انرژی خورشیدی

مقدمه
خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند. گیاهان و جانوران نیز انرژی خورشیدی را لازم دارند تا زنده بمانند. اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد. اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.

ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم. با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود. حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است. برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم. گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.

تمام دستگاهها و ماشینهای ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند. بسیاری از این ماشینها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و … استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند. اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم. این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.

سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند. وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود. تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در اختیار ما قرار دارد.

• باد : ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.
• آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.
• چوب ، زغال سنگ ، نفت و … که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.

خورشید چیست؟
خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود ۳۵۰ میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد ۱ کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.

این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، ۸ دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.
منبع انرژی خورشیدی

• با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود ۱٫۸×۱۰۱۱ مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.
• ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستارهها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم احتراما ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.

• انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.
• در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. با ترکیب دوترویم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می‌شود (۱۷٫۶ Mev). بنابراین همانطوری که گفته شد، مقدار انرژیی که از خورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

خورشيد عامل و منشاء انرژي‌هاي گوناگوني است كه در طبيعت موجود است از جمله: سوخت‌هاي فسيلي كه در اعماق زمين ذخيره شده‌اند، انرژي آبشارها و باد، نمو گياهان كه حيوانات و انسان براي رشد خود از آلفا استفاده مي‌كنند، كليه مواد آلي كه قابل تبديل به انرژي حرارتي و مكانيكي هستند، امواج درياها، قدرت جزر و مد كه بر اساس جاذبه و حركت زمين به دور خورشيد و ماه حاصل مي‌شود، اينها همه نمادهائي از انژي خورشيدي هستند. وابستگي شديد جوامع صنعتي به منابع انرژي بخصوص سوختهاي نفتي و بكارگيري و مصرف بي‌رويه آنها منابع عظيمي را كه طي قرون متمادي در لايه‌هاي زمين تشكيل شده بود تخليه مي‌نمايد با توجه به اينكه منابع زيرزميني انرژي باد سرعت فوق‌العاده‌اي مصرف مي‌شوند و در آينده‌اي نه چندان دور چيزي از آنها باقي نخواهد ماند نسل فعلي وظيفه دارد به آن دسته از منابع انرژي كه داراي عمر و توان زياد است روي آورد و دانش خود را براي بهره‌برداري از

آنها گسترش دهد.
خورشيد يكي از دو منبع مهم انرژي است كه بايد به آن روي آورد كه در ضمن به تكنولوژي پيشرفته و پرخرج نيز نياز نداشته و مي‌تواند به عنوان يك منبع مفيد و تامين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان بكار گرفته شود به علاوه استفاده از آن انرژي هسته‌اي، خطر و اثرات نامطلوبي از خود باقي نمي‌گذارد و براي كشورهائي كه فاقد منابع زيرزميني هستند مناسبترين راه براي دسترسي به نيرو و رشد و توسعه اقتصاد مي‌باشد.

شناخت انرژي خورشيدي و استفاده از آن براي منظورهاي مختلف به زمان ما قبل تاريخ باز مي‌گردد. مهمترين روايتي كه در رابطه با استفاده از تابش خورشيد بيان شده داستان ارشميدس دانشمند و مخترع بزرگ يونان قديم مي‌باشند كه ناوگان روم را با استفاده از انرژي حرارتي خورشيد به آتش كشيد. گفته مي‌شود كه ارشميدس با نصب تعداد زيادي آئينه‌هاي كوچك مربعي شكل در كنار يكديگر كه روي پايه متحرك قرار داشت اشعه خورشيد را از راه دور روي كشتيهاي روميان متمركز ساخته و به اين ترتيب آنها را به آتش كشيده است. به همين علت از ارشميدس به عنوان بنيانگذار استفاده از تابش خورشيد نام مي‌برند در حاليكه منابع مصري قديميتر از آن است.

در عصر حاضر از انرژي خورشيدي توسط سيستم‌هاي مختلف و براي مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گيري مي‌شود كه عبارتند از:
۱) سيستم‌هاي فتوبيولوژيك: تغييراتي كه در حيات و زيست گياهان و جانداران به وسيله نور خورشيد و فتوسنتز ايجاد مي‌گردد فرآيند كود حيوانات و استفاده از گاز آن.
۲) سيستم‌هاي فتوشيميايي: تغييرات شيميايي در اثر نور خورشيد – الكتروليزرهاي نوري – سلولهاي فتوولتاژئيك الكتروشيمي – تاسيسات تهيه هيدروژن.
۳) سيستم‌هاي فتو ولتائيك: تبديل انرژي خورشيدي به انرژي الكتريكي – سلولهاي خورشيدي

۴) سيستمهاي حرارتي و برودتي: شامل سيستمهاي تهيه آب گرم – گرمايش و سرمايش ساختمانها – تهيه آب شيرين – سيستمهاي انتقال و پمپاژ – سيستمهاي توليد فضاي سبز (گلخانه‌ها) – خشك‌كنها و اجاقهاي خورشيدي – سيستمهاي سردسازي – برجهاي نيرو – خشك‌كن خورشيدي.
در مورد پيدايش خورشيد فرضيه‌اي كه بيشتر مورد قبول واقع شده، اين است كه منشاء ايجاد خورشيد توده‌اي ابري شكل گازهائي هستند كه تشكيل دهنده عمده آنها هيدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتيجه نيروي جاذبه مركزي، ذرات هيدروژن روي هم متراكم شده و در اثر تراكم، تصادم شديدي بين ذرات هيدروژن بوجود آمده و در نتيجه افزايش بيش از حد فشار و دما، تحولات هسته‌اي پديد آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظيم انرژي بوده است از مجموع انرژي تابشي خورشيد كه بوسيله زمين و جو آن دريافت مي‌شود در حدود ۳۵ درصد آن مجدداً به فضاي خارج از جو بازتاب مي‌گردد. قسمت اعظم اين بازتابي در جو زمين در برخورد اشعه با ابرها و غبارهاي جوي انجام مي‌گيرد و بخش كمتري از آن، در سطح زمين در نتيجه انعكاس اشعه بوسيله آبها – برفها و سنگريزه‌ها حادث مي‌شود.

قسمتي از باقيمانده انرژي، در حين عبور از جو زمين، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، به دفعات زياد تغيير مسير داده و پس از اين برخوردها، به صورت تشعشعات پراكنده به سطح زمين و يا فضاي خارج تابيده مي‌شود. همچنين در حدود ۱۰ الي ۱۵ درصد انرژي تشعشعي دريافت شده از خورشيد، به وسيله ذرات بخار آّب – كربن دي‌اكسيد و ازون موجود در جو زمين جذب مي‌شود.
قابل توجه است كه در طبقات فوقاني جو زمين، گاز ازون تقريباً تمام اشعه ماوراء‌بنفش را جذب مي‌كند و اين تصفيه اشعه از نظر سلامت زندگي انسانها حائز اهميت فوق‌العاده ايست زيرا كه اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثيرات بسيار نامطلوب دارد. بخار آب و كربن دي‌اكسيد در طبقات تحتاني جو زمين، اشعه مادون قرمز را جذب مي‌كند.