انرژی. گزینه های استفاده از انرژی خورشیدی در فعالیت های اقتصادی چشم انداز و توسعه

حقایق جالب تاریخ» 2011-09-19 » انرژی خورشیدی و آینه های ارشمیدس

ارشمیدس
ایده استفاده انرژی خورشیدیبه عنوان یک سلاح، برای اولین بار به ذهن انسان آمد، احتمالاً در عصر حجر، با این حال، اولین بار توسط ارشمیدس معروف تجسم شد. برای این، ساکنان سیراکیوز بسیار بیشتر از محاسبه حجم سیال جابجا شده و مقدار pi ترکیبی از او سپاسگزار بودند. اینم چطور بود…

هیرون دوم پادشاه سیراکوز در سال 215 قبل از میلاد در 90 سالگی درگذشت و قدرت را به نوه خود هیرونیموس منتقل کرد. در جریان دسیسه های کاخ، پادشاه جدید مسیر جدایی از روم را تعیین کرد و با کارتاژ به توافق رسید. نتیجه منطقی این سیاست، جنگ دوم پونیک بین رومیان و کارتاژینیان بود.

مارکوس کلودیوس مارسلوس، ژنرال رومی، چند سال بعد (در 212 قبل از میلاد) محاصره شد. سیراکوزاز خشکی و دریا 60 کشتی سنگین (quinqueremes) در محدوده تیرها به دیوارهای شهر نزدیک شدند، تیراندازان (پرتابگر) و کمانداران شروع به باران کردن مدافعان با پرتابه های مرگبار کردند. اما ارشمیدس به شهر کمک کرد تا از آن دفاع کند

تنها چیزی که به ذهنم می رسید این بود که پنجه های آهنی غول پیکری که به کشتی ها چسبیده بودند و منجنیق های روی آنها، سنگ های بزرگی را پرتاب می کردند، اما غیرعادی ترین چیز این بود که دانشمند از یک آینه بزرگ برای آتش زدن 45 متری کوینکوئرهای رومی استفاده می کرد!
از دست دادن برخی از کشتی ها به روشی غیرمعمول. ژنرال مارسلوس ناوگان را برد، اما این کمکی نکرد، زیرا ارشمیدس 75 ساله آینه دیگری ساخت و ایده خود را با پرتوهای مرگبار خورشید ادامه داد. درست است، این کار را برای مردم شهر آسان نکرد: دانشمند حمله را خنثی کرد، اما نتوانست از محاصره خلاص شود. شهر در نهایت سقوط کرد. خودش
ارشمیدس توسط یک لژیونر در هرج و مرج یک نبرد خیابانی کشته شد.
افسانه در مورد آینه های ارشمیدسدر طول قرن ها، به تدریج به یک افسانه تبدیل شد. اما که در قرن ششم پس از میلاد زندگی می کرد. ه. ریاضیدان، معمار و مجسمه ساز آنتیمیوس (که معبد معروف سوفیا را در قسطنطنیه ساخت) سیستمی از بیست و چهار آینه ایجاد کرد. این دانشمند از منابع ناشناخته ای استفاده کرد که ممکن است حاوی توضیحاتی از آینه ارشمیدس باشد. ویژگی های رزمی چنین آینه ای بلافاصله تأیید شد: با کمک آن، آنتیمیوس خانه همسایه ای را که مدت ها بود او را آزار می داد، سوزاند.

در قرون وسطی، استفاده از آینه در نبرد توسط فیلسوف و ریاضیدان فرانسوی رنه دکارت مورد اعتراض قرار گرفت، که در "دیوپتریک" خود استدلال کرد که آتش زدن یک کشتی با استفاده از پرتوهای خورشیدی غیرممکن است: "از آنجایی که خورشید وجود ندارد. یک نقطه، اما یک دیسک با قطر زاویه ای قابل مشاهده 32، سپس هر نقطه آینه ای مخروطی از پرتوها را از نقاط مختلف این دیسک منعکس می کند که زاویه راس آن 32 درجه است. آینه ای که قطری کمتر از یک صدم فاصله تا محل آتش زدن داشته باشد، نمی تواند آن مکان را بیشتر از خود خورشید گرم کند.

با این حال، چهل سال بعد، این وضعیت توسط آتاناسیوس کرشر، ریاضیدان آلمانی اصلاح شد، که در سال 1674 در کتاب خود "هنر بزرگ نور و سایه" آزمایش هایی را در مورد بازتاب پرتوهای خورشید با پنج آینه شرح داد. او، به گفته وی، گرمایش قابل توجه، هرچند ناکافی در منطقه "خرگوش" برای آتش سوزی دریافت کرد.

شهرت ارشمیدس به عنوان یک اپراتور "لیزر" رزمی سرانجام توسط مخترع و طبیعت شناس فرانسوی ژرژ لوئیس بوفون بازسازی شد. در سال 1747 او سیستمی متشکل از 128 آینه هواپیما ساخت. ژرژ نه تنها یک تخته قیر خورده را به این روش در فاصله پنجاه متری مشتعل کرد، بلکه توانست نقره و سرب را نیز ذوب کند.

یوانیس ساکاس، مهندس مکانیک یونانی، 70 دستیار را در نوامبر 1973 استخدام کرد. آنها را با آینه هایی به ابعاد 91 در 50 سانتی متر در ساحل خلیج قرار داد. به دستور مهندس، دستیاران آینه ها را بالا بردند و پرتوهای خورشید را با رزین روی قایق متمرکز کردند. سرانجام وقتی اشعه های خورشید در یک نقطه به هم نزدیک شدند، قایق شروع به دود گرفتن کرد و پس از چند دقیقه آتش گرفت!

استادان و دانشجویان مؤسسه فناوری ماساچوست آزمایش مشابهی را در 30 سپتامبر 2005 انجام دادند. اوضاع به این راحتی پیش نرفت. دانش آموزان نتوانستند 129 آینه مربع را در یک نقطه نشان دهند. سپس آسمان ابری شد و آزمایش به تعویق افتاد.
تلاش دوم موفقیت آمیز بود - استادان بدون دانش آموزان درهم و برهم انجام دادند. با کمک یک آینه که هدفی را به شکل "خرگوش صلیبی" نشان می دهد، همه 129 آینه که قبلا با پارچه پوشانده شده بودند، به نوبه خود به سمت مدل کشتی رومی در یک مکان (نور یکی از آینه ها با هدف گیری آینه دیگر تداخل داشت). هنگامی که آنها تمرکز کردند، دانشمندان پوشش ها را درآوردند. چند دقیقه گذشت و مدل بلوط قرمز شروع به دود شدن کرد و سپس شعله ای در نقطه فوکوس شعله ور شد. پس از تحسین همه چیز و خاموش کردن آتش، مشخص شد که "خرگوش" عظیم خورشیدی آنها از طریق تخته ای به ضخامت 2.54 سانتی متر سوخته است.

معلوم شد که ارشمیدس در واقع می توانست از سیستم آینه برای آتش زدن کشتی های رومی استفاده کند.

امروزه از اختراع مشابه یونانی برای اهداف صلح آمیز استفاده می شود - یک آینه سیگنال (هلیوگراف) در کیت های نجات اضطراری مسافران، مردان نظامی و ورزشکاران گنجانده شده است، چنین فلاشی که توسط یک هلیوگرافی در یک روز آفتابی و بدون ابر منتشر می شود. از هواپیمایی که در ارتفاع چند کیلومتری پرواز می کند شناسایی می شود و در برخی موارد حتی تا چهل کیلومتر نیز قابل مشاهده است! با چنین آینه سیگنالی، سیگنال ها را می توان در شب هنگام ماه کامل و حتی در مه مه آلود ارسال کرد.

از این انرژی خورشیدی نیز استفاده می شود نیروگاه های خورشیدیهنگامی که سیستمی از آینه ها نور را به مخزن آب منعکس می کند. آب می جوشد و بخار تحت فشار انرژی را به توربین ها منتقل می کند.

اما انرژی عظیم خورشید به ارتش آرامش نمی دهد. محاسبات نشان می دهد که درجه حرارت در کانون شار نور می تواند به بیش از هزار درجه برسد! تصور اینکه چنین آینه ای که در مدار زمین قرار می گیرد چه چیزی ایجاد می کند دشوار نیست. پرتوهای خورشید نه تنها دیواره یک پناهگاه یا زره تانک، بلکه حتی درب سیلوهای موشک های قاره پیما را ذوب می کند. گروهی از این آینه ها به راحتی می توانند کل شهر را بسوزانند.
البته چنین سلاح هایی مطلق نیستند: مه یا دود غلیظ اثر آنها را ضعیف می کند و برندگان نیازی به خاک پخته و سوخته از گرما ندارند. با این حال، چنین پروژه هایی ممکن است آینده ای واقعی به عنوان بخاری های غول پیکر یا نورافکن داشته باشند.

2 سال پیش

زندگی یک فرد مدرن بدون انرژی به سادگی غیرقابل تصور است. به نظر می رسد قطع برق مانند یک فاجعه است.

ما هنوز از سوخت های فسیلی (نفت، گاز، زغال سنگ) برای تولید انرژی استفاده می کنیم. اما ذخایر آنها در سیاره ما محدود است و امروز یا فردا روزی نخواهد رسید که تمام شود. چه باید کرد؟ پاسخ از قبل وجود دارد - به دنبال منابع دیگر انرژی، غیر سنتی، جایگزین، که عرضه آن به سادگی پایان ناپذیر است.

از جمله منابع انرژی جایگزین می توان به خورشید و باد اشاره کرد.

استفاده از انرژی خورشیدی

آفتاب- قدرتمندترین تامین کننده انرژی ما به دلیل ویژگی های فیزیولوژیکی خود از چیزی استفاده می کنیم. اما میلیون‌ها، میلیاردها کیلووات هدر می‌رود و وقتی تاریکی می‌رسد ناپدید می‌شوند. خورشید در هر ثانیه 80 هزار میلیارد کیلووات به زمین می دهد. این چند برابر بیشتر از تولید تمام نیروگاه های جهان است.

فقط تصور کنید استفاده از انرژی خورشیدی چه مزایایی برای بشریت به همراه خواهد داشت:

. بی نهایت در زمان. دانشمندان پیش بینی می کنند که خورشید تا چندین میلیارد سال غروب نخواهد کرد. و این بدان معنی است که برای طول عمر ما و برای فرزندان دور ما کافی خواهد بود.

. جغرافیا. هیچ مکان در سیاره ما وجود ندارد که خورشید در آن نتابد. جایی روشن تر است، جایی کم نورتر است، اما خورشید همه جا است. این بدان معناست که دیگر نیازی به پوشاندن زمین در یک شبکه بی‌انتها از سیم‌ها وجود نخواهد داشت و سعی می‌کنیم برق را به گوشه‌های دوردست سیاره برسانیم.

. تعداد. انرژی خورشیدی به اندازه کافی برای همه وجود دارد. حتی اگر کسی شروع به ذخیره بی اندازه چنین انرژی برای استفاده در آینده کند، چیزی را تغییر نخواهد داد. برای شارژ باتری ها و آفتاب گرفتن در ساحل کافی است.

. سود اقتصادی. دیگر نیازی به صرف هزینه برای خرید هیزم، زغال سنگ یا بنزین نخواهید داشت. نور آفتاب رایگان وظیفه بهره برداری از آبرسانی و ماشین، تهویه مطبوع و تلویزیون، یخچال و کامپیوتر را بر عهده خواهد داشت.

. برای محیط زیست مفید است. جنگل زدایی کامل به گذشته تبدیل خواهد شد، نیازی به گرم کردن کوره ها، ساخت نیروگاه های جدید "چرنوبیل" و "فوکوشیما"، سوزاندن نفت کوره و نفت وجود نخواهد داشت. چرا این همه تلاش برای از بین بردن طبیعت انجام می دهید در حالی که منبع انرژی شگفت انگیز و پایان ناپذیری در آسمان وجود دارد - خورشید.

خوشبختانه اینها رویا نیستند. دانشمندان تخمین می زنند که تا سال 2020، 15 درصد برق اروپا از نور خورشید تامین خواهد شد. و این تازه اولشه.

از انرژی خورشیدی در کجا استفاده می شود؟

. پنل های خورشیدی. باتری های نصب شده روی پشت بام خانه دیگر کسی را شگفت زده نمی کند. با جذب انرژی خورشید، آن را به الکتریسیته تبدیل می کنند. برای مثال، در کالیفرنیا، هر پروژه خانه جدیدی نیاز به استفاده از پنل خورشیدی دارد. و در هلند، شهر هرهوگوارد را "شهر خورشید" می نامند زیرا تمام خانه های اینجا مجهز به پنل های خورشیدی هستند.

. حمل و نقل.

در حال حاضر، در طول پرواز خودمختار، همه فضاپیماها برق خود را از انرژی خورشیدی تامین می کنند.

ماشین های خورشیدی. اولین مدل از چنین خودرویی در سال 1955 ارائه شد. و قبلاً در سال 2006 ، شرکت فرانسوی Venturi تولید سریال خودروهای "خورشیدی" را راه اندازی کرد. ویژگی های آن هنوز هم کم است: تنها 110 کیلومتر سفر مستقل و سرعت بیش از 120 کیلومتر در ساعت. اما تقریباً همه رهبران جهان در صنعت خودرو در حال توسعه نسخه های خود از خودروهای سازگار با محیط زیست هستند.

. نیروگاه های خورشیدی.

. ابزارک ها. در حال حاضر شارژر برای بسیاری از دستگاه هایی که روی خورشید کار می کنند وجود دارد.

انواع انرژی خورشیدی (نیروگاه خورشیدی)

در حال حاضر انواع مختلفی از نیروگاه های خورشیدی (SPP) توسعه یافته اند:

. برج. اصل عملیات ساده است. یک آینه بزرگ (هلیوستات) بعد از خورشید می چرخد ​​و پرتوهای خورشید را به یک هیت سینک پر از آب هدایت می کند. سپس همه چیز مانند یک نیروگاه حرارتی معمولی اتفاق می افتد: آب می جوشد و به بخار تبدیل می شود. بخار یک توربین را می چرخاند که یک ژنراتور را تغذیه می کند. دومی برق تولید می کند.

. دیسکی شکل. اصل عملکرد مشابه برج ها است. تفاوت در خود طراحی نهفته است. اولاً از یک آینه استفاده نمی شود، بلکه چندین آینه گرد که شبیه صفحات بزرگ هستند استفاده می شود. آینه ها به صورت شعاعی در اطراف گیرنده نصب می شوند.

هر صفحه SES می تواند چندین ماژول مشابه را در یک زمان داشته باشد.

. فتوولتائیک(با استفاده از باتری های عکس).

. SES با متمرکز کننده استوانه ای سهمی. یک آینه بزرگ به شکل یک سیلندر، که در آن یک لوله با مایع خنک کننده (که اغلب از روغن استفاده می شود) در کانون سهمی نصب شده است. روغن تا دمای مورد نظر گرم می شود و گرما را به آب منتقل می کند.

. خورشیدی وکیوم. زمین با سقف شیشه ای پوشیده شده است. هوا و خاک زیر آن بیشتر گرم می شود. یک توربین مخصوص هوای گرم را به یک برج گیرنده هدایت می کند که در نزدیکی آن یک ژنراتور الکتریکی نصب شده است. برق به دلیل اختلاف دما تولید می شود.

استفاده از انرژی باد

نوع دیگری از منابع انرژی جایگزین و تجدیدپذیر باد است. هر چه باد قوی تر باشد، انرژی جنبشی بیشتری تولید می کند. و انرژی جنبشی همیشه می تواند به انرژی مکانیکی یا الکتریکی تبدیل شود.

انرژی مکانیکی تولید شده توسط باد برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته است. به عنوان مثال، هنگام آسیاب غلات (آسیاب های بادی معروف) یا پمپاژ آب.

از انرژی باد نیز استفاده می شود:

در توربین های بادی که برق تولید می کنند. تیغه ها باتری را شارژ می کنند که از آن جریان به مبدل ها می رسد. در اینجا جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می شود.

حمل و نقل. در حال حاضر خودرویی وجود دارد که با انرژی باد کار می کند. تاسیسات ویژه باد (بادبادک) به کشتی های آبی اجازه حرکت می دهد.

انواع انرژی بادی (نیروگاه های بادی)

. زمین- رایج ترین نوع چنین مزارع بادی بر روی تپه ها یا تپه ها نصب می شوند.

. دریایی. آنها در آب های کم عمق و در فاصله قابل توجهی از ساحل ساخته شده اند. برق از طریق کابل های زیر دریا به خشکی می رسد.

. ساحلی- در فاصله ای از دریا یا اقیانوس نصب شده است. مزارع بادی ساحلی از نیروی نسیم استفاده می کنند.

. شناور. اولین توربین بادی شناور در سال 2008 در سواحل ایتالیا نصب شد. ژنراتورها بر روی سکوهای مخصوص نصب می شوند.

. نیروگاه های بادی سر به فلک کشیدهروی بالش های مخصوص ساخته شده از مواد غیر قابل اشتعال و پر از هلیوم در ارتفاع قرار می گیرد. برق از طریق طناب به زمین می رسد.

چشم انداز و توسعه

جدی ترین برنامه های بلندمدت برای استفاده از انرژی خورشیدی توسط چین تعیین شده است که تا سال 2020 قصد دارد به یک رهبر جهانی در این زمینه تبدیل شود. کشورهای EEC در حال توسعه مفهومی هستند که امکان دستیابی به 20 درصد برق را از منابع جایگزین فراهم می کند. وزارت انرژی ایالات متحده رقم پایین تری را تا سال 2035 تا 14 درصد اعلام کرده است. SES در روسیه نیز وجود دارد. یکی از قدرتمندترین آنها در کیسلوودسک نصب شده است.

در مورد استفاده از انرژی باد، در اینجا برخی از ارقام آورده شده است. انجمن انرژی بادی اروپا اطلاعاتی را منتشر کرده است که نشان می دهد نیروگاه های بادی برق بسیاری از کشورهای جهان را تامین می کنند. بنابراین، در دانمارک، 20٪ از برق مصرفی از طریق چنین تاسیساتی به دست می آید، در پرتغال و اسپانیا - 11٪، در ایرلند - 9٪، در آلمان - 7٪.

در حال حاضر نیروگاه های بادی در بیش از 50 کشور جهان نصب شده اند و ظرفیت آنها سال به سال در حال افزایش است.

حتی در دوران باستان، مردم شروع به فکر کردن در مورد امکانات استفاده از انرژی خورشیدی کردند. طبق افسانه، دانشمند بزرگ یونانی، ارشمیدس، ناوگان دشمن را که زادگاهش سیراکوز را محاصره کرده بود، با استفاده از سیستمی از آینه های آتش زا سوزاند. به طور قطع مشخص است که حدود 3000 سال پیش کاخ سلطان در ترکیه با آب گرم شده توسط انرژی خورشیدی گرم می شد. ساکنان باستانی آفریقا، آسیا و مدیترانه نمک خوراکی را با تبخیر آب دریا بدست می آوردند. با این حال، بیشتر از همه مردم جذب آزمایش با آینه و ذره بین شدند.

"رونق خورشیدی" واقعی در قرن هجدهم آغاز شد، زمانی که علم، رها شده از قید خرافات مذهبی، با جهش به جلو حرکت کرد.

اولین بخاری خورشیدی در فرانسه ظاهر شد. بوفون، طبیعت شناس، آینه مقعر بزرگی ایجاد کرد که پرتوهای منعکس شده خورشید را در یک نقطه متمرکز می کرد. این آینه قادر بود چوب خشک را در فاصله 68 متری در یک روز صاف به سرعت مشتعل کند. به زودی پس از این، دانشمند سوئدی N. Saussure اولین آبگرمکن را ساخت. این فقط یک جعبه چوبی با درب شیشه ای بود، اما آبی که در دستگاه ساده ریخته می شد توسط خورشید تا 88 درجه سانتی گراد گرم می شد. در سال 1774 دانشمند بزرگ فرانسوی A. Lavoisier برای اولین بار از لنزها برای متمرکز کردن انرژی حرارتی خورشید استفاده کرد. به زودی در انگلستان یک شیشه بزرگ دو محدب را جلا دادند که چدن را در سه ثانیه و گرانیت را در یک دقیقه ذوب می کرد.

اولین پنل های خورشیدی که قادر به تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مکانیکی بودند، دوباره در فرانسه ساخته شدند.

در پایان قرن نوزدهم، در نمایشگاه جهانی پاریس، مخترع O. Mouchot یک تابشگر را به نمایش گذاشت - دستگاهی که با استفاده از یک آینه، پرتوها را روی یک دیگ بخار متمرکز می کرد. دیگ بخار یک دستگاه چاپ را تامین می کرد که 500 نسخه روزنامه در ساعت تولید می کرد. چند سال بعد دستگاه مشابهی با ظرفیت 15 اسب بخار در ایالات متحده ساخته شد.

با گذشت سالها، تابشگرهای با استفاده از انرژی خورشیدی بهبود یافتند، اما اصل یکسان باقی ماند: خورشید - آب - بخار. اما پس از آن، در سال 1953، دانشمندان آژانس ملی هوافضای ایالات متحده یک باتری خورشیدی واقعی ایجاد کردند - دستگاهی که مستقیماً انرژی خورشید را به برق تبدیل می کند.

در دهه 70 قرن نوزدهم، به اصطلاح اثر فوتوالکتریک کشف شد - پدیده ای مرتبط با آزاد شدن الکترون ها از یک جامد یا مایع تحت تأثیر تابش الکترومغناطیسی. در دهه 30، رئیس فیزیکدانان کشورمان، آکادمیک A.F. Ioffe، ایده استفاده از فتوسل های نیمه هادی در انرژی خورشیدی را بیان کرد. درست است، رکورد ضریب کارایی (بازده) مواد آن زمان از 1 درصد تجاوز نمی کرد، یعنی فقط یک صدم انرژی نور به برق تبدیل شد.

پس از چندین سال آزمایش، امکان ایجاد فتوسل با بازده 10-15٪ وجود داشت. سپس آمریکایی ها پنل های خورشیدی مدرن ساختند. در سال 1959، آنها بر روی یکی از اولین ماهواره های مصنوعی زمین نصب شدند و از آن زمان تمام ایستگاه های فضایی به پانل های چند متری با پنل های خورشیدی مجهز شدند. راندمان پایین پانل های خورشیدی را می توان با یک منطقه بزرگ جبران کرد، به عنوان مثال، پوشش کل صحرای صحرا با فتوسل ها - و یک نیروگاه خورشیدی بسیار قدرتمند آماده خواهد شد. با این حال، نیمه هادی های سیلیکونی که سلول های خورشیدی بر روی آنها ساخته می شوند بسیار گران هستند. و هر چه راندمان بالاتر باشد، مواد گرانتر هستند. در نتیجه سهم انرژی خورشیدی در بخش انرژی امروز ناچیز است. با این حال، به دلیل محدودیت در دسترس بودن سوخت های فسیلی، سهم انرژی به دست آمده توسط پنل های خورشیدی به طور اجتناب ناپذیری افزایش خواهد یافت. همچنین رشد استفاده از پنل‌های خورشیدی با پیشرفت‌هایی که با هدف افزایش کارایی و کاهش هزینه آن‌ها انجام می‌شود، تسهیل می‌کند.

یکی از مزایای اصلی انرژی خورشیدی سازگاری با محیط زیست آن است. درست است، ترکیبات سیلیکون می توانند آسیب کمی به محیط زیست وارد کنند، اما در مقایسه با عواقب سوزاندن سوخت های طبیعی، چنین آسیبی یک قطره در اقیانوس است.

سلول های خورشیدی نیمه هادی یک مزیت بسیار مهم دارند - دوام. علیرغم این واقعیت که مراقبت از آنها به دانش خاصی از کارکنان نیاز ندارد. در نتیجه، پنل های خورشیدی به طور فزاینده ای در صنعت و زندگی روزمره محبوب می شوند.

چند متر مربع پنل خورشیدی می تواند به راحتی تمام مشکلات انرژی یک روستای کوچک را حل کند. در کشورهایی که روزهای آفتابی زیادی دارند - بخش جنوبی ایالات متحده آمریکا، اسپانیا، هند، عربستان سعودی و دیگران - نیروگاه های خورشیدی برای مدت طولانی کار می کنند. برخی از آنها به قدرت بسیار چشمگیری می رسند.

امروزه پروژه هایی برای ساخت نیروگاه های خورشیدی در خارج از جو در حال توسعه است - جایی که پرتوهای خورشید انرژی خود را از دست نمی دهند. پیشنهاد شده است تابش جذب شده در مدار زمین به نوع دیگری از انرژی - امواج مایکروویو - تبدیل شود و سپس به زمین ارسال شود. همه اینها برای یادگیری فوق العاده است، اما فناوری مدرن اجرای چنین پروژه ای را در آینده بسیار نزدیک ممکن می کند.

بیشتر سیستم های گرمایش خورشیدی کلکتورهای خورشیدی با طرح های مختلف هستند که در آن مایعات - آب یا روغن - برای دریافت و انتقال گرما استفاده می شود. به طور معمول، این سیستم ها از یک رادیاتور لوله ای پر از مایع تشکیل شده اند. رادیاتور از مواد تیره رنگ ساخته شده یا در زیر صفحه تیره قرار دارد. کل سیستم در بالا با شیشه پوشانده شده است. تشعشعات خورشیدی، با نفوذ از شیشه، مایع را گرم می کند، که سپس به یک ظرف مخصوص عایق حرارت می ریزد. از طرف دیگر، آب سرد به داخل رادیاتور پمپ می شود تا در هنگام گرم شدن، همان مسیر را تکرار کند. البته چنین سیستمی دمای بالایی تولید نخواهد کرد، اما گرفتن حتی کسری از انرژی آزاد نیز نوعی صرفه جویی است.

منیفولد خلاء بسیار مؤثرتر است - می تواند مایع را تا 300 درجه سانتیگراد گرم کند. این دما به این دلیل به دست می آید که کل سیستم در خلاء، یعنی در فضای بدون هوا کار می کند. بدون هوا یعنی کسی گرما را از بخاری نبرد.

انواع مختلفی از بخاری ها وجود دارند که بر اساس اصل تمرکز پرتوهای خورشید در یک فضای کوچک کار می کنند. آنها به بالاترین درجه حرارت می رسند. سیستم‌های آینه‌ها یا ذره‌بین‌ها تشعشعات خورشیدی را روی رادیاتور لوله‌ای که قبلاً آشناست پر از مایع است، متمرکز می‌کنند. دومی خیلی سریع گرم می شود و وارد سیستم گرمایش عمومی ساختمان می شود. نیروگاه های مرکزی با انرژی خورشیدی معمولاً چندین هزار آینه بازتابنده دارند تا انرژی خورشیدی را از یک منطقه بزرگ جذب کنند. همه بازتابنده ها اشعه های خورشید را به بالای برج مرکزی هدایت می کنند، جایی که آب سرد به طور مداوم از طریق یک سیستم لوله کشی جریان دارد. تحت تأثیر تشعشعات، آب خیلی سریع می جوشد و به بخار تبدیل می شود که پره های توربین را تحت فشار می چرخاند. نیروگاه های این نوع با موفقیت در ایالات متحده آمریکا، ژاپن و برخی از کشورهای اروپایی کار می کنند.

تعداد زیادی از آزمایش های علمی و فناوری های پیچیده گاهی اوقات نیاز به ایجاد دماهای بسیار زیاد دارند. گزینه ایده آل انرژی خورشیدی است که می تواند در یک منطقه کوچک دماهای غول پیکر ایجاد کند. معروف ترین "فر خورشیدی" در شهر اودیلو فرانسه کار می کند. آینه های متحرک آن انرژی خورشید را از یک منطقه بزرگ بر روی مساحتی کمتر از یک متر مربع متمرکز می کند. این سکو بر روی یک برج کوچک در مقابل سیستم آینه قرار دارد. در روزهای صاف، دمای 3300 درجه سانتی گراد در نقطه کانونی آینه ها قابل دستیابی است. Odilo با کمک خود موادی با خواص ویژه ایجاد می کند که در متالورژی سنتی نمی توان آنها را به دست آورد.

انرژی خورشید جریانی از فوتون ها است و برای تمام حیات روی سیاره ما اهمیت زیادی دارد. خورشید وجود حیات بر روی زمین را تضمین می کند و بر فرآیندهای اساسی در بیوسفر تأثیر می گذارد. به لطف خورشید، دریاها، رودخانه ها، سطح سیاره گرم می شود، باد می وزد و غیره. انسان از دیرباز شروع به استفاده از نور خورشید در فعالیت های اقتصادی خود کرده است. اما انرژی جایگزین به عنوان یک صنعت مستقل نه چندان دور شکل گرفت. در همین حال، انرژی خورشیدی نقش مهمی را در فعالیت های اقتصادی ایفا می کند. خورشید برای مدت طولانی به عنوان منبع گرما مورد استفاده قرار می گرفته است و اخیراً تعداد زیادی دستگاه و سیستم برای این کار ظاهر شده است. امروز در مورد نحوه استفاده انسان از انرژی خورشیدی صحبت خواهیم کرد.

استفاده از انرژی خورشیدی هر سال در حال افزایش است. در گذشته نه چندان دور، از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب در یک دوش تابستانی در کشور استفاده می شد. و امروزه از تاسیسات مختلفی برای گرم کردن خانه های خصوصی، در برج های خنک کننده استفاده می شود. پنل های خورشیدی برق مورد نیاز برای تامین برق روستاهای کوچک را تولید می کنند.

در حال حاضر می توان به موارد زیر در استفاده از انرژی خورشیدی اشاره کرد:

• صنعت هوانوردی و فضایی؛
• کشاورزی. تامین گرمایش و برق برای گلخانه ها، آشیانه ها و سایر ساختمان های خارجی؛
• استفاده خانگی (گرمایش و برق رسانی ساختمان های مسکونی)؛
• منبع تغذیه تجهیزات پزشکی و ورزشی؛
• استفاده از انرژی خورشیدی برای روشنایی تاسیسات شهری
• برقی سازی شهرک های کوچک.

استفاده از اولین نمونه های ماژول های خورشیدی تایید کرد که انرژی خورشیدی در مقایسه با منابع سنتی مزایای قابل توجهی دارد. مزایای اصلی سیستم های خورشیدی عرضه تقریبا نامحدود، عدم آسیب به محیط زیست و استفاده رایگان است.

این لیست از مزایا باید گسترش یابد:

• منبع تغذیه پایدار، زیرا جریان باتری های خورشیدی دارای نوسانات ولتاژ نیست.
• عملکرد مستقل سیستم های خورشیدی آنها به زیرساخت خارجی نیاز ندارند.
• عمر مفید بیش از 20 سال؛
• سیستم های خورشیدی کاربردی و آسان برای استفاده هستند. سرمایه گذاری های اصلی در هنگام نصب انجام می شود.

از معایب آن می توان به وابستگی شدید راندمان عملیاتی به شدت پرتوهای خورشید و عدم تولید برق در شب اشاره کرد. برای حل این مشکل، چنین سیستم هایی در ارتباط با باتری ها کار می کنند.

ویژگی های استفاده از انرژی خورشیدی

انرژی نوری ناشی از تابش خورشید به سلول های فتوولتائیک تبدیل می شود. این یک ساختار دو لایه است که از 2 نیمه هادی از انواع مختلف تشکیل شده است. نیمه هادی پایینی از نوع p است، اما در مورد نیمه هادی بالا چطور؟ نوع n اولی کمبود الکترون دارد و دومی؟ اضافی.

الکترون های نیمه هادی نوع n تابش خورشید را جذب می کنند و باعث می شوند که الکترون های موجود در آن از مدار خارج شوند. قدرت پالس برای تبدیل به نیمه هادی نوع p کافی است. در نتیجه یک جریان هدایت شده از الکترون ها رخ می دهد و الکتریسیته تولید می شود. سیلیکون در تولید سلول های خورشیدی استفاده می شود.

امروزه انواع مختلفی از فتوسل تولید می شود:

• تک کریستالی. آنها از تک کریستال های سیلیکونی تولید می شوند و ساختار کریستالی یکنواختی دارند. در میان انواع دیگر، آنها به دلیل بالاترین راندمان (حدود 20 درصد) و افزایش هزینه متمایز هستند.
• پلی کریستال. ساختار پلی کریستالی، کمتر یکنواخت است. هزینه کمتری دارند و بازدهی 15 تا 18 درصدی دارند.
• فیلم نازک. این سلول های خورشیدی با کندوپاش کردن بر روی یک بستر سیلیکونی آمورف انعطاف پذیر ساخته می شوند. چنین فتوسل‌هایی ارزان‌ترین هستند، اما کارایی آن‌ها چیزهای زیادی را برای دلخواه باقی می‌گذارد. آنها در تولید استفاده می شوند.

جهت های دیگر

در زیر چند نمونه دیگر از نحوه استفاده انسان از انرژی خورشیدی آورده شده است. همه موارد ذکر شده در نسخه هایی که با باتری های خورشیدی تغذیه می شوند وجود دارد:

• دماسنج؛
• اسباب بازی های کودکان؛
• آبنما؛
• برای شارژ وسایل مختلف؛
• انواع لامپ;
• پانل های خورشیدی پیاده روی;
• رادیو؛
• موتور؛
• حتی یک هواپیمای خورشیدی وجود دارد.

بنابراین، چشم اندازی برای استفاده از انرژی خورشیدی وجود دارد و صنعت همچنان به توسعه خود ادامه می دهد.
اگر این مقاله برای شما مفید بود، لطفا لینک آن را در شبکه های اجتماعی به اشتراک بگذارید. این به توسعه سایت کمک می کند. در نظرسنجی زیر رای دهید و به مطالب امتیاز دهید! لطفا اصلاحات و اضافات را در نظرات بنویسید.