جمعه, ۱ تیر, ۱۴۰۳ / 21 June, 2024
مجله ویستا

انرژی از خورشید


انرژی از خورشید
خورشید برای بیلیونها سال انرژی را تولید كرده است . انرژی خورشیدی ، پرتوهای خورشید است كه به زمین می رسد .
انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند دیگر اشكال انرژی تبدیل شود ، همانند گرما و الكتریسیته . موانع اصلی ( مشكلات ، یا انتشار برای فائق آمدن ) انرژی خورشیدی شامل
۱) روشها متغیر و متناوب كه آن به سطح می رسد
۲ ) ناحیه بزرگبرای جمع آوری و ذخیره آن در یك سرعت مفید مورد نیاز است .
انرژی خورشید برای حرارت آب ، برای استفاده دینامیكی ، حرارت قضایی ساختمانها ، خشك كرده تولیدات كشاورزی و تولید انرژی الكتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد .
در سال ۱۸۳۰ شاره شنای انگلین به نام جون هر شل John Herschel یك جعبه جمع آوری خورشیدی را برای پختن غذا در طول یك سفر در افریقا استفاده كرد . هم اكنون مردم تلاش می كنند انرژی خورشیدی را برای چیزهای زیادی استفاده كنند .
كاربردهای الكتریكی فتوو لتایك ها را آزمایش می كنند یك فرایند كه توسط آن انرژی نور خورشید به طور مستقیم به الكتریسیته تبدیل می شود . الكتریسیته می تواند به طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود و ابزارهای فتوولتایك استفاده كند یا به طور غیر مستقیم از ژنراتورهای بخار ذخایر حرارتی خورشیدی را برای گرما بخشیدن به یك سیال كاربردی مورد استفاده قرار می دهند .
● انرژی فتو ولتایك
انرژی فتو ولتایك . تبدیل نور خورشید به الكتریسیته از میان یك سلول فتو ولتاتیك (pvs) می باشد، كخ بطور معمول یك سلول خورشیدی نامیده می شود. سلول خورشیدی یك ابزار غیر مكانیكی است كه معمولاً از آلیاز سیلیكون ساخته شده است.
نور خورشید از فتو نهی ،یا ذرات انرزی خورشیدی ساخته شده استاین فتو نهی مغادیر متغیر انرژی را شامل می شود مشابه طول مولد های متفاوت اسپكتروم های نوری هستند .
وقتی فتو نهی به یك سلول فتو ولتاتیك بر خورد می كند، ممكن است منعكس شوند ،مستفیم از میان عبور كنند ،یا جذب شوند. فقط فتو نهی جذب شده انرژی را برای تولید الكتریسیته فراهم می كنند .وقتی كه نور خورشید كافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود ،الكترون از اتم های جسم جابجا می شوند.
رفتار خاصی سطح جسم در طول ساختن باعث می شود سطح جتویی سلولكه برای الكترون های آزاد بیشتر پذیرش یابد .بنا براین الكترون ها بطور طبیعی به سطح مهاجرت می كنند .
زمانی كه الكترون ها موقعیت n را ترك می كنند و سوراخ هایی شكل می گیرد .تعداد الكترونها زیاد است ،هر كدام یك بار منفی را حمل می كنند و به طرف جلو سطح سلول می روند ،در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یك پتانسیل ولتاژ .شبیه قطب های مثبت ومنفی یك باطری ایجاد می شود.
وقتی كه دو سطح از میان یك راه داخلی مرتبط می شود ،الكتریسیته جریان می یابد .
سلول فتو ولتاتیك قاعده بلوك ساختمان یك سیستم pv است.
سلولهای انفرادی می توانند در اندازه هایی از حدود cm ۱ تا cm۱۰ از این سو به آن سو متغیر می شود .
با این وجود ،توان ۱یا ۲ وات تولید می كند ،كه انرژی كافی برای بیشتر كار بردها نیست.برای اینكه بازده انرژی را افزایش دهیم ،سلولها بطور الكتریكی به داخل هوای بسته یك مدول سخت مرتبط می شود .
مدولها می توانند بیشتر برای شكل گیری یك آرایش مرتبط شوند.
اصطلاح آرایش به كل صفحه انرژی اشاره می كند ،اگر چه آن از یك یا چند هزار مدول ساخته شدهباشد ،آن تعداد مدولها ی مورد نیاز می توانند بهم مرتبط شوند برای اینكه اندازه آرایش مورد نیاز (تولید انرژی) را تشكیل دهند.
اجرای یك آرایش فتو ولتاتیك به انرژی خورشید وابسته است .
شرایط آب وهوایی (همانند ابر ومه )تاثیر مهمی روی انرزی خورشیدی دریافت شده توسط یك آرایش pv و در عوض ،اجرایی آن دارد .بیشتر تكنولوژی مدول های فتو ولتاتیك در حدود ۱۰ درصد موثر هستند در تبدیل انرژیخورشید با تحقیق بیشتر مرتبط شوند برای اینكه این كار را به ۲۰ درصدافزایش دهند.
سلولهای pv كه در سال ۱۹۵۴ توسط تحقیقات تلفنی بل bell كشف شد حساسیت یك آب سیلیكونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش كرد .ابتدا در گذشته در دهه ۱۹۵۰،pvs برای تامین انرژی قمر های فضا در یك مورد استفاده قرار گرفتند.
موفقیت pvs در فضا كار برد های تجاری برای تكنو لوژی pvs تولید كرد .ساده ترین سیستم های فتو ولتاتیك انرژی تعدادزیادی از ماشین حساب های كوچك وساعتهای مچی را هر روز استفاده كردند.
بیشتر سیستم های پیچیده الكتریسیته را برای پمپاژ آب ،انرژی ابزارهای ارتباطی ،وحتی فراهم كردن الكتریسیته برای خانه هایمان فراهم می كنند .
تبدیل فتو ولتاتیك به چندین دلیل مفید است .تبدیل نور خورشیدبه الكتریسیته مستقیم است ،بنابراین سیستم های تولید كننده مكانیكی به حجم زیادی لازم نیستند .خصوصیت مدولی انرژی فتو ولتاتیك اجازه می دهد به طور سریع آرایش ها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند .
همچنین ،تاثیر محیطی یك سیستم فتو ولتاتیك حد اقل است ،آب را برای سیستم نیاز ندارد پختن وتولید محصول فرعی نیست .سلولهای فتوولتاتیك ،همانند باتریها ،جریان مستقیم (dc)را تولید می كنند كه به طور عمومی برای برای راههای كوچكی مورد استفاده است (ابزار الكترونیك).وقتی كه جریان مستقیم از سلولهای فتوولتاتیك برای كاربردهای تجاری یا لحیم كردن كار برد های الكتریكی استفاده می شود .
شبكه های الكتریكی بایستی به جریان متناوب (AC)برای استفاده تبدیل كننده ها تبدیل شوند ،ابزارهای حالت جامد كه جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می كنند . به طور تاریخی PVSدر جاهای دور برای تولید الكتریسیته بكار گرفته شده است .با این وجود یك بازار برای تولید از PVS را توزیع كنند ممكن است با بی نظمیقیمتهای تبدیل و توزیع همزمان با بی نظمی الكتریكی توسعه داده شود .
جایگزین ژنراتو های كوچك مقیاس عددی در تغذیه كنندهای الكتریكی می توانند اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.
● حرارت خورشیدی
كاربردهای اصلی انرژی گرمایی خورشید در حال حاضر گرم كردن آب استخر، گرم كردن آب برای كاربردهای محلی و گرم كردن فضای ساختمان‌ها. برای این مقاصد، اصلی ترین كار استفاده از جذب كننده‌های صفحه مانند انرژی خورشیدی با جهت و موقعیت‌های ثابت است.
جایی كه گرم كردن فضای ساختمان موردنظر است، یك تمركز دهندهٔ صفحه‌ای ثابت بیشترین تأثیر را دارد، اگر سطح آن تقریباً به سمت جنوب و زاویهٔ شیب‌های آن نسبت به افق برابر با عرض جغرافیایی به علاوهٔ حدود ۱۵ درجه باشد. جاذب‌های خورشیدی به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند: تمركزی و غیرتمركزی.در انواع غیرتمركزی، ناحیهٔ تجمع دهندهٔ (یعنی ناحیه‌ای كه پرتو خورشیدی را قطع می‌كند) همان ناحیهٔ جذب كننده (یعنی ناحیهٔ جاذب پرتو خورشیدی) است.
در تجمع دهندهای تمركزی، ناحیهٔ قطع كنندهٔ پرتو خورشید بزرگتر و گاهی اوقات صدها بار بزرگتر از ناحیهٔ‌ جذب كننده است. در جاهایی كه حرارت كمتر از حدود ۲۰۰ درجهٔ فارنهایت كافی‌ست، مانند گرم كردن فضا، اصولاً تجمع دهنده‌های صفحه ای غیرتمركزی بكار برده می‌شود.
طرحهای تجمع دهنده صفحه‌ای زیادی وجود ندارد، اما عمدتاً شامل
۱) جاذب صفحه‌ای كه انرژی خورشید را جدا و جذب می‌كند.
۲) پوشش شكاف كه اجازهٔ عبور انرژی خورشیدی را می‌دهد اما ضایعات گرما از جاذب نور را كاهش می‌دهد.
۳) یك سیال انتقال دهندهٔ گرما (هوا یا آب) كه درون لوله‌ها جریان یافته یا حرارت را از جاذب نور انتقال دهند.
۴) یك عایق حرارتی.
سیستم‌های حرارتی فضا می‌توانند به انواع فعال و غیرفعال تقسیم شوند. در سیستم‌های گرمایی غیرفعال هوا در كنار سطوح حرارت خورشیدی چرخنده و بدون استفاده از دستگاههای مكانیكی بصورت همرفت درون ساختمان جریان می‌یابند (یعنی هوای كم چگالی‌تر تمایل به حركت به بالا دارد درحالیكه هوای پرچگالتر و سرد به سمت پایین می‌رود) در سیستم‌های حرارتی فعال، پنكه‌ها و پمپ‌ها برای چرخش هوا یا سیال جاذب گرما استفاده می‌شود.
● دستگاههای نیروی گرمای خورشیدی
دستگاههای نیروی گرمای خورشیدی از پرتوهای خورشیدی برای گرم كردن یك سیال استفاده می‌كنند، بطوریكه سیستم‌های انتقال گرما ممكن است برای تولید بخار استفاده شوند. در عوض بخار در یك توربین به انرژی مكانیكی و با یك مولد تبدیلی همراه با توربین به انرژی الكتریكی تبدیل می‌شود. تولید نیروی گرمای خورشیدی دقیقاً مانند فنون تبدیلی است.
بجز اینكه در متون تبدیل، منبع انرژی از انرژی ذخیره شده در سوخت‌های فسیلی در اثر احتراق آزاد می‌شود. فنون گرمای خورشید از سیستم‌های تمركز دهنده به منظور كسب حرارت‌های بالا مورد نیاز استفاده می‌كند. سه نوع سیستم نیروی گرمای خورشیدی در حال استفاده و یا در مرحلهٔ توسعه هستند.
▪ گودی سهمی شكل (Parabolic Trough)
▪ صفحه خورشیدی (Solar Dish)
▪ برج نیروی خورشیدی (Solar Power Tower)
گودی سهمی شكل پیشرفته ترین سیستم‌های تمركز دهنده است: این تكنولوژی برای در دستگاههای نیروی حرارت خورشید بزرگ شبكه دنیا بكار برده می‌شود. شركت‌های كرامر جانكشن (Kramer Junction co.) پنج سیستم تولید الكتریسیتهٔ خورشیدی ۳۰ مگا واتی (SEGS) را راه‌اندازی و نگهداری می کنند.
این دستگاه SEGS ۱۵۰ تا ۳۵۴ مگاوات برق است كه در فضای تولید كنده برق گرمای خورشید دارای گودی سهمی واقع در بیابان موجاو (Mojave) كالیفرنیا قرار گرفته است. تجهیزات تركیب شدهٔ كالیفرنیا بیش از ۹۹ درصد برق خورشیدی تجاری قابل دسترس ایالات متحده را تولید می‌كند.
تجمع دهنده گودی سهمی دارای انعكاس دهندهٔ سهمی شكلی است كه پرتو خورشید را روی یك دریافت كننده خطی واقع در كانون سهمی متمركز می‌كند.
تجمع دهنده خورشید را در امتداد یك محور در طول روز از شرق به غرب دنبال می‌كند تا تمركز پیوستهٔ پرتو خورشید روی دریافت كننده را تضمین كند. به خاطر شكل سهمی آن، یك گودی می‌تواند خورشید را ۳۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از میزان معمول (ضریب تمركز) روی لولهٔ دریافت كننده واقع در خط كانونی گوری تمركز دهد كه این امر باعث احصال دماهای تا بیش ۴۰۰ درجهٔ سانتی گراد می‌شود.
یك ناحیهٔ جاذب شامل ناحیه‌ای بزرگ از تجمع دهندهٔ گودی سهمی ردیار تك محوره است. ناحیهٔ خورشیدی در طبیعت ساختگی است و از ردیف‌های موازی زیادی از تجمع دهنده‌های خورشیدی كه در محور افقی شمالی ـ جنوبی چیده شده‌اند، تشكیل شده است.
سیال عامل (انتقال دهندهٔ گرما) گرم شده بطوریكه درون دریافت كننده‌ها چرخیده و به سری‌هایی از مبادله كننده‌های گرما در محل مركزی، جاییكه سیال بخار بسیار داغ پر فشار تولید می‌كند بر می‌گردد. سپس این بخار وارد یك توربین یا مولد تبدیل بخار شده و برق تولید می‌شود. بعد از عبور سیال از مبدل گرما سیال خنك شده در ناحیهٔ خورشیدی چرخش می‌كند.
دستگاه معمولاً تنها با استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید نیروی برق كامل راه‌اندازی می‌شود و انرژی خورشیدی كافی تولید می‌كند. تنها با استفاده از انرژی خورشیدی هرچند، تمام دستگاهها، دستگاههای با سوخت دوگانهٔ فسیلی ـ خورشیدی هستند، كه قابلیت به كارگیری سوخت فسیلی برای پشتیبانی از دوره‌های خروج خورشیدی یا كاهش انرژی خورشیدی بكار برده می‌شود. دستگاه لوز (Luz) دستگاه دوگانه گاز طبیعی است.
● صفحهٔ خورشیدی (Solar Dish)
سیستم صفحه ـ موتور از جاذب‌های خورشیدی غیر تمركزی كه خورشید را در دو محور ردیابی می‌كنند استفاده می‌كند بطوریكه چون به سمت خورشید نشانه رفته‌اند، انرژی را در نقطهٔ كانون صفحه متمركز می‌كند. ضریب تمركز صفحهٔ خورشیدی بسیار بیشتر از گودی خورشید و بطور شاخص بیش از ۲۰۰۰ و با حرارت سیال بیش از ۷۵۰ درجه سانتی گراد است.
تجهیزات مولد نیروی بكار برده همراه با صفحهٔ خورشیدی می‌تواند روی نقطهٔ كانونی صفحه سوار شود و كار را برای اجرای اعمال از راه دور مناسب كند و یا با استفاده از یك گودی خورشیدی، انرژی می‌تواند از تعدادی دستگاه، جمع‌آوری شده و در نقطهٔ مركزی به برق تبدیل شود. موتور در یك سیستم صفحه ـ موتور باعث فشار قرار دادن سیلال در زمانی كه سرد است و گرم كردن آن و قرار دادن آن در یك توربین یا پیستون، گرما را به نیروی مكانیكی تبدیل كند و كار تولیدموتور با یك مولد برق برای تبدیل نیروی مكانیكی به نیروی الكتریسیته همراه است.
● برج نیروی خورشیدی
برج نیروی خورشیدی یا دریافت كنندهٔ مركزی با انرژی خورشیدی تمركز یافته روی یك برج مبدل یا دریافت كنندهٔ گرما از نور خورشید نیروی برق تولید می‌كند. این سیستم دارای صدها تا هزاران آینهٔ سطح ردیاب خورشید دارد كه هلیواستیت (heliostate) نام دارند. این هلیو استیت‌ها انرژی خورشیدی را روی برج دریافت كنندهٔ مركزی بازتابانده و متمركز می‌كنند.
در این سیستم انرژی به اندازهٔ ۱۵۰۰ مرتبه بیشتر از انرژی مستقیم خورشید تمركز می‌یابد. ضایعات انرژی حاصل از انتقال حرارت ـ انرژی در این سیستم به حداقل می‌رسد به طوری كه انرژی در اثر انعكاس از هلیواستیت به یك دریافت كنندهٔ منفرد، بطور مستقیم انتقال می‌یابد، تا اینكه مانند سیستم گودی سهمی شكل در یك واسطهٔ انتقالی به یك محل مركزی انتقال یابد. این سیستم یك تكنولوژی مطمئن برای دستگاههای نیروی بزرگ مقیاس شبكه‌ای است. اگرچه برج‌های قدرت در مقایسه تكنولوژی گودی سهمی شكل در مراحل اولیهٔ توسعه هستند. اما چندین نمونهٔ آزمایشی آن در جاهای مختلف دنیا بكار افتاده است.
سولار وان (Solar One) در حوالی بارستوی كالیفرنیا (Barstow) كه از سال ۱۹۸۲ تا ۱۹۸۸ با ظرفیت حدود ۱۰ مگاوات، بزرگترین دستگاه برج نیروی دنیا بود. در سولار وان، آب در دریافت كننده‌ها به بخار تبدیل می‌‌شد و مستقیماً برای یك توربین بخار به كار گرفته می‌شد.
منطقه هلیواستیت متشكل از حدود ۱۸۰۰ هلیواستیت بود. سیستم ذخیره، از بخار حاصل از انرژی خورشید كه در یك ظرف پر از سنگ وجود داشت و ماسه و از نفت به عنوان سیال انتقال دهندهٔ گرما استفاده می‌شد.
كنسرسیومی متشكل از بخش انرژی ایالات متحده و چند سازمان الكتریكی سولار وان را به تكنولوژی پیشرفتهٔ نك مذاب مجهز كردند كه از سال ۱۹۹۶ به عنوان سولار تو (Solar two) شروع به كار كرد.
منبع : سایت مفاهیم