انرژي خورشيدي
در شرايط كنوني، تلاش در جهت خود كفايي و رفع وابستگي هاي تكنولوژي كشورمان، يكي از مبرمترين وظايف آحاد ملت ايران است و هر كس بنا به موقعيت خويش بايستي در اين راستا گام بردارد. يكي از صنايع كشورمان كه پيشرفت ديگر صنايع در گرو پيشرفت و توسعه آن است صنعت برق مي باشد. نيروگاههاي موجود توليد برق، از تكنولوژي بسيار بالايي برخوردارند، بطوريكه در حال حاضر طراحي و ساخت آنها در انحصار چند كشور خاص مي باشد.

مصرف انرژي در جهان بطور سرسام آوري رو به ازدياد است. بالا رفتن سطح زندگي مردم كه با جانشين شدن انرژي مكانيكي به جاي انرژي انساني و حيواني همراه بوده است از يكسو و ازدياد جمعيت از سوي ديگر باعث بالا رفتن ميزان مصرف انرژي شده اند. بشر مترقي امروز براي توليد آب آشاميدني، براي توليد مواد غذايي و براي كليه كارهاي روزمره خود نيازمند استفاده از انرژي مي باشد، بطوريكه بدون انرژي زندگي او كلاً مختل مي گردد.

طبق برآوردهايي كه دانشمندان نموده اند، از ابتداي خلقت تا سال ۱۸۵۲ ميلادي، بشرمعادل ۱۰۱۵*۲/۱ كيلو وات ساعت و در فاصله ۱۸۵۲ تا ۱۹۵۲ نيز معادل ۱۰۱۵*۲/۱ كيلو وات ساعت انرژي مصرف نموده است.

پيش بيني مي شود كه در فاصله ۱۹۵۲ تا ۲۰۵۲ مصرف انرژي بشر به ۱۰۱۵*۳۰ تا ۱۰۱۵*۱۲۰ كيلو وات ساعت برسد. امروزه بين تقاضاي انرژي و انرژي هاي در دسترس و قابل مهار هماهنگي وجود ندارد ودنياي امروز با اين بحران بزرگ روبروست. آنچه مسلم استمنابع شناخته شده مورد استفاده بشر (نظير ذغالسنگ، نفت، گاز و…) در صورتيكه كاملاً و صد درصد نيز قابل مهار و استخراج باشند، نمي توانند نيازهاي آتي بشر باشند و ديري نخواهد پاييد كه اين منابع نيز به اتمام خواهند رسيد.
از سوي ديگر استفاده از اين گونه انرژي ها با مشكلاتي توأم مي باشد؛ مثلاً در مورد سوخت هاي هسته أي، امكان تبديل آنها محدود بوده و همچنين استفاده از آنها تكنولوژي پيشرفته أي لازم دارد، بعلاوه از بين بردن فضولات آن نيز مشكلاتي ايجاد مي كند

در مورد سوخت هاي فسيلي نيز استفاده مداوم از هر يك از آنها در دراز مدت ضمن داشتن مخاطره هاي محيط زيست هزينه هاي اقتصادي فزاينده أي به دنبال دارد.
منابع شناخته شده انرژي عبارتند از:
۱- سوخت هاي فسيلي ۲- چوب و… ۳- مواد غذايي ۴- جريان هاي آبهاي سطحي ۵- باد ۶- امواج دريا ۷- جزر و مد ۸- حرارت زير پوسته زمين (ژئوترمال) ۹-حرارت آب سطح دريا ۱۰- واكنش هاي هسته أي ۱۱- انرژي خورشيدي
كه به بررسي انرژي خورشيدي مي پردازيم:

انرژي خورشيد:
منشأ بسياري از انرژي ها، انرژي خورشيد مي باشد.
امروزه بيش از % ۹/۹۹ از مجموع انرژي هايي كه به زمين منتقل مي گردند از خورشيد منشأ مي گيرد كه مقدار آن ۱۰۱۵*۸/۱ ترا وات است ( ۱۰۱۲ = Tera) ، انرژي حاصل از تابش خروشيد كه در هر روز به زمين مي رسد ۱۰۰۰۰۰ برابر مقدرا انرژي توليد شده توسط كليه نيروگاههاي جهان است. بنابراين با توجه به تابش خورشيد، كمبود بالقوه انرژي در جهان وجود ندارد و انرژي خورشيد با مقداري معادل ۲۰۰۰۰ برابر مصرف كنوني بشر، به نظر مي رسد كه منبع مناسبي براي تأمين احتياجات او باشد، بخصوص اينكه استفاه از آن هيچگونه آلودگي محيطي و حتي آلودگي حرارت بوجود نمي آورد.

كاربرد انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع انرژي براي مصارف بزرگ از اميدهاي آينده است. اشكال بزرگ در كاربرد انرژي خورشيدي، متمركز نبودن، تناوبي بودن و ثابت نبودن مقدار تشعشع مي باشد، كه اگر بتوانيم وسيله أي جهت متمركز كردن آن بسازيم، بطوريكه نوسانات آن تأثير زيادي بر روي آن نگذارد به يك منبع انرژي بسيار بزرگ دست يافته ايم كه تا قرن ها مي توند تأ مين كننده نياز انرژي بشر باشد. با توجه به وضع انرژي در جهان و رشد جمعيت و مصرف در جهان، اگر به طور هوشمندانه رفتار كنيم خواهيم ديد كه خورشيد تنها منبع انرژي است كه انرژي آن به وفور و به صورت رايگان و در همه ادوار در اختيار مي باشد. بعلاوه اينكه در تبديل انرژي خورشيد مسائلي نظير آلوده كردن محيط زيست وجود ندارد.

همانطور كه قبلا ذكر شد، انرژي خورشيدي كه درزمين مي تواند مورد استفاده قرار گيرد، حدود بيست هزار برابر كل انرژي مورد مصرف فعلي بشر مي باشد، اگر راندمان تبديل انرژي خورشيد به انرژي مورد نياز بشر را تنها % ۱ در نظر بگيريم، % ۵/۰ سطح كره زمين براي تقاضاي كل انرژي بشر كافي خواهد بود.

بر طبق گزارش ERDA ( اداره كل تحقيقات و توسعه انرژي ) كل انرژي مورد نياز آمريكا در سال ۲۰۲۰ از انرژي خورشيد تأمين خواهد شد.
پس در مي يابيم كه استفاده از انرژي خورشيد رشد چشمگيري خواهد داشت و در آينده بشر ناچار است كه بيشتر نياز خود را از انرژي خورشيد تأمين كند، بطوريكه تا سال ۲۰۷۵ مقدرا % ۵۰ تا % ۷۵ نياز كل بشر از انرژي خورشيد تأمين خواهد شد.
با توجه به موقعيت جغرافيايي كشورمان، در مي يابيم كه ايران با تقريباً ۳۶۰۰ ساعت تابش خورشيد در سال، يكي از غني ترين ممالك در زمينه انرژي خورشيدي مي باشد و مي تواند ما را در بكارگيري اين انرژي مخصوصاً در توليد برق ياري نمايد.

انواع كلكتورهاي خورشيدي
الف- كلكتورهاي مسطح خورشيدي
ب- كلكتورهاي متمركز كننده
ب-۱- متمركز كننده خطي

ب-۲- متمركز كننده نقطه أي
ب-۲-۱- متمركز كننده هاي بشقابي
ب-۲-۲- متمركز كننده هاي با دريافت كننده مركزي
كاربردها:
الف- اين كلكتورها در اين كاربرد در دماهاي پايين بوده و بيشتر جهت مصارف خانگي نظير سيستم تهويه مطبوع و تهيه آب گرم بكار مي رود.
ب- اين كلكتورها داراي كاربرد در دماهاي بالا بوده و به طور كلي كلكتورهايي كه شدت حرارتي رسيده به سطح گيرنده آنها بيشتر از شدت شار حرارتي رسيده به دهانه آنها باشد، متمركز كننده گويند.

هدف از يك متمركز كننده عبارتست از متمركز كردن پرتوهاي خورشيد از يك سطح بزرگتر به روي يك سطح كوچكتر كه در نتيجه آن گيرنده گرم داراي تلفات حرارتي كمتر مي شود.
عمل تمركز به دو طريق انجام مي شود، يكي توسط سطوح بازتاب دهنده (آينه) و ديگري توسط سطوح انكسار دهنده پرتوهاي خورشيدي ( عدسي)، بطوريكه پرتوا را روي گيرنده متمركز مي نمايند.

ب-۱- در اين نوع از متمركز كننده ها، پرتوهاي خورشيدي روي يك خط متمركز مي شود كه اين بوسيله عدسي يا آينه صورت مي گيرد. در نوع عدسي آن پرتوهاي خورشيد پس از عبور از عدسي شكسته شده و روي يك گيرنده خطي متمركز مي گردد ولي در نوع آينه أي كه مورد استفاده بيشتري دارد و به متمركز كننده هاي شلجمي باز (Parabolid Concentrator) معروف است، اين كلكتورها تشكيل شده اند از يك يا چند رديف از آينه هاي نيم استوانه كه پرتوهاي رسيده به آنها را در مركز كانوني خود متمركز مي كنند و در مركز اين نيم استوانه

هاي منعكس كننده يك مسير لوله سرتاسري قرار دارد كه وظيفه جذب كردن انرژي حرارتي متمركز شده روي آنرا بر عهده دارد و اين انرژي جذب شده را به سيال داخل لوله منتقل مي نمايد. جهت انجام عدم انتقال حرارت از اين لوله به محيط اطراف،اين لوله ها را توسط يك لوله شيشه أي ( كه داراي قطر بيشتري از قطر لوله است) احاطه مي نمايند و در فضاي خالي بين لوله و شيشه خلأ ايجاد مي كنند كه با اين عمل انتقال حرارت، منتقل شده از لوله به محيط را از طريق جابجايي (Convection) و هدايت ( Cunductivity) به حداقل مقدرا خود مي رسانند. در مورد انتقال حرارت تشعشعي از لوله به محيط بايد گفت در هنگام تابش خورشيد، پرتوهاي متمركز شده توسط آينه ها، چون داراي طول موج كمي هستند به راحتي از شيشه محافظ عبور كرده و به لوله مي رسند، ولي پرتوهاي با تابش از روي لوله چون داراي طول موج بيشتري هستند، از داخل محفظه شيشه أي عبور نمي كنند و تحت باز تابش كلي دوباره به لوله مي تابند.

سطح گيرنده پرتوهاي خورشيد را معمولاً از لوله هاي Steel با پوشش مخصوص (سرميت) مي سازند و گيرنده نسبت به سطح منعكس كننده ثابت بوده و همراه آن مي چرخد.
ب-۲- در اين نوع از متمركز كننده ها، پرتوهاي خورشيد روي يك نقطه متمركز مي شوند.
ب-۲-۱- Point – Focus dish concentrators

اين كلكتورها به شكل يك عرقچين از يك كره مي باشند و به دو نوع يافت مي شوند:
در نوع اول كه كاربرد بيشتري دارد سطح داخلي آنها باموادي با ضريب انعكاس بالا پوشيده شده است. سطح دريافت كننده پرتوهاي خورشيد در اين كلكتورها مي توند بصورت يكپارچه طراحي و ساخته شود و يا مي توند از تعبيه يكسري آينه هاي تخت كوچك در رويه داخلي يك سطح بشقابي شكل، تشكيل شده باشد كه در مجموع يك سطح انعكاسي بشقابي را تشكيل مي دهد.

پرتوهاي موازي رسيده از خورشيد ( چون خروشيد به اندازه كافي از زمين دوراست و مي توان پرتوهاي ريده از آن را بصورت مواز در نظر گرفت) توسط سطح انعكاس دهنده در مركز بشقاب تابيده مي شود كه در اين مكان سطح جذب كننده انرژي قرار دارد ( دراين سطح مي تواند يك موتور استرلينگ، جهت توليد انرژي الكتريكي قرار گيرد).
دراين كلكتورها نيز جهت بالا بردن راندمان و داشتن يك دماي ثابت در سطح جذب كننده انرژي، از يك سيستم ردياب خورشيدي استفاده مي شود.
ب-۲-۲- Central – Receive

 

يكي از مسائل عمده در رابطه با پخش متمركز كننده هاي خطي در يك محوطه بزرگ آن است كه براي انتقال سيال از محوطه تبديل كننده انرژي گرمايي، به شبكه لوله كش وسيعي نياز است كه أين امر باعث افزايش هزينه وتلفات حرارتي مي شود و علاوه بر آن چون سيال داخل لوله در درجه حرارت بسيار بالا منتقل مي شود، امكان نشتي از اتصالات، بالا مي رود. بهترين راه حل در مورد پروژه هايي كه به قدرت زياد نياز دارند، آن است كه به جاي سيستم لوله كشي در محوطه از يك سيستم گيرنده مركزي استفاده مي شود. كلكتوراي سيستم گيرنده مركزي از يك سري آينه هاي تخت كه جهت آنها را مي توان تنظيم نمود، تشكيل شده است. هر آينه، تشعشعات منعكس شده خود را به گيرنده أي كه در بالاي برج در وسط ميدان آينه ها قرار دارد، منعكس مي كند. هر يك از اين آينه هاي تخت را يك هيليوستات (Heliostat) مي نامند.