فصل اول :کلیات
-1 آشنایی با انرژی خورشیدی
-1-1 انرژی خورشیدی
خورشید منبع عظیمی از انرژی است. جزء کوچکی از این انرژی که به ما می رسد باعث ادامه حیات می شود.
ما می توانیم این انرژی را مستقیما به وسیله گرمای آن حس نماییم. (مبدا این انرژی هم جوشی
هسته ای((fusion می باشد. هسته هیدروؤن ( پروتون ها ) در یک واکنش هم جوشی( (fusion، هسته هلیم
و مقدار زیادی انرژی تولید می کند. دمای سطح خورشید حدود 5800 درجه کلوین و دمای مرکز آن به
بیش از میلیون ها درجه می رسد. انرژی در قسمت های گوناگون فرایند هم جوشی به سه صورت آزاد
می شود که عبارتند از:
نوترنیو((neutrino ، باد خورشیدی و تابش الکترومغناطیسی. نوترنیوها به مقدار خیلی زیادی تولید می شوند.
این ذرات با هیچ ماده ای واکنش نمی دهند. ما نمی توانیم این نوع انرژی را جمع آوری کنیم. در واقع در
حال حاضر و در همین لحظه مقدار زیادی نوترنیو از کنار ما می گذرند و هیچ کس متوجه نمی شود. باد
خورشیدی از ذرات بارداری همچون الکترون ها، پروتون ها و مقداری یون های سنگین تر تشکیل می شود.
این بادها در اثر انفجارهای شدید از خورشید خارج می شوند. این نوع انرژی قابل جمع آوری نیست. تابش
الکترومغناطیسی انرژی مورد علاقه ما را در بر دارد. این نوع انرژی تقریبا نصف انرژی خروجی از خورشید را
تشکیل می دهد. این انرژی با سرعت نور حرکت کرده و تمام فرکانس ها را می پوشاند که نور مرئی کسر
کوچکی از این طیف می باشد. EM توسط فوتون ها حمل می شود . فوتون ها از لحاظ مقدار انرژی که با
خود حمل می کنند، با یکدیگر تفاوت دارند. این انرژی به فرکانس تابش EM بستگی دارد. فوتون های
دارای فرکانس بالا حامل انرژی بیشتری نسبت به فوتون های دارای فرکانس کم می باشند.
انرژی خورشیدی بر روی زمین
توان ارسالی از خورشید حدود 4*10(26) وات می باشد. از این مقدار، حدود 1400 وات بر مایل مربع به اتمسفر ما می رسد. یک سوم این مقدار توان رسیده به اتمسفر، بازتابش یا جذب می گردد. در سطح زمین و در یک روز آفتابی، حدود 1000 وات بر مایل مربع توان از خورشید به ما می رسد که مقدار قابل توجهی است.
اگر بتوان این انرژی را بدون اتلاف جمع آوری کرد، در یک سطح 8000 مایل مربعی می توان نیازهای سالیانه انرژی جهان را برطرف نمود. (در این حالت مقدار کل انرژی دریافت شده در یک سال حدود((j (.2*10(24) در سال 1990 مصرف انرژی دنیا ، به جزBiomass، حدود 3/4*10 (20)(j) بود که 6000 برابر کمتر از مقدار ذکر شده در پرانتز فوق است.
به طور متوسط در یک روز، توان خورشیدی دریافت شده حدود 200 وات بر مایل مربع می باشد. در ضمن، بهترین سلول های خورشیدی موجود فقط یک سوم این انرژی را به برق تبدیل می کنند. به علاوه در بعضی مناطق، خورشید مستقیما بالای سر نیست.
تابش خورشید که به زمین می رسد منشا اثراتی است که اکثر آنها جنبه حیاتی دارند. در زیر مثالی ذکر می شود:
فتوسنتز گیاهان و در نتیجه تامین غذای حیوانات و انسان که با استفاده از فتوسنتز گیاهان نور خورشید را به انرژی شیمیایی تبدیل میکنند. ما با خوردن گیاهان و سوزاندن چوب درختان از این انرژی استفاده میکنیم.
نفت و ذغال در طی سالیان دراز از فسیل های گیاهان بدست می آید و حیات گیاهان نیز وابسته به خورشید است و انرژی موجود در گیاهان که به نفت و ذغال منتقل می شود از خورشید تامین می گردد.
انرژی خورشیدی هماکنون در بسیاری از نقاط دنیا مهار میشود و استعداد تولید چندین برابر انرژی مصرفی جهان را دارد، مشروط به اینکه از آن بطور صحیح بهرهبرداری شود.
از انرژی خورشیدی برای تولید برق یا برای گرم کردن و حتی برای سردکردن میتوان استفاده کرد. پتانسیل بهرهبرداری از نور خورشید فقط به خواست و اراده ما برای استفاده و مهار کردن آن بستگی دارد. برای بهرهبرداری از انرژی خورشیدی روشهای مختلف وجود دارد.
-3-1 چرا انرژی خورشیدی
انرژی که ما مصرف می کنیم از راههای زیر تامین می شود:
گرمای ناشی از سوختن چوب
ذغال سنگ و نفت
گاز طبیعی
بنزین برای برق، گرما و ماشین های ما
با اندکی تامل در می یابیم که تمامی شکل های انرژی ذکر شد همگی از خورشید ناشی می شوند. انرژی خورشید به طور پیوسته از طریق فتوسنتز گیاهان به انرژیی تجدید پذیر تحت عنوان biomass تبدیل می شود. این چرخه را می توان با کاشت گیاهان جدید حفظ کرد و اندازه انرژی را در ماه یا سال محاسبه کرد.
گیاهان و حیوانات مرده توسط زمین در طی سالیان دراز به سوخت های فسیلی (نفت، ذغال و گاز طبیعی)
تبدیل شده اند و در زیر سطح زمین ذخیره گردیده اند. در واقع همان انرژی biomass تبدیل به سوخت فسیلی می گردد.
مشکل این است که برای تبدیل biomass به سوختهای فسیلی میلیون ها سال وقت لازم است در حالی که این انرژی تولید شده ظرف میلیون ها سال را می توان در ظرف چند ثانیه سوزاند. مسلما این روش برای تامین نیازهای انرژی ، روشی عجیب و نامعقول است.
انرژی خورشیدی قادر است تمامی نیازهای ما را تا مدت مدیدی تامین نماید. در واقع خورشید بالای سر ما، همانند یک راکتور هسته ای عظیم عمل می کند. که دارای ظرفیت 110 تریلیون کیلو وات می باشد حتی یک هزارم این انرژی هم قادر خواهد بود 31/2 برابر نیازهای ما را تامین کند.
مشکلات ناشی از سوخت های فسیلی به صورت زیر هستند:
سوختهای فسیلی باعث تولید %90 از آلاینده های so(2) و No(2) می شوند.
افزایش غلظت دی اکسید کربن باعث گرم شدن کره زمین شده است.
منابع و ذخایر سوخت های فسیلی رو به اتمام هستند.
مشکلات ناشی از استفاده از انرژی هسته ای بصورت زیر هستند:
حداقل 125000 نفر از مردم در حادثه انفجار چرنوبیل جان باختند.
%23 از مردم بلاروس با رادیواکتیویته آلودگی دائمی پیدا کرده اند.
تولید ضایعات خطرناک و سمی و کشنده.
هزینه های بسیار بالی انرژی هسته ای.
هنوز تعدادی از نیروگاه های هسته ای دارای ایمنی کافی نیستند و هیچ اقدامی جهت تعطیلی این نیروگاه ها یا اصلاح آنها صورت نگرفته است.
هنگامی که یک نیروگاه هسته ای بسته می شود، اجزاء آن باید حدود حداقل 22000 سال در قرنطینه نگه داشته شوند.
1 گرم پلاتینیوم 230 برای اینکه نیم گرم شود، 24000 سال وقت لازم دارد.
بنابراین انرژی هسته ای هم هزینه بر و هم خطرناک می باشد.
-4-1 مزایای استفاده از انرژی خورشیدی
آلودگی ندارد.
استهلاک آن کمتر است.
بی سر و صدا تولید الکتریسیته می کند.
عملا احتیاج به مراقبت کمی دارد. (هزینه های نگهداری کم می باشند.)
زمان لازم برای ساخت یک نیروگاه خورشیدی کم و در حدود چند ماه است.
احتیاج به سرمایه گذاری کلان ندارد.