کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان
خورشیدی
مقدمه
انرژی خورشيد يکی از منابع تامين انرژی رايگان، پاك و عاری از اثرات مخرب زيست محيطی است که از ديرباز به روشهای گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است. به طور متوسط خورشيد در هر ثانيه 1.1*1020 كيلووات ساعت انرژی ساطع می كند. از كل انرژی منتشر شده توسط خورشيد، تنها در حدود 47% آن به سطح زمين میرسد. اين بدان معنی است كه زمين در هر ساعت، تابشی در حدود 60 ميليون Btu دريافت میکند.
يعنی انرژی ناشی از سه روز تابش خورشيد به زمين برابر با تمام انرژی ناشی از احتراق كل سوختهای فسيلی در دل زمين است و بنابراين میتوان نتيجه گرفت كه در اثر تابش خورشيد به مدت چهل روز، میتوان انرژی مورد نياز يک قرن را ذخيره نمود. بنابراين با به كارگيری كلكتورهای خورشيدی میتوان تا حدودی از اين منبع انرژی بیپايان، پاك و رايگان استفاده كرد و تا حد بسيار زيادی در مصرف سوختهای فسيلی صرفه جويی نمود.
موقعيت كشور ايران از نظر ميزان دريافت انرژی خورشيدی
كشور ايران در بين مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقهای واقع شده كه به لحاظ دريافت انرژی خورشيدی در بين نقاط جهان در بالاترين ردهها قرار دارد. ميزان تابش خورشيدی در ايران بين 1800 تا 2200 كيلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمين زده شده است كه البته بالاتر از ميزان متوسط جهانی است. در ايران به طور متوسط ساليانه بيش از 280 روز آفتابی گزارش شده است كه بسيار قابل توجه است.
تاریخچه
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز میگردد، شاید به دوران سفالگری. در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جام های بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محراب ها را روشن میکردند. یکی از فراعنه مصر نیز معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته میشد.
ولی مهمترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده، داستان ارشمیدس، دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم میباشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. گفته میشود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آینه 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 کشیدهاست. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمانهای قدیم بودهاست. برای نمونه دیوارهای خانههای قدیمی از جنس کاهگل بوده که با توجه به کم بودن نرخ انتقال حرارت در این نوع دیوارها، حرارت جذب شده در روز با چند ساعت تاخیر یعنی در شب وارد خانه میشود.
بنایی کویری در ایران
بالاکاربردهای انرژی خورشید
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف استفاده میشود که عبارتاند از:
• استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
• تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتاییک.
استفاده از انرژی حرارتی خورشید
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی است.
1) کاربردهای نیروگاهی
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی حرارتی جذب شده خورشید به الکتریسیته تبدیل میشود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده میشوند. در حقیقت انرژی حرارتی جذب شده از خورشید نقش انرژی حرارتی تامین شده توسط بویلر در نیروگاههای با سوخت فسیلی را دارد. این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کنندههای موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کنندهها به سه دسته تقسیم میشوند:
• نیروگاههایی که گیرنده آنها آینههای سهموی خطی هستند.
• نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینههای بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس میشود. (دریافت کننده مرکزی)
• نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) است.
نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی
در این نیروگاهها، از منعکس کنندههایی که به صورت سهموی خطی هستند، جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده میشود و گیرنده به صورت لولهای در خط کانونی منعکس کنندهها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ میگردد.
روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار تبدیل و به مدارهای مرسوم در نیروگاه های حرارتی انتقال می دهد تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.
در این نیروگاهها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که توسط آن آینههای شلجمی دائماً خورشید را دنبال نموده و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز مینماید. تغییرات تابش خورشید در این نیروگاه ها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران میشود.
نیروگاه سهموی خطی
نیروگاه سهموی خطی
بالانیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
در این نیروگاهها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعهای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده به نام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافتهاست متمرکز میگردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست میآید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب میشود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاههای سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می گردد. در برخی از سیستمها نیز، سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل میشود.
نیروگاه حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
نیروگاه حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
نیروگاه حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
بالانیروگاههای حرارتی از نوع بشقابی
در این نیروگاهها از منعکس کنندههایی که به صورت شلجمی بشقابی هستند، جهت تمرکز نقطهای پرتوهای خورشیدی استفاده می کنند و گیرندههایی که در کانون شلجمی قرار میگیرند، به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل میکند.
نیروگاه حرارتی از نوع بشقابی
دودکشهای خورشیدی
روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش خورشیدی است. در این سیستم از خاصیت دودکشها استفاده میشود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرمخانه خورشیدی که در اطراف آن است، هوای گرمی بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گرمخانه قرار دارد، هدایت میشود.
این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و باعث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شدهاست میگردد و سبب تولید برق در ژنراتور میشود.
نمای شماتیک از دودکش خورشیدی
بالامزایای نیروگاه های خورشیدی
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت ب) عدم آلودگی محیط زیست پ) امکان تأمین شبکههای کوچک و ناحیهای ت) استهلاک کم و عمر زیاد ث) عدم احتیاج به متخصص
2) کاربردهای غیر نیروگاهی
الف – آبگرمکن خورشیدی و حمام خورشیدی
سادهترین آبگرمکن خورشیدی از یک گردآور تخت (کلکتور) و یک مخزن ذخیره آب تشکیل شده است. شرایط لازم نصب این آبگرمکن آن است که قسمت فوقانی گردآور پایینتر از قسمت تحتانی مخزن ذخیره قرار گیرد و حداقل انحراف گردآور نسبت به سطح افق که برای تحقیقی جریان ترمو سیفونی، در حدود 20 درجه رو به جنوب انتخاب شود.
طرز کار
ابتدا مخزن آب گرم، با آب سرد پر میشود و آب داخل لولههای گردآور، هنگامی که خورشید روی سطح گردآور میتابد به تدریج گرم شده و به کندی به طرف مخزن رفته و از طرف بالا ذخیره میشود، آب سرد مخزن نیز از طریق لوله دیگر به طرف قسمت پایین گردآور جریان یافته و تا زمانی که تابش خورشیدی برای گرم کردن آب کفایت کند، این عمل ادامه مییابد.
سادهترین آبگرمکن خورشیدی
نوعی دیگر از آبگرمکن خورشیدی
بالاب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
تشريح عملكرد سيستم :
تابستانی: چيلرهای گازسوز با صرفه جويی در هزينه های مصرف برق تا 80%، در مقايسه با سيستمهای تراكمی در فصل تابستان وظيفه تأمين سرمايش را بر عهده دارند. چيلرهای جذبی خورشیدی كه از يک طرف محلول داغ آب و آمونياک دستگاه چيلر (كه درحالت عادي اين حرارت توسط فن كندانسور و ابزوربر به محيط دفع می گردد) و از طرف ديگر آب گرم شونده در چرخش با منبع كويلی جهت آب گرم مصرفی قرار داده تا زمانی كه چيلر در حال كار و تأمين برودت برای ساختمان است، حرارت دفع شده در كندانسور دستگاه برای تأمين آب گرم مصرفی صرف می گردد و لذا راندمان عملكرد اين سيستم تا 170% افزايش می يابد. در هر دستگاه چيلر در حدود 21 kw حرارت بازيافت می شود كه اين حرارت صرف تأمين آب گرم مصرفی خواهدشد. با توجه به اينكه در هتل ها در فصل تابستان، همزمانی نياز سرمايش و آب گرم مصرفی بسيار زياد است، استفاده از اين سيستم در هتلها به شدت بر كاهش هزينههای انرژی مؤثر است. در زمانی كه به هر دليل چيلر خاموش است، سيستم پشتيبان يعنی آب گرم توليد شده از كلكتورهای خورشيدی و يا بويلر (AYيا بويلر ديگر) برای تأمين آب گرم مصرفی مورد استفاده قرار میگيرد. زمستانی: در فصل زمستان با خاموش شدن چيلر، بويلرهای AY وظيفه تأمين آب گرم ساختمان، و سيستم كلكتور خورشيدی با پشتيبانی آب گرم توليد شده توسط بويلرهای AY نقش تأمين آب گرم مصرفی را برعهده دارند.
سیستم گرمایش و سرمایش خورشیدی
پ – آب شیرینکن خورشیدی
آب شیرینکن خورشیدی
آب شیرینکن خورشیدی
ت – خشک کن خورشیدی
خشک کن خورشیدی تخت و کابینی
خشک کن خورشیدی
ث – اجاق های خورشیدی
اجاق خورشیدی دیشی
اجاق خورشیدی جعبهای
بالاج – کوره خورشیدی
نوتورا در اوایل قرن 18، اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوب را در فاصله 60 متری آتش زد. بسمر، پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز در کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی، متشکل از دو آینه، یکی تخت و دیگری کروی است. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده میشود. طبق قوانین اپتیک، هرگاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید، در محل کانون، متمرکز میشوند و به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع میشود، که این نقطه به دماهای بالایی میرسد. در کانون، یک منبع آب قرار میدهند و با لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل میکنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژی گرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لولهها به توربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی میگردد.
کوره خورشیدی
کوره خورشیدی
چ – خانههای خورشیدی
خانه خورشیدی با سقف متحرک
خانه خورشیدی، نمای شماتیک
بالاسیستم های فتوولتاییک
به پدیدهای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتاییک و به هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند، سیستم فتوولتاییک گویند. انرژی فتوولتاییک تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طريق یک سلول فتو ولتاییک (pvs) است، که بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده میشود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون ساخته شدهاست. وقتی فوتونها به یک سلول فتوولتاییک برخورد میکنند، فوتون های جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند. وقتی که نور خورشید (انرژی) توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترون اتمهای جسم جابه جا میشوند. نحوه خاص ساخت سطح جسم باعث میشود، سطح جلویی سلول برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنابراین الکترونها به طور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند. زمانی که الکترونها موقعیت خود را ترک میکنند، سوراخهایی شکل میگیرد. از آنجایی که تعداد الکترون ها زیاد است و هر کدام یک بار منفی را حمل میکنند و به سطح جلویی سلول میرود، توازن بار بین سطوح جلویی و عقبی به هم خورده و یک اختلاف پتانسیل الکتریکی، شبیه قطبهای مثبت و منفی یک باتری ایجاد میشود. وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط میشوند، الکتریسیته جریان مییابد.
یک سلول فتوولتاییک
سیستمهای فتوولتاییک یکی از پرمصرفترین کاربردهای انرژیهای نو هستند. از سری و موازی کردن سلول های آفتابی میتوان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتاییک میگویند. سیستمهای فتوولتاییک را میتوان بطور کلی به دو بخش اصلی تقسیم نمود: ۱ – پنلهای خورشیدی: این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی میباشد. ۲ – مصرف کننده یا بار الکتریکی
سیستم های فتوولتایيک در جهان
سيستمهای فتوولتایيک همچنان سريعترين روند رشد را در ميان فناوریهای توليد انرژی به خود اختصاص دادهاند و ظرفيت آنها با 70 درصد رشد در سال 2008، به 13گيگاوات رسيده است. به علت رشد 6 برابری اين سيستمها در مقايسه با ظرفيت جهانی در سال 2004، رشد ظرفيت سالانه سيستمهای فتوولتاييک در شبكههای برق در سال 2008 ظرفيتی حدود 5.4 گيگاوات ارزيابی شده است. بازار اسپانيا با افزايش ظرفيت نصب شده خود به ميزان 2.6 گيگاوات، حدود نيمی از ظرفيتهای افزوده شده در كل جهان را در سال 2008 به خود اختصاص داده است. پس از اسپانيا، كشور آلمان در جايگاه دوم قرار دارد كه در سال 2008، ظرفيت توليد انرژی از اين نوع منبع را در حدود 1.5 گيگاوات افزايش داده است. پس از اسپانيا و آلمان، ساير كشورهای بزرگ صنعتی سعی بر اين داشتهاند كه با سرمايهگذاری در اين بخش از قافله عقب نمانند كه از آن جمله میتوان به ايالات متحده آمريكا با 310 مگاوات، كرهجنوبی با 200 تا 270 مگاوات، ژاپن با 240 مگاوات و ايتاليا با 200 تا 300 مگاوات افزايش ظرفيت اشاره كرد. بازارهای استراليا، كانادا، چين، فرانسه و هندوستان نيز همچنان روند رو به رشد را طی كرده و بسياری از كشورها از جمله چين نيز به تازگی فعاليت خود را در اين بخش آغاز كردهاند تا مجموع ظرفيت جهانی سيستم فتوولتاييک را در سال 2008 به بيش از 16 گيگاوات افزايش دهند. در سال 2008، سه گرايش مشخص در بازارهای فتوولتاييک وجود داشته است: گرايش اول: توجه به توسعه پنلهای فتوولتاييک برای استفاده در ساختمانها بود كه با وجود اختصاص سهم كمی از بازار، رشد سريعی را در جذب بازار از خود نشان داد به طوریكه بيش از 25 مگاوات از اين سيستم در اروپا نصب شد. گرايش دوم: فناوریهای فتوولتاييک ورقهای بود كه سهم بيشتری از سهم بازار را داشت. نيروگاههای مجهز به فتوولتاييک مقياس بزرگ با ظرفيتی بيش از 200 كيلووات بودند كه به طور انبوه در سال 2008 راهاندازی شدند. تا پايان سال 2008، در حدود 1800 مورد از چنين نيروگاههايی در سرتاسر جهان وجود داشتند، در حالیكه اين تعداد در پايان سال 2007 در حدود يك هزار نيروگاه بوده است. به طوركلی، مجموع ظرفيت اين نيروگاهها در حدود 3 گيگاوات است كه در مقايسه با سال 2007، تا سه برابر افزايش يافته است. اكثر نيروگاههای جديد در سال 2008 با مجموع ظرفيت بيش از 1.9 گيگاوات در كشور اسپانيا نصب شدند و ساير نيروگاههای فتوولتاييک در كشورهای جمهوری چك، فرانسه، آلمان، ايتاليا، كره و پرتغال راهاندازی شدند. يكی از اين نيروگاهها، نيروگاه 60 مگاواتي المديا در شهر آلاركون اسپانيا است كه با اتمام پروژه راهاندازی آن در سال 2008، در حال حاضر بزرگترين نيروگاه فتوولتاييک جهان لقب گرفته است. همچنين، نيروگاههای فتوولتاييک جديدی در ساير كشورهای اروپايی و جهان از جمله چين، هند، ژاپن و ايالات متحده آمريكا طراحی شده يا در حال توسعه هستند.
بالانمونههایی از کاربرد انرژی خورشیدی در زندگی
تولید خودروی خورشیدی توسط کمپانی نیسان
شرکت خودروسازى نیسان (موتورز ژاپن) قصد دارد نوعى خودروى خورشیدى شهرى را روانه بازار کند که سلولهاى خورشیدى جاذب نور روى سقف آن تعبیه مىشود. به اعتقاد نیسان خودروهایى که با استفاده از نور خورشید انرژى خود را تامین مىکنند طى یک دهه آینده به مناسبترین انتخاب براى سفرهاى شهرى تبدیل مىشوند و به همین دلیل این شرکت به دنبال تولید و عرضه اولین خودروى خورشیدى خود تا سال 2012 میلادى است.
خودرو خورشیدی نیسان
بالاموبایل های خورشیدی
این ایده معرف تلفن همراهی است که با انرژی خورشیدی و یا نور شارژ میشود، این محصول Eclipse intuit نام دارد که توسط Eddie Goh طراحی شده است و طرحی است از موبایل های آینده، این گوشی به صورت کشویی است و در قسمت پشت و رو دارای سنسورهای جذب نور است که به محض دریافت کمترین نوری شروع به ذخیره انرژی می کند.
موبایل خورشیدی
صحرای بزرگ آفریقا برق اروپا را تأمین میکند
یک شبکه جدید انتقال جریان برق امکان حمل الکتریسیته را به نیروگاهی دور ازاین صحرا بدون خطر افت انرژی فراهم خواهد کرد. این نیروگاه جدید قرار است در ولز انگلیس ساخته شود. اولین نتایج اجرای این طرح در سال 2050 به بهرهبرداری میرسد. دولتهای اروپایی در پروژه مشترکی تا سال 2050 قصد دارند با نصب پنلهای خورشیدی در صحرای بزرگ آفریقا از انرژی خورشیدی این منطقه در تأمین برق اروپا استفاده کنند. محققان اروپایی در پروژه مشترکی که دولتهای اروپایی هزینه 50 میلیارد یورویی آن را تأمین کردهاند قصد دارند پنلهای خورشیدی را در صحرای بزرگ آفریقا نصب کنند. گزارش موسسه انرژی در کمیسیون اروپا که در همایش یوروساینس در بارسلونای اسپانیا ارائه شد، نشان میدهد که جمعآوری 3/0 درصد از انرژی خورشیدی که صحرای بزرگ آفریقا را گرم میکند، برای رفع نیاز انرژی برق اروپا کافی خواهد بود.
تأمین برق اروپا از طریق صحرای بزرگ آفریقا
منابع:
سایت ویکی پدیا (فارسی)
سایت سانا(سازمان انرژیهای نو ایران)
مهرنیوز
سرویس کاران (آب گرمکنهای خورشیدی)
ts.tpww.co.ir
arvandcorp
تاریخ مراجعه به سایت ها:19/9/89
مطالب مشابه :
2984 مقاله ای کامل در مورد کار سلول های خورشیدی
در پی فردا - 2984 مقاله ای کامل در مورد کار سلول های خورشیدی - زندگی زیباست، کافیست خوب ببینیم و
مقاله اي درمورد "سلول خورشيدي" ...
مقاله اي درمورد "سلول مدرن در سلول های خورشیدی در 1946 که همان موقع مورد نیاز
مقاله ای در مورد انرژي خورشيدي
مقاله ای در مورد انرژي خورشيدي سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی
کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان
دنیایی مقاله - مقاله ی در مورد است، که بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده میشود.
جنس لایه نازک سلول خورشیدی
نازک سلول خورشیدی این مقاله در نظر جاذب در سلول خورشیدی مورد بحث در topsis
تحقیق درباره انرژی خورشیدی (یاهو)
خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد سلول خورشیدی
سلول خورشیدی چگونه کار میکند ؟
>> دانلود مقاله ای در مورد " سلول خورشیدی" به طور کامل همراه با تصاویر. سلول های خورشیدی
کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان وراهنمایی رانندگی
کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان سلول خورشیدی عبارت از قطعات » مقاله ی در مورد
برچسب :
مقاله در مورد سلول خورشیدی