چکیده
میزان انرژی هایی که خورشید در مدت زمان یک ساعت به زمین ارزانی می‌دارد، معادل انرژی مورد نیاز تمام انسان‌ها در طول یک سال است.در ایران روزانه به طور متوسط ۵/۵ کیلووات ساعت انرژی خورشیدی بر هر متر مربع از سطح زمین می تابد و ۳۰۰ روز آفتابی در ۹۰% خاک کشور داریم.مساحت ایران تقریبا ۱۶۰۰۰۰۰ کیلومتر مربع یعنی حدود ۱۰۱۲ × ۶/۱ متر مربع است.میزان تابش روزانه انرژی خورشید در ایران برابر است با ۱۰۱۲×۵/۵×۶/۱ کیلو وات ساعت.میزان کل تابش خورشید در طول روز برای ایران تقریبا برابر است با ۱۰۹×۹ مگاوات ساعت.اگر تنها از ۱% مساحت ایران انرژی خورشیدی را دریافت کرده و راندمان سیستم دریافت انرژی تنها ۱۰ % باشد، باز هم می توانیم روزانه ۱۰۶×۹ مگاوات ساعت انرژی از خورشید دریافت کنیم.
۱- انرژی خورشیدی؛ فراوان‌ترین انرژی در جهان
میزان انرژی هایی که خورشید در مدت زمان یک ساعت به زمین ارزانی می‌دارد، معادل انرژی مورد نیاز تمام انسان‌ها در طول یک سال است؛ گزاره‌ای عجیب و البته تکان دهنده. باور این واقعیت که انرژی مورد نیاز سالیانه ۷ میلیارد انسان برای گرمایش، سرمایش، حمل‌ونقل و …، در طی یک ساعت از خورشید به زمین می‌رسد، اما ما برای تامین انرژی، زمین را کاویده و در جستجوی سوخت‌های فسیلی آن را تکه‌تکه می‌کنیم، سخت و تاسف بار است. شکل زیر این واقعیت را به خوبی به تصویر می‌کشد. میزان انرژی که زمین در طول یکسال از خورشید دریافت می‌کند با رنگ نارنجی و میزان انرژی مصرفی سالانه جهان با رنگ آبی نشان داده شده است که به نوعی تصدیق‌کننده همان جمله ابتدای پاراگراف است. از طرف دیگر مکعب‌های سبز، قرمز، خاکستری و زرد کل ذخایر فسیلی موجود در جهان را نشان می‌دهد که مجموع آنها حتی کمتر از انرژی یک سال خورشید است. به علاوه در میان انرژی‌های تجدیدپذیر نیز، انرژی خورشیدی فراوان‌ترین انرژی محسوب می‌شود
منابع انرژی در دسترس در مقابل میزان مصرف انرژی یک سال جهان
۲- کلکتورهای خورشیدی
سلول های خورشیدی از نیمه رساناها تشکیل شده‌اند. این سلول‌‌ها در اندازه‌ها و اشکال گوناگون تولید می‌شوند. هر سلول خورشیدی تنها ۱ تا ۲ وات انرژی الکتریسیته تولید می‌کند. معمولاً این سلول‌های خورشیدی به هم متصل می‌شوند تا یک سیستم خورشیدی بزرگ را به‌وجود آورند. یک سلول خورشیدی علاوه بر تولید الکتریسیته، دارای یک باتری نیز می‌باشد که انرژی الکتریسیته بدست آمده را برای شب و یا روز‌های ا بری ذخیره می‌کند. سیستم فتوولتائیک می‌تواند در هر آب و هوایی کار کند. درست است که در آب و هوای ابری و یا بارانی میزان تولید انرژی الکتریسیته کاهش پیدا می‌کند، ولی به هر حال این میزان هیچ وقت در هنگام روز از ۲۵% میزان حداکثر ظرفیت تولید انرژی سیستم کمتر نخواهد بود. این در حالی است که در شرایط معمولی تا ۸۰% میزان تولید حداکثر سیستم، انرژی الکتریسیته تولید خواهد شد.نگه داری سیستم های فتوولتائیک بسیار راحت است، نیازی به جابجایی قطعات نیست. در یک سیستم فتوولتائیک هیچ گونه حرکت مکانیکی وجود ندارد، وقتی قطعات حرکتی نداشته باشند در نتیجه استهلاکی وجود نخواهد داشت .در حال حاضر، استفاده از انرژی خورشیدی جهت تامین برق در موقعیت‌های زیر از توجیه اقتصادی برخوردار است:
| ساختمان‌هایی که بیش از یک چهارم مایل از منبع تولید انرژی فاصله دارند می‌توانند با کمک سیستم فتوولتائیک، انرژی برق را به بهای انرژی سوخت فسیلی در اختیار داشته باشند. |
| برای مناطق دور افتاده که برق رسانی به آنها مشکل است مانند مراکز ارتباطی خارج از شهر و همچنین مناطق نظامی بهترین روش تولید انرژی استفاده از فن‌آوری فتوولتائیک است. |
نمونه سلول های فتوولتائیک استفاده شده در ساختمان ها
۳- کلکتورهای تخت – Flat – Platecollectors
این کلکتور ساده‌ترین و پر استفاده‌ترین نوع کلکتور به‌شمار می‌رود. 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 رنگ‌های خاص است. این صفحه، جاذب انرژی حرارتی خورشید است. در زیر صفحه، لوله‌های کوچکی قرار گرفته که آب یا سیال انتقال حرارت در آنها جریان دارد. اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتی عایق بندی شده است. روی سطح جعبه نیز از پلاستیک شفاف یا شیشه پوشیده شده است.
۴- اجزای اصلی کلکتور تخت
۱- صفحه جاذب: مهمترین عنصر در یک کلکتور صفحه جاذب آن است. این قطعه از یک صفحه فلزی تشکیل می شود که لوله های عبور سیال بر پشت آن جوش شده است. در صورتیکه پوشش آن از رنگ مشکی معمولی (Black Paint) باشد، علیرغم جذب بالا، انتشار حرارت زیادی نیز خواهد داشت.
۲- شیشه: پوشش نهایی کلکتورهای خورشیدی، شیشه های مخصوص است. این شیشه ها با افزایش عبور طیف مادون قرمز و ماوراء بنفش از خود راندمان کلکتورها را افزایش می دهند.. هر چه مقدار ذرات آهن در شیشه بیشتر باشد، انتقال نور خورشید به صفحات جاذب کمتر و در مقابل انرژی ورودی در شیشه جذب می گردد که باعث اتلاف انرژی خورشیدی و در نتیجه راندمان پایین تر می شود.
۳- عایق: بدنه کلکتور باید در مقابل انتقال حرارت عایق باشد تا بتواند حداکثر راندمان را داشته باشد. این عایق معمولا از جنس عایق های معدنی (پشم سنگ) است. عایقها در پشت و کناره های جاذب به کار می روند.
۴- قاب: قاب کلکتور از جنس آلومینیوم و یا ورق گالوانیزه است و سایر اجزای کلکتور را در برمی گیرد.
مبنای سنجش کیفیت کلکتورهای خورشیدی میزان راندمان آنها است که رابطه مستقیم با کیفیت صفحات جاذب دارد.
کلکتورها که وظیفه جذب انرژی خورشید را بر عهده دارند، در واقع قلب سیستم به شمار می آیند و از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. کلکتورها معمولا از صفحاتی فلزی تشکیل می شوند که دارای پوششی جاذب هستند. در زیر این صفحات لوله هایی جوش خورده است که در داخل آنها سیال عامل به گردش در می آید و با عبور از طول لوله، گرم می شود. سیال گرم شده، حامل انرژی خورشیدی است که از آن در مصارف گوناگون استفاده مینمایند.
کلکتورهای تحت خلا Evacuated-tube collectors
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 می‌کند. مزیت این نوع کلکتور توانایی در ایجاد دمای بالاتر می‌باشد.
