انرژی خورشیدی

میدانیم كه خورشید نزدیكترین ستاره به سیاره زمین است بدون خورشید, امكان ادامه زندگی بر روی این سیاره وجود ندارد هر روز ما از انرژی خورشید به طرق مختلف استفاده می كنیم

روی این سیاره است. بیش ار ۵۰۰۰ سال قبل، مردم خورشید را پرستش می‌كردند. اولین پادشاه مصر، خدای خورشیدی، به نام را (Ra) بود. در بین النهرین، خدای خورشیدی به نام شاماش (Shamash)،‌ خدای اعظم و برابر با عدالت بود. در یونان دو خدای خورشید به نامهای آپولو و هلیوس وجود داشت. تأثیر خورشید در سایر ادیان نیز نمایان است. زرتشتی، مذهب رومی، هندو، بودائی،‌ كاهن (انگلیس)، آزتگ (مكزیك) و خیلی از قبایل بومی امریكا خورشید را پرستش می‌كردند.

میدانیم كه خورشید نزدیكترین ستاره به سیاره زمین است. بدون خورشید، امكان ادامه زندگی بر روی این سیاره وجود ندارد. هر روز ما از انرژی خورشید به طرق مختلف استفاده می‌كنیم. زمانیكه لباس‌های خیس را روی طناب آویزان می‌كنیم،‌ گرمای خورشید باعث خشك شدن آنها می‌شود.

گیاهان برای تولید غذا از نور خورشید استفاده می‌كنند. سپس حیوانات، گیاهان را به عنوان غذا می‌خورند. و همانطوریكه در فصل ۵ گفتیم ، تجزیه گیاهان در صدها میلیون سال قبل باعث تولید ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی گردید كه امروزه ما از آنها استفاده می‌كنیم . بنابراین، سوخت‌های فسیلی در واقع از میلیون‌ها سال قبل نور خورشید را در خود ذخیره نموده‌اند. خورشید و سایر ستارگان بطور غیر مستقیم نقش مهمی را در تولید كلیه انرژی‌ها، بازی می‌كنند. حتی منشاء تولید انرژی هسته‌ای مربوط به یك ستاره است. زیرا اتم‌های اورانیوم در اثر نووا (انفجار یك ستاره) بوجود آمدند.

● آب گرم خورشیدی

در دهه ۱۸۹۰ در سرتاسر امریكا از آب‌گرم‌كن‌های خورشیدی برای گرم كردن آب استفاده می‌شد. آنها مزیت بیشتری نسبت به كوره‌های زغال سوز و چوب سوز داشتند. در آن زمان از گاز مصنوعی حاصل از ذغال نیز برای گرم نمودن آب استفاده میگردید، اما قیمت آن ۱۰ برابر قیمت گاز طبیعی امروز بود. قیمت برق حتی اگر در شهر شما وجود داشت بسیار گران بود.

در آن زمان بسیاری از خانه‌ها از آب‌گرم‌كن‌های خورشیدی استفاده می‌كردند. در سال ۱۸۹۷، حدود ۳۰ درصد از خانه‌های شهر پاسادانا ، واقع در شرق لس‌آنجلس ، مجهز به آب گرم‌كن‌های خورشیدی بودند. با پیشرفت‌های مكانیكی صورت گرفته، سیستم‌های خورشیدی در آریزونا، فلوریدا و خیلی دیگر از مناطق آفتابی ایالت متحده نیز مورد استفاده قرار گرفت. در تصویر ، آب گرم‌كن خورشیدیی را می‌بینید كه در سال ۱۹۱۱ در روی سقف خانه‌ای در دره پومونا (Pomona) ،‌ واقع در كالیفرنیا، نصب گردید

تا سال ۱۹۲۰، دهها هزار عدد از این آب گرم كن‌های خورشیدی به فروش رسیده بود. اما بعد از این سال، مخازن بزرگ نفت و گاز طبیعی در غرب ایالت متحده كشف شد. با دسترس قرار گرفتن سوخت‌های فسیلی ارزان ، آنها جایگزین سیستم‌های خورشیدی شدند.

امروزه، مردم مجدداً شروع به استفاده از آب گرم كن‌های خورشیدی كرده‌اند. در حال حاضر تنها در ایالت كالیفرنیا، ‌بیش از نیم میلیون آب گرم كن خورشیدی وجود دارد. این آب گرم‌كن‌ها در مراكز تجاری و منازل استفاده می‌شود.

همانطوریكه در تصویر می‌بینید ، از این آب‌گرم‌كن‌ها برای استخرهای شنا نیز استفاده میگردد. صفحاتی كه بر روی سقف ساختمان نصب شده‌اند دارای یك سری لوله‌های آب هستند. زمانیكه اشعه خورشید به این صفحات و لوله‌ها برخورد می‌كند، آب داخل لوله ها گرم شده و از آن می‌توان برای پركردن استخر استفاده نمود.

● تولید برق از طریق گرمای خورشید

از انرژی خورشیدی نیز میتوان جهت تولید برق استفاده نمود. بعضی از نیروگاههای خورشیدی، مانند نیروگاههایی كه در صحرای مووجاو (Mojava) ، در ایالت كالیفرنیا ، قرار دارد (رجوع به تصویر)، دارای آینه بسیار خمیده ای به نام طشتك سهمی شكل (Parabolic Trough) است كه نور خورشید را بر روی لوله ای ، که به طرف نقطه مركزی در بالای خمیدگی آینه ادامه می‌یابد، متمركز می‌كند. آینه، نور خورشید را به روی لوله متمركز كرده و آنرا آنقدر گرم می‌كند كه می‌تواند باعث جوشش آب بصورت بخار گردد. سپس از این بخار میتوان برای چرخش توربین و در نتیجه تولید برق استفاده نمود. در نیروگاه خورشیدی صحرای مووجاو، در ایالت كالیفرنیا، از چند ردیف آینه خورشیدی استفاده شده است. این نوع نیروگاهها را نیروگاههای حرارت خورشیدی می نامند. نیروگاههای صحرای مووجاو برای تولید برق ۳۵۰۰۰۰ خانه طراحی شده‌اند.

مشكل اصلی در استفاده از این نوع نیروگاهها این است كه آنها صرفاً در زمان تابش خورشید كار میكنند. بنابراین در روزهای ابری و شبها، این نیروگاهها نمی‌توانند انرژی تولید كنند. بعضی از نیروگاهها دارای فن آوری دوگانه هستند،‌ بدین ترتیب كه در روز از انرژی خورشیدی و در شب و روزهای ابری از گاز طبیعی برای جوشاندن آب و در نتیجه تولید برق استفاده می كنند.

نوع دیگری از نیروگاههای خورشیدی برای تولید برق، نیروگاه برج مركزی نام دارد (رجوع به تصویر). در بالای برج این نیروگاه، ۱۸۰۰ آینه چرخان نصب شده كه نور خورشید را منعكس می‌كنند. این آینه‌ها را « heliostats » می‌نامند كه در تمام روز در حال چرخش و حركت بوده تا رو به خورشید قرار گیرند. نور انعكاس یافته باعث گرم شدن سیالی در مركز آینه می‌شود. حال ، این سیال گرم می تواند باعث جوشش آب و تولید بخار شده ، و در نتیجه توربین ژنراتور را به گردش در آورد. این نیروگاه آزمایشی ، خورشیدی II نام دارد. شروع كار این نیروگاه به اوایل دهه ۱۹۸۰ بر میگردد، اما اكنون با استفاده از فن آوری جدید بازسازی گردیده است.

این نیروگاه برای تأمین برق ۱۰۰۰۰ خانه طراحی شده است. طبق گفته كارشناسان با احداث نیروگاههای برج مركزی بزرگتر می‌توان برق ۱۰۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ خانه را تامین نمود.

● سلولهای خورشیدی یا انرژی فتوولتایی

با استفاده از سلولهای خورشیدی ، مستقیماً می‌توان از نور خورشید برق تولید نمود. سلولهای خورشیدی را سلولهای فتوولتایی یا به اختصار PV نیز می‌نامند. از این نوع سلولها در ماشین حساب یا حتی فضا پیما استفاده می‌شود.

اولین بار آنها در دههٔ‌ ۱۹۵۰ در ماهواره های فضایی ایالت متحده مورد استفاده قرار گرفتند. این سلولها از سیلیكون (نوع خاصی از ماسه مذاب) ساخته شده‌اند.

زمانیكه نور خورشید به سلولها برخورد می كند، الكترونها آزاد شده و به سمت صفحه جلویی (رنگ آبی تیره)‌ حركت می‌كنند (به تصویر توجه كنید) . بدین ترتیب یك الكترون اضافی بین جلو و عقب صفحه تولید میشود. زمانیكه دو صفحه توسط یك رابط مثل سیم بهم وصل می‌شوند ، جریان برق بین قطب مثبت و منفی برقرار می گردد.

مجموعه‌ای از سلولهای خورشیدی در یك واحد فتوولتایی چیده شده و مجموعه ای از واحدهای فتوولتایی نیز بصورت آرایه‌ای در كنار هم قرار می گیرند (به تصویر توجه كنید) .

بعضی از آرایه ها بر روی وسایل ردیابی نصب شده كه بتوانند نور خورشید را در تمام طول روز دنبال كنند . انرژی الكتریكی بدست آمده از سلولهای خورشیدی را مستقیماً می‌توان استفاده نمود. از این انرژی می‌توان برای روشنایی منازل و وسایل برقی، و نیز مراكز تجاری استفاده نمود. انرژی خورشیدی را میتوان در باتریهایی ذخیره نمود و از آن برای روشنایی تابلو علائم كنار جاده ها در شب استفاده كرد. همچنین این انرژی را می‌توان در باتری ذخیره كرده و در تلفن های سلولی كه در كنار جاده ها نصب می‌شود، استفاده نمود . بعضی از ماشین‌ها نیز بطور آزمایشی از سلولهای فتوولتایی استفاده می كنند. این نوع ماشین ها نور خورشید را مستقیماً به انرژی تبدیل كرده و موتور الكتریكی را به حركت می اندازند.

اكثر ما زمانیكه در خصوص انرژی خورشیدی فكر می‌كنیم، تصویری از ماهواره های فضایی در ذهنمان نقش می بندد. در تصویر،‌ صفحات خورشیدیی كه بیرون از ماهواره قرار گرفته اند را می بینید.