هزار مگا وات نیروگاه های آبی بزرگ در حال بهره برداری است.

دولت تمام عزم خود را برای استفاده از انرژی های تجدید پذیر به کار گرفته است. در کشور ما جریان انرژی به سمتی حرکت می کند که بتواند قدرت اقتصادی ایجاد کند و برای این منظور باید با عزم ملی به سوی استفاده از انرژی های نو و تجدید پذیر گام برداریم و در این مسیر جذب سرمایه های جدید و حمایت از سرمایه گذاران نیز از اولویت های وزارت نیروست.

درباره ارائه تسهیلات برای ترغیب بیش تر بخش خصوصی به سرمایه گذاری در انرژی های نو و تجدید پذیر باید گفت که در دولت، رویکرد های حمایتی از بخش

خصوصی به منظور توسعه انرژی های تجدید پذیر افزایش یافته است.

خوشبختانه با قیمت تضمینی خوبی که دولت برای خرید انرژی تجدید پذیر تعیین کرده‌است، بالای 10 هزار مگا وات متقاضی سرمایه گذاری در کشور برای این بخش وجود دارد و عمده این تقاضا ها نیز در مورد نیروگاه های بادی و خورشیدی است. این موضوع نشان می دهد که منابع و تقاضا برای سرمایه گذاری در این بخش وجود دارد و از سوی دیگر زیر ساخت های صنعتی نیز در کشور برای تولید فراهم است.

از یاد نبریم که ایران در بخش باد دارای ظرفیت 40000 مگا واتی است ولی به دلیل کمبود منابع مالی تاکنون نتوانسته ایم از این ظرفیت بهره مند شویم و در بخش انرژی خورشیدی نیز ایران دارای متوسط تابش بیش از 5 کیلو وات ساعت در متر مربع در روز است که در طول 300 روز سال و در 90 درصد خاک کشور اتفاق می افتد.

استان های جنوبی و شرقی کشور به دلیل داشتن روز های آفتابی و تابش نور خورشید در بیش تر ایام سال این قابلیت را دارند که حتی خود کفا بوده و انرژی مورد نیازشان را از منابع خود استان ها تامین کنند.

عکس

پنل خورشیدی

در شمال و غرب کشور و هم چنین جزایر ایرانی خلیج فارس نیز افزایش تعداد توربین های بادی می تواند جهش خوبی را در تولید برق کشور رقم بزند و در این مسیر با یک برنامه ریزی و سرمایه گذاری بلند مدت می توان اثرات مثبت آن را شاهد بود و در صورت استفاده از این انرژی های پاک، بدون تردید استفاده از گاز و

فرآورده های نفتی در این مناطق کاهش می یابد.

متاسفانه فراوانی و ارزانی انرژی های فسیلی در ایران سبب شده تا کم تر به فکر استفاده از انرژی های نو و تجدید پذیر باشیم، حال آن که رویکرد دنیا به سمت بهره گیری از انرژی های نو است و باید با عزمی ملی و مشارکت فعال‌تر بخش خصوصی و نیز حمایت دولت در آینده وابستگی به سوخت های فسیلی را کاهش دهیم.

عکس

فصل سوم: مزایا و معایب انرژی خورشیدی

اشاره

عکس

استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر مستلزم اطلاع داشتن از مزایا و معایب این نوع انرژی است. با تهدید فزاینده ی تغییرات آب و هوایی بر اثر نشر بیش از اندازه ی کربن، بسیاری از کشور ها به دنبال جایگزین های انرژی تمیز برای سوخت های فسیلی سنتی خود هستند. از میان تمام جایگزین های انرژی، انرژی خورشیدی بیش ترین هزینه را داشته است. با این حال، با در نظر گرفتن مزایا و معایب و کاهش 80 درصد قیمت پنل های خورشیدی، انرژی خورشیدی آینده ی درخشانی خواهد داشت.

مزایای انرژی خورشیدی

1- تجدید پذیر بودن: این انرژی دارای منبع بی پایان است و از بین نمی رود. تا زمانی که خورشید در حال تابش است امکان استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد دانشمندان عمر خورشید را حدود 6/5 میلیارد سال تخمین زده‌اند.

2- فراوانی: پتانسیل انرژی خورشیدی فراتر از تصور است. سطح زمین 120000 ترا وات، تابش خورشید را دریافت می کند که این مقدار 20000 بار بیش تر از توان مورد نیاز کل دنیاست.

3- پایداری: انرژی خورشیدی جایگزین پایداری برای سوخت های فسیلی به شمار می رود. با این که سوخت های فسیلی تاریخ انقضا دارند؛ اما انرژی خورشید حداقل چند میلیارد سال در دسترس خواهد بود. علاوه بر این، هر روز 73000 ترا وات انرژی خورشید به سطح زمین می رسد که 10٬000 برابر بیش تر از مصرف روزانه ی انرژی در کل جهان است. برای استفاده از این منبع انرژی عظیم تنها لازم است فناوری مورد نیاز آن پیاده سازی شود.

تاثیر انرژی خورشیدی بر محیط در مقایسه با سوخت های فسیلی، بسیار کم تر است. این انرژی گاز گل خانه ای منتشر نمی کند، زیرا فناوری مربوط به آن نیاز به احتراق سوخت ندارد. اگر چه نیروگاه های گرمایی خورشیدی (CSP) به دلیل مصرف آب و بر اساس نوع فناوری به کار رفته، نسبتا غیر بهینه هستند، استفاده از فناوری مناسب می تواند بازده ی را افزایش دهد، برای مثال سلول های خورشیدی فتوولتاییک (PV) برای تولید برق نیازی به آب ندارند.

منابع پایدار، نیاز انرژی امروز را بدون این که به تامین نیاز آیندگان لطمه ای وارد کنند، بر آورده می کنند. به عبارت دیگر، انرژی خورشید به این خاطر پایدار است که به هیچ وجه نمی توان بیش از حد از آن استفاده کرد.

4- دوستدار محیط زیست: استفاده از انرژی خورشیدی در کل آلودگی به همراه ندارد. هر چند که مقداری آلودگی در اثر ساخت، انتقال و نصب نیروگاه های خورشیدی وجود دارد اما میزان آن ها در مقابل نیروگاه های سوخت فسیلی متداول بسیار کم است. انرژی خورشیدی پاک است و وابستگی به منابع تجدید ناپذیر را کاهش می دهد.

5- قابلیت دسترسی: انرژی خورشیدی در همه جای دنیا یافت می شود و این انرژی فقط مربوط به کشور های نزدیک استوا نیست. به طور مثال می توان گفت که آلمان بالاترین ظرفیت توان خورشیدی دنیا را دارد. از آن جا که نور خورشید در اغلب کشور های دنیا فراوان است، بنا بر این می تواند هر کشوری را به یک تولید کننده ی انرژی بالقوه تبدیل کند و وابستگی کشور ها به انرژی را کاهش دهد و از طرفی امنیت آن ها را افزایش دهد. انرژی خورشیدی تنها در سطح ملی امنیت و استقلال را افزایش نمی دهد؛ بلکه در مقیاس های کوچک تر برای مثال با نصب پنل های خورشیدی روی بام خانه ها هم می توان نیروی برق مورد نیاز هر خانوار را تامین کرد.

6- کاهش هزینه برق: صاحبان خانه های مسکونی در صورتی که امکانات شبکه ای آن وجود داشته باشد، می توانند میزان برق تولیدی مازاد بر مصرف خود را به شبکه فروخته و در مقابل تعرفه های مصوب را دریافت نمایند. این، به این معنی است که صاحبان خانه می توانند هزینه برق مصرفی خود را به شدت کاهش دهند.

عکس

7- کاربرد های فراوان: انرژی خورشیدی برای کاربرد های مختلفی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. می تواند برای تولید برق در مکان هایی که شبکه برق رسانی وجود ندارد و یا برای شیرین سازی آب در و یا حتی تولید برق مورد نیاز ماهواره ها در فضا به کار گرفته شود. انرژی خورشید به عنوان انرژی مردمی نیز شناخته می شود که بیان کننده این موضوع است که قابلیت افزایش سلول های خورشیدی به سطح نیاز مشتریان بستگی دارد.

8- عدم وجود صدا: در برخی از کاربرد های انرژی خورشید، هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد. به طور مثال سلول های فوتوولتاییک هیچ گونه صدایی ندارند. به طور قطع این تکنولوژی خیلی مطلوب تر از سایر تکنولوژی های سبز مانند توربین های بادی است.

9- هزینه نگهداری پایین: از آن جایی که قطعات متحرک ندارند و یا کم هستند، هزینه نگهداری این انرژی بسیار پایین است. به طور مثال سلول های خورشیدی خانگی فقط نیازمند 2 بار تمیز کاری در سال هستند.

10- تکنولوژی در حال پیشرفت: پیشرفت های علمی زیادی دائما در حال انجام است. نوآوری ها و ابداعات جدید در علوم نانو تکنولوژی و فیزیک کوانتوم این پتانسیل را به همراه دارند که بتوانند توان خروجی سلول های خورشیدی را 3 برابر افزایش دهند.

11- اشتغال زایی موثر

12- طول عمر بالای پنل ها

معایب انرژی خورشیدی

1- قیمت بالا: نیروی محرکه لازم برای پیش برد انرژی خورشیدی ریشه در برنامه ریزی های یک کشور دارد. این برنامه ها می توانند مشوق خوبی برای منابع خورشیدی در مقابل سایر منابع باشند. لازم به ذکر است که علت نیازمند بودن به برنامه ریزی و حمایت دولت از این جهت است که هزینه های اولیه راه اندازی تجهیزات خورشیدی گران قیمت است و سرمایه‌گذاران شخصی برای خرید و نصب سل های خورشیدی به تسهیلات مالی نیازمندند.

عکس

2- متناوب بودن: انرژی خورشید یک منبع متناوب است. دسترسی به نور خورشید در یک بازه زمانی خاص در طول شبانه روز امکان پذیر است. هم چنین پیش بینی آب و هوای روزانه نیز دشوار است. از این رو برای تولید برق مورد نیاز، انرژی خورشید به عنوان منبع اصلی و اولیه برای این منظور محسوب نمی شود.

3- ذخیره سازی هزینه بر: سیستم های ذخیره کننده انرژی خورشیدی مانند باتری ها به یک نواخت بودن و پایدار بودن جریان برق کمک می کنند. اما این تکنولوژی ها بسیار گران قیمت هستند.

4- آلایندگی: گر چه انرژی خورشیدی قطعا بدون آلایندگی است، اما مشکلاتی نیز در این میان وجود دارد. برخی از مواد مورد استفاده در فرآیند ساخت سلول های خورشیدی مانند نیتروژن تریفلوراید و سولفور هگزافلوراید، انتشار گاز های گلخانه ای را به همراه دارند. انتقال و نصب سلول های خورشیدی نیز می توانند به صورت غیر مستقیم آلودگی ایجاد کنند.

5- مواد نایاب: برخی از سلول های خورشیدی خاص نیازمند موادی هستند که گران قیمت بوده و در طبیعت نیز نایابند. این قضیه برای سلول های خورشیدی نازک (Thin-film Solar Cells ) که بر پایه کادمیوم تلوراید (CdTe) یا مس ایندیوم گالیوم سلوناید (CIGS) هستند، صادق است.

6- نیازمند فضا: زمانی که قرار است مشخص شود از یک ناحیه مشخص چه مقدار انرژی به دست می آید، پارامتر چگالی توان یا همان وات بر متر مربع به عنوان یک عامل ضروری خود را نشان می‌دهد. چگالی توان پایین نیروگاه خورشیدی نشان دهنده

این است که برای تامین برق مورد نظر به فضای زیادی برای احداث نیروگاه خورشیدی نیاز است. میانگین جهانی چگالی توان تابشی خورشید W/m² 170 می باشد.

عکس

منابع