تامین برق مبتنی بر انرژی خورشیدیمقدمه

از دوران قدیم تامین انرژی مسئله بسیار مهمی برای جوامع بشری بوده است.درعصرحاضر با توجه به پیشرفتهای صنعتی و تکنولوژیک که جایگاه بسیار

مهمی رادرزندگی روزمره انسانهادارد،اهمیت مسئله بنحو بارزتری تجلی می نماید.اما منابع رایج تولید انرژی که اکثرا تجدیدناپذیر می باشند، بنابر تحقیقات

20 به اتمام می رسند. لذا ازدهه های پایانی قرن21دانشمندان تا اواخرقرن منابع تجدیدپذیرانرژی موردتوجه خاصی قرار گرفت.ازجمله دلایل دیگر توجه به

منابع نوین انرژی اثرات مخرب منابع تجدیدناپذیر )سوختهای فسیلی و ...( برمحیط زیست بود.

با توجه به دلایل فوق دانشمندان درپی کشف راههای جدید،به منابع نوین وتجدیدپذیرانرژی روی آوردند.باید اشاره کردکه انرژیهای تجدیدپذیر بنوعی

بصورت مستقیم یاغیر مستقیم ازانرژی خورشید نشأت می گیرندو می توان آنها را تحت نام انرژیهای خورشیدی نیز بکار بردو ویژگی بارزآنهادرنامحدود بودنشان

می باشد.یادآور می شود که فرایند تولید انرژی از باد یا امواج نیز بگونه ای در ارتباط با وجود خورشید بوده و انرژی گرمایشی ترازهای زیرین زمین نیز بهمین

ترتیب می باشد. نکته مهم اینجاست که فنآوریهای عصر حاضر باید بتوانند از انرژی خورشیدی

استفاده کنند.بنابراین باید بتوان انرژی خورشیدی )منابع تجدیدپذیر( را به انواع انرژی مورد استفاده تبدیل کرده و یا اینکه فن آوریها توانایی تولید انرژی مورد

نیاز از خورشید را داشته باشند. یکی از راه های مناسب برای استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، سیستم

فتوولتاییک می باشد.این سیستم مبتنی بر تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. مقاله حاضر به شرح و بررسی کلی این سیستم می

پردازد.

مراحل پیشرفت سیستمهای فتوولتاییک

سیستمهای فتوولتاییک،سیستمهای انرژی زایی هستند که بدون بهره گیری از مکانیزمهای متحرک و شیمیایی ازتابش نور خورشید،الکتریسیته تولید

میکنند.بعبارت دیگر،این سیستمها بدون مصرف سوختهای فسیلی انرژی تمیز وقابل اطمینانی را تولید می کنند.

تحقیقات مرتبط با تکنولوژی فتوولتاییک از یکصد سال قبل آغاز شد.در سال م. "ویلوگبی اسمیت دانشمند انگلیسی به حساسیت سلنیم نسبت به نور1873

پی برد. وی در آزمایشهای خود به این نتیجه رسید که توانایی سلنیم برای هدایت م.1880الکتریسیته با میزان تابش نور به آن رابطه ای مستقیم دارد. درسال

چارلز فریتس توانست که با استفاده از سلنیم اولین سلول الکتریکی خورشیدی را بسازد. این محصول بدون مصرف مواد اولیه و بدون تولید گرما و صدا،

م. که آلبرت انیشتین1905الکتریسیته تولید می کرد.اما این تحقیقات تا سال نظریه خود را در باب اثرفتوولتاییک ارائه کرد، راکد ماند.نظریات انیشتین تحولی

در مراحل تولید الکتریسیته ایجاد نمود.اما بدلیل هزینه های بالا و بازدهی کمتولید،پیشرفتهای کندی دراین زمینه بدست می آمد.تا اینکه دراوایل سالهای

م.،دانشمندان آزمایشگاه "بل" درجریان تحقیقات خود درمورد سیستمهای1950 ارتباطی راه دوروکشف منابع جدید انرژی به حساسیت سیلیکون،دومین عنصر

فراوان روی زمین، به نور خورشید پی بردند و متوجه شدند که هنگامیکه این ماده با یک ناخالصی معینی بکار رود،در مقابل تابش نور، انرژی با ولتاژ قابل

م. آنها اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را1954توجهی تولید می کند.در سال % تولید کردند و برای نخستین بار از این تکنولوژی درایستگاه60با راندمان

مخابراتی روستایی درایالت جورجیا استفاده شد.درسازمان هوافضای آمریکا)ناسا( ، دانشمندان برای تولید انرژی فراوان،سبک،مطمئن و مناسب در

سلول108 سیستمی را مشتمل بر 1960فضای خارج از جو زمین، در اوایل خورشیدی بر روی ماهواره "ونگارد" نصب کردند.ازآن زمان به بعد سیستمهای

فتوولتاییک بر روی بیشتر ماهواره ها و فضاپیماها بکار گرفته شد. پس ازآن سیستمهای فتوولتاییک درگستره وسیعی ازنیازها مورداستفاده

باب خانه در آمریکا ازاین تکنولوژی200000قرارگرفتند.امروزه بیش از استفاده می کنند و در سایر نقاط جهان نیز از این سیستمها در مقیاس وسیعی

استفاده می شود.این روش تولید انرژی در انواع ارتباطات،آبیاری، تصفیهآب،تولید روشنایی،راهبری هوایی و دریایی و... بکار می رود.

چشم اندازها منابع عادی سوخت )منابع تجدیدناپذیر( مشکلات زیست محیطی فراوانی را

همچون افزایش گرمای زمین، بارانهای اسیدی، آلودگی آبها، افزایش سریع زبالهها، تخریب محیط زیست، اتلاف منابع طبیعی و... ایجاد کرده اند.

اما سیستمهای فتوولتاییک این پیامدهای منفی زیست محیطی راندارند.ازطرفی ماده اولیه برای ساخت مدولهای فتوولتاییک، سیلیکون است که به فراوانی در

تن ماسه ساخته می شوند، طی1دسترس می باشد.سلولهای سیلیکونی که از تن500000دوره حیات خود، می توانند الکتریسیته ای معادل سوزاندن

ذغالسنگ تولید نمایند. تکنولوژی فتوولتاییک قادر به ایجاد مشاغل فراوانی می باشد. بخشی ازاین مشاغل بطور مستقیم با ساخت این سیستم مرتبط است وتعداد زیادی از

مشاغل نیز بطور غیر مستقیم با آن ارتباط دارد. مثلا در ساخت شیشه و فلز، سیم کشی، فعالیت های الکتریکی، ساخت تجهیزات جانبی، ساخت و ساز

معماری و ... . 3800دریک برآوردکلی درازای هرصدمیلیون دلارفروش محصولات فتوولتاییک

م. استفاده از انرژی2010شغل ایجاد میشود .پیش بینی می شود که تاسال 100 فروش محصولات آن به مرز 2030خورشیدی دوبرابر شود و تاسال

میلیارد دلار برسد. آنچه که گسترش استفاده ازاین سیستم را درآینده تضمین می

کند،تمیزی،تجدیدپذیر بودن و قابلیت اطمینان این نوع از انرژی است.

ایمنی،سلامت و مسائل مرتبط با محیط زیست مراحل تولید الکتریسیته در سیستم فتوولتاییک نسبت به سایر منابع معمول انرژی، ساده تروبرای محیط زیست کم ضررتر است. در فرایند فتوولتاییک،

ذرات نور که فوتون نام دارند به داخل سلولها نفوذ کرده و با آزاد کردن الکترون از اتمهای سیلیکون،جریان الکتریکی تولید می کنند.تا زمانیکه تابش نور به داخل سلول در جریان باشد،الکتریسیته تولید می شود.این سلولها الکترونهای خود را

مانند باتریها تمام نمی کنند.بلکه آنها مبدلهایی هستند که انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می کنند.تولید الکتریسیته توسط مدولهای فتوولتاییک کاملا بی

خطر است.لیکن در مراحل تولید مدولهای فتوولتاییک خطراتی وجود دارد.در این مراحل تولید برخی گازهای انفجاری نظیر فسفین، دیبوران، دسیلینید هیدروژن

وترکیبات کادمیوم، مواردی هستند که باید مورد توجه قرار گیرند.سازندگان این مدولها بمنظور به حداقل رساندن خطرهای مرتبط با نیروی کار و خطرات

زیست محیطی تحقیقات فراوانی را انجام داده و تمهیداتی در نظر گرفته شده است. همچنین لازم است که در هنگام راه اندازی سیستمهای فتوولتاییک از

تکنسین های کارآزموده و مجهز استفاده شود.

دوام اجزاء فتوولتاییک سال در10مدت کارکرد مدولهای خورشیدی،در سالهای گذشته بطور متوسط

25نظر گرفته می شده لیکن با پیشرفتهای فنی میانگین زمان کارکرد مدولها به سال رسیده است.بسیاری از اجزاء و مواد اولیه این مدولها قابل بازیافت و

استفاده اند.مثلا شیشه ها،جعبه های پلاستیکی و کلافهای فلزی نصب و ... قابل استفاده مجدداند.اما بازیافت برخی از اجزا چون نیمه هادیها و ... امکانپذیر

نیست.

اجزای سیستمهای فتوولتاییک- سلولهای فتوولتاییک1

این سلولها مربعهای نازک،دیسک ها یا فیلمهایی از جنس نیمه هادی هستند که ولتاژ و جریان کافی را در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید،تولید

می کنند.- مدول2

مجموعه ای از سلولهای فتوولتاییک که لایه لایه در محفظه ای از شیشه قرارگرفته اند.

- پانل3مجموعه چند مدول را پانل می گویند.

- آرایه4 تعدادی از پانلها که توسط سیم کشی های با ولتاژ معین بهم متصل شده اند،

آرایه نامیده می شود.

- کنترل کننده شارژ5 تجهیزاتی هستند که ولتاژ باتریها را تنظیم و کنترل می کنند و از آسیبهای

احتمالی وارد بر باتریها جلوگیری می کنند.- ذخیره کننده باتری )باتری بانک(6

را در خود ذخیره می کند.DCوسیله ایست که انرژی الکتریکی تولیدی- مبدل7

برای مصرف،تبدیل می کند.AC را به جریان DCوسیله ایست که جریان DC (DC LOADS)- بار 8

تغذیه می شوند.DCابزارآلات، موتورها و تجهیزاتی هستند که از جریان AC ((AC LOADS- بار 9

تغذیه می شوند.ACابزارآلات، موتورها و تجهیزاتی هستند که از جریان

انواع سیستمهای فتوولتاییک

سیستمهای فتوولتاییک انواع مختلفی دارند.ساده ترین سلول فتوولتاییک نیروی مورد نیاز ساعتهای مچی و ماشینهای حساب را تامین می کند. سیستمهای

پیچیده تر با اتصال به شبکه مصرف، برق مورد نیاز منزلها،کارخانه ها و فضاهایدیگر را تامین می کنند.

بطور کلی از این سیستمها در شکلهای مختلف استفاده می شود.مثلا برخی سامانه های خانگی مجهز به باتریهای ذخیره کننده انرژی جهت استفاده در شب

استفاده می شود و نیازی به مبدلDCهستند. در برخی سیستمها از تجهیزات AC, DCنیست. برخی از سیستمهای دیگر نیز دارای مبدل بوده و از هردو جریان

استفاده می کنند. انواع مبدلهای فتوولتاییک بشرح زیر می باشند:

- سیستمهای فتوولتاییک ساخته شده با باتری شارژی1 فانوسهای خورشیدی و شارژرهای فتوولتاییک مورد استفاده در باتریهای

رادیو،ازاین نمونه بوده و بازار فروش مناسبی دارند.دراین سیستم همه اجزاء یکپارچه شده و بجای باتریهای یکبار مصرف،از باتریهای قابل شارژ استفاده می

شود.

- سیستمهای استفاده در روز2 ساده ترین و ارزانترین سیستمهای فتوولتاییک برای استفاده در روز طراحی

شده اند.این سیستمها معمولا شامل مدولهایی می شوند که ابزار ذخیره سازی ندارند و مستقیما با تابش خورشید، الکتریسیته تولید می کنند.برخی فن

ها،دمنده ها یا پره های توزیع انرژی حرارتی در سیستم های گرمایش آب،و نیز وسیله های استفاده کننده،از انرژی خورشیدی چون ماشینهای حساب و

ساعتهای مچی از این دسته اند.

( با باتری ذخیرهDC- سیستم جریان مستقیم )3 برای استفاده از سیستمهای فتوولتاییک در شب یا مواقع ابری،از سیستمهای

نمونه ای از این2مجهز به باتری ذخیره استفاده می شود.در تصویر شماره سیستم را مشاهده می کنیم.اجزای اصلی این سیستم یک مدول فتوولتاییک)

PV.کنترل کننده های شارژ،باتریهای ذخیره و سایر وسایل است، ) سیستمهای با باتری ذخیره می توانند شامل وسایل کوچکی مانند چراغ قوه با

یک باتری تا ابزار آلات بزرگ با تعداد زیادی باتری صنعتی باشند. نکته مهم در مورد باتریهای شارژی آنست که باید بمنظور دوام بیشتر، بطور کامل تخلیه شوند و سپس کاملا شارژ گردند. اندازه و شکل منبع باتری باید

متناسب با عملکرد ولتاژ سیستم، مقدار استفاده در شب، شرایط آب و هوایی محل و ... طراحی گردند. در برخی از این سیستمها یک کنترل کننده شارژ،

طراحی شده است که از شارژ بیش از حد باتریها یا تخلیه غیرعادی آنها با قطع اتصال مدول از منبع باتری، جلوگیری می کند و این موضوع در حفظ کیفیت و

دوام باتری موثر است.

- سیستم جریان مستقیم تغذیه کننده جریان متناوب 4 را تولید می کنند.اماDCمدولهای فتوولتاییک در اثر تابش آفتاب انرژی الکتریکی

نیازمندند. لذا سیستمهای فتوولتاییک بایدACاکثر لوازم الکتریکی به انرژی داشته باشند،این مبدلها انعطافپذیریAC به DCمبدلی را جهت تبدیل جریان

سیستم را افزایش داده و تسهیلاتی را ایجاد می کنند. اما افزایش هزینه را نیز

در پی دارند.- سیستمهای متصل به شبکه برق شهری5

این سیستمها به باتری ذخیره نیازی ندارند.چون خود شبکه برق عمل ذخیره سازی انرژی را انجام می دهد. انرژی اضافی تولید شده را مالک سیستم به

شبکه شهری می فروشد و درصورت نیاز از شبکه شهری دریافت می کند.بر این اساس شرایطی باید فراهم شود تا خرید و فروش انرژی بین مالک و شبکه

شهری امکانپذیر باشد.بدین منظور برخی از کمپانی های شبکه برق شهری کنتورهایی را به مشتریان خود می دهند که مقدار خرید و فروش الکتریسیته را

معین می کند.- سیستمهای هیبریدی )مختلط)6

اکثر مردم تمام انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را فقط توسط سیستم فتوولتاییک تامین نمی کنند و معمولا روش دیگری از تامین انرژی را بکار می

برند. معمولترین راه در سیستمهای هیبریدی،یک موتور دیزلی یا گازی تولید کننده

انرژی است که می تواند در کاهش هزینه های ابتدایی موثر باشد.در سیستمهای فتوولتاییک باید تمهیداتی را برای شرایط بد آب و هوایی در نظر گرفت.بدین منظور باید از باتریهایی استفاده کرد که به مقدار کافی بزرگ بوده و بتوانند

انرژی لازم را در موقع نیاز فراهم کند. از فواید سیستم های هیبریدی آنست که دارای حداقل دو سیستم شارژ مستقل هستند. از نمونه های این سیستم، مدولهای فتوولتاییکی است که دارای توربین

های بادی می باشند. افزودن یک توربین بادی به این سیستم می تواند در مواقعی که خورشید تابش نداشته لیکن باد وزش داشته باشد، انرژی لازم تهیه

شود.حتی می توان یک تولید کننده الکتریسیته را درون سیستم فتوولتاییک بادی قرار داد.این سیستم فتوولتاییک بادی تولید کننده، علاوه بر مزایای سیستمهای

فتوولتاییک و تولید کننده، از منبع شارژ سوم باتریها نیز برخوردار است.

نتیجه گیری بی تردید یکی از مهمترین فعالیتهای کشورهای پیشرفته در کاهش مصرف

انرژیهای ناپاک،گسترش تکنولوژیهایی است که از منابع تجدیدپذیر و نامحدود انرژی استفاده می کنند. این موضوع تاثیر فراوانی را هم بر اقتصاد و هم بر

محیط زیست در پی خواهد داشت.بدین معنی که با استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی از پایان منابع فسیلی سوخت جلوگیری شده و مضرات زیست محیطی

آنها نیز ایجاد نخواهد شد.تا زمانیکه از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده شود،سیستمهای فتوولتاییک یکی از بهترین راههای تولید انرژی از خورشید

بایستی به سود و زیان این سیستم نیز به شرح زیر توجهاخواهند بود.ضمنداشت.

الف- مزایای تکنولوژی فتوولتاییکدوام:

تکنولوژی بکار رفته در ساخت مدولهای فتوولتاییک از مصالح بادوامی است.در سال در نظر می گرفتند.اما با پیشرفتهای10گذشته دوام سیستمها را حدود

سال رسیده است.25انجام شده،متوسط عمر مفید این سیستمها به هزینه های پایین حفظ و نگهداری :

در سیستم منابع تجدیدناپذیر،هزینه های حمل و نقل مواد و نیروی کار بسیار بالا است.اما درسیستمهای فتوولتاییک چنین هزینه هایی در چرخه تولید وجود

ندارد.زیرا سیستم به بازرسی های دوره ای و نگهداری های گهگاهی با هزینهاندک نیاز دارد.

عدم نیاز به مواد سوختی : در سیستمهای فتوولتاییک نیازی به منابع سوختی فسیلی و ... نمی باشد.بنابراین مضرات زیست محیطی ناشی از این منابع و هزینه های حمل و نقل و انبارداری

آنها حذف می شود.

کاهش آلودگی صوتی:سیستمهای فتوولتاییک بدون حرکت و کاملا بی صدا بوده و آلودگی صوتی ندارد.

قابلیت نصب و راه اندازی سیستمهای فتوولتاییک در ظرفیتهای گوناگون: با توجه به مدولهای پیش ساخته در این سیستمها می توان الکتریسیته را در

مقیاسهای مختلف تولید کرد.چنانچه با سیستمهای فتوولتاییک می توان از چند میلی وات تا چندین مگاوات انرژی بدست آورد.اگر این سیستم را بصورت

مدولهای کوچک و منفرد استفاده کنیم،برای نیازهای بسیارناچیز و اگر در مزرعه ای مجموعه ای از آرایشهای گسترده فتوولتاییک را بکار بریم، نیروگاهی عظیم

را ایجاد کرده ایم.عدم وابستگی به شبکه برق شهری :

در مواقعی که انتقال برق شهری امکانپذیر نباشد،می توان از این سیستم ها بهره گیری کرد.زیرا بصورت مستقل الکتریسیته تولید کرده و نیازی به نگهداری فراوان ندارند.پس در مناطق دورافتاده و صعب العبور،استفاده از این سیستمها

گزینه مناسبی خواهد بود.ب- معایب تکنولوژی فتوولتاییک

هزینه های راه اندازی : مهمترین ایرادی که به این سیستمها وارد است،هزینه های بالای نصب و راه

اندازی آنهاست.در حالیکه با نگاه کارشناسانه و دقیق،این سیستمها در درازمدتبصرفه خواهند بود.

وابستگی به شدت تابش خورشید : باتوجه به نیاز این سیستمها به نور خورشید،تغییرات جوی بر مقدار انرژی تولید شده در این سیستمها،موثر است.پس لازم است که این موضوع را در طراحی

سیستمها مورد توجه قرار دهیم. نیاز به ذخیره سازی انرژی :

در بیشتر مواقع لازم است از باتریهایی بمنظور ذخیره انرژی استفاده شود کهاین موضوع سبب افزایش هزینه ها می شود.

عدم آشنایی مردم با سیستم فتوولتاییک : با توجه به نو بودن کاربرد تکنولوژی فتوولتاییک در ساختمان،تنها بخشی از مردم

با امکانات و ارزشهای آن آشنا هستند و این موضوع در توسعه بازار آن تاثیر.منفی دارد

دهکده خورشیدی در فرایبورگ آلمان

مردم این دهکده تمام انرژی های موردنیاز خود را از انرژی خورشید به دستمی آورند.

استفاده از انرژی خورشیدی باعث شده كه هوای این منطقه بسیار پاكیزه باشد  وحتی مردم بخشی از انرژی الكتریكی اضافی خود را بفروشند واز این راه

درآمدی هم كسب كنند این دهکده در آلمان در حال حاضر یکی از مناطق نمونهگردشگری بخاطر استفاده کامل از انرژی خورشیدی می باشد .

طرح مسائل اقتصادی چراغهای خورشیدی

با استفاده از این سیستم روشنایی، عملا در هزینه های زیر به نحوی صرفهجوئی شده است:

- هزینه های مصرف انرژی الکتریکی از طریق شبکه1

- هزینه های تعمیر و نگهداری سیستم انتقال و تامین برق2

- هزینه عملیاتی و پیمانکاری برق رسانی از طریق شبکه3

- هزینه های تجهیزات برق رسانی از طریق شبکه4

- هزینه های خدمات مهندسی در زمان راه اندازی5

قسمتی از مزایای این سیستم عبارتند از:

- عدم نیاز به شبکه برق سراسری1

- نصب سریع و آسان2

- عدم نیاز به نگهداری خاص3

- عملکرد اتوماتیک4

- بالا بودن ضریب بهره برداری مناسب5

- ضریب بهره وری بالای استفاده از سیستم های روشنایی معابر6

- توجیه اقتصادی بالا در دراز مدت7

با مقایسه هزینه های انجام شده در روش روشنایی متصل به شبکه و روشناییخورشیدی

ملاحظه می گردد که در روشنایی خورشیدی هزینه های زیادی حذف می شودکه توجیه

اقتصادی این طرح را ممکن می سازد.

ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدیپاک و بدون آلودگی )حذف انتشار گازهای گلخانه ای از جمله دی اکسید کربن(

- بی پایان - رایگان و دردسترس

- کاهش مصرف سوخت های فسیلی - امن و بی خطر

موارد ذیل را می توان از جمله مزایای »انرژی خورشیدی« محسوب کرد: - ارزان است. انرژی خورشیدی مجانی است. 1- به صورت خانگی و در ابعاد بزرگ نیز قابل بهره برداری است. 2 - آلودگی های مختلف انرژی های انبوه چون فسیلی ، هسته ای و غیره را ندارد.3

- مصرف برق شهری و خانگی به مقدار قابل توجهی پایین می آید. 4- انرژی سبز )سالم( محسوب می شود. 5- مستقلا قابل استفاده ی بخش های کوچک و بزرگ است. 6

چراغ با صفحه خورشیدی که بر روی آن تعبیه شده است روزها و هنگامی که نور خورشید می تابد انرژی نور را در باتری داخلی خود ذخیره نموده و شبها یا زمانیکه هوا تاریک می شود بطور اتوماتیک چراغ را روشن می نماید .و با این

حساب شما با خرید آن یک چراغ دائمی بدون هزینه تا آخر عمر در باغ یا حیاطتان یا بالکن منزلتان خواهید داشت ،مناسب برای ویلا و باغ و حیاط و محل

های برگزاری مجالس عروسی و تولد و جشن و غیره .همه جا میتوانید نصبکنید آنهم بدون نیاز به سیم کشی و خطر برق و سایر مشکلات و هزینه ها .

ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدی

انرژی خورشید یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاك و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیر باز به روش های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است. بحران انرژی در سال های اخیر، کشورهای جهان را بر آن

داشته که با مسائل مربوط به انرژی، برخوردی متفاوت نمایند که در این میان جای گزینی انرژی های فسیلی با انرژی های تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی

به منظور کاهش و صرفه جویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضایانرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است.

1.1*1020طور متوسط خورشید در هر ثانیه به كیلووات ساعت انرژی ساطع می كند. از كل انرژی

%47منتشر شده توسط خورشید، تنها در حدود به سطح زمین می رسد. این بدان معنی است كه آن

Btu میلیون 60زمین در هر ساعت تابشی در حدود

دریافت می کند.

یعنی انرژی ناشی از سه روز تابش خورشید به زمین برابر با تمام انرژی ناشی از احتراق كل سوخت های فسیلی در دل زمین است و بنابراین می توان نتیجه

گرفت كه در اثر تابش خورشید به مدت چهل روز، می توان انرژی مورد نیاز یکقرن را ذخیره نمود.

بنابراین با به كارگیری كلكتورهای خورشیدی می توان تا حدودی از این منبع انرژی بی پایان، پاك و رایگان استفاده كرد و تا حد بسیار زیادی در مصرف

.سوخت های فسیلی صرفه جویی نمود

موقعیت كشور ایران از نظرمیزان دریافت انرژی خورشیدی

درجه عرض شمالی قرار گرفته است و40 تا 25كشور ایران در بین مدارهای در منطقه ای واقع شده كه به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بین نقاط جهان

تا1800در بالاترین رده ها قرار دارد. میزان تابش خورشیدی در ایران بین كیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است كه البته بالاتر2200

280از میزان متوسط جهانی است. در ایران به طور متوسط سالیانه بیش از روزآفتابی گزارش شده است كه بسیار قابل توجه است.

ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدی

پاك و بدون آلودگی )حذف انتشار گازهای گلخانه ای از جمله دی اكسید كربن(بی پایان

رایگان و دردسترسكاهش مصرف سوخت های فسیلی

امن و بی خطركاربرد انرژی خورشیدی

به طور كلی موارد استفاده از انرژی خورشید به صورت زیر دسته بندیمی شود:

(1تامین روشنایی از انرژی خورشیدی(2تامین انرژی الكتریسیته

تولید برق با استفاده از فوتوولتاییك هاتولید برق با استفاده از گرمایش خورشیدی

(3سرمایش و گرمایش هوا(4اجاق ها

(5آب شیرین كن(6گرمایش آب

تهیه آب گرم مورد نیاز مصارف خانگی با استفاده از آبگرمكن هایخورشیدی

تامین آبگرم در فرایندهای صنعتی و تامین گرمای مورد نیاز برخیفرایندها

گرمایش استخرهامخازن ذخیره آب فصلی

فتوولتاییک

به یکی از انواعPV( یا به اختصار Photovoltaicsفتوولتاییک)به انگلیسی: سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی می پردازد. در این روش با بکارگیری سلول های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان پذیر می شود. سلول های خورشیدی از نوع نیمه رسانا می باشند که از سیلیسیوم

یعنی دومین عنصر فراوان پوسته زمین ساخته می شوند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می گردد. می توان فتوولتایک

را در دسته فناوری های انرژی های تجدید پذیر )نوشو( قرار داد.

انرژی خورشیدی

برابر کل مصرف۶۰۰۰مقدار انرژی تابشی خورشید بر روی کره زمین انرژی های سالیانه بر روی زمین است که این مطلب نشان دهنده اهمیت توجه

به این منبع در تامین نیازهای روزمره بشر است. اگر تا به حال انرژی خورشیدی رقیبی جدی برای سوخت های فسیلی محسوب نمی شده است، به دلیل پایین بودن تاریخی قیمت سوخت های فسیلی بوده است. اگر چه هنوز هم فناوری

استفاده از انرژی خورشیدی به بلوغ خود نرسیده است، اما رسیدن به این تکامل نزدیک است. بسیاری از کشورهای جهان در تلاشند تا با جایگزینی انرژی

خورشیدی در تولید حرارت و الکتریسیته حداکثر استفاده از این منبع انرژی را بهدست آورده و زیان های ناشی از مصرف سوخت های فسیلی را کاهش دهند.

تاریخچه فتوولتاییک " به معـنیPhotos" تـرکـیـبی از کلمه یونانـی "Photovoltaicعبارت فتوولتاییک "

" به معنای تولید الکتریسیته از نور است. کشف پدیده فتوولتاییکVoltنـور با " نسبت داده می شود که در سالEdmond Becquerelبه فیزیکدان فرانسوی

(Wet Cell( تجربیات خود را با باتری تر )Becquerel , ۱۸۳۹ با چاپ مقاله ای )۱۸۳۹ ارائه نمود. او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره ای آن تحت

تابش نور خورشید قرار می گیرند، افزایش می یابد.

بود وقتیکه دو۱۸۷۷ در یک ماده جامد در سال PVاما اولین گزارش از پدیده در مقاله ای به انجمن سلطنتیW.G.Adams و R.E. Dayدانشمند کمبریج

تغییراتی که در خواص الکتریکی سلنیوم وقتی که تحت تابش نور قرار می گیرد (. Adams and Day , ۱۸۷۷را، توضیح دادند )

که یک مهندس برق اهل نیویورک بود، یکCharles Edgar Fritts ۱۸۸۳در سـال سلول خـورشـیدی سلنیومی ساخت که از برخـی جهات شـبـیه به سـلـولـهای خورشـیـدی سیلیکونی امروزی بود. این ســلـول از یک ویـفـر نازک سـلنیوم

تشـکیـل شده بـود که با یک تـوری از سـیـمـهـای خیـلی نازک طـلا و یک ورق حفاظـتی از شـیشه پوشانده شده بود. اما سـلول سـاخت او خـیلی کم بازده

بود. بازده یک سـلول خورشیدی عبارت از درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به انرژی۱٪سطح آن می باشد که به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد. کمتر از

خورشیدی تابیده شده به سطح این سلول ابتدایی به الکتریسیته تبدیل می شد. با وجود این، سلول های سلنیومی سرانجام در نورسنج های عکاسی به طور

وسیعی بکار گرفته شد.

سلول های خورشیدی )فتوولتاییک)

یک سلول خورشیدی

عنصر اصلی فناوری فتوولتاییک، سلول خورشیدی است. سلول های فتوولتاییک )PVکه عموم آن را با نام سلول های خورشیدی می شناسند، از مواد نیمه )

رسانای حالت جامد تشکیل شده اند. سیلیکون، عمومی ترین ماده نیمه رسانا مورد استفاده قرار می گیرد.PV فراوانی آن در سلول های است که به واسطه

اگر چه سلیکون عنصر فراوانی است و درصد زیادی از پوسته زمین را تشکیل می دهد، ولی سلول های سیلیکونی به خاطر فرآیند ساخت و خالص سازی

سیلیکون، قیمت بالایی دارند .

فناوری های مختلف سلول های خورشیدی سیستم های فتوولتاییک که در حال حاضر به صورت صنعتی تولید می شوند، از

نظر فناوری به دو دسته کلی سیلیکون کریستالی به عنوان فناوری نسل اول و فیلم-نازک به عنوان فناوری نسل دوم دسته بندی می گردد. سلول های سیلیکون

کریستالی به انواع مونوکریستالی، پلی کریستالی و کریستال نواری تقسیم وa-Si، CISمی گردد. فناوری های کلیدی و مهم فیلم-نازک را نیز می توان شامل

CIGS و CdTeدانست. نسل سوم سلول های فتوولتاییک نیز که بیشتر در سطح آزمایشگاهی تولید می شوند و مراکز پژوهشی در حال توسعه آن ها می باشند، به

را دارندShockley-Queisserسلول هایی اطلاق می شود که توانایی عبور از حد می باشند. از انواع این سلول ها می توان به٪۳۲یعنی دارای بازده نامی بالاتر از

وHot Carrier ، سلول هایUp/Downنانوسازه های سیلیکونی، مبدل های اشاره کرد. Hot Latticeسلول های ترموالکتریک یا

تولید سلول های خورشیدی در جهان با رشد چشمگیری در حال پیشرفت است. اینPVبازار جهانی تولید سلول های

ظرفیت۲۰۰۶ در سال بوده است. در سال ٪۵۰ در حدود ۲۰۰۳رشد از سال مگاوات رسید. در این۲،۵۲۰تولید سلول های فتوولتاییک در سطح جهان به

و سهم سلول های٪۹۰سال سهم سلول های فتووولتاییک کریستالی بیش از PV بوده است. با توجه به رشد سریعتر تولید سلول های٪۸ فیلم-نازک در حدود PV رقم۲۰۱۰( پیش بینی می گردد تا سال ٪۸۰ فیلم-نازک )سالامه در حدود

برسد. ٪۳۰ تا ٪۲۵سهم این سلول ها به گیگاوات رسیده۳٫۴ به بیش از ۲۰۰۷رقم تولید سلول های فتوولتاییک در سال

است. در این بین شرکت های ژاپنی که با روند رو به کاهش سهم خود از تولید بازار را در اختیار٪۲۶سلول های فتوولتاییک در جهان مواجه هستند، در حدود

در سال٪۲۰داشته اند. شرکت های چینی ولی با رشد خیره کننده از سهم دست یافته اند. ۲۰۰۷ در سال ٪۳۵ به ۲۰۰۶

نصب سلول های خورشیدی در جهان ۲٫۸26 در جهان به رکورد بیش از ۲۰۰۷ظرفیت نصب شده فتوولتاییک در سال

ظرفیت٪۴۷مگاوات رسیده است. در این بین، کشور آلمان با در دست داشتن مگاوات رسیده است. پس از آلمان، اسپانیا با رشد۱٫۳۲۸نصب شده جهان به

۶۴۰ از ظرفیت جهان به رقم ٪۲۳ درصدی و در دست داشتن ۴۸۰خیره کننده

مگاوات و آمریکا با۲۳۰مگاوات رسیده است. پس از این دو کشور، ژاپن با بازار جهانی در رتبه های بعدی قرار٪۸ مگاوات و در دست داشتن حدود ۲۲۰

دارند.

فتوولتائیك )سلول خورشیدی( فتوولتائیك سیستمی است كه قادر به تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الكتریسیته می باشد. استفاده

از سیستم های فتوولتائیك به ما این قابلیت را می دهد كه محیط زیست پاكیزه ای داشته باشیم،

چرا كه سیستم تولید الكتریسیته فتوولتائیك اثرات جانبی بسیار ناچیزی بر طبیعت دارد و برخلاف

سوخت های فسیلی كه تجدید ناپذیر هستند و روزی به پایان می رسند، انرژی خورشیدی منبعی

تجدید پذیر به شمار می آید كه تا روزی كه حیات در كره خاكی وجود دارد قابل استفاده و بهره برداری

است. سلول های خورشیدی از نیمه رساناها تشكیل شده اند. این سلول ها در

2 تا 1اندازه ها و اشكال گوناگون تولید می شوند. هر سلول خورشیدی تنها وات انرژی الكتریسیته تولید می كند. معمولا این سلول های خورشیدی به هم متصل می شوند تا یك سیستم خورشیدی بزرگ را به وجود آورند. یك سلول

خورشیدی علاوه بر تولید الكتریسیته، دارای یك باتری نیز می باشد كه انرژیالكتریسیته بدست آمده را برای شب و یا روز های ابری ذخیره می كند .

سیستم فتوولتائیك می تواند در هر آب و هوایی كار كند. درست است كه در آب و هوای ابری و یا

بارانی میزان تولید انرژی الكتریسیته كاهش پیدا می كند، ولی به هر حال این میزان هیچ وقت در

% میزان حداكثر ظرفیت تولید25هنگام روز از انرژی سیستم كمتر نخواهد بود. این در حالی

% میزان تولید80است كه در شرایط معمولی تا حداكثر سیستم، انرژی الكتریسیته تولید خواهد

شد.

نگه داری سیستم های فتوولتائیك بسیار راحت است، نیازی به جابجایی قطعات نیست. در یك سیستم فتوولتائیك هیچ گونه حركت مكانیكی وجود

ندارد، وقتی قطعات حركتی نداشته باشند در نتیجه استهلاكی وجود نخواهدداشت.

در حال حاضر، استفاده از انرژی خورشیدی جهت تامین برق در موقعیت هایزیر از توجیه اقتصادی برخوردار است:

انواع كلكتورهای خورشیدی

Flat-plate collectorsكلكتور های تخت

این کلکتور ساده ترین و پر استفاده ترین نوع کلکتور به شمار می رود. ساختار آن به شکل یک جعبه

مستطیل شکل بوده که در داخل آن یک صفحه جاذب فلزی از جنس مس یا آلومینیوم با پوششی به رنگ های

خاص است. این صفحه، جاذب انرژی حرارتی خورشید است. در زیر صفحه، لوله های کوچکی قرار گرفته که آب یا سیال انتقال حرارت در آن ها جریان دارد.

اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتی عایق بندی شده است. رویسطح جعبه نیز از پلاستیک شفاف یا شیشه پوشیده شده است.

Evacuated-tube collectorsكلكتورهای تحت خلا

این کلکتور از تعدادی لوله دو جداره شفاف موازی تشکیل شده است که در داخل آن یک تیوب با

پوششی از ماده جاذب قرار دارد. هوا از فضای بین دو جداره خارج گردیده وخلا ایجاد شده از اتلاف حرارت جلوگیری می کند. مزیت این نوع كلكتور

توانایی در ایجاد دمای بالاتر می باشد

Concentrating collectorsكلكتورهای سهموی

این کلکتور ها سطح آینه ای داشته و برای تجمع انرژی خورشیدی بر روی تیوب جاذب که شامل سیال انتقال حرارت است، به کار

می رود.

كاربرد انرژی خورشیدی در جهان گیگاوات ساعت،7/92 میلیون متر مربع معادل 150 بیش از 2005تا سال

كلكتور گرمایشی نصب شده است. مجموع کلکتورهای نصب شده در سال

% افزایش یافته است. بزرگ ترین130 در حدود 2003 نسبت به سال 2005 تولیدكنندگان كلكتورهای گرمایشی به ترتیب چین، امریكا، ژاپن و تركیه هستند.

% رشد مصرف كلكتورهای گرمایشی در چین اتفاق می افتد.90تقریبا بیش از مجموع هزینه صرف تحقیقات در این زمینه در كشورهای عضو آژانس بین

. میلیارد دلار بوده است3.5 بیش از 2005المللی انرژی تا سال

(Solar Energy From the sunتولید انرژی از خورشید ) خورشید برای بیلیونها سال انرژی را تولید کرده است . انرژی خورشیدی ،

پرتوهای خورشید است که به زمین می رسد . انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند دیگر اشکال انرژی

تبدیل شود ، همانند گرما و الکتریسیته . موانع اصلی ) مشکلات ، یا انتشار برایفائق آمدن ( انرژی خورشیدی شامل

( روشها متغیر و متناوب که آن به سطح می رسد .1 ) ( ناحیه بزرگبرای جمع آوری و ذخیره آن در یک سرعت مفید مورد نیاز2 )

است . انرژی خورشید برای حرارت آب ، برای استفاده دینامیکی ، حرارت قضایی ساختمانها ، خشک کرده تولیدات کشاورزی و تولید انرژی الکتریسیته مورد

استفاده قرار می گیرد . یک جعبهJohn Herschel شاره شنای انگلین به نام جون هر شل 1830در سال

جمع آوری خورشیدی را برای پختن غذا در طول یک سفر در افریقا استفاده کرد . هم اکنون مردم تلاش می کنند انرژی خورشیدی را برای چیزهای زیادی

استفاده کنند .

کاربردهای الکتریکی فتوو لتایک ها را آزمایش می کنند یک فرایند که توسط آن انرژی نور خورشید به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می شود . الکتریسیته

می تواند به طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود و ابزارهای فتوولتایک استفاده کند یا به طور غیر مستقیم از ژنراتورهای بخار ذخایر حرارتی خورشیدی

را برای گرما بخشیدن به یک سیال کاربردی مورد استفاده قرار می دهند .

انرژی فتو ولتایک

انرژی فتو ولتایک . تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از میان یک سلول فتو ( می باشد، کخ بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده می شود.pvsولتاتیک )

سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولا از آلیاز سیلیکونساخته شده است.

نور خورشید از فتو نهی ،یا ذرات انرزی خورشیدی ساخته شده استاین فتو نهی مغادیر متغیر انرژی را شامل می شود مشابه طول مولد های متفاوت

اسپکتروم های نوری هستند . وقتی فتو نهی به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد می کند، ممکن است منعکس

شوند ،مستفیم از میان عبور کنند ،یا جذب شوند. فقط فتو نهی جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند .وقتی که نور خورشید کافی یا

انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود ،الکترون از اتم های جسم جابجا میشوند.

رفتار خاصی سطح جسم در طول ساختن باعث می شود سطح جتویی سلولکه برای الکترون های آزاد بیشتر پذیرش یابد .بنا براین الکترون ها بطور طبیعی به

سطح مهاجرت می کنند .

را ترک می کنند و سوراخ هایی شکل میnزمانی که الکترون ها موقعیت گیرد .تعداد الکترونها زیاد است ،هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به

طرف جلو سطح سلول می روند ،در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ .شبیه قطب های مثبت ومنفی یک باطری ایجاد

می شود. وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می شود ،الکتریسیته جریان

می یابد . است. pvسلول فتو ولتاتیک قاعده بلوک ساختمان یک سیستم از این سو بهcm10 تا cm 1سلولهای انفرادی می توانند در اندازه هایی از حدود

آن سو متغیر می شود . وات تولید می کند ،که انرژی کافی برای بیشتر کار2یا 1با این وجود ،توان

بردها نیست.برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم ،سلولها بطور الکتریکی به

داخل هوای بسته یک مدول سخت مرتبط می شود . مدولها می توانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند.

اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره می کند ،اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شدهباشد ،آن تعداد مدولها ی مورد نیاز می توانند بهم مرتبط

شوند برای اینکه اندازه آرایش مورد نیاز )تولید انرژی( را تشکیل دهند. اجرای یک آرایش فتو ولتاتیک به انرژی خورشید وابسته است .

شرایط آب وهوایی )همانند ابر ومه (تاثیر مهمی روی انرزی خورشیدی دریافت و در عوض ،اجرایی آن دارد .بیشتر تکنولوژی مدولpvشده توسط یک آرایش

درصد موثر هستند در تبدیل انرژیخورشید با تحقیق10های فتو ولتاتیک در حدود درصدافزایش دهند. 20بیشتر مرتبط شوند برای اینکه این کار را به

کشف شدbell توسط تحقیقات تلفنی بل 1954 که در سال pvسلولهای حساسیت یک آب سیلیکونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش

برای تامین انرژی قمر های فضا در یکpvs،1950کرد .ابتدا در گذشته در دهه مورد استفاده قرار گرفتند.

تولید کرد .سادهpvs در فضا کار برد های تجاری برای تکنو لوژی pvsموفقیت ترین سیستم های فتو ولتاتیک انرژی تعدادزیادی از ماشین حساب های کوچک

وساعتهای مچی را هر روز استفاده کردند. بیشتر سیستم های پیچیده الکتریسیته را برای پمپاژ آب ،انرژی ابزارهای

ارتباطی ،وحتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه هایمان فراهم می کنند . تبدیل فتو ولتاتیک به چندین دلیل مفید است .تبدیل نور خورشیدبه الکتریسیته مستقیم است ،بنابراین سیستم های تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم

نیستند .خصوصیت مدولی انرژی فتو ولتاتیک اجازه می دهد به طور سریعآرایش ها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند .

همچنین ،تاثیر محیطی یک سیستم فتو ولتاتیک حد اقل است ،آب را برای سیستم نیاز ندارد پختن وتولید محصول فرعی نیست .سلولهای

(را تولید می کنند که به طورdcفتوولتاتیک ،همانند باتریها ،جریان مستقیم ) عمومی برای برای راههای کوچکی مورد استفاده است )ابزار الکترونیک(.وقتی که جریان مستقیم از سلولهای فتوولتاتیک برای کاربردهای تجاری یا لحیم کردن

کار برد های الکتریکی استفاده می شود . (برای استفاده تبدیل کنندهACشبکه های الکتریکی بایستی به جریان متناوب )

ها تبدیل شوند ،ابزارهای حالت جامد که جریان مستقیم را به جریان متناوب در جاهای دور برای تولید الکتریسیته بکارPVSتبدیل می کنند . به طور تاریخی

را توزیع کنند ممکنPVSگرفته شده است .با این وجود یک بازار برای تولید از است با بی نظمیقیمتهای تبدیل و توزیع همزمان با بی نظمی الکتریکی توسعه

داده شود . جایگزین ژنراتو های کوچک مقیاس عددی در تغذیه کنندهای الکتریکی می توانند

اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.

حرارت خورشیدی کاربردهای اصلی انرژی گرمایی خورشید در حال حاضر گرم کردن آب استخر،

گرم کردن آب برای کاربردهای محلی و گرم کردن فضای ساختمان ها. برای این مقاصد، اصلی ترین کار استفاده از جذب کننده های صفحه مانند انرژی

خورشیدی با جهت و موقعیت های ثابت است.

جایی که گرم کردن فضای ساختمان موردنظر است، یک تمرکز دهندة صفحه ای ثابت بیشترین تأثیر را دارد، اگر سطح آن تقریبا به سمت جنوب و زاویة

درجه15شیب های آن نسبت به افق برابر با عرض جغرافیایی به علاوة حدود باشد. جاذب های خورشیدی به دو گروه عمده تقسیم می شوند: تمرکزی و

غیرتمرکزی. در انواع غیرتمرکزی، ناحیة تجمع دهندة )یعنی ناحیه ای که پرتو خورشیدی را

قطع می کند( همان ناحیة جذب کننده )یعنی ناحیة جاذب پرتو خورشیدی( است. در تجمع دهندهای تمرکزی، ناحیة قطع کنندة پرتو خورشید بزرگتر و گاهی اوقات صدها بار بزرگتر از ناحیة جذب کننده است. در جاهایی که حرارت کمتر از حدود

درجة فارنهایت کافی ست، مانند گرم کردن فضا، اصولا تجمع دهنده های200صفحه ای غیرتمرکزی بکار برده می شود.

طرحهای تجمع دهنده صفحه ای زیادی وجود ندارد، اما عمدتا شامل :- جاذب صفحه ای که انرژی خورشید را جدا و جذب می کند. 1 - پوشش شکاف که اجازة عبور انرژی خورشیدی را می دهد اما ضایعات گرما2

از جاذب نور را کاهش می دهد. - یک سیال انتقال دهندة گرما )هوا یا آب( که درون لوله ها جریان یافته یا3

حرارت را از جاذب نور انتقال دهند. - یک عایق حرارتی. 4

سیستم های حرارتی فضا می توانند به انواع فعال و غیرفعال تقسیم شوند. در سیستم های گرمایی غیرفعال هوا در کنار سطوح حرارت خورشیدی چرخنده و بدون استفاده از دستگاههای مکانیکی بصورت همرفت درون ساختمان جریان می یابند )یعنی هوای کم چگالی تر تمایل به حرکت به بالا دارد درحالیکه هوای

پرچگالتر و سرد به سمت پایین می رود( در سیستم های حرارتی فعال، پنکه ها وپمپ ها برای چرخش هوا یا سیال جاذب گرما استفاده می شود

دستگاههای نیروی گرمای خورشیدی دستگاههای نیروی گرمای خورشیدی از پرتوهای خورشیدی برای گرم کردن یک

سیال استفاده می کنند، بطوریکه سیستم های انتقال گرما ممکن است برای تولید بخار استفاده شوند. در عوض بخار در یک توربین به انرژی مکانیکی و با

یک مولد تبدیلی همراه با توربین به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. تولید نیروی گرمای خورشیدی دقیقا مانند فنون تبدیلی است. بجز اینکه در متون تبدیل، منبع انرژی از انرژی ذخیره شده در سوخت های فسیلی در اثر احتراق آزاد می شود. فنون گرمای خورشید از سیستم های تمرکز دهنده به منظور کسب حرارت های

بالا مورد نیاز استفاده می کند. سه نوع سیستم نیروی گرمای خورشیدی در حالاستفاده و یا در مرحلة توسعه هستند:

    (Parabolic Trough• گودی سهمی شکل )

( Solar Dish• صفحه خورشیدی )

( Solar Power Towerبرج نیروی خورشیدی )•

(Parabolie Traughگودی سهمی شکل )

گودی سهمی شکل پیشرفته ترین سیستم های تمرکز دهنده است: این تکنولوژی برای در دستگاههای نیروی حرارت خورشید بزرگ شبکه دنیا بکار برده می شود.

.( پنج سیستم تولید الکتریسیتةKramer Junction coشرکت های کرامر جانکشن )( را راه اندازی و نگهداری می کنند. SEGS مگا واتی )30خورشیدی

مگاوات برق است که در فضای تولید کنده برق354 تا SEGS 150این دستگاه ( کالیفرنیاMojaveگرمای خورشید دارای گودی سهمی واقع در بیابان موجاو ) درصد برق99قرار گرفته است. تجهیزات ترکیب شدة کالیفرنیا بیش از

خورشیدی تجاری قابل دسترس ایالات متحده را تولید می کند.

تجمع دهنده گودی سهمی دارای انعکاس دهندة سهمی شکلی است که پرتو خورشید را روی یک دریافت کننده خطی واقع در کانون سهمی متمرکز می کند. تجمع دهنده خورشید را در امتداد یک محور در طول روز از شرق به غرب دنبال

می کند تا تمرکز پیوستة پرتو خورشید روی دریافت کننده را تضمین کند. به برابر بیشتر از100 تا 30خاطر شکل سهمی آن، یک گودی می تواند خورشید را

میزان معمول )ضریب تمرکز( روی لولة دریافت کننده واقع در خط کانونی درجة سانتی400گوری تمرکز دهد که این امر باعث احصال دماهای تا بیش

گراد می شود یک ناحیة جاذب شامل ناحیه ای بزرگ از تجمع دهندة گودی سهمی ردیار تک محوره است. ناحیة خورشیدی در طبیعت ساختگی است و از

ردیف های موازی زیادی از تجمع دهنده های خورشیدی که در محور افقی شمالی ـ جنوبی چیده شده اند، تشکیل شده است. سیال عامل )انتقال دهندة گرما( گرم

شده بطوریکه درون دریافت کننده ها چرخیده و به سری هایی از مبادله کننده های گرما در محل مرکزی، جاییکه سیال بخار بسیار داغ پر فشار تولید

می کند بر می گردد. سپس این بخار وارد یک توربین یا مولد تبدیل بخار شده و برق تولید می شود. بعد از عبور سیال از مبدل گرما سیال خنک شده در ناحیة خورشیدی چرخش می کند. دستگاه معمولا تنها با استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید نیروی برق کامل راه اندازی می شود و انرژی خورشیدی کافی تولید می کند. تنها با استفاده از انرژی خورشیدی هرچند، تمام دستگاهها، دستگاههای

با سوخت دوگانة فسیلی ـ خورشیدی هستند، که قابلیت به کارگیری سوخت فسیلی برای پشتیبانی از دوره های خروج خورشیدی یا کاهش انرژی خورشیدی

( دستگاه دوگانه گاز طبیعی است. Luzبکار برده می شود. دستگاه لوز )

(Solar Dishصفحة خورشیدی )

سیستم صفحه ـ موتور از جاذب های خورشیدی غیر تمرکزی که خورشید را در دو محور ردیابی می کنند استفاده می کند بطوریکه چون به سمت خورشید نشانه

رفته اند، انرژی را در نقطة کانون صفحه متمرکز می کند. ضریب تمرکز صفحة و با2000خورشیدی بسیار بیشتر از گودی خورشید و بطور شاخص بیش از

درجه سانتی گراد است. تجهیزات مولد نیروی بکار750حرارت سیال بیش از برده همراه با صفحة خورشیدی می تواند روی نقطة کانونی صفحه سوار شود و

کار را برای اجرای اعمال از راه دور مناسب کند و یا با استفاده از یک گودی خورشیدی، انرژی می تواند از تعدادی دستگاه، جمع آوری شده و در نقطة

مرکزی به برق تبدیل شود. موتور در یک سیستم صفحه ـ موتور باعث فشار قرار دادن سیلال در زمانی که سرد است و گرم کردن آن و قرار دادن آن در

یک توربین یا پیستون، گرما را به نیروی مکانیکی تبدیل کند و کار تولیدموتور بایک مولد برق برای تبدیل نیروی مکانیکی به نیروی الکتریسیته همراه است.

( Solar Power Towerبرج نیروی خورشیدی )

برج نیروی خورشیدی یا دریافت کنندة مرکزی با انرژی خورشیدی تمرکز یافته روی یک برج مبدل یا دریافت کنندة گرما از نور خورشید نیروی برق تولید

می کند. این سیستم دارای صدها تا هزاران آینة سطح ردیاب خورشید دارد که ( نام دارند. این هلیو استیت ها انرژی خورشیدی را رویheliostateهلیواستیت )

برج دریافت کنندة مرکزی بازتابانده و متمرکز می کنند. در این سیستم انرژی به مرتبه بیشتر از انرژی مستقیم خورشید تمرکز می یابد. ضایعات1500اندازة

انرژی حاصل از انتقال حرارت ـ انرژی در این سیستم به حداقل می رسد به طوری که انرژی در اثر انعکاس از هلیواستیت به یک دریافت کنندة منفرد، بطور

مستقیم انتقال می یابد، تا اینکه مانند سیستم گودی سهمی شکل در یک واسطة انتقالی به یک محل مرکزی انتقال یابد. این سیستم یک تکنولوژی مطمئن برای

دستگاههای نیروی بزرگ مقیاس شبکه ای است. اگرچه برج های قدرت در مقایسه تکنولوژی گودی سهمی شکل در مراحل اولیة توسعه هستند. اما چندین

نمونة آزمایشی آن در جاهای مختلف دنیا بکار افتاده است.

( که از سالBarstow( در حوالی بارستوی کالیفرنیا )Solar Oneسولار وان ) مگاوات، بزرگترین دستگاه برج نیروی دنیا10 با ظرفیت حدود 1988 تا 1982

بود. در سولار وان، آب در دریافت کننده ها به بخار تبدیل می شد و مستقیمابرای یک توربین بخار به کار گرفته می شد.

هلیواستیت بود. سیستم ذخیره، از1800منطقه هلیواستیت متشکل از حدود بخار حاصل از انرژی خورشید که در یک ظرف پر از سنگ وجود داشت و ماسه

و از نفت به عنوان سیال انتقال دهندة گرما استفاده می شد. کنسرسیومی متشکل از بخش انرژی ایالات متحده و چند سازمان الکتریکی سولار وان را به

به عنوان سولار تو1996تکنولوژی پیشرفتة نک مذاب مجهز کردند که از سال (Solar two.شروع به کار کرد )

اجاق گاز خورشیدی

انواع ساده ی اجاق های خورشیدی کدام هستند ؟

: اجاق های جعبه ای. 1

این نوع اجاق های خورشیدی مزیت طبخ پیوسته و آرام و طبخ حجم بالای مواد غذایی را دارند. به صورت خلاصه این طرح به صورت جعبه

ها نور ی است که دهانه ی آن رو به خورشید است و بازتاب کنندهخورشید را وارد اجاق می کنند .

:اجاق های صفحه ای. 2

اولین قدم این نوع اجاق های خورشیدی را راجر برنارد فرانسوی برداشت . در این نوع طراحی صفحه های براق با آرایش های متنوع

نور خورشید را در کانونی متمرکز می کنند که می تواند این کانون کف یک ظرف غذا یا حبابی شیشه ی باشد . یکی از ویژگی های این نوع

طراحی آن است که می تواند در مدت زمانی کمتر از یک ساعت این نوع اجاق های Kakuma Refugeeساخته شود . در کنیا شرکت

خورشیدی با هذینه ی کمتر از دو دلار آمریکا تولید می کند .

:اجاق های سهمی. 3

در این نوع اجاق های خورشیدی آینه ی مقعر نور خورشید را در زیر ظرف غذا متمرکز می کند . ویژه گی این نوع اجاق سرعت بالای آن

است که با اجاق های معمولی رقابت می کند . اما مشکل این نوع اجاق های خورشیدی آن است که به راحتی ساخته نمی شوند و نیاز به فناوری خاصی دارند و مشکل دیگر این اجاق ها آن است که آن چنان دما را بالا می برند که هر لحظه امکان آتش گرفتن غذا وجود دارد و

چون نور خورشید را بسیار متمرکز می کنند به چشم صدمه وارد میکنند .

چه کسی اولین اجاق خورشیدی را اختراع کرد ؟

اولین اجاق خورشیدی که تا به این روز شناسایی شده توسط هورس د سوشر ساخته شده است . 1767طبیعت شناس سویسی سال

کجا برای اولین بار در جهان اجاق های خورشیدی به شکل گستردهمورد استفاده قرار گرفت ؟

بنا بر آماری قابل اعتماد در چین و هند مدتها است که بیش از صد هزار اجاق خورشیدی توسط خانواده ها استفاده می شود. می شود گفت در همه جای

جهان قدم هایی برای استفاده از اجاق های خورشیدی برداشته می شود. مؤسسه ی اجاق های خورشیدی در کنیا به تازگی با تولید اجاق های خورشیدی

باعث شده بیشتر از پنج هزار خانواده از اجاق های خورشیدی در این شهراستفاده کنند .

حداکثر دمای اجاق های خورشیدی چه اندازه است ؟

عوامل بسیاری در میزان دمای اجاق های خورشیدی مؤثر است ، برای این منظور هنگامی که درجه ی خورشید به بهترین صورت است اجاق را مورد

بررسی قرار می دهیم . در اجاق های جعبه ی و صفحه ی دما به تعداد و جنس و اندازه ی بازتاب کننده ها بستگی دارد. در شرایط استاندارد این اجاق ها دما

درجه ی سانتی گراد بالا می برند . در نگاه اول شاید دمای قابل150را تا قبولی به نظر نرسد اما به این توجه داشته باشید که در طبخ تعداد بسیار زیادی

از مواد دوره ی وجود دارد که غذا باید برای مدت طولانی روی شعله ی کم قرار داشته باشد که در این صورت این نوع اجاق های خورشیدی کاربرد بسیار پیدا

می کنند . ویژه گی ها بسیار در طبخ با دمای پایین وجود دارد برای مثال یکی از دلایلی که افراد ترجیه می دهند با دمای پایین غذا را طبخ کنند آن است که با این

کار آن ها وقت دارند در طول زمان طبخ به دیگر کار های خود برسند . تنها با یک اجاق خورشیدی بازتابی یک صفحه ی می توانید غذا را گرم کنید بدون آن که

نگران سوختن آن باشید . به این نکته توجه داشته باشید که حداکثر دمای غذا درجه ی سانتی گراد در سطح دریا بالا می رود پس در اجاق100های آبدار تا

های معمولی بیشتر انرژی شعله از بین می رود و فقط صرف سرعت بخشیدنبه عملیات طبخ می شود .

چه مدت طول می کشد که غذا در اجاق خورشیدی طبخ شود ؟

در مورد زمان بسته به نوع اجاق زمان طبخ تغییر می کند . برای مثال برای یک اجاق خورشیدی جعبه ی با یک بازتاب کننده مدت زمان طبخ دو برابر اجاق های

معمولی زمان نیاز است تا غذا کاملا طبخ شود اما این مطلب جالبی است که در مدت زمان طبخ غذا با اجاق گازها نیاز به مشاهده ی غذا هر چند دقیقه یکبار

است و حتی گاهی کمی به همزدن غذا لازم می شود ، اما در اجاق های خورشیدی نیاز به این صرف زمان نیست ، غذا بر روی اجاق قرار داده می شود و بدون هرگونه مراقبت به آرامی طبخ می شود و هنگامی که این دوره تمام شد انرژی خورشید فقط صرف گرم نگهداشتن غذا می شود و هرگز غذا نمی سوزد

.

در مورد اجاق های خورشیدی صفحه ی چون انرژی جمع آوری شده بیشتر است طبخ غذا با سرعت بیشتری انجام می شود اما از کاربران این نوع اجاق ها

شنیده شده که در زمان طبخ غذا برای یکدست گرم شدن آن نیاز به همزدن غذامی باشد .

پخت و پز با اجاق های سهمی کاملا مشابه اجاق گاز ها است ، در این نوع اجاق ها نور خورشید مانند شعله ی آتش در اجاق گاز ها در زیر ظرف غذا متمرکز

می شود و دمای غذا را به سرعت بالا می برد و حتی در روزهای آفتابی دمایآن از شعله ی آتش هم بیشتر می شود .

آیا برای استقاده از اجاق های خورشیدی نیاز است که اجاق راکاملا رو به خورشید قرار دهیم؟

هنگام کار با اجاق های خورشیدی جعبه ی که دارای یک بازتاب کننده هستند هر پنج ساعت یکبار نیاز به هم سو سازی اجاق با خورشید است ، اما در دیگر اجاق های خورشیدی هر ده تا سی دقیقه یکیار باید این کار انجام شود تا کانون کاملا

در زیر ظرف غذا قرار گیرد .

آیا برای ساخت اجاق های خورشیدی جعبه ی لازم است بدنه ی آن را از موادی مانند تخته چوب یا شیشه های دو جداره بسازیم یا

فقط با یک مقوا هم می توان این نوع اجاق را ساخت؟

اگر اجاق خورشیدی خود را نمی خواهید در باران قرار دهید ، می توانید آن را با که با مقوا ساخته می شوند راندمانی مشابه نوع مقوا بسازید ، اجاق هایی

چوبی و یا شیشه ی آن دارند ، افرادی هستند که برای سایت ما اخبار فعالیت های خود را می فرستند و آن ها از اجاق های مقوایی استفاده می کنند که

بیشتر از ده سال است که ساخته شده اند .

آیا آینه ی معمولی بهتر از دیگر بازتاب کننده ها عمل می کند؟

البته آینه بهتر از دیگر مواد بازتاب کننده از جمله ورقه های آلومینیمی عمل می کنند ، اما استفاده از آینه بیشتر از سود ، ضرر دارد چون هم هذینه ی ساخت را

زیاد می کند هم امکان دارد در حمل و نقل بشکند .

آیا رنگ سیاه به دیواره ها زدن ،کمک به کار دستگاه می کند؟

عده ی گمان می کنند که با سیاه کردن جعبه دما بیشتر می شود در حالی که این کار بر روی دمای ظرف غذا تاثیر زیادی ندارد ، ما پیشنهاد می کنیم دیواره

ی داخل اجاق را به جای سیاه کردن با ورقه ی نازکی از آلومینیم مانند فویل که در آشپزی استفاده می شود بپوشانید تا نوری که به دیواره ها می تابد به ظرف غذا بازتاب شود و برای بهتر گرم شدن غذا می توانید دیواره ی خود ظرف غذا

را رنگ مشکی بزنید .

چه رنگی برای اجاق های خورشیدی مناسب تر است؟

در کشور های پیشرفته افشانه های رنگی وجود دارد که بر روی آن ها نوشته شده " بدون خطر مسمومیت " ، رنگ مشکی این گونه افشانه ها بسیار مناسب

است ، علاوه بر این ظرف هایی با لعاب مشکی هم مناسب هستند ، البته باید توجه داشت هنگام شست و شو نباید لعاب آن را بشویید . خواننده های مطالب سایت ما در اوگاندا گفته اند که از ظرف هایی استفاده می کنند که بیرون آنها با

شعله ی آتش دود اندود شده و به رنگ سیاه در آمده اند .

آیا شیشه بهتر از پلاستیک برای دهانه ی اجاق های خورشیدی جعبهی است؟

عده ی از دوستان برای ما نامه نوشته اند که شیشه ده در صد نور خورشید را بهتر از خود عبور می دهد ، اما جالب است بدانید که هنگام وزش باد شیشه به

سرعت خنک می شود و این باعث پایین آمدن دمای اجاق می گردد که این عمل در پلاستیک رخ نمی دهد ، علاوه بر این شیشه امکان شکستن دارد اما این

مشکل در پلاستیک وجود ندارد . بهترین نوع پلاستیک کیسه های شفافی هستند که برای طبخ غذا در فر کار برد دارند ، قیمت این نوع کیسه های پلاستیکی

بسیار پایین است و نور را هم بسیار عالی از خود عبور می دهند . از دیگر مواد کاربردی طلق های پلاستیکی هستند که مانند شیشه سخت و انعطاف نا پذیرند .

چه ظرفی بهتر کار می کند؟

ظرف هایی که رنگ مشکی دارند و نور را جذب می کنند و سطح براق ندارند . هنگام کار با اجاق های خورشیدی بهتر است از ظرف غذایی استفاده کنید که

کمی سر آن خالی است . غذا در ظروف فلزی بهتر گرم می شود . این ظروف به انواع رنگها و طرح ها در بازار هر کشوری یافت می شوند که بهتر است

سیاه رنگ باشد . ظروف آلومینیمی براق که در کشور های در حال توسعه زیاد است بسیار عالی برای این کار هستند ، فقط کافیست آن ها را رنگ مشکی

بزنید یا دود اندود کنید . البته به این نکته باید توجه داشت که مقدار بسیار زیادی از انرژی خورشید صرف بالا بردن دمای ظرف در این حالت می شود و چون در مدار های جغرافیایی بالا انرژی خورشید کم است بهتر است از ظروف سیاه در

این مکان ها استفاده نکنید .

بهترین عایق چیست؟

به منظور بهتر عمل کردن اجاق های خورشیدی جعبه ی می توان از انواع مواد عایق گرمایی استفاده کرد . پشم شیشه مواد مشابه آن عایق های خوبی هستند

اما متاسفانه هنگامی که گرم می شوند بوی ناخوشایندی به وجود می آورند از این رو می توان برای عایق بندی سیستم از مواد طبیعی مانند پنبه ، پشم ، پر و ورق های روزنامه ی ریش ریش استفاده کرد . عده ی به جای استفاده از عایق

می کنند برای مثال عده ی به کمک از دیگر مواد بازتاب کننده ی نور استفاده برگه های مقوایی که با ورقه ی آلومینیم پوشانده شده فضای خالی بین دیواره

های اجاق و ظرف غذا را پر می کنند ، درصد راندمان اجاق های خورشیدی نشان می دهد که این کار بهتر از پوشاندن دیواره ها با بازتاب کننده عمل می

کند.

آیا ما در ساخت اجاق های خورشیدی می توانیم از مواد باتکنولوژی بالا استفاده کنیم ؟

شاید ساخت اجاق های خورشیدی با مواد گران قیمت تر راندمان آن ها را بالا ببرد اما درکل تفاوت چندانی با نوع ارزان قیمت آن ندارد و مشاهدات ما نشان

داده که مردمانی که در کشور های فقیر زندگی می کنند بر خلاف ساکنان کشور های توسعه یافته که روزانه انرژی بسیار را در رانندگی و خنک کردن محیط زندگی خود و ... از بین می برند علاقه ی بیشتری در استفاده از ابزار های

خورشیدی دارند از این روی برای آن که آنها هم بتوانند از این اجاق ها استفاده کنند باید اجاق ها را به شکلی طراحی کنیم که آن ها بتوانند این اجاق های

خورشیدی را بسازند .

روزانه در کشورهای فقیر عده ی زیادی غذای روزانه ی خود را با سوزاندن چوب طبخ می کنند و در مکان هایی که مردم ساکن هستند و دسترسی به چوب

ندارند مجبورند بیشتر درآمد خود را صرف خرید سوخت کنند ، این چنین مردمانی توان مالی ساخت یا خرید اجاق هایی را که از مواد گران ساخته شده

اند ندارند .

به این دلیل که در جهان جایی برای تولید انیوه اجاق خورشیدی وجود ندارد از این رو مردم علاقه مند باید وقت خود را روی طراحی و دادن روش های ساختی بگذارند که بسیار راحت در ساخت و کم هزینه باشند تا هم مردم در کشور های توسعه یافته که وقت کم دارند و هم مردمانی که در کشور های در حال توسعه پول ساخت اجاق های گران را ندارند بتوانند این اجاق ها را بسازند ، همه ی ما

در یک جهان زندگی می کنیم و همه ی ما با هم باید در جهت حفظ آن قدمبرداریم .

آیا امکان ضد عفونی کردن آب با اجاق های خورشیدی وجود دارد؟

بله به کمک هر سه نوع اجاق خورشیدی می توان آب را پاستوریزه کرد . همان طور که می دانید برای از بین بردن موادی که در آب باعث بیماری در انسان

می شوند با تنها پاستوریزه کردن آن از بین می رود و نیازی به هموژنیزه کردن درجه ی سانتی گراد گرم شده پاستوریزه است65آب نیست ، آبی که تا دمای

اما چون همه جا دماسنج در دسترس نیست مردم آب را به جوش می آورند تااز بالا آمدن دمای آن مطمئن باشند .

آیا برای استفاده از کنسرو می توان از اجاق خورشیدی استفادهکرد؟

بله ، می توان از اجاق های خورشیدی جعبه ی برای گرم کردن کنسرو میوه ها استفاده کرد اما فراموش نکنید که از این اجاق ها برای کنسرو های سبزیجات وگوشت نمی توان استفاده کرد چون این کنسرو ها به شدت زیر فشار هستند .

آیا با اجاق های خورشیدی می توان پاستا پخت ؟

برای طبخ پاستا نیاز به دو تابه دارید . در اولی پاستای خشک را گرم کنید و در دومی پاستایی که با گیاهان آمیخته شده را طبخ کنید . اگر مالیل به استفاده از

سس هستید یابد سس را در ظرف سومی به غذا اضافه کنید .

اگر واقعا اجاق های خورشیدی خوب هستند چرا هر کسی از آن هااستفاده نمی کند ؟

دلایل زیادی وجود دارد ، اولین و مهمترین آنها آن است که بیشتر مردم جهان نمی دانند که با خورشید هم می توان آشپزی کرد . ما بارها مشاهده کرده ایم

که مردم از سراسر دنیا هنگامی که با مراجعه با مراجع مطالعاتی مختلف همانند همین سایت با ویژگی های اجاق های خورشیدی آشنا می شوند ابراز

علاقه بسیاری می کنند که بیشتر هم مردم مناطقی که تامین سوخت برای آنها

دشوار است استقبال بیشتری می کنند . عوامل بسیاری باید در کنار هم پیش روند تا استفاده از اجاق های خورشیدی همگانی شود ، یکی از بزرگترین و

مهمترین دوره هایی که برای بالا بردن سطح اطلاع مردم انجام شد ، دوره ییبود که در اردوگاه پناهندگان در کنیا انجام شد .

چرا اگر اجاق های خورشیدی را با مقوا درست کنیم ، در هنگام کارآتش نمی گیرد ؟

درجه سانتی گراد آتش می کیرد که هیچ اجاق233چون کاغذ در دمای خورشیدی ساده ی دمایی تا این حد ندارد .

چه دوره ای در سال می توان با اجاق های خورشیدی پخت و پز کرد؟

در مناطق گرم دنیا و آمریکا برای تمام طول سال می توان با اجاق های خورشیدی کار کرد ، در شمال کانادا و مناطق مانند آن به جز فصل سرما که درختها پوشیده از برف است می توان از اجاق های خورشیدی استفاده کرد .

برای بررسی دقیق منطقه ی زندگی خود می توانید بر روی نقشه ی زیر کلیک کنید ، این نقشه اطلاعات دقیقی از میزان انرژی تابش شده به زمین در طول

سال می دهد .

طبخ چه غذایی برای اولین تجربه ی استفاده از اجاقخورشدی مناسب تر است ؟

برای اولین طبخ کمی برنج تجربه ی جالبی خواهد بود ، شما در این تجربه مشاهده خواهید کرد که طبخ با اجاق های خورشیدی بسیار ساده تر از طبخ با

اجاق گاز است ، علاوه بر این طبخ برنج هم کار ساده ای است . جوجه کباب و کباب هم می تواند تجربه ی

خوبی باشد .

دمای اجاق خورشیدی من درجه سانتی121فقط تا

گراد بالا می رود در حالی که در دستور طبخ غذا

177گفته شده در دمای درجه ی232درجه یا

سانتی گراد طبخ شود ؟

درجه برای طبخ هر121دمای نوع غذا مناسب است . بازهم

درجه داشته باشد .100یاد آوری می کنیم آب نمی تواند دمایی بیشتر از بنابراین اگر شما غذای آمیخته با آب طبخ می کنید دمای آن نمی تواند از این دما

بالا تر رود . کتاب های آشپزی برای کوتاه کردن زمان طبخ یا برشته کردن دماهای بالا را پیشنهاد می کنند . در اجاق های خورشیدی زمان طبخ فقط کمی طولانی تر می شود که اگر خورشید کاملا عمود به آن بتابد می تواند در زمانی

کاملا مانند اجاق های گازی غذا را طبخ کند .

اگر هنگام طبخ با اجاق های خورشیدی ، ابرها جلوی خورشید رابپوشانند چه رخ می دهد ؟

اگر شما از اجاق های جعبه ی خورشیدی استفاده می کنید دوره ی طبخ شما با دقیقه با حضور خورشید در ساعت پیش می رود . البته شما قبل از20سرعت

استفاده از اجاق های خورشیدی باید به آسمان دقت کافی داشته باشید و اگر در آسمان ابر های تیره ی زیادی وجود داشت بهتر است از اجاق های خورشیدی استفاده نکنید . اگر هوا صاف است می توانید صبح غذا را در اجاق گذاشته و

اجاق را روبه خورشید قرار دهید ، در پایان روز که با خانه مراجعه می کنید میتوانید مطمئن باشید که غذای شما طبخ شده است .

من علاقه مند هستم کار علمی در زمینه اجاق های خورشیدی انجامدهم ، چه منابع مطالعاتی را پیشنهاد می کنید ؟

اگر شما علاقه مند به انجام فعالیت های علمی در زمینه ی اجاق های خورشیدی هستید در ابتدا سایت اجاق های خورشیدی به شما می گوید که هر فعالیت شما در این زمینه باعث بالا رفتن سطح آگاهی مردم می شود . شما مطمئن باشید

اگر به مواد پیش رفته دستردسی داشته باشید حتما به موفقیت بسیار عالی دست خواهید یافت . اما به این موضوع توجه داشته باشید که در جهان میلیون

ها مرد و زن در فقر زندگی می کنند و آنها دسترسی به مواد گران و خیلی پیشرفته ندارند از این رو در اولین قدم طراحی شما باید بسیار ساده و ارزان

قیمت و با موادی باشد که برای هر فردی در دسترس باشد.

انرژی خورشیدیبه انرژی تولید شده توسط نور خورشید، انرژی خورشیدی گویند.

مقدمه خورشید منبع عظیم انرژی بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر

میلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و در هر۶۰۰۰است. در حدود میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به وزن۲/۴ثانیه

هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می توان۳۳۳خورشید که حدود میلیارد سال آینده به حساب آورد. ۵به عنوان منبع عظیم انرژی تا

عنصر۶۳ درصد( و ۳ درصد( هلیوم )۸/۸۶خورشید از گازهایی نظیر هیدروژن ) دیگر که مهم ترین آنها اکسیژن ، کربن ، نئون و نیتروژن است تشکیل

شده است. میلیون درجه سانتیگراد می باشد که۱۴ تا ۱۰میزان دما در مرکز خورشید حدود

درجه و به صورت امواج الکترو۵۶۰۰از سطح آن با حرارتی نزدیک به مغناطیسی در فضا منتشر می شود.

ثانیه۱۸ دقیقه و ۸ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۱۵۰زمین در فاصله طول می کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت

انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن می باشد. حتی سوختهای فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای باد ، آبشار ، امواج دریاها و بسیاریموارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید می باشد. انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم می تواند دیگر اشکال انرژی

تبدیل شود ، همانند گرما و الکتریسیته . موانع اصلی استفاده از انرژی خورشیدی شامل متغیر و متناوب بودن میزان انرژی و توزیع بسیار وسیع آن

است. انرژی خورشید برای حرارت آب ، استفاده دینامیکی ، حرارت فضایی ساختمانها ، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تولید انرژی الکتریسیته مورد استفاده قرار

می گیرد .

یکJohn Herschel ستاره شناس انگلیسی به نام جان هرشل ۱۸۳۰در سال جعبه جمع آوری خورشیدی را برای پختن غذا در طول یک سفر در افریقا

استفاده کرد . کاربردهای الکتریکی فتوو لتایک ها را آزمایش می کنند یک فرایند که توسط آن انرژی نور خورشید به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می شود . الکتریسیته

می تواند به طور مستقیم از انرژی خورشید تولید شود و ابزارهای فتوولتایک استفاده کند یا به طور غیر مستقیم از ژنراتورهای بخار ذخایر حرارتی خورشیدی

را برای گرما بخشیدن به یک سیال کاربردی مورد استفاده قرار می دهند . انرژی فتو ولتایک

انرژی فتو ولتایک تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فتو ( می باشد، کخ بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده می شود.pvsولتاتیک )

سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولا از آلیاز سیلیکونساخته شده است.

نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرزی خورشیدی ساخته شده است. این فوتونها مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند مشابه طول موجهای متفاوت طیفهای

نوری هستند . وقتی فوتونها به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد می کند، ممکن است منعکس

شوند ،مستقیم از میان آن عبور کنند ،یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند .وقتی که نور خورشید کافی یا

انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود ،الکترون از اتم های جسم جابجامی شوند.

رفتار خاصی سطح جسم در طول ساختن باعث می شود سطح جلویی سلول که برای الکترون های آزاد بیشتر پذیرش یابد .بنا براین الکترون ها بطور طبیعی به

سطح مهاجرت می کنند . را ترک می کنند و سوراخ هایی شکلnزمانی که الکترون ها موقعیت

می گیرد .تعداد الکترونها زیاد است ،هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلو سطح سلول می روند ،در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ .شبیه قطب های مثبت ومنفی یک باطری ایجاد

می شود. وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می شود ،الکتریسیته جریان

می یابد . است. pvسلول فتو ولتاتیک قاعده بلوک ساختمان یک سیستم

cm تا cm ۱سلولهای انفرادی می توانند در اندازه هایی از حدود از این سو به۱۰آن سو متغیر می شود.

وات تولید می کند ،که انرژی کافی برای بیشتر کار بردها۲یا ۱با این وجود ،توان نیست.برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم ،سلولها بطور الکتریکی به داخل

هوای بسته یک مدول سخت مرتبط می شود . مدولها می توانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند.

اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره می کند ،اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شدهباشد ،آن تعداد مدولها ی مورد نیاز می توانند بهم مرتبط شوند

برای اینکه اندازه آرایش مورد نیاز )تولید انرژی( را تشکیل دهند. اجرای یکآرایش فتو ولتاتیک به انرژی خورشید وابسته است .

شرایط آب وهوایی )همانند ابر و مه (تاثیر مهمی روی انرزی خورشیدی دریافت و در عوض ،اجرایی آن دارد .بیشتر تکنولوژیpvشده توسط یک آرایش

درصد موثر هستند در تبدیل انرژیخورشید با۱۰مدول های فتو ولتاتیک در حدود درصدافزایش دهند. ۲۰تحقیق بیشتر مرتبط شوند برای اینکه این کار را به

کشف شدbell توسط تحقیقات تلفنی بل ۱۹۵۴ که در سال pvسلولهای حساسیت یک آب سیلیکونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش

برای تامین انرژی قمرهای فضا در یکpvs،۱۹۵۰کرد .ابتدا در گذشته در دهه

مورد استفاده قرار گرفتند. تولید کرد .سادهpvs در فضا کار بردهای تجاری برای تکنو لوژی pvsموفقیت

ترین سیستم های فتو ولتاتیک انرژی تعداد زیادی از ماشین حساب های کوچک وساعتهای مچی را هر روز استفاده کردند.

بیشتر سیستم های پیچیده الکتریسیته را برای پمپاژ آب ،انرژی ابزارهای ارتباطی،وحتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه هایمان فراهم می کنند .

تبدیل فتو ولتاتیک به چندین دلیل مفید است .تبدیل نور خورشیدبه الکتریسیته مستقیم است ،بنابراین سیستم های تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم

نیستند .خصوصیت مدولی انرژی فتو ولتاتیک اجازه می دهد به طور سریعآرایش ها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند .

همچنین ،تاثیر محیطی یک سیستم فتو ولتاتیک حد اقل است ،آب را برای سیستم نیاز ندارد پختن و تولید محصول فرعی نیست .سلولهای

(را تولید می کنند که به طورdcفتوولتاتیک ،همانند باتریها ،جریان مستقیم ) عمومی برای برای راههای کوچکی مورد استفاده است )ابزار الکترونیک(.وقتی

که جریان مستقیم از سلولهای فتوولتاتیک برای کاربردهای تجاری یا لحیم کردنکار بردهای الکتریکی استفاده می شود .

(برای استفاده تبدیل کننده هاACشبکه های الکتریکی بایستی به جریان متناوب ) تبدیل شوند ،ابزارهای حالت جامد که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل

در جاهای دور برای تولید الکتریسیته بکار گرفتهPVSمی کنند . به طور تاریخی را توزیع کنند ممکن است باPVSشده است .با این وجود یک بازار برای تولید از

بی نظمی قیمتهای تبدیل و توزیع همزمان با بی نظمی الکتریکی توسعه دادهشود .

جایگزین ژنراتوهای کوچک مقیاس عددی در تغذیه کنندهای الکتریکی می تواننداقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.

تاریخچه شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان

ماقبل تاریخ باز می گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای

محرابها را روشن می کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوعخورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می شد.

ولی مهم ترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با

استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه

متحرک قرار داشته است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از

انرژی خورشید در زمان های قدیم بوده است. با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده

بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه

باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی۱۹۷۳افزایش قیمت نفت در سال مجبور شدند به مسئله تولد انرژی از راههای دیگر )غیر از استفاده سوختهای

فسیلی( توجه جدی تری نمایند. کاربردهای انرژی خورشید

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های مختلف استفاده می شودکه عبارت اند از:

. استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و1نیروگاهی.

. تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام2فتوولتائیک.

استفاده از انرژی حرارتی خورشید این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر

نیروگاهی می باشد. کاربردهای نیروگاهی

تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می شود این

تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده های موجود و بر حسب اشکال هندسیمتمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند:

• نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه های سهموی ناودانی هستند • نیروگاه هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط

آینه های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می شود. )دریافت کنندهمرکزی)

• نیروگاه هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی )دیش( می باشد قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه

کارکرد نیروگاه های تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای

تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی

بنام توربین تأمین می کنند. بدین ترتیب می توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی

ژنراتورها، توربین ها هستند توربینها 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 پره های توربین می گردد. در نیروگاه های آبی که روی سدها نصب می شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره های

توربین می شود. بدین ترتیب می توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر

سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار )بویلر( به بخار تبدیل می شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به

جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود در نیروگاههای گازی توربینهایی

وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می شود. و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربینها است یا به عبارت دیگر می توان گفت که این نوع

نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:

• سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارتجذب شده تولید بخار می نماید.

• سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخارتولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می کند.

نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی در این نیروگاهها، از منعکس کننده هایی که به صورت سهموی خطی می باشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده می شود و گیرنده به

صورت لوله ای در خط کانونی منعکس کننده ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ

می گردد. روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدارهای مرسوم در

نیروگاههای حرارتی انتقال داده می شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور بهتوان الکتریکی تبدیل گردد.

برای بهره گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش می دهند و همچنین در محیط اطراف

آن لوله شیشه ای به صورت لفاف پوشیده می شود تا از تلفات گرمایی و افتتشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.

ضمنا بین این دو لوله خلاء بوجود می آوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشیددر تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.

در این نیروگاهها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه های شلجمی دائما خورشید را دنبال می کنند و پرتوهای آن را روی لوله

دریافت کننده متمرکز می نمایند. تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت

– اسپانیا –فسیلی جبران می شوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا

مکزیک – هند و مراکش از نیروگاه های سهموی خطی استفاده–مصر شده است که این نیروگاهها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره برداری قرار

دارند. در ایران نیز تحقیقات و مطالعاتی در زمینه این نیروگاهها انجام شده و کیلووات توسط سازمان انرژیهای نو۳۵۰پروژه یک نیروگاه تحقیقاتی با ظرفیت

به۸۳ایران در شیراز در حال انجام می باشد و انتظار می رود تا پایان سال بهره برداری برسد.

کلیه مراحل مطالعاتی، طراحی و ساخت این نیروگاه به طور کامل توسطمختصصین و مهندسان ایرانی انجام می پذیرد.

بدیهی است که با افزایش ظرفیت فنی و علمی که در اثر اجرای پروژه نیروگاه خورشیدی شیراز عابد محققین مجرب ایرانی می شود ایران در زمره محدود

کشورهای سازنده نیروگاه های خورشید از نو ع متمرکز کننده های سهموی خطیقرار خواهند گرفت.

نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی در این نیروگاه ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتا بلندی استقرار یافته است متمرکز می گردد. در نتیجه روی محل تمرکز

پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست می آید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم

در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می گردد. این سیال عامل در مبدلهای حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا می گردد. در برخی از سیستم ها سیال عامل آب

است و مستقیما در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می شود. برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد

مثلا ساعات ابری یا شبها از سیستم های ذخیره کننده حرارت و یا احیانا از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد

بخار برای تولید برق کمک گرفته می شود. مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستمهای این نیروگاه ها ادامه دارد و

آزمایشگاهها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت می کنند. مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکزی

توسط سازمان انرژیهای نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد. کلیه

مطالعات اولیه و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده و یک نمونههلیوستات نیز ساخته شده است.

نیروگاه های حرارتی از نوع بشقابی در این نیروگاهها از منعکس کننده هایی که به صورت شلجمی بشقابی می باشد جهت تمرکز نقطه ای پرتوهای خورشیدی استفاده می گردد و گیرنده هایی که در

کانون شلجمی قرار می گیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی

تبدیل می نماید. دودکش های خورشیدی

روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش های خورشیدی می باشد در این سیستم از خاصیت دودکش ها استفاده

متر و۲۰۰می شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود تعداد زیادی گرم خانه های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید می شود و به طرف دودکش یا

برج که در مرکز گلخانه ها قرار دارد، هدایت می شود. این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و با عث

چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده است می گردد و بوسیله ۱۶۰این ژنراتور برق تولید می شود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در

متر می رسد. ۲۰۰کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به مزایای نیروگاههای خورشیدی

نیروگاه های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه های فسیلی و اتمی دارند به خصوص

اینکه سازگار با محیط زیست می باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاه های خورشیدی

آینده ای پر ثمر و زمینه ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایسته است که به ذکر چند

مورد از مزایای این نیروگاه ها بپردازیم. تولید برق بدون مصرف سوخت الف(

نیروگاه های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می باشد. در نیروگاه های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می توان بهای برق مصرفی را

برای مدت طولانی ثابت نگهداشت. عدم احتیاج به آب زیاد ب(

نیروگاه های خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می باشند.

)نیروگاه های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند(. عدم آلودگی محیط زیست پ(

نیروگاه های خورشیدی ضمن تولید برق هیچ گونه آلودگی در هوا ندارند و مواد سمی و مضر تولید نمی کنند در صورتی که نیروگاه های فسیلی هوا و محیط

اطراف خود را با مصرف نفت ، گاز و یا زغال سنگ آلوده می کنند. نیروگاه های اتمی با تولید زباله های هسته ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند

محیط زندگی را آلوده می کنند و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بهوجود می آورند.

امکان تأمین شبکه های کوچک و ناحیه ای ت( نیروگاه های خورشیدی می توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو

برسانند و در عین امکان تأمین شبکه های کوچک ناحیه ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث

شبکه های انتقال نمی باشد. استهلاک کم و عمر زیاد ث(

نیروگاه های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی سال محاسبه۳۰ تا ۱۵می باشند در حالی که عمر نیروگاه های فسیلی بین

شده است. عدم احتیاج به متخصص ج(

نیروگاه های خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و می توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه های اتمی وجود متخصصین در

سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژهدارند.

کاربردهای غیر نیروگاهی

کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی سرمایش و–می باشد که اهم آنها عبارت اند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی

اجاق– خشک کن خورشیدی –گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی کوره های خورشیدی و خانه های خورشیدی. –خورشیدی

آبگرمکن های خورشیدی و حمام خورشیدی –الف تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادی ترین روشهای استفاده از انرژی

خورشیدی است می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی

وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد می توان از آنها در حمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت

جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام سیستان و–خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استان های خراسان

بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده است. گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی –ب

ساخته شد که در آن از مخزن گرمای۱۹۳۹[[اولین خانه خورشیدی در سال فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است.[[ گرمایش و

سرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه ای بود که در مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی۱۹۳۰سالهای

رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم های خورشیدی می توان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم ها در

فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد. آب شیرین کن خورشیدی –پ

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شوراثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می ماند.

سپس با استفاده از روشهای مختلف می توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می توان آب بهداشتی مورد نیاز در

نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد. آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می شوند. در نوع

صنعتی با حجم بالا می توان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد. خشک کن خورشیدی –ت

خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بودهو انسان های نخستین خشک کردن را یک هنر می دانستند.

خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد

باکتریها می باشد. در خشک کن های خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می شود و هوا نیز به صورت

طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می گردد. خشک کن های خورشیدی در اندازه ها و طرحهای مختلف و برای

محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می شوند. اجاقهای خورشیدی –ث

دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود که

قطعات شیشه ای درپوش آنرا تشکیل می داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می شد سپس درجه

درجه افزایش می داد. اصول کار اجاق خورشیدی۸۸حرارت داخل جعبه را به جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن

نقطه می باشد. امروزه طرحهای متنوعی از این سیستم ها وجود دارد که این طرحها در مکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده اند. استفاده از این اجاقها به ویژه در مناطق شرقی کشورایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می باشند بسیار مفید خواهد بود.

کوره خورشیدی –ج در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن

متری آتش زد. ۶۰یک تل چوبی را در فاصله بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی

تأمین می کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این

آینه به آینه کروی بازتابیده می شود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می شوند به این

ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود که این نقطه به دماهای بالایی می رسد. امروزه پروژه های متعددی در زمینه کوره های

خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می باشد. خانه های خورشیدی –چ

ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه های خود در زمستان استفاده می کردند. آنان ساختمانها را به ترتیبی بنا

می کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ های

دیگر دنیا نیز می توان نمونه هایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در

این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانه های خورشیدی را آغاز کرده اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به

به تنهایی۱۸۹۰نتایج مفیدی نیز دست یافته اند مثلا در ایالات متحده در سال هزار خانه خورشیدی ساخته شده است. در این گونه خانه ها سعی۲۰ تا ۱۰حدود

سرمایش و– تهیه آب گرم بهداشتی –می شود از انرژی خورشید برای روشنایی گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف

گرما و انرژی جلوگیری شود. در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی

دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر به

ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده است.

سیستمهای فتوولتاییک به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم های محرک، الکتریسیته

تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربردانرژی های نو می باشند و تاکنون سیستم های گوناگونی با ظرفیت های مختلف )

وات تا چند مگاوات( در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با۵/۰ توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم ها هر روزه بر تعداد متقاضیان

آنها افزوده می شود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می توان به جریان

و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و ( فتوولتائیک می گویند. امروزه اینگونه سلولها عموما ازPanelموازی شده پنل )

ماده سیلیسیم تهیه می شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می گردد. بنابراین از نظر تأمین

ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد. سیستمهای فتوولتائیک را می توان بطور کلی به دو بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه

به توضیح آنها می پردازیم. – پنلهای خورشیدی: ۱

این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می باشد. لازم به این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده وتوان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق و کنترل می کند لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و

عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرف کننده و نیزشرایط آب و هوایی محلی تغییر می کند.

– مصرف کننده یا بار الکتریکی: ۲ یاDC پنلهای فتوولتائیک، مصرف کننده می تواند دو نوع DCبا توجه به خروجی

ACباشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک می توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تأمین نمود. با توجه به کاهش روز افزون

ذخائر سوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاههای اتمی، گمان قوی وجود دارد که در آینده ای نه چندان دور سلولهای خورشیدی به انرژی برق

به عنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوختهای فسیلی و نیروگاههای اتمیتوسط بشر بکار گرفته شود.

مصارف و کاربردهای فتوولتائیک • مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهواره ها جهت ارسال پیام

• روشنایی خورشیدی: در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد سیستم های فتوولتائیک

را در سراسر جهان دارد و سالانه دهها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد، مانند برق جاده ها و تونلها بخصوص در

مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، تأمین برق پاسگاههای مرزی که دور از شبکه برق هستند، تأمین برق مناطقی شکاربانی و مناطق حفاظت شده

نظیر جزیره های دور افتاده که جنبه نظامی دارند. • سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی:

انرژی مورد نیاز کلیه لوازم برقی منازل )شهری و روستایی( و مراکز تجاری را می توان با استفاده از پنلهای فتوولتائیک و سیستمهای ذخیره کننده و کنترل

نسبتا ساده، تأمین نمود. • سیستم پمپاژ خورشیدی:

سیستم پمپهای فتوولتائیک قابلیت استحصال آب از چاهها، قنوات، چشمه ها،.. را جهت مصارف متنوعی دارا می باشد. …رودخانه ها و

• سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری: اغلب ایستگاههای مخابراتی و یا زلزله نگاری در مکانهای فاقد شبکه سراسری

و صعب العبور و یا در محلی که احداث پست فشار قوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریکی ایستگاه مذکور صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد

نصب شده اند. • ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیله ای که تاکنون با باطری خشک کار می کرده است یکی دیگر از کاربردهای

این سیستم می باشد. میلیون ماشین حساب خورشیدی تولید۳۰ حدود ۱۹۸۳مثلا ژاپن در سال

متر۰۰۰/۲۰کرده است که سلولهای خورشیدی بکار گرفته در آنها مساحتی حدود کیلووات داشته اند. ۵۰۰مربع و توان الکتریکی معادل نیروگاههای فتوولتائیک:

هم زمان با استفاده از سیستم های فتوولتائیک در بخش انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمانها اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ تر حاصل

گردید و همه اکنون در بسیاری از کشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک در واحدهای کوچک و بزرگ و به صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب

و راه اندازی شده است ولی این تأسیسات دارای هزینه ساخت، راه اندازی ونگهداری بالایی می باشند که فعلا مقرون به صرفه و اقتصادی نیست.

• یخچالهای خورشیدی: از یخچالهای خورشیدی جهت سرویس دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه ای

در مناطق دور افتاده و صعب العبور استفاده می گردد. عملکرد مناسب ۱۰۰۰۰ سال گذشته بیش از ۵یخچالهای خورشیدی تا حدی بوده است که در طی

یخچال خورشیدی برای کاربردهای بهداشتی و درمانی در سراسر آفریقا راهاندازی شده است.

• سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل: قابلیت حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این

وات الی یک کیلو وات۱۰۰سیستم ها می باشد بازده توان این سیستم ها از تعریف شده است. از جمله کاربردهای آن می توان به تأمین برق اضطراری در

مواقع بروز حوادث غیر مترقبه، سیستم تغذیه کننده یک چادر عشایری و.کمپ های جنگلی اشاره نمود

برق خورشیدی هوشمند

این سیستم بصورت مداوم به برق شهری متصل است و در صورت قطع برق بصورت هوشمند در مدت زمان کمتر از هزارم ثانیه به سیستم برق خورشیدی سوئیچ کرده و برق مورد نیاز را از طریق خورشید تامین می کند. سیستم برق

بوده وUPSاضطراری هوشمند خورشیدی، جایگزین مناسبی برای سیستم های روز در صورت عدم2قابلیت ذخیره و تولید برق از طریق خورشید برای مدت

تابش مناسب خورشید را داراست.

این سیستم بویژه در ساختمانهای اداری مورد استفاده بسیاری دارد و قادر است بسیاری از مشکلات این بخش را در زمینه روشنایی، تامین برق کامپیوتر.ها، تلفن و سایر تجهیزات اداری ضروری را بصورت اضطراری برطرف نماید

LEDهای چراغ راهنمایی ال ای دی  مزیت

به شرح ذیل می باشد:LEDبرخی از مزایای چراغهای

90 کاهش مصرف انرژی برق به میزان بیش از %

کاهش هزینه های تعمیرات ونگهداری

کاهش آلودگی هوا

افزایش دید مناسب واز بین رفتن اثر فانتوم

افزایش سطح ایمنی ترافیک وکاهش تصادفات

(( مجهز به سیستم هوشمند تنظیم شدت نور درشب وروز DIMING

امکان استفاده بهتر از UPS هنگام قطع برق درتقاطع های مهم

عدم کاهش شدت نور LED ها دراثر تغییرات ونوسانات ولتاژ برق

ارتقاء کارآیی فانوسهای راهنمایی

طول عمر زیاد

% :90 کاهش مصرف انرژی برق به میزان بیش از -

می نماید .  وات برق مصرف100بطور متوسط یک فانوس راهنمایی 8 وات، رنگ قرمز و زرد هر کدام 12 ، رنگ سبز LEDدرصورتیکه دریک فانوس

وات ،برق مصرف می نماید که با ا حتساب زمان روشنایی برای هریک از رنگها وات می باشد10میانگین توان مصرف دریک فانوس ال ای دی درهررنگ نهایتا

% کاهش مصرف انرژی برق می باشدکه مصرف چراغهای90که نشاندهنده LED.در شب به نصف کاهش می یابد

کاهش آلودگی هوا :-

نیروگاههای برق همواره یکی از منابع آلودگی هوا به جهت تولید گازهایCO2,SO2,NOX می باشند .از آنجائیکه LEDکاهش بسزائی درمصرف انرژی

برق دارد لذا استفاده از فانوس ال ای دی در جهت کاهش استفاده از فانوسهایآلودگی هوا خواهد بود .

افزایش سطح ایمنی ترافیک وکاهش تصادفات : -

نقص فنی درعلائم راهنمایی و رانندگی همواره موجب بروز خطر وناامنی وگاها تصادفات شدید وغیر قابل جبران می شود .یکی از موارد مهم نقص فنی

درعلائم راهنمایی ورانندگی لامپ سوخته وفانوس خاموش می باشد هرچند هم که طول مدت زمانی که یک لامپ سوخته تعویض میگردد کوتاه باشد همین

ایجاد بی مدت کوتاه نیز دروضع ترافیک آن تقاطع تاثیر نامطلوب گذارده وباعث نظمی ویا حتی تصادفات خطرناک میگردد باتوجه به طول عمرزیاد زیاد

این مشکل حل وموجبات افزایش ایمنی درترافیک پدیدمی آید. LEDچراغهای

افزایش دید مناسب واز بین رفتن اثر فانتوم : -

انعکاس نورخورشید از سطح سیستم نوری فانوس ) رفلکتور ولنز ( باعث بروز اثر فانتوم میگردد .اثر فانتوم رانندگان را درتشخیص اینکه کدامیک از چراغهای سبز وزرد وقرمز روشن می باشد دچار اشتباه می نماید وهمچنین موجب بروز

بدلیل عدم وجودLEDاشکال دررنگ دیده شده لنز میگردد .درفانوسهای رفلکتور وبی رنگ بودن لنزها اثر فانتوم کاملا از بین میرود.تصادفات بسیاری که

سالیانه بعلت عدم دید مناسب رخ می دهد علاوه برایجاد بی نظمی درترافیک باتوجه به  صدمات جانی ومالی فراوانی نیز بهمراه میآورد این نوع.فانوس

شدت نور زیاد ونداشتن اثر فانتوم میتواند باعث افزایش دید وکاهش تصادفات ایمنی ترافیک نقش بسزائی داشته باشد . شده در افزایش

- کاهش هزینه های تعمیرات ونگهداری :

وقت وهزینه های زیادی را برای سازمانها به تعمیرات ونگهداری همواره نیرو ، ماه می باشد .6همراه می آورد .طول عمر متوسط یک لامپ ترافیکی حدودا

که این امر همواره شرکتهای کنترل ترافیک وشهرداریها را درگیر مسئله تعویض لامپ سوخته نموده همچنین بعلت مسدود شدن چهارراه برای تعویض لامپ بی

با طول نظمی درترافیک نیز بوجود می آید لذا استفاده از فانوسهای ال ای دی سال کمک شایانی به رفع این معضل می نماید.5عمر مفید حدود

( :DIMING سیستم هوشمند تنظیم نور در شب و روز )–

میتواند با کاهش شدت نور منتشره از فانوس ال ای دی مجهز به سیتم دایمینگ شدت نور محیط بصورت خطی واتوماتیک کاهش یابدوباافزایش شدت نورمحیط

% از مصرف انرژی برق درشب50افزایش یابد . وجود چنین قابلیتی میتواند تا درشب وجود چنین  جلوگیری نماید .همچنین با توجه به شدت نور ال ای دی ها

سیستمی از آزارچشم رانندگان جلوگیری بعمل آورده از لحاظ ایمنی برایرانندگانی که دارای شبکوری می باشند بسیار مفید خواهد بود.

باتری خورشیدی

نگاه اجمالی

باتری خورشیدی یا سلولهای فوتو ولتایی ابزارهایی الکترونیکی هستند که با استفاده از پدیده فوتو ولتائیک ، نور یا فوتون را مستقیما به جریان و ولتاژ

،1954الکتریکی تبدیل می کنند. دانشمندان اولین باتری خورشیدی را در سال با استفاده از ماده نیمه رسانای سیلیسیوم ، در آزمایشگاههای تلفن بل ساختند.

سیر تحولی و رشد دانشمندان و مهندسان بلافاصله به ارزش باتریهای خورشیدی برای تأمین انرژی

ماهواره ها پی بردند، زیرا این باتریها جرم کمی دارند و هیچ بخش متحرک مکانیکی ندارند. نخستین ماهواره آمریکایی در فضا به باتریهای خورشیدی از

جنس سیلیسیوم مجهز شد. و امروزه هم سلول فوتو ولتایی سیلیسیومی هنوز منبع قدرت همه سفینه های فضایی هستند. البته در این میان کاوشگرهایی که به

فراسوی منظومه شمسی و مکان میانی که نور خورشید در آنجا ضعیف است

رهسپار می شوند، استثنا هستند. تهیه باتری خورشیدی

( ساخته می شد که رویSiباتری خورشیدی اولیه از تک بلور سیلیسیوم ) صفحات تختی کنار هم قرار می گرفت. کاربرد این روش ، برای مصارف عمومی

و تولید انرژی در فضایی بزرگ ، بسیار گران تمام می شود. هر چند ماده خامSiO2 برای تهیه Si فراوان است، اما پالایش شن و خالص سازی کافی Siبرای

تهیه باتریهای خورشید پر هزینه است. برش قطعات بلوری منفرد به صورت قطعه نازکی که ویفر نام دارند، نیازمند بریدن با الماس ، پرداخت بیشتر و

بالاخره چندین عمل اضافی برای افزودن ناخالصیهای مناسب است. کاهش هزینه ساخت

وSiیک روش ممکن برای کاهش هزینه ، که در مورد بلوری گران قیمت نظیر ( ، استفاده از عدسی بزرگ و ارزان قیمت فرنلGuAsاخیرا گالیوم ارسنید )

با1000 تا 25برای تمرکز نور روی سلول کوچک است. ضرایب تمرکز موفقیت بکار گرفته شده است. اگر چه طراحی تمرکز دهنده ها نیاز به ردگیری

دو بعدی وضعیت خورشید در طول روز است.

استفاده از مواد در باتری خورشیدی طرح بسیار نوید بخش دیگری برای سلول فوتو ولتایی ، کاربرد ورقه های

فیلمهای بسیار نازکی است که روی مواد نظیر شیشه یا فولاد زنگ نزن نشانده 3 تا 1می شوند. سه ماده که به صورت ورقه های نازک )به ضخامت تقریبی

میکرومتر( نتایج فوتوولتایی خوبی بدست داده اند. عبارتند از: سیلیسیوم یا بطور سادهCuLnSe2( ، سی اندپوم دی سلیند )α - Si:Hهیدروژن دار آدورف )

CIS( و کادمیوم تلورید )CdTe ماده .)α - Si:Hبه صورت ورقه های نازک با ساختار آمورف ، ساختار چند بلوری با دانه هایی به صورت ورقه های نازک با

میکرومتر کاربرد دارند. 1ساختار بلوری با دانه هایی به اندازه حدود

CdTeخورشید فوتو ولتایی در باتری خورشیدی در شکل زیر داده شده است. هرCdTeفرآیند فوتو ولتایی در باتری خورشید

بسامدv ثابت پلانک و h است که در آن hvکوانتوم نور )فوتون( دارای انرژی

طول موج نور است(. چنانچهλ سرعت نور و C( که در آن υ = C/λنور است. ) انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا )فاصله میان نوارهای نوارهای

ظرفیت و رسانش( باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده می شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می کند و به نوار رسانش می برد که الکترون در آنجا

می تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید.

الکترون بار منفی دارد، اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است. وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب

حفره مثبت می شود و بدون ایجاد هیچ جریانی نابود خواهد شد. بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بارها برقرار شود. این کار با افزودن nمقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رسانا و ایجاد پیوندگاهی میان مناطق نوع

)که با ذرات حامل در آنp)که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند( و نوع پیوند ناهمگنی را نشان می دهد که کادمیوم1مثبت است( انجام می شود، شکل

تشکیل شده است.p( نوع CdTe و کادمیوم تلورید )n( نوع CdSسولفید )

کهn - pهنگامی که فوتون ، زوجهای الکترون - حفره را در نزدیکی این پیوندگاه در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند، فرآیند فوتو ولتایی بیشترین

بازدهی را خواهد داشت. باتری خورشیدی در این حال حفظ به اتصال های فلزی نیاز دارد. تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله ای خارجی امکان

( بهSnO2 ، اکسید قلع )CdS/CdTeعبور می دهند مرتبط شود. برای باتری نیز نیکل ، گرانیت ،CdS( برای اتصال به TCOعنوان اکسید رسانشی شفاف )

کاربرد دارند.CdTeیا طلا برای اتصال

مزیت یا بازده باتریهای خورشیدی باتری خورشیدی معمولا ولتاژهای قله ای تولید می کند که تقریبا معادل دو سوم

است. درev 1.7 و ev 1.0گاف انرژی نیم رسانا است. گاف انرژی بهینه برابر روز صاف و هنگامی که آفتاب بالای سر است شدت نور خورشید تقریبا برابر

1000 w/m² در روز آفتابی توانی در10 است. مدول خورشیدی با بازدهی ، % 6 ولت تولید می کند. با تابش خورشیدی بدون ابر ، در حد متوسط 100حدود

1000 متر مربع تقریبا 60ساعت در روز ، تعدادی مدول خورشیدی با مساحت

کیلو وات ساعت برق در هر ماه تولید می کند، این در همان حدود مقدارمصرفی است که در خانواده های کشورهایی مانند ایالات متحده آمریکا دارد.

کاربردهای انرژی خورشیدیمقدمه

وابستگى شدید جوامع صنعتى به منابع انرژى ، بویژه سوختهاى نفتى و بکار گیرى و مصرف بى رویه آنها سبب شده ، این منابع که در قرنهاى متمادى در زیر

لایه هاى زیرین زمین تشکیل شده ، تخلیه شود. انرژیهاى فسیلى مانند نفت و زغال سنگ پایان پذیر و تجدید ناپذیر هستند، اما انرژیهاى نو یا جانشین از جمله باد ، آب و خورشید چنین نیستند. خورشید یکى از منابع مهم تجدید ناپذیر انرژى

است که به فناوریهاى پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و مى تواند به عنوان یک منبعمفید و تأمین کننده انرژى در بیشتر نقاط جهان بکار گرفته شود.

استفاده از این انرژى برخلاف انرژى هسته اى ، خطرى ندارد و براى کشورهاى فاقد منابع انرژى زیرزمینى ، مناسبترین راه براى دستیابى به نیرو و رشد و

توسعه اقتصادى است. هم اکنون از انرژى خورشیدى بوسیله سیستمهاى مختلف و براى اهداف گوناگون استفاده و بهره گیرى مى شود که مهمترین آنها

( ، گرماىHelios Chemicalسیستمهاى فوتوبیولوژیک، شیمى خورشیدى ) ( ، سیستمهاىHelios Electrical( ، برق خورشیدى )Helios Thermalخورشیدى )

فتوشیمیایى ، سیستمهاى فوتوولتاییک، سیستمهاى حرارتى و برودتى هستند.

انرژى خورشید به کمک آیندگان می شتابد نیروگاه هاى خورشیدى که انرژى خورشید را به برق تبدیل مى کنند، در آینده با

مزیت هایى که در برابر نیروگاه هاى فسیلى دارند، مشکل برق و تا حدودى مشکل کم آبى را بویژه در دوران تمام شدن نفت و گاز حل خواهند کرد و بطور مسلم تأسیس و بکار گیرى برجهاى نیرو ، زمینه لازم را براى خودکفایى و قطع

وابستگى کشور فراهم خواهد کرد. تولید برق بدون مصرف سوخت ، نیاز نداشتن به آب فراوان ، آلوده نکردن محیط زیست ، استهلاک کم و عمر زیاد از مزیتهاى بارز برجهاى نیرو و نیروگاههاى خورشیدى نسبت به نیروگاههاى فسیلى

و اتمى است.

لزوم استفاده از انرژى خورشیدى فناورى ساده ، کاهش آلودگى هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوختهاى فسیلى براى آینده با تبدیل آنها به مواد پردازش با استفاده از تکنیک

پتروشیمى ، از دلایل لزوم استفاده از انرژى خورشیدى در کشور هستند. با کشورهاى پیشرفته صنعتى مجبور شدند، به1973افزایش قیمت نفت در سال

استفاده از انرژیهاى جانشین جدیتر بیندیشند. کشورهاى صنعتى به این نتیجه رسیده اند که با بهینه سازى مصرف انرژى در صنایع و ساختمانها ، مصرف

درصد کاهش داد.40 تا 30انرژى را مى توان بررسیهاى بانک جهانى حاکى است که اگر کشورهاى در حال توسعه ، سیاستهاى

4 مى توانستند 1990بهینه سازى مصرف انرژى را بکار مى گرفتند، تا سال میلیون بشکه در روز صرفه جویى کنند. کارشناسان معتقدند با استفاده از

سیاستهاى بهینه سازى مصرف انرژى ، ضمن کاهش مصرف انرژى منافعى مانند: کاهش آلودگى هوا بویژه در شهرهاى بزرگ ، صرفه جویى در سرمایه

گذارى در ساخت نیروگاهها ، پالایشگاهها و سیستم گازرسانى به میزان میلیاردها دلار در سال ، طولانى شدن عمر ذخایر نفتى ، ایجاد اشتغال در

کشور ، کم هزینه بودن و نگهدارى آسان ، عاید کشور خواهد شد. ناگفته نماند با احتساب مصرف بیش از یک میلیون بشکه معادل نفت در روز ، بیش از یک میلیارد دلار درآمد ارزى در سال نصیب کشور خواهد شد. ایران با

شمالى در منطقه مناسبى براى دریافت انرژى45 تا 25عرض جغرافیایى خورشیدى قرار دارد. میزان انرژى که زمین در یک ساعت از خورشید دریافت

مى کند، بیش از انرژى مصرفى جهان در یک سال است. انرژى خورشیدى با بهره گیرى از روشها و وسایل ویژه به تولید برق با استفاده از حرارت خورشید

مى پردازد که حرارت نیز پس از گذار از یک یا چند مرحله به انرژى الکتریکىتبدیل مى شود.

پاک بودن این سیستم ، توجه بسیارى از کشورها و دولتهاى جهان را به خود معطوف کرده تا آنجا که انگلستان اخیرا با الزامى کردن استفاده از صفحات خورشیدى در ساختمانهاى در حال ساخت، گامى بلند و موثر در بهینه سازى مصرف انرژى برداشته است. از هنگامى که منابع هیدروکربن و زغال سنگ

چرخه تولید انرژى را در دست گرفت، بواسطه ارزان و در دسترس بودن آن از توجه به انرژى کاسته شد. در ایران ، ارزانى و فراوانى بیش از حد هیدروکربون

سبب شده تا به انرژى خورشیدى توجه کمتر مبذول شود.

انواع نیروگاههای خورشیدی نیروگاههاى خورشیدى داراى انواع گوناگون و تفکیک پذیر هستند: نیروگاههایى که مستقیم با دریافت انرژى خورشید آنرا به انرژى الکتریکى تبدیل مى کنند و

نیروگاههایى که پس از دریافت انرژى خورشید آنرا به گرما و پس از گذشت یک روند خاص ، به الکتریسیته تبدیل مى کند. سیستمهایى که از انرژى خورشید بهره

( و سیستمهاى گرما شیمیایى ، تولیدPVمى برند، شامل سیستم فتوولتایى ) هیدروژن از انرژى خورشید است. در سیستم فتوولتایى که در اصل براى

کاربردهاى فضایى ابداع و تکمیل شده بودند، انرژى نورى را مستقیم به انرژىالکتریکى تبدیل مى کنند.

این فناورى بر اساس این نظریه »اثر فوتوالکتریک« انیشتین شکل گرفته که براى کاربردهاى زمینىPVنور سبب مى شود الکترونها از هم جدا شوند. توسعه

در هنگام نخستین بحران نفت در دو زمینه بسیار متفاوت آغاز شد: یکى در زمینه فناوریهاى تمرکزى است که در آن کاهش هزینه ها با استفاده از

بوسیله سطح عدسى صورت مى گیرد و دیگرى براى کاهشPVجانشینى سطح با استفاده از ساخت صنعتى با حجم زیاد است. درPVهزینه هاى مدولهاى

سیستمهاى گرما شیمیایى و نورشیمیایى نیز از انرژى خورشید براى القاى واکنشهاى شیمیایى استفاده مى کنند تا کیفیت محصولات موجود را افزایش دهند

یا محصولات کاملا جدیدى را بسازند. گرما شیمیایى به استفاده از گرما براى رانش واکنشها اطلاق مى شود و نور شیمیایى به استفاده مستقیم فوتونها مانند

بخش ماوراى بنفش طیف خورشید اطلاق مى شود. تولید هیدروژن از انرژى خورشید نیز به توجه ویژه نیاز دارد، زیرا هیدروژن سوخت تمام نشدنى و

سازگار با محیط است.

انرژى خورشیدى )نیازها و محدودیتها) برخى انرژیهاى تجدید پذیر را تنها امید بقاى کره زمین دانسته اند، در حالى که عده اى آنرا منبعى حاشیه اى با ظرفیت محدود به حساب مى آورند. از سویى منابع سوخت فسیلى پایان پذیر و تجدیدناپذیر است و باید از انرژیهاى تجدید

پذیر که به رغم منابع فسیلى ، منافع زیست محیطى فراوانى در بر دارد بیشتر

بهره جست. انرژى خورشیدى ، نتیجه فرآیند پیوسته همجوش هسته اى در هزار برابر مصرف10خورشید است و هم اکنون کل منبع انرژى خورشیدى

انرژى کنونى بشر است، اما اندک بودن شدت این توان و تنوع زمانى و جغرافیایى آن ، مشکلات عمده اى را فراهم کرده که سهم این انرژى را در برابر

کل انرژى محدود مى کند. با این حال ، در کشورهایى که هزینه انرژى معمولى به دلیل مالیات زیاد است و

دولت تلاش زیادى براى ترغیب مردم به استفاده از انرژى خورشیدى مى کند، بازار براى سیستمهاى حرارتى خورشیدى کم دما رونق دارد. با آنکه کل منبع

انرژى خورشیدى این امکان بالقوه را دارد که سهم عمده اى در تأامین انرژى جهانى در آینده داشته باشد، دلایل زیادى وجود دارد که سهم استفاده از آن را

سال آینده بسیار محدود مى کند.20در اهمیت این محدودیت ، همراه با الگوهاى مصرف و اولویتهاى ملى تغییر مى یابد.

یکى از محدودیتهاى عمده در استفاده از انرژى خورشیدى ، عدم کارآیى اقتصادى سیستمهاى خورشیدى اولیه در برابر سیستمهاى تکامل یافته با سوخت

فسیلى است که با افزایش قیمت سوختهاى معمولى و اقتصادى تر کردن دستگاههاى خورشیدى با حجم تولید بیشتر ، گرایش به استفاده از این گونه

انرژى را مى توان شتاب بخشید. در کنار محدودیتهاى اقتصادى لازم است انرژى خورشیدى و مزیتهاى استفاده از آنرا با آموزش در محتواى فرهنگى زندگى

مردم و به منظور ارتقاى سطح آگاهى آنان وارد ساخت که به سرمایه گذارى و توجه دولت به بخش خصوصى نیاز دارد. محور دیگر معادله اجتماعى انرژى خورشیدى ، توسعه مهارتهاى فنى در میان طراحان ، نصابان و تعمیر کاران

بسیارى از دستگاههایى است که بطور وسیع در سراسر جهان توزیع مى شوند. با توجه به دورنماى فراگیرى انرژى خورشیدى و با توجه به کل سرمایه در

10 سال آینده به 30دسترس براى سرمایه گذارى در انرژى خورشیدى که در درصد کل سهام انرژى جهان محدود خواهد شد، به این نتیجه مى توان رسید که

نمى تواند جانشین اصلى انرژى2020انرژى خورشیدى دست کم زودتر از سال سوختهاى فسیلى شود. کشورها نیز در زمینه سرمایه گذارى در این بخش با

محدودیت روبرو هستند و روشى که براى کاهش این محدودیتها مى توان به آناشاره کرد.

جذب سرمایه بخش خصوصى و استفاده از آن بخش از بودجه دولتى است که

براى سرمایه گذارى در انرژى خورشیدى اختصاص داده شده است که بسیارى از کشورها با کاربست این روش به موفقیتهایى دست یافته اند و در کشور ما نیز

باید شرایط حضور بخش خصوصى فراهم و اقدامهاى لازم براى جذب بخش خصوصى انجام شود. آلمان که با پیامدهاى افزایش شدید بهاى نفت دست به گریبان بوده و برنامه تولید انرژى هسته اى خود را نیز کنار گذارده است، هم

اکنون در صدد گسترش دادن نیروگاههاى بسیار بزرگ است. اخیرا بزرگترین نیروگاه خورشیدى در این کشور گشایش یافت. این نیروگاه که

پانل500هزار و 33در جنوب شهر لایپزیک و در شرق این کشور قراردارد با مگاوات ساعت برق تولید مى کند. این نیروگاه قادر است5فتوولتاییک حدود

خانوار را تامین کند. براساس ارزیابى سازمان انرژى خورشیدى1800برق مگاوات رسیده که دو300آلمان، مجموع ظرفیت تولید آماده در سال جارى به

برابر ظرفیت تولید پیشین در این کشور است.

هم اکنون نگرانیهاى فراوانى در زمینه توانایى کشورها در یافتن منابع سرمایه اى به منظور تأمین نیازهاى مالى توسعه استفاده از این نوع انرژى در دهه هاى

آینده وجود دارد که این معضل در کشورهاى در حال توسعه شدیدتر است. اما به نظر مى رسد با ایجاد سرمایه گذاریهاى کلان و سریع در این زمینه ، مشارکت

بخش خصوصى در این گونه طرحها و مهمتر از همه ارتقاى سطح فرهنگى کشور براى استفاده از انرژیهاى جانشین )تجدیدپذیر( تا چند سال آینده ،

دستیابى به این هدف مهم چندان دور نباشد.