خورشید از گازهایی نظیر هیدروژن (۷۳٫۴۶درصد) هلیوم (۲۴٫۸۵ درصد) و عناصر دیگری تشکیل شده است که از جمله آنها میتوان به اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن اشاره نمود.انرژی ستاره خورشید یکی از منابع عمده انرژی در منظومه شمسی میباشد. طبق آخرین برآوردهای رسمی اعلام شده عمر این انرژی بیش از ۱۴ میلیارد سال میباشد. در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل میشود. با توجه به جرم خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر جرم زمین است. این کره نورانی را میتوان بهعنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد میباشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر میشود.
زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول میکشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن میباشد. سرمنشا تمام اشکال مختلف انرژی های شناخته شده تاکنون شامل (سوخت های فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای بادی، آبشارها، امواج دریاها و...) موجود در کره زمین از خورشید میباشد.انرژی خورشید همانند سایر انرژیها بطور مستقیم یا غیر مستقیم میتواند به دیگر اشکال انرژی تبدیل شود، همانند گرما و الکتریسیته و.... ولیکن موانعی شامل (ضعف علمی و تکنیکی در تبدیل بعلت کمبود دانش و تجربه میدانی - متغیر و متناوب بودن مقدار انرژی به دلیل تغییرات جوی و فصول سال و جهت تابش - محدوده توزیع بسیار وسیع) موجب گردیده تا استفاده کمی از این انرژی صورت گیرد.
استفاده از منابع عظیم انرژی خورشید برای تولید انرژی الکتریسته، استفاده دینامیکی، ایجاد گرمایش محوطهها و ساختمان ها، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تغییرات شیمیایی و..... اخیرا شروع گردیدهاست.
انرژی خورشیدی:
انرژی خورشیدی منحصر به فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان است و منبع اصلی تمامی انرژیهای موجود در زمین میباشد. انرژی خورشیدی به صورت انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستمهای فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه است.
در بسیاری از قسمت های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بینالمللی میباشد و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازهگیری شده است ولی بطور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴٫۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است.
بهینه سازی انرژی در تهویه
انرژی خورشیدی راهی برای بهینه سازی مصرف انرژی
کاربردهای انرژی خورشید
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف استفاده میشود که عبارتاند از:
استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.وقتی فوتونها به یک سلول فوتوولتاییک برخورد میکنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم میکنند. وقتی که نور خورشید کافی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا میشوند. رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن الکتریسیته باعث میشود سطح جلویی سلول برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنا براین الکترونها بطور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند.
زمانی که الکترونها موقعیت n را ترک میکنند، سوراخهایی شکل میگیرد. تعداد الکترون ها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل میکنند و به طرف جلو سطح سلول پیش میروند، در نتیجه عدم توازن بار بین سلول های جلویی و سطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطبهای مثبت ومنفی یک باتری ایجاد میشود.وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط میشود، الکتریسیته جریان می یابد. با این وجود، سلول فتوولتاییک توان ۱یا ۲ وات تولید میکند، که برای بیشتر کار بردها این مقدار از انرژی کافی نیست.
کاربردهای نیروگاهی:
تاسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل میشود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده میشود این تاسیسات بر اساس انواع متمرکز کنندههای موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کنندهها به سه دسته تقسیم میشوند:
نیروگاه هایی که گیرنده آنها آینههای سهموی ناودانی هستند
نیروگاههایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینههای بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس میشود. (دریافت کننده مرکزی)
نیروگاههایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) میباشد
قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاههای تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاه های آبی، نیروگاه های بخاری و نیروگاه های گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده میشود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید میشود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تامین میکنند. بدین ترتیب میتوان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. تامین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربینها هستند که انواع مختلف دارند. در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پرههای توربین میگردد. در نیروگاههای آبی که روی سدها نصب میشوند انرژی پتانسیلموجود در آب موجب به گردش در آمدن پرههای توربین میشود.
بدین ترتیب میتوان گفت در نیروگاه های آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل میشود، در نیروگاه های حرارتی بر اثر سوختن سوخت های فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل میشود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل میشود در نیروگاه های گازی توربین هایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را میگرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل میشود. و اما در نیروگاه های حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخشهای خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربین ها است یا به عبارت دیگر میتوان گفت که این نوع نیروگاه ها شامل دو قسمت هستند:
سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار مینماید.
سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاه های حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل میکند.
نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی
در این نیروگاهها، از منعکس کنندههایی که به صورت سهموی - خطی میباشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده میشود و گیرنده به صورت لولهای در خط کانونی منعکس کنندهها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ میگردد. روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار تبدیل می کند که این بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاههای حرارتی انتقال داده میشود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.