انرژی خورشیدی چیست؟
انرژی خورشیدی چیست؟
انرژی خورشیدی یا دقیق تر بگوییم خورشید در طول تاریخ حضور بشر بر روی کره زمین همیشه مورد توجه، کنجکاوی و احساسات مختلفی اعم از احترام، عشق، ترس و… قرارگرفته است. این راکتور قدرتمند تولید گرما، نور و انرژی حتی زمانی که دستگاه های اندازه گیری و محاسبه نیز در دسترس نبود، منبعی نیرومند، بزرگ و جهانی محسوب می شد و برخی حتی آن را تا جایگاه خداوندی بزرگ و ارزشمند می پنداشتند.
امروز نیز ابزار اندازه گیری و محاسبات فیزیک، شیمی و ریاضی به وضوح بیان می کنند که این ستارۀ بی‌نهایت عظیم و شعله ور، هم بسیار پرانرژی است و هم می تواند تمامی انرژی مورد نیاز زمین را برای همیشه تامین نماید.
کمی درباره خورشید
این بسیار جذاب است که بدانید جرم خورشید در حدود 99.86 درصد جرم کل منظومۀ شمسی است و تقریباً یک میلیون کره به اندازۀ زمین در دل خورشید جای می گیرند.
انرژی‌ای که در هستۀ خورشید تولید می شود، سوختی هسته ای محسوب می شود. این کره که میدان مغناطیسی بسیار قوی دارد در این نقطه از تاریخ در نیمۀ عمر دراز خود قرار دارد.
بر اساس محاسبات امکان بلعیده شدن زمین و سایر کرات توسط خورشید در آیندۀ دور وجود دارد. حال شاید خنده تان بگیرد، اما با این ابهت و یال و کوپال خورشید در دستۀ ستاره های کوتولۀ زرد، دسته بندی می شود.
در نظر بگیرید که بدون انرژی ساطع شده از سوی خورشید از پوشش گیاهی خبری نیست و به تبع آن از حیوانات و ما انسان ها. محاسبات پروردگار دربارۀ فاصلۀ قرار گرفتن زمین از خورشید، به قدری دقیق است که اگر میزان خیلی خیلی کمی از این مدار نزدیک تر به یا دورتر از خورشید قرار می گرفتیم، سوخته و یا دچار یخ زدگی می شدیم.
میزان وابستگی حیات زمین به خورشید به قدری زیاد است که تصور زندگی بدون آن در ذهن انسان نیز بسیار مشکل تلقی می شود.
موارد گفته‌شده دربارۀ خورشید و انرژی خورشیدی تا این جای کار مواردی طبیعی است که بدون به‌کارگیری هیچ فناوری و ساختار خاصی در اختیار ما قرار دارد. حال اگر مقداری از قدرت عقل و استدلال نوع بشر استفاده کنیم و سعی نماییم از این انرژی خورشیدی بی نهایت زیاد، برای تأمین اشکال گوناگون انرژی مورد نیازمان بهره ببریم، یعنی از این نعمت ویژۀ الهی بهتر و ارزنده تر استفاده نموده ایم.
واقعیت این است که انسان برای تامین انرژی مورد نیاز خود، به قدری وابسته به منابع فسیلی مانند نفت و گاز و زغال سنگ شده که فراموش کرده می تواند از طرقی بسیار آسان تر، ارزان تر، پاک تر و بدون محدودیت تر، تنها از طریق انرژی خورشیدی انواع نیازهای خود را برآورده سازد. پاسخ به این سوال که انرژی خورشیدی چیست، از لحاظ علمی این است: انرژی دریافتی از منبع خورشید که در قالب گرما، نور و سپس الکتریسیته قابل بهره‌مندی می باشد.
سابقه استفاده از انرژی خورشیدی
سابقۀ استفاده از انرژی خورشیدی توسط بشر به منظورهای متعدد، به زمان پیش از تاریخ تمدن برمی گردد و شاید قدمت آن به دوران پارینه سنگی نیز برسد.
در آن دوران روحانیون در معابد جام های طلایی را به طوری صیقل داده و در برابر نور خورشید قرار می دادند که به وسیلۀ این جام ها، آتش دان های محراب های خود را شعله ور سازند.
نقل است که یکی از فراعنه در مصر باستان، معماری معبد خود را به نحوی انجام داده بود که درب این معبد با طلوع خورشید باز و با غروب آن بسته می شد. مردم زمان باستان از تمرکز نور خورشید برای روشن ساختن شعلۀ اجاق های خود نیز استفاده می کردند.
به طور کلی چینی ها، رومیان و یونانیان با استفاده از نور خورشید، مشعل های خود را روشن می ساختند. رومیان حمام های خود را به نحوی طراحی کرده بودند که بتوانند برای گرم کردن آب مورد نیاز خود برای استحمام، از نور خورشید بهره مند بشوند.
در امریکای شمالی نیز مردمانی برای استفاده از انرژی گرمایی خورشید در زمستان، با ساختن خانه های صخره‌ای رو به جنوب، به نوعی این گرما را ذخیره می نمودند.
اما شاید سابقۀ استفاده از انرژی خورشیدی به صورتی خیلی پراهمیت و حیاتی به زمانی برگردد که جناب ارشمیدس دانشمند یونانی، در جنگ علیه رومیان به وسیلۀ آینه ای عظیم، نور خورشید را بر روی ناوگان دشمن که بر روی آب به سوی یونان در حرکت بود متمرکز ساخت و آن را به آتش کشید.
سابقۀ استفاده از انرژی خورشیدی به شکل مرسوم امروزی که در قالب تولید الکتریسیته است، به قرن 18 و 19 میلادی بر می گردد.
اولین بار “ادموند بکرل” فرانسوی توانست اثر فتوولتائیک را کشف کند و هنگام کار با دو الکترود فلزی محلول الکترولیت خود، دریافت که وقتی این محلول در معرض نور خورشید قرار داشته باشد، برق بیشتری تولید می کند.
در همین ادوار و شاید کمی پیش تر نیز استفاده از انرژی خورشیدی در مصارف مکانیکی و پیش گرمکن های موتورهای حرارتی، مورد استفاده قرار گرفته بود.
سابقۀ استفاده از انرژی خورشیدی به شکل مرسوم امروزی که در قالب تولید الکتریسیته است، به قرن 18 و 19 میلادی بر می گردد. اولین بار “ادموند بکرل” فرانسوی توانست اثر فتوولتائیک را کشف کند و هنگام کار با دو الکترود فلزی محلول الکترولیت خود، دریافت که وقتی این محلول در معرض نور خورشید قرار داشته باشد، برق بیشتری تولید می کند.
در همین ادوار و شاید کمی پیش تر نیز استفاده از انرژی خورشیدی در مصارف مکانیکی و پیش گرمکن های موتورهای حرارتی، مورد استفاده قرار گرفته بود.
آلبرت انیشتین در سال 1905 به همراه تئوری نسبیت معروف خود، اثر فتوولتائیک را نیز مطرح نمود. این دانشمند در سال 1921 به خاطر نظریۀ اثر فوتوالکتریک جایزۀ نوبل دریافت کرد.
خواص نیمه رساناها و کریستال های سیلیکون برای تولید الکتریسیته با دریافت نور خورشید، در همین سال ها در حال پخته شدن و گستردگی بود و سلول های فتوولتائیک به مرور کارکردهای بسیاری پیدا می کردند.
فواید استفاده از انرژی خورشیدی
فواید استفاده از انرژی خورشیدی را شاید بتوان به 3 دستۀ کلی تقسیم کرد و سایر دلایل را زیرمجموعۀ این سه بخش در نظر گرفت:
- اولین فایده انرژی خورشیدی:
اولین فایده انرژی خورشیدی، پایداری، بقا و همیشگی بودن آن است؛ به نحوی‌که می توانیم با خیال آسوده تا سال های سال برای خود و نسل های آینده مان انرژی خورشیدی ذخیره کرده و به جا بگذاریم و اگر این ویژگی را در مقابل ویژگی تمام شدنی و تجدید ناپذیر بودن سوخت های فسیلی قرار دهیم، درمی‌یابیم که این نعمت بی نظیر و تجدیدپذیر چه منبع بزرگی از انرژی محسوب می شود.
- دومین فایده انرژی خورشیدی:
دومین و شاید مهم‌ترین دلیلی که می توان برای استفاده از انرژی خورشیدی در نظر گرفت، پاکی و فاقد آلاینده بودن این انرژی است. سال ها است که محیط زیست، اکوسیستم، گیاهان، حیوانات و خود انسان از پیامدهای ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی ضربه می خورند.
گرمای هوای زمین و آلودگی هوا و از بین رفتن بسیاری از گونه های گیاهی و جانوری، تنها معدودی از اثرات نامطلوب استفاده از سوخت های فسیلی است.
با این وصف استفاده از انرژی خورشیدی می تواند مهم ترین و پاک ترین هدیه ای باشد که در این قرون، می توانیم از سوی این ستارۀ سخاوتمند دریافت کنیم و عمر نسل انسان و جانداران همزیستش را بالاتر ببریم.
- سومین فایده انرژی خورشیدی:
سومین مزیت استفاده از انرژی خورشیدی استقلال شیرینی است که به ملت ها هدیه می کند. با وجود بهره‌مندی تمام کشورها از نور خورشید، تولید و استفاده از انرژی خورشیدی مانند نفت و گاز محدود به مناطقی خاص از جهان نمی شود و همۀ کشورها می توانند و به طور مساوی و مستقلانه انرژی خورشیدی را تولید کرده و نیازهای خود به انرژی را برطرف نماید.
این قضیه درگیری های سیاسی و استراتژی و بسیاری از جنگ ها که بر سر منابع نفتی وجود داشته را از بین می برد. چرا که همه به یک میزان از این ثروتمند بهره مند هستند و میزان موفقیت شان در دریافت انرژی خورشیدی و به مصرف رساندن آن، به تخصص و لیاقت های خودشان بر می گردد.
معایب استفاده از انرژی خورشیدی
شاید اینکه بخواهیم معایبی را به انرژی خورشیدی نسبت بدهیم، نیاز به کمی سخت گیری و موشکافی داشته باشد؛ چون موضوع این است که اگر مقدمات تولید و ذخیرۀ صحیح انرژی خورشیدی فراهم شود، جایی برای این معدود معایب باقی نمی ماند.
با این وصف ما اینجاییم تا به بحث انرژی خورشیدی به نحوی همه جانبه نگاه کنیم.
- اولین عیب انرژی خورشیدی:
اولین عیبی که به انرژی خورشیدی نسبت داده می شود محدودیت زمان تولید آن است. یعنی تنها در روز و زمانی که خورشید در آسمان وجود داشته باشد، امکان تولید انرژی خورشیدی وجود دارد.
این عیب همان‌طور که گفته شد با در نظر گرفتن زمان های بهینۀ تولید انرژی خورشیدی و البته بالا بردن بازدهی سیستم ها قابل حل است.
همچنین انواع سیستم های ذخیره ساز که تنها یکی از موارد آن باتری خورشیدی است، می تواند انرژی خورشیدی دریافت شده در روز را نگهداری کرده و در زمان نیاز به مصرف برساند.
- دومین عیب انرژی خورشیدی:
دومین محدودیتی که شاید در استفاده و بهره برداری از انرژی خورشیدی با آن مواجه باشیم نیاز به مساحت های تقریباً زیاد برای راه اندازی نیروگاه های خورشیدی است. برخی نگران این امر هستند که نکند برپایی نیروگاه های خورشیدی در نقاط مختلف سطح زمین سبب آسیب زدن و یا از بین بردن اکوسیستم طبیعی آن منطقه شود.
مثلاً راه‌اندازی یک نیروگاه شناور خورشیدی روی یک دریاچه می تواند در زندگی جانداران آن دریاچه خلل هایی وارد کرده و آن را به خطر بیاندازد.
موضوع این است که در صورت برپایی و راه اندازی نیروگاه های خورشیدی در زمین های متعددی که بلااستفاده و حتی بدون وجود گونه های گیاهی و جانوری می باشند، می‌توان این مشکل را برطرف کرد.
زمین ما پهناور بوده و در هر کشوری نقاطی وجود دارد که می توان در آن جا بدون آسیب زدن به محیط زیست و اکوسیستم، نیروگاه های خورشیدی برپا کرد.
- سومین عیب انرژی خورشیدی:
سومین محدودیتی که می توان برای انرژی خورشیدی قائل بود را شاید محدودیت در مصالح موجود و مواد اولیۀ ساخت تجهیزات لازم برای دریافت و ذخیره انرژی خورشیدی نظیر کریستال ها و یا آینه ها در نظر گرفت.
با این وجود با در نظر گرفتن تنوع عناصر موجود در زمین، می توان به عناصری با کارکرد مشابه که فراوانی خوبی در زمین دارند دست پیدا کرد و این دغدغه را رفع نمود.
کاربرد های انرژی خورشیدی
تا اینجای مطالعه و پژوهش مان بر روی انرژی خورشیدی، نتیجه گرفتیم که این انرژی چه در گذشته و چه امروز کاربردهای زیادی در میان بشر داشته است. اما وقتی بحث کاربردهای انرژی خورشیدی به میان می‌آید هر خواننده ای بیشتر کنجکاو است تا بداند که در حال حاضر و در جهان امروز، کاربردهای انرژی خورشیدی به چه شکل است و در چند دسته تقسیم بندی می شود.
شاید خیلی از ما تصور کنیم که تنها کاربرد انرژی خورشیدی امروز تولید برق و راه اندازی نیروگاه های برق خورشیدی است. اما انرژی خورشیدی کماکان مثل گذشته در شاخه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
در ادامه به برخی از انواع کاربردهای انرژی خورشیدی می پردازیم.
- تولید برق خورشیدی:
همان‌طور که ذکر شد اولین و مهم ترین کاربرد انرژی خورشیدی در این برهه از تاریخ، که دغدغۀ اصلی بشر تولید انرژی و الکتریسیته محسوب است، تولید برق خورشیدی است.
راه اندازی انواع نیروگاه های خورشیدی در بسیاری از کشورهای جهان این حقیقت را نشان می دهد که باور به کاربردی بودن انرژی خورشیدی در تولید برق، در میان جوامع به خوبی ایجاد شده است.
امروز انواع نیروگاه های خورشیدی شامل نیروگاه های برق خورشیدی به وسیله سیستم فتوولتائیک و پنل های خورشیدی، نیروگاه‌های برق خورشیدی متمرکز در انواع مختلف مانند نیروهای خورشیدی متمرکز سهموی خطی و یا نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز با برج حرارتی و … وجود دارند.
در زمان حاضر، تولید برق خورشیدی یکی از راهکارهای پر اهمیت و تثبیت شده برای تامین بخشی از برق مورد نیاز کشورها محسوب می شود.
البته پیش رفتن به سمت تولید برق خورشیدی بیشتر می تواند نیاز کشورها به انرژی های فسیلی و سوخت فسیلی را کاهش داده و خدمت بسیار زیادی به محیط زیست بنماید.
- استفاده برای آشپزی:
دومین استفاده از انرژی خورشیدی را شاید بتوان به موارد اولیه تر و ساده تری مثل آشپزی نسبت داد. هنوز نیز بسیاری از افراد علاقه مند هستند تا شعله اجاق های خود برای آشپزی را به وسیله خورشید روشن کرده و از آن استفاده کنند.
- استفاده برای تصفیه آب:
دیگر مورد استفاده از انرژی خورشیدی، تصفیه آب به صورت طبیعی می باشد. آب های شور با قرار گرفتن در معرض انرژی خورشیدی، به صورتی محاسبه شده و متمرکز، می توانند به آب شیرین تبدیل شوند.
- استفاده برای معماری:
استفاده از انرژی خورشیدی در معماری از گذشته نیز رایج بوده است. طراحی و معماری به نحوی‌که استفاده از نور خورشید به بهترین شکل صورت بگیرد و بهترین تاثیر را در بنا بگذارد یکی از اصول معماری است.
- استفاده برای کشاورزی:
استفاده از انرژی خورشیدی در مصارف کشاورزی و باغبانی همانند گذشته بسیار پراهمیت است. امروز با استفاده از سیستم های انرژی خورشیدی هدفمند و مهندسی، توانسته اند بازده مزارع کشاورزی و باغات را به حد مطلوب تری برسانند.
- استفاده حمل و نقل:
یکی دیگر از موارد استفاده از انرژی خورشیدی در حمل و نقل می باشد که شاید این مورد استفاده را بتوان زیرمجموعه ای از مورد برق خورشیدی در نظر گرفت.
- تولید سوخت:
تولید سوخت نیز از مهم‌ترین و مورد توجه ترین موارد استفاده از انرژی خورشیدی است که امروز بسیار جدی به آن فکر می شود.
در زمان حاضر، تولید برق خورشیدی یکی از راهکارهای پر اهمیت و تثبیت شده برای تامین بخشی از برق مورد نیاز کشورها محسوب می شود.
البته پیش رفتن به سمت تولید برق خورشیدی بیشتر می تواند نیاز کشورها به انرژی های فسیلی و سوخت فسیلی را کاهش داده و خدمت بسیار زیادی به محیط زیست بنماید.
ممنون از سایت خوبتو.ن مقالات کاربردی خوبی داره .