خورشید یکی از امن ترین و پایان ناپذیرترین منابع انرژی است. استفاده صحیح از آن، موضوع ایمنی زیست محیطی و صرفه اقتصادی هر صنعت یا کشوری است. منبع انرژی مانند خورشید دارای مزایای قابل توجهی نسبت به سایر منابع محبوب است. خاموش نمی شود و می تواند تعداد زیادی کیلووات ساعت به انسان بدهد، سازگار با محیط زیست و مقرون به صرفه است، خورشید به هر گوشه زمین قابل دسترسی است و می تواند منابع طبیعی را حفظ کند، که با هر درخت قطع می شود. و کیلوگرم زغال سنگ استخراج کرد.

انرژی خورشیدی تجدیدپذیر است، یعنی می تواند بدون دخالت انسان در طبیعت وجود داشته باشد، برخلاف انرژی هسته ای، خورشید نمی تواند به محیط زیست آسیب برساند و جنگل ها و رودخانه ها را به شکل اولیه تمیز نگه می دارد.

نمونه هایی از استفاده

یک نمونه معمولی با انرژی خورشیدی انتخاب کنید - این ابتدایی ترین مثال استفاده از انرژی خورشیدی و تبدیل آن به الکتریسیته است. فناوری‌های ویژه‌ای که دستاوردهای پیشرفته‌ای در علم و فناوری هستند، از دیرباز برای جمع‌آوری و ذخیره انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار گرفته‌اند که توانسته‌اند با موفقیت جایگزین بنزین در خودروها، گرما و خانه‌های سبک شوند.

استفاده از ویژگی‌های جغرافیایی مکان ساختمان‌های خاص، همراه با مصالح مدرن، به بشریت اجازه می‌دهد تا به طور کامل به انرژی نور خورشید روی بیاورد، در حالی که تمام وسایل ارتباطی مدرن: تلویزیون، اینترنت و سایر امکانات مانند همیشه به کار خود ادامه می‌دهند. چنین ساختمان هایی سازگار با محیط زیست و بسیار مقرون به صرفه هستند.

عناصر ویژه ای که انرژی خورشیدی را تبدیل می کنند با موفقیت در فناوری های فضایی مدرن و ایستگاه های فضایی مجهز به باتری های ویژه ای هستند که توسط پرتوهای نور مشترک تغذیه می شوند. استفاده از انرژی خورشیدی بسیار راحت است و حتی در مناطق وحشی و دورافتاده‌ترین نقاط جهان، جایی که نصب خطوط ارتباطی و برق بسیار دشوار یا غیرممکن است، در دسترس است.

استفاده از انرژی الکتریکی به شکل خالص آن همیشه راحت نیست، به همین دلیل است که بسیاری از سیستم ها از منابع ترکیبی الکتریسیته، ترکیبی از خورشید و انواع سنتی انرژی استفاده می کنند.

استفاده از انرژی خورشیدی در زمین گزارش کوتاهی است که در مورد احتمالات استفاده از انرژی خورشیدی به نفع انسان می گوید.

استفاده از انرژی خورشیدی در زمین

خورشید یک گلوله عظیم گازی درخشان است که در آن فرآیندهای کاملاً پیچیده ای اتفاق می افتد و انرژی دائماً آزاد می شود. به لطف آن، زندگی در سیاره ما وجود دارد: جو و سطح سیاره گرم می شود، بادها می وزند، اقیانوس ها و دریاها گرم می شوند، گیاهان رشد می کنند و غیره.

انرژی خورشیدی به تشکیل سوخت های فسیلی کمک می کند که به گرما و سرما، برق و نیروی محرکه تبدیل می شوند. لامپ آب را تبخیر می کند، رطوبت را به قطرات آب تبدیل می کند و مه و ابر را تشکیل می دهد. در یک کلام، انرژی خورشید یک چرخه غول پیکر رطوبت را در سیاره ایجاد می کند، سیستم گرمایش هوا و آب سیاره.

هنگامی که نور خورشید به گیاهان می رسد، فرآیند فتوسنتز، رشد و نمو را آغاز می کند. با گرم کردن خاک، آب و هوای آن را شکل می دهد و به میکروارگانیسم ها، دانه های گیاهان و همه موجوداتی که در خاک زندگی می کنند، نشاط می بخشد. بدون انرژی خورشیدی، موجودات زنده در حالت خواب زمستانی (آنابیوز) خواهند بود.

نمونه هایی از استفاده از انرژی خورشیدی در اقتصاد ملی

انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تجدیدپذیر طبیعی و مهمتر از همه، دوستدار محیط زیست است. دانشمندان از سراسر جهان در حال تلاش برای گسترش استفاده از آن هستند. بسیاری از کشورها برنامه های دولتی برای توسعه فناوری های انرژی خورشیدی ایجاد کرده اند.

بیشترین مصرف انرژی خورشیدی در ترکیه و اسرائیل مشاهده می شود. و رکورد تعداد خانه های مجهز به سیستم گرمایش آب خورشیدی در قبرس است.

در فعالیت های کشاورزی، یعنی در مجتمع کشت و صنعت، از انرژی خورشیدی نیز استفاده می شود. قرار است آن را در تمام بخش های اقتصاد ملی معرفی کند. مناطق آزاد دیوارها و سقف خانه ها و ساختمان های جانبی امکان انباشته شدن مقدار کافی برق و رایگان را فراهم می کند. از سیستم های فتوولتائیک می توان برای راه اندازی چوپان های برقی در مراتع، پمپ ها، چاقوهای برقی، دستگاه های عسل گیر در زنبورستان ها و تامین برق ساختمان های مسکونی استفاده کرد.

کلکتورهای هوا با انرژی خورشیدی محیطی را برای زندگی مردم و حیوانات مزرعه ایجاد می کنند و همچنین رطوبت و دما را در همان سطح از پیش تعیین شده حفظ می کنند.

گلخانه‌ها و گلخانه‌های مجهز به هلیوپانل گرما را جمع می‌کنند و در خود نگه می‌دارند و یک محیط کوچک برای گیاهان فراهم می‌کنند.

دستگاه های مبتنی بر انرژی خورشیدی برای تهویه و گرمایش تاسیسات نگهداری سبزیجات و غلات با حفظ پارامترهای تعیین شده توسط انسان استفاده می شود.

امیدواریم مقاله «استفاده از انرژی خورشیدی» به شما در آماده شدن برای درس کمک کرده باشد. و می توانید پیام خود را در مورد انرژی خورشیدی با استفاده از فرم نظر زیر ارسال کنید.

انشا

با موضوع:

"استفاده از انرژی خورشیدی"

تکمیل شده توسط دانش آموزان کلاس 8B دبیرستان شماره 52

لاریونوف سرگئی و

مارچنکو ژنیا.

Orsk 2000

لموئل گالیور در یکی از سفرهای خود، "اول یک جراح و سپس ناخدای چندین کشتی" به جزیره پرنده - لاپوتا ختم شد. او با ورود به یکی از خانه های متروکه در لاگادو، پایتخت لاپوتیا، مردی عجیب و لاغر با چهره ای دوده ای را کشف کرد. لباس و پیراهن و پوستش از دوده سیاه شده بود، موها و ریش های ژولیده اش در جاهایی آواز شده بود. این پروژکتور اصلاح ناپذیر هشت سال را صرف توسعه پروژه ای برای استخراج نور خورشید از خیار کرد. او قصد داشت این پرتوها را در بطری های دربسته جمع آوری کند تا در تابستان سرد یا بارانی بتواند هوا را با آنها گرم کند. وی ابراز اطمینان کرد که تا هشت سال دیگر می تواند نور خورشید را در هر کجا که نیاز باشد تامین کند.

اشعه گیرهای خورشید امروز اصلا شبیه دیوانه ای نیستند که در فانتزی جاناتان سوئیفت به تصویر کشیده شده است، اگرچه آنها اساساً همان کار قهرمان سوئیفت را انجام می دهند - سعی در گرفتن پرتوهای خورشید و استفاده پرانرژی از آنها دارند.

در حال حاضر کهن ترین مردم فکر می کردند که تمام حیات روی زمین ایجاد شده و به طور جدایی ناپذیری با خورشید مرتبط است. در ادیان اقوام مختلف ساکن زمین، یکی از مهمترین خدایان همیشه خدای خورشید بوده است که به همه چیز گرمای حیات بخشی می دهد.

در واقع، مقدار انرژی که از نزدیکترین ستاره به ما به زمین می رسد بسیار زیاد است. تنها در سه روز، خورشید به اندازه تمام ذخایر سوختی که ما کشف کرده ایم، انرژی به زمین می فرستد! و اگرچه فقط یک سوم این انرژی به زمین می رسد - دو سوم باقی مانده توسط جو منعکس یا پراکنده می شود - حتی این بخش از آن بیش از یک و نیم هزار برابر بیشتر از سایر منابع انرژی است که توسط انسان استفاده می شود. ! و به طور کلی تمام منابع انرژی موجود در زمین توسط خورشید تولید می شود.

در نهایت، این انرژی خورشیدی است که انسان تمام دستاوردهای فنی خود را مدیون است. به لطف خورشید، چرخه آب در طبیعت رخ می دهد، جریان های آب تشکیل می شود که چرخ های آب را می چرخاند. با گرم کردن متفاوت زمین در نقاط مختلف سیاره ما، خورشید باعث حرکت هوا می شود، همان بادی که بادبان های کشتی ها را پر می کند و پره های توربین های بادی را می چرخاند. تمام سوخت های فسیلی مورد استفاده در انرژی مدرن از پرتوهای خورشید می آیند. انرژی آنها بود که با کمک فتوسنتز توسط گیاهان به توده سبز تبدیل شد که در نتیجه فرآیندهای طولانی به نفت، گاز و زغال سنگ تبدیل شد.

آیا می توان مستقیما از انرژی خورشید استفاده کرد؟ در نگاه اول، این کار چندان دشوار نیست. چه کسی سعی نکرده است در یک روز آفتابی با استفاده از یک ذره بین معمولی عکسی را روی تخته چوبی بسوزاند! یکی دو دقیقه - و روی سطح درخت در محلی که ذره بین اشعه های خورشید را جمع آوری کرده است، یک نقطه سیاه و دود روشن ظاهر می شود. به این ترتیب بود که یکی از محبوب ترین قهرمانان ژول ورن، مهندس سایروس اسمیت، هنگامی که آتش آنها خاموش شد، هنگامی که آنها خود را در جزیره ای مرموز دیدند، به کمک آنها کمک کرد. مهندس از دو شیشه ساعت عدسی ساخت که فضای بین آنها پر از آب بود. یک "عدس" خانگی پرتوهای خورشید را روی دسته ای از خزه خشک متمرکز کرد و آن را مشتعل کرد.

مردم از زمان های قدیم این روش نسبتا ساده برای به دست آوردن دمای بالا را می دانستند. در خرابه های پایتخت باستانی نینوا در بین النهرین، عدسی های بدوی ساخته شده در قرن 12 قبل از میلاد یافت شد. تنها آتش "خالص" که مستقیماً از پرتوهای خورشید به دست می‌آید، قرار بود آتش مقدس را در معبد روم باستان وستا روشن کند.

جالب است که مهندسان باستان ایده دیگری را برای متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی - با کمک آینه - پیشنهاد کردند. ارشمیدس بزرگ رساله ای با عنوان "درباره آینه های آتش زا" برای ما به جا گذاشت. یک افسانه شاعرانه که توسط شاعر بیزانسی تتسس گفته شده است با نام او مرتبط است.

در طول جنگ های پونیک، زادگاه ارشمیدس، سیراکوز، توسط کشتی های رومی محاصره شد. فرمانده ناوگان مارسلوس هیچ شکی در مورد پیروزی آسان نداشت - از این گذشته ، ارتش او بسیار قوی تر از مدافعان شهر بود. فرمانده نیروی دریایی متکبر یک چیز را در نظر نگرفت - یک مهندس بزرگ وارد مبارزه با رومیان شد. او ماشین‌های جنگی مهیبی اختراع کرد، سلاح‌های پرتابی ساخت که کشتی‌های رومی را با تگرگ سنگ باران می‌کردند یا ته آن را با یک تیر سنگین سوراخ می‌کردند. ماشین‌های دیگر از جرثقیل‌های قلاب‌دار برای بلند کردن کشتی‌ها توسط کمان و کوبیدن آنها به صخره‌های ساحلی استفاده می‌کردند. و روزی رومیان از دیدن اینکه جای سربازان بر دیوار شهر محاصره شده را زنانی که آینه در دست داشتند، در شگفت بودند. به دستور ارشمیدس، آنها پرتوهای خورشید را به یک کشتی، به یک نقطه هدایت کردند. مدت کوتاهی بعد آتش سوزی در کشتی رخ داد. همین سرنوشت برای چندین کشتی دیگر مهاجمان رقم خورد، تا اینکه آنها با سردرگمی دورتر و دورتر از دسترس سلاح مهیب فرار کردند.

برای قرن ها این داستان یک داستان زیبا در نظر گرفته می شد. با این حال، برخی از محققان مدرن تاریخ فناوری محاسباتی را انجام داده اند که از آن نتیجه می شود که آینه های آتش زا ارشمیدس اصولاً می توانند وجود داشته باشند.

کلکتورهای خورشیدی

اجداد ما از انرژی خورشیدی برای مقاصد ساده تر استفاده می کردند. در یونان باستان و روم باستان، بخش اصلی جنگل ها برای ساخت ساختمان ها و کشتی ها به شدت قطع شد. چوب به سختی برای گرمایش استفاده می شد. انرژی خورشیدی به طور فعال برای گرم کردن ساختمان های مسکونی و گلخانه ها استفاده می شد. معماران سعی کردند خانه هایی بسازند تا در زمستان تا حد امکان نور خورشید را دریافت کنند. آیسخلوس نمایشنامه نویس یونان باستان نوشت که تفاوت مردم متمدن با بربرها این است که خانه هایشان «رو به خورشید است». پلینی جوان، نویسنده رومی، اشاره کرد که خانه‌اش، واقع در شمال رم، «گرمای خورشید را جمع‌آوری کرده و افزایش می‌دهد، زیرا پنجره‌های آن به گونه‌ای قرار گرفته بودند که می‌توانستند پرتوهای آفتاب کم‌زمستانی را جذب کنند».

کاوش‌های شهر اولینتوس یونان باستان نشان می‌دهد که کل شهر و خانه‌های آن بر اساس یک نقشه واحد طراحی شده‌اند و به گونه‌ای قرار گرفته‌اند که در زمستان بتوانند تا حد ممکن اشعه‌های خورشید را دریافت کنند و در تابستان، برعکس، از آن اجتناب کنند. . اتاق های نشیمن لزوماً با پنجره هایی رو به خورشید قرار داشتند و خود خانه ها دو طبقه داشتند: یکی برای تابستان و دیگری برای زمستان. در Olynthos، مانند بعداً در روم باستان، قرار دادن خانه‌ها به گونه‌ای ممنوع بود که خانه‌های همسایگان خود را از خورشید سایه می‌اندازند - یک درس اخلاق برای سازندگان آسمان‌خراش‌های امروزی!

سهولت ظاهری دستیابی به گرما با نور متمرکز بیش از یک بار باعث ایجاد خوش بینی غیر قابل توجیه شده است. اندکی بیش از صد سال پیش، در سال 1882، مجله روسی Tekhnik یادداشتی در مورد استفاده از انرژی خورشیدی در یک موتور بخار منتشر کرد: "منسوج کننده یک موتور بخار است که دیگ آن با کمک پرتوهای خورشیدی جمع آوری شده برای این منظور گرم می شود. توسط یک آینه بازتابنده طراحی شده خاص. جان تیندال، دانشمند انگلیسی، از آینه های مخروطی مشابه با قطر بسیار بزرگ هنگام مطالعه گرمای پرتوهای ماه استفاده کرد. پروفسور فرانسوی A.-B. Mouchot از ایده Tyndall استفاده کرد و آن را روی پرتوهای خورشید به کار برد و گرمای کافی برای تولید بخار بدست آورد. این اختراع که توسط مهندس پیف بهبود یافته بود، به حدی کمال رسید که می‌توان مسئله استفاده از گرمای خورشیدی را در نهایت به معنای مثبت حل شده در نظر گرفت.

خوش‌بینی مهندسانی که "مسوزن" را ساختند غیرقابل توجیه بود. دانشمندان هنوز باید بر موانع زیادی غلبه می کردند تا استفاده از انرژی گرمای خورشیدی به واقعیت تبدیل شود. تنها اکنون، بیش از صد سال بعد، یک رشته علمی جدید شروع به شکل گیری کرده است که با مشکلات استفاده از انرژی از انرژی خورشیدی - انرژی خورشیدی سروکار دارد. و فقط اکنون می توانیم در مورد اولین موفقیت های واقعی در این زمینه صحبت کنیم.

سختی چیست؟ اول از همه، موضوع اینجاست. با مجموع انرژی عظیمی که به ازای هر متر مربع از سطح زمین از خورشید می آید اومقدار کمی دارد - از 100 تا 200 وات، بسته به مختصات جغرافیایی. در ساعات آفتابی این توان به 400-900 W/m2 می رسد و بنابراین برای بدست آوردن توان محسوس باید ابتدا این جریان را از سطح وسیعی جمع آوری و سپس آن را متمرکز کرد. و البته، یک ناراحتی بزرگ این واقعیت آشکار است که شما فقط می توانید این انرژی را در طول روز دریافت کنید. در شب باید از منابع دیگر انرژی استفاده کنید یا به نوعی انرژی خورشیدی را جمع آوری کنید.

آب شیرین کن خورشیدی

راه های مختلفی برای جذب انرژی خورشید وجود دارد. راه اول مستقیم ترین و طبیعی ترین است: از گرمای خورشیدی برای گرم کردن مایع خنک کننده استفاده کنید. سپس می توان از خنک کننده گرم شده استفاده کرد، مثلاً برای گرم کردن یا تأمین آب گرم (در اینجا به دمای آب بالا نیاز نیست) یا برای تولید انواع دیگر انرژی، عمدتاً الکتریکی.

تله استفاده مستقیم از گرمای خورشیدی بسیار ساده است. برای ساخت آن ابتدا به یک جعبه پوشیده شده با شیشه پنجره معمولی یا مواد شفاف مشابه نیاز دارید. شیشه پنجره با اشعه خورشید تداخلی ندارد، اما گرمایی را که سطح داخلی جعبه را گرم کرده است، حفظ می کند. این در اصل اثر گلخانه ای است، اصلی که تمام گلخانه ها، گلخانه ها، گلخانه ها و باغ های زمستانی بر اساس آن ساخته می شوند.

انرژی خورشیدی "کوچک" بسیار امیدوار کننده است. مکان‌های زیادی روی زمین وجود دارد که خورشید بی‌رحمانه از آسمان می‌تپد، خاک را خشک می‌کند و پوشش گیاهی را می‌سوزاند و منطقه را به بیابان تبدیل می‌کند. اصولاً می توان چنین زمینی را حاصلخیز و قابل سکونت ساخت. ما «فقط» باید آب آن را تأمین کنیم و دهکده هایی با خانه های راحت بسازیم. همه اینها اول از همه به انرژی زیادی نیاز دارد. دریافت این انرژی از همان خورشید پژمرده و ویرانگر، تبدیل خورشید به متحد انسان، کار بسیار مهم و جالبی است.

در کشور ما، چنین کاری توسط موسسه انرژی خورشیدی آکادمی علوم ترکمن SSR، رئیس انجمن علمی و تولیدی "Sun" اداره می شد. کاملاً واضح است که چرا این مؤسسه با نامی که به نظر می رسد از صفحات یک رمان علمی تخیلی بیرون آمده است در آسیای مرکزی قرار دارد - بالاخره در عشق آباد در یک بعد از ظهر تابستانی، هر کیلومتر مربع جریانی معادل انرژی خورشیدی دریافت می کند. در قدرت به یک نیروگاه بزرگ!

اول از همه، دانشمندان تلاش خود را بر روی دستیابی به آب با استفاده از انرژی خورشیدی متمرکز کردند. در صحرا آب وجود دارد و یافتن آن نسبتاً آسان است - کم عمق است. اما نمی توان از این آب استفاده کرد - نمک های مختلفی در آن حل شده است، معمولاً تلخ تر از آب دریا است. برای استفاده از آب زیرزمینی کویر برای آبیاری و شرب باید آن را نمک زدایی کرد. اگر این امر محقق شده باشد، می توانیم فرض کنیم که واحه ساخته شده توسط انسان آماده است: در اینجا می توانید در شرایط عادی زندگی کنید، گوسفندان را چرا کنید، باغ ها را پرورش دهید، در تمام طول سال - حتی در زمستان به اندازه کافی خورشید وجود دارد. به گفته دانشمندان تنها در ترکمنستان هفت هزار واحه از این دست ساخته می شود. خورشید تمام انرژی لازم را برای آنها فراهم می کند.

اصل کار یک کارخانه آب شیرین کن خورشیدی بسیار ساده است. این یک ظرف با آب اشباع شده با نمک است که با یک درب شفاف بسته شده است. آب توسط پرتوهای خورشید گرم می شود، به تدریج تبخیر می شود و بخار روی درب خنک کننده متراکم می شود. آب تصفیه شده (نمک ها تبخیر نشده اند!) از درب به ظرف دیگری می ریزد.

ساخت و سازهای این نوع مدتی است که شناخته شده است. غنی ترین ذخایر نمک نمک در مناطق خشک شیلی در قرن گذشته به دلیل کمبود آب آشامیدنی تقریباً توسعه نیافته بود. سپس در شهر لاس سالیناس کارخانه آب شیرین کن به مساحت 5 هزار متر مربع بر اساس این اصل ساخته شد که در یک روز گرم 20 هزار لیتر آب شیرین تولید می کرد.

اما اکنون کار بر روی استفاده از انرژی خورشیدی برای نمک زدایی آب در یک جبهه گسترده توسعه یافته است. برای اولین بار در جهان، مزرعه دولتی ترکمنستان "باخاردن" یک "آب خورشیدی" واقعی را راه اندازی کرد که نیاز مردم به آب شیرین را برآورده می کند و آب برای آبیاری زمین های خشک را تامین می کند. میلیون ها لیتر آب شیرین شده از تاسیسات خورشیدی به میزان زیادی مرزهای مراتع مزارع دولتی را گسترش می دهد.

مردم انرژی زیادی را صرف گرمایش زمستانی خانه ها و ساختمان های صنعتی و تامین آب گرم در تمام طول سال می کنند. و در اینجا خورشید می تواند به کمک بیاید. نیروگاه های خورشیدی ساخته شده اند که می توانند آب گرم دامداری ها را تامین کنند. تله خورشیدی که توسط دانشمندان ارمنی ساخته شده، طراحی بسیار ساده ای دارد. این یک سلول مستطیلی یک و نیم متری است که در آن، در زیر یک پوشش مخصوص که به طور موثر گرما را جذب می کند، یک رادیاتور موجی شکل ساخته شده از یک سیستم لوله وجود دارد. فقط باید چنین تله ای را به منبع آب وصل کرد و آن را در معرض آفتاب قرار داد و در یک روز تابستانی تا سی لیتر آب گرم شده 70-80 درجه در ساعت از آن خارج می شود. مزیت این طرح این است که از سلول ها می توان برای ساخت انواع تاسیسات مانند مکعب استفاده کرد و عملکرد بخاری خورشیدی را تا حد زیادی افزایش داد. کارشناسان قصد دارند یک منطقه مسکونی آزمایشی ایروان را به گرمایش خورشیدی تغییر دهند. دستگاه‌هایی برای گرم کردن آب (یا هوا)، به نام کلکتورهای خورشیدی، توسط صنعت ما تولید می‌شوند. ده ها تاسیسات خورشیدی و سیستم های تامین آب گرم با ظرفیت تا 100 تن آب گرم در روز برای تامین انواع امکانات ایجاد شده است.

بخاری های خورشیدی بر روی خانه های متعددی که در نقاط مختلف کشور ما ساخته شده اند نصب می شوند. یکی از اضلاع سقف شیب دار، رو به آفتاب، از بخاری های خورشیدی تشکیل شده است که به کمک آن خانه گرم شده و آب گرم تامین می شود. برنامه ریزی شده است که دهکده های کامل متشکل از چنین خانه هایی ساخته شود.

تنها در کشور ما نیست که به مشکل استفاده از انرژی خورشیدی رسیدگی می شود. اول از همه، دانشمندان کشورهای واقع در مناطق استوایی، که در آن روزهای آفتابی زیادی در سال وجود دارد، به انرژی خورشیدی علاقه مند شدند. به عنوان مثال، در هند یک برنامه کامل برای استفاده از انرژی خورشیدی ایجاد کرده اند. اولین نیروگاه خورشیدی کشور در مدرس در حال فعالیت است. در آزمایشگاه‌های دانشمندان هندی، کارخانه‌های نمک‌زدایی آزمایشی، خشک‌کن‌های غلات و پمپ‌های آب مشغول به کار هستند. دانشگاه دهلی یک واحد تبرید خورشیدی ساخته است که می تواند مواد غذایی را تا 15 درجه زیر صفر خنک کند. بنابراین خورشید نه تنها می تواند گرم کند، بلکه می تواند خنک شود! در برمه همسایه هند، دانش‌آموزان مؤسسه فناوری رانگون اجاقی ساخته‌اند که از گرمای خورشید برای پختن غذا استفاده می‌کند.

حتی در چکسلواکی که بسیار دورتر از شمال قرار دارد، اکنون 510 تاسیسات گرمایش خورشیدی در حال فعالیت هستند. مساحت کل فاضلاب های عملیاتی آنها دو برابر یک زمین فوتبال است! پرتوهای خورشید گرما را به مهدکودک ها و دامداری ها، استخرهای روباز و خانه های فردی می دهد.

در شهر هولگوین، کوبا، یک تاسیسات خورشیدی اصلی که توسط متخصصان کوبایی ساخته شده بود، به بهره برداری رسید. بر روی پشت بام بیمارستان کودکان قرار دارد و حتی در روزهایی که خورشید توسط ابرها پوشیده شده است، آب گرم را تامین می کند. به گفته کارشناسان، چنین تاسیساتی که قبلا در شهرهای دیگر کوبا ظاهر شده اند، به صرفه جویی زیادی در مصرف سوخت کمک می کنند.

ساخت «دهکده خورشیدی» در استان مصله الجزایر آغاز شده است. ساکنان این شهرک نسبتا بزرگ تمام انرژی خود را از خورشید دریافت خواهند کرد. هر ساختمان مسکونی در این روستا مجهز به کلکتور خورشیدی خواهد بود. گروه‌های مجزا از کلکتورهای خورشیدی، انرژی تاسیسات صنعتی و کشاورزی را تامین خواهند کرد. متخصصان سازمان ملی تحقیقات علمی الجزایر و دانشگاه سازمان ملل که این روستا را طراحی کرده اند، مطمئن هستند که این روستا به نمونه اولیه هزاران سکونتگاه مشابه در کشورهای گرم تبدیل خواهد شد.

حق نامیدن اولین سکونتگاه خورشیدی توسط دهکده الجزایری شهر وایت کلیفز استرالیا که محل ساخت نیروگاه اصلی خورشیدی شد، به چالش کشیده شده است. اصل استفاده از انرژی خورشیدی در اینجا خاص است. دانشمندان دانشگاه ملی کانبرا استفاده از گرمای خورشیدی را برای تجزیه آمونیاک به هیدروژن و نیتروژن پیشنهاد کرده‌اند. اگر به این اجزا اجازه داده شود دوباره با هم ترکیب شوند، گرما آزاد می‌شود که می‌توان از آن برای راه‌اندازی یک نیروگاه به همان شیوه گرمای تولید شده از سوزاندن سوخت معمولی استفاده کرد. این روش استفاده از انرژی از جذابیت خاصی برخوردار است زیرا انرژی را می توان برای استفاده در آینده به شکل نیتروژن و هیدروژن واکنش نداده ذخیره کرد و در شب یا روزهای طوفانی استفاده کرد.

نصب هلیواستات در نیروگاه خورشیدی کریمه

روش شیمیایی تولید برق از خورشید به طور کلی کاملا وسوسه انگیز است. هنگام استفاده، انرژی خورشیدی را می توان برای استفاده در آینده ذخیره کرد، مانند هر سوخت دیگری ذخیره می شود. یک تاسیسات آزمایشی بر اساس این اصل در یکی از مراکز تحقیقاتی در آلمان ایجاد شد. جزء اصلی این تاسیسات یک آینه سهموی به قطر 1 متر است که با استفاده از سیستم های پیچیده ردیابی به طور مداوم به سمت خورشید هدایت می شود. در کانون آینه، پرتوهای متمرکز خورشیدی دمایی بین 800-1000 درجه ایجاد می کنند. این دما برای تجزیه انیدرید سولفوریک به دی اکسید گوگرد و اکسیژن کافی است که به ظروف مخصوص پمپاژ می شوند. در صورت لزوم، اجزاء به یک راکتور احیا وارد می شوند، جایی که در حضور یک کاتالیزور خاص، انیدرید سولفوریک اصلی از آنها تشکیل می شود. در این حالت دما تا 500 درجه افزایش می یابد. سپس می توان از گرما برای تبدیل آب به بخار استفاده کرد که توربین یک ژنراتور الکتریکی را تبدیل می کند.

دانشمندان مؤسسه انرژی G. M. Krzhizhanovsky در حال انجام آزمایشاتی هستند که دقیقاً روی پشت بام ساختمان خود در مسکو نه چندان آفتابی انجام می دهند. یک آینه سهموی که پرتوهای خورشید را متمرکز می کند، گاز قرار گرفته در یک سیلندر فلزی را تا 700 درجه گرم می کند. گاز داغ نه تنها می تواند آب را به بخار در یک مبدل حرارتی تبدیل کند، که یک توربوژنراتور را به حرکت در می آورد. با وجود یک کاتالیزور خاص، در طول مسیر می توان آن را به مونوکسید کربن و محصولات انرژی هیدروژن تبدیل کرد که بسیار مطلوب تر از محصولات اصلی هستند. هنگام گرم کردن آب، این گازها ناپدید نمی شوند - آنها به سادگی خنک می شوند. آنها می توانند سوزانده شوند و انرژی بیشتری دریافت کنند، حتی زمانی که خورشید توسط ابرها یا در شب پوشیده شده است. پروژه هایی برای استفاده از انرژی خورشیدی برای انباشته شدن هیدروژن - که احتمالا سوخت جهانی آینده است - در نظر گرفته شده است. برای این کار می توان از انرژی به دست آمده از نیروگاه های خورشیدی واقع در بیابان ها یعنی جاهایی که استفاده محلی از انرژی دشوار است استفاده کرد.

راه های کاملا غیر معمولی نیز وجود دارد. در صورت وجود کاتالیزور مناسب، نور خورشید می تواند یک مولکول آب را تجزیه کند. حتی عجیب‌تر پروژه‌های موجود برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ با استفاده از باکتری‌ها هستند! این فرآیند از طرح فتوسنتز پیروی می کند: نور خورشید، به عنوان مثال، توسط جلبک های سبز آبی جذب می شود که به سرعت رشد می کنند. این جلبک ها می توانند به عنوان غذا برای برخی از باکتری ها که در طول زندگی خود هیدروژن را از آب آزاد می کنند، استفاده کنند. مطالعات انجام شده توسط دانشمندان شوروی و ژاپنی با انواع مختلف باکتری ها نشان داده است که در اصل، تمام انرژی یک شهر با یک میلیون نفر می تواند توسط هیدروژن آزاد شده توسط باکتری های تغذیه شده از جلبک های سبز آبی در مزرعه ای به مساحت تامین شود. فقط 17.5 کیلومتر مربع. بر اساس محاسبات متخصصان دانشگاه دولتی مسکو، حجم آبی به اندازه دریای آرال می تواند انرژی تقریباً برای کل کشور ما را تامین کند. البته چنین پروژه هایی هنوز تا اجرا فاصله دارند. این ایده مبتکرانه حتی در قرن بیست و یکم برای اجرای آن نیازمند حل بسیاری از مشکلات علمی و مهندسی است. استفاده از موجودات زنده به جای ماشین‌های عظیم برای تولید انرژی ایده‌ای است که ارزش آن را دارد.

پروژه های نیروگاهی که در آن یک توربین بخار حاصل از آب گرم شده توسط اشعه خورشید را می چرخاند، اکنون در کشورهای مختلف در حال توسعه هستند. در اتحاد جماهیر شوروی، یک نیروگاه خورشیدی آزمایشی از این نوع در ساحل آفتابی کریمه، نزدیک کرچ ساخته شد. مکان ایستگاه به طور تصادفی انتخاب نشده است - از این گذشته ، در این منطقه خورشید تقریباً دو هزار ساعت در سال می تابد. علاوه بر این، همچنین مهم است که زمین های اینجا شور هستند، برای کشاورزی مناسب نیستند، و ایستگاه منطقه نسبتا زیادی را اشغال می کند.

ایستگاه یک سازه غیر معمول و چشمگیر است. دیگ مولد بخار خورشیدی بر روی یک برج بزرگ به ارتفاع بیش از هشتاد متر نصب شده است. و در اطراف برج، در یک منطقه وسیع با شعاع بیش از نیم کیلومتر، هلیواستات ها در دایره های متحدالمرکز قرار دارند - ساختارهای پیچیده، که قلب هر یک از آنها آینه ای عظیم با مساحت بیش از 25 متر مربع است. . طراحان ایستگاه باید یک مشکل بسیار دشوار را حل می کردند - به هر حال، همه هلیواستات ها (و تعداد زیادی از آنها وجود دارد - 1600!) باید به گونه ای قرار می گرفتند که بدون توجه به موقعیت خورشید در آسمان، هیچ کدام از آنها نخواهند بود. در سایه باشند، و پرتو خورشیدی که هر یک از آنها می اندازند دقیقاً در بالای برج، جایی که دیگ بخار قرار دارد می افتد (به همین دلیل برج بسیار بلند شده است). هر هلیوستات مجهز به دستگاه مخصوص چرخاندن آینه است. آینه ها باید به طور مداوم به دنبال خورشید حرکت کنند - از این گذشته ، همیشه حرکت می کند ، به این معنی که اسم حیوان دست اموز می تواند حرکت کند و به دیوار دیگ بخار برخورد نکند و این بلافاصله بر عملکرد ایستگاه تأثیر می گذارد. پیچیدگی بیشتر کار ایستگاه این است که مسیرهای هلیواستات ها هر روز تغییر می کند: زمین در مدار حرکت می کند و خورشید هر روز کمی مسیر خود را در آسمان تغییر می دهد. بنابراین، کنترل حرکت هلیواستات ها به یک رایانه الکترونیکی سپرده می شود - فقط حافظه بی انتها آن قادر است مسیرهای حرکتی از پیش محاسبه شده همه آینه ها را در خود جای دهد.

ساخت نیروگاه خورشیدی

تحت تأثیر گرمای خورشیدی متمرکز شده توسط هلیواستات، آب موجود در مولد بخار تا دمای 250 درجه گرم شده و به بخار پرفشار تبدیل می شود. بخار توربین را می چرخاند که ژنراتور الکتریکی را می چرخاند و جریان جدیدی از انرژی تولید شده توسط خورشید به سیستم انرژی کریمه سرازیر می شود. اگر خورشید حتی در شب تحت پوشش ابرها باشد، تولید انرژی متوقف نخواهد شد. باتری های حرارتی نصب شده در پای برج به کمک خواهند آمد. آب گرم اضافی در روزهای آفتابی به انبارهای مخصوص فرستاده می شود و در مواقعی که آفتاب نباشد از آن استفاده می شود.

توان این نیروگاه آزمایشی نسبتاً است
کوچک - فقط 5 هزار کیلووات. اما به یاد داشته باشیم: این دقیقاً قدرت اولین نیروگاه هسته ای، جد صنعت نیرومند انرژی هسته ای بود. و تولید انرژی به هیچ وجه مهمترین وظیفه اولین نیروگاه خورشیدی نیست - آزمایشی نامیده می شود زیرا با کمک آن دانشمندان باید راه حل هایی برای مشکلات بسیار پیچیده در راه اندازی چنین ایستگاه هایی بیابند. و مشکلات زیادی از این دست بوجود می آید. به عنوان مثال، چگونه می توانید از آینه ها در برابر آلودگی محافظت کنید؟ از این گذشته ، گرد و غبار روی آنها می نشیند ، رگه هایی از باران باقی می ماند و این بلافاصله قدرت ایستگاه را کاهش می دهد. حتی معلوم شد که همه آب برای شستن آینه ها مناسب نیست. لازم بود یک واحد شستشوی ویژه اختراع شود که تمیزی هلیواستات ها را نظارت کند. در ایستگاه آزمایشی، آنها در مورد عملکرد دستگاه برای متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی، پیچیده ترین تجهیزات آنها، امتحان می گیرند. اما طولانی ترین سفر با اولین قدم شروع می شود. این گام در جهت تولید مقادیر قابل توجهی برق با استفاده از خورشید توسط نیروگاه آزمایشی خورشیدی کریمه میسر خواهد شد.

متخصصان شوروی در حال آماده شدن برای برداشتن گام بعدی هستند. بزرگترین نیروگاه خورشیدی جهان با ظرفیت 320 هزار کیلووات طراحی شده است. این مکان برای آن در ازبکستان، در استپ کرشی، در نزدیکی شهر بکر جوان تالیمرجان انتخاب شد. در این منطقه خورشید سخاوتمندانه کمتر از کریمه نمی درخشد. طبق اصل عملیات، این ایستگاه هیچ تفاوتی با ایستگاه کریمه ندارد، اما تمام ساختارهای آن بسیار بزرگتر است. دیگ بخار در ارتفاع دویست متری قرار خواهد گرفت و میدان هلیواستاتیک در اطراف برج در چندین هکتار گسترش می یابد. آینه های براق (72 هزار!)، با اطاعت از سیگنال های کامپیوتری، اشعه های خورشید را روی سطح دیگ متمرکز می کنند، بخار فوق گرم توربین را می چرخاند، ژنراتور جریان 320 هزار کیلووات تولید می کند - این در حال حاضر قدرت زیادی است. و آب و هوای بد طولانی مدت، جلوگیری از تولید انرژی در یک نیروگاه خورشیدی، می تواند تأثیر قابل توجهی بر مصرف کنندگان داشته باشد. بنابراین، طراحی ایستگاه همچنین شامل یک دیگ بخار معمولی با استفاده از گاز طبیعی است. اگر هوای ابری برای مدت طولانی ادامه داشته باشد، بخار از دیگ بخار معمولی دیگری به توربین می رسد.

نیروگاه های خورشیدی از همین نوع در کشورهای دیگر در حال توسعه هستند. در ایالات متحده آمریکا، در کالیفرنیای آفتابی، اولین نیروگاه از نوع برج، Solar-1، با ظرفیت 10 هزار کیلووات ساخته شد. در دامنه های پیرنه، متخصصان فرانسوی در ایستگاه Themis با ظرفیت 2.5 هزار کیلووات در حال انجام تحقیقات هستند. ایستگاه GAST با ظرفیت 20 هزار کیلووات توسط دانشمندان آلمان غربی طراحی شده است.

تا کنون، انرژی الکتریکی تولید شده توسط پرتوهای خورشید بسیار گرانتر از انرژی حاصل از روش های سنتی است. دانشمندان امیدوارند آزمایش هایی که در تاسیسات و ایستگاه های آزمایشی انجام می دهند نه تنها به حل مشکلات فنی، بلکه مشکلات اقتصادی نیز کمک کند.

بر اساس محاسبات، خورشید نه تنها باید به حل مشکلات انرژی، بلکه وظایفی که عصر اتمی و فضایی ما برای متخصصان گذاشته است نیز کمک کند. برای ساخت سفینه‌های فضایی قدرتمند، تأسیسات هسته‌ای عظیم و ایجاد ماشین‌های الکترونیکی که صدها میلیون عملیات در ثانیه انجام می‌دهند، به موارد جدیدی نیاز داریم.
مواد - فوق العاده نسوز، فوق العاده قوی، فوق العاده تمیز. به دست آوردن آنها بسیار دشوار است. روش های متالورژی سنتی برای این کار مناسب نیستند. فن آوری های پیچیده تر، مانند ذوب با پرتوهای الکترونی یا جریان های فرکانس فوق العاده بالا نیز مناسب نیستند. اما گرمای خالص خورشیدی می تواند یک دستیار قابل اعتماد در اینجا باشد. هنگامی که آزمایش می شود، برخی از هلیواستات ها به راحتی با پرتوهای خورشید خود یک ورقه آلومینیومی ضخیم را سوراخ می کنند. اگر چند ده هلیواستات از این قبیل نصب کنیم چه؟ و سپس پرتوهای آنها را به آینه مقعر متمرکز کننده بفرستید؟ پرتو خورشید چنین آینه ای می تواند نه تنها آلومینیوم، بلکه تقریباً تمام مواد شناخته شده را ذوب کند. یک کوره ذوب ویژه، که در آن متمرکز کننده تمام انرژی خورشیدی جمع آوری شده را منتقل می کند، درخشان تر از هزار خورشید می درخشد.

کوره با دمای بالا با قطر آینه سه متر.

خورشید فلز را در یک بوته ذوب می کند

پروژه‌ها و پیشرفت‌هایی که پوشش داده‌ایم از گرمای خورشیدی برای تولید انرژی استفاده می‌کنند که سپس به برق تبدیل می‌شود. اما راه دیگر وسوسه انگیزتر است - تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به برق.

اولین اشاره به ارتباط بین الکتریسیته و نور در آثار جیمز کلرک ماکسول اسکاتلندی بزرگ شنیده شد. این ارتباط به طور تجربی در آزمایش‌های هاینریش هرتز ثابت شد که در سال‌های 1886-1889 نشان داد که امواج الکترومغناطیسی دقیقاً مانند امواج نور رفتار می‌کنند - آنها همچنین به صورت مستقیم پخش می‌شوند و سایه‌ها را تشکیل می‌دهند. او حتی موفق شد از دو تن آسفالت یک منشور غول‌پیکر بسازد که امواج الکترومغناطیسی را مانند منشور شیشه‌ای که امواج نور را می‌شکند، می‌شکند.

اما ده سال قبل، هرتز به طور غیرمنتظره ای متوجه شد که تخلیه بین دو الکترود بسیار راحت تر اتفاق می افتد اگر این الکترودها با نور فرابنفش روشن شوند.

این آزمایشات که در آثار هرتز توسعه نیافته بود، استاد فیزیک دانشگاه مسکو، الکساندر گریگوریویچ استولتوف را مورد علاقه قرار داد. در فوریه 1888، او مجموعه ای از آزمایشات را با هدف مطالعه این پدیده مرموز آغاز کرد. آزمایش تعیین کننده اثبات وجود اثر فوتوالکتریک - وقوع جریان الکتریکی تحت تأثیر نور - در 26 فوریه انجام شد. جریان الکتریکی تولید شده توسط پرتوهای نور در مجموعه آزمایشی استولتوف جریان داشت. در واقع، اولین فتوسل وارد عمل شد که متعاقباً کاربردهای متعددی در زمینه های مختلف فناوری پیدا کرد.

در آغاز قرن بیستم، آلبرت اینشتین نظریه اثر فوتوالکتریک را ایجاد کرد و به نظر می رسد که تمام ابزارهای تسلط بر این منبع انرژی در دستان محققان ظاهر شده است. فتوسل های مبتنی بر سلنیوم ایجاد شد، سپس موارد پیشرفته تر - تالیوم. اما راندمان بسیار پایینی داشتند و فقط در دستگاه های کنترلی استفاده می شدند، مشابه گردان های معمولی در مترو که در آن پرتویی از نور راه آزاد سواران را می بندد.

گام بعدی زمانی برداشته شد که دانشمندان خصوصیات فوتوالکتریک نیمه هادی های کشف شده در دهه 70 قرن گذشته را به طور دقیق مورد مطالعه قرار دادند. مشخص شد که نیمه هادی ها در تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی بسیار کارآمدتر از فلزات هستند.

آکادمیسین آبرام فدوروویچ آیوف در دهه 30 رویای استفاده از نیمه هادی ها در انرژی خورشیدی را داشت، زمانی که کارمندان انستیتوی فیزیک و فنی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی در لنینگراد به سرپرستی او، B. T. Kolomiets و P. Maslakovets فوتوسل های مس-تالیوم را ایجاد کردند با راندمان زمان رکورد - 1٪! گام بعدی در این مسیر جستجو، ایجاد سلول های خورشیدی سیلیکونی بود. در حال حاضر اولین نمونه ها دارای راندمان 6٪ بودند. با استفاده از چنین عناصری می توان به تولید عملی انرژی الکتریکی از پرتوهای خورشیدی فکر کرد.

اولین باتری خورشیدی در سال 1953 ساخته شد. در ابتدا فقط یک مدل نمایشی بود. در آن زمان هیچ کاربرد عملی پیش بینی نشده بود - قدرت اولین پانل های خورشیدی بسیار کم بود. اما آنها به موقع حاضر شدند و به زودی وظیفه ای مسئولانه برای آنها پیدا شد. بشریت برای قدم گذاشتن به فضا آماده می شد. وظیفه تامین انرژی مکانیسم ها و ابزارهای متعدد فضاپیماها در اولویت قرار گرفته است. باتری های موجود، که انرژی الکتریکی را می توان در آنها ذخیره کرد، به طور غیرقابل قبولی حجیم و سنگین هستند. مقدار زیادی از محموله کشتی صرف حمل و نقل منابع انرژی می شود، که علاوه بر این، به تدریج مصرف می شود، به زودی به بالاست حجیم بی فایده تبدیل می شود. وسوسه انگیزترین چیز این است که نیروگاه خود را در فضاپیما داشته باشید، ترجیحاً بدون سوخت. از این منظر، باتری خورشیدی دستگاه بسیار مناسبی بود. دانشمندان در همان ابتدای عصر فضا به این وسیله توجه کردند.

قبلاً سومین ماهواره زمین مصنوعی شوروی که در 15 می 1958 به مدار زمین پرتاب شد، مجهز به باتری خورشیدی بود. و اکنون بال‌های باز که کل نیروگاه‌های خورشیدی روی آنها قرار دارند، به بخشی جدایی ناپذیر از طراحی هر فضاپیما تبدیل شده‌اند. در ایستگاه‌های فضایی شوروی سالیوت و میر، پنل‌های خورشیدی برای سال‌های متمادی انرژی را برای سیستم‌های پشتیبانی حیات فضانوردان و ابزارهای علمی متعدد نصب شده در ایستگاه تامین می‌کردند.

ایستگاه بین سیاره ای خودکار "وگا"

متأسفانه در زمین، این روش برای به دست آوردن مقادیر زیادی انرژی الکتریکی موضوعی آینده است. دلیل این امر راندمان پایین سلول های خورشیدی است. محاسبات نشان می دهد که برای به دست آوردن مقادیر زیادی انرژی، صفحات خورشیدی باید یک منطقه عظیم - هزاران کیلومتر مربع را اشغال کنند. به عنوان مثال، نیازهای برق اتحاد جماهیر شوروی امروزه تنها با یک آرایه خورشیدی 10000 کیلومتر مربعی واقع در بیابان های آسیای مرکزی تامین می شود. امروزه تولید چنین تعداد زیادی سلول خورشیدی تقریبا غیرممکن است. مواد فوق خالص مورد استفاده در سلول های خورشیدی مدرن بسیار گران هستند. برای ساخت آنها به تجهیزات پیچیده و استفاده از فرآیندهای تکنولوژیکی خاص نیاز دارید. ملاحظات اقتصادی و تکنولوژیکی هنوز به فرد اجازه نمی دهد که از این طریق روی به دست آوردن مقادیر قابل توجهی انرژی الکتریکی حساب کند. این وظیفه برای قرن 21 باقی مانده است.

ایستگاه خورشیدی

اخیراً محققان شوروی - رهبران شناخته شده علم جهان در زمینه طراحی مواد برای فتوسل های نیمه هادی - مجموعه ای از کارهایی را انجام داده اند که امکان نزدیک کردن زمان ایجاد نیروگاه های خورشیدی را فراهم کرده است. در سال 1984، جایزه دولتی اتحاد جماهیر شوروی به کار محققان به رهبری آکادمیک ژ. راندمان پنل های خورشیدی ساخته شده از مواد جدید در حال حاضر به 30٪ می رسد و از نظر تئوری می تواند به 90٪ برسد! استفاده از چنین فتوسل‌هایی امکان کاهش ده‌ها برابر مساحت پانل‌های نیروگاه‌های خورشیدی آینده را فراهم می‌کند. اگر شار خورشیدی ابتدا از یک منطقه بزرگ جمع آوری شود، متمرکز شود و تنها پس از آن به باتری خورشیدی عرضه شود، می توان آنها را صدها برابر کاهش داد. بنابراین در قرن بیست و یکم آینده، نیروگاه های خورشیدی با فتوسل ممکن است به یک منبع انرژی رایج تبدیل شوند. و حتی امروزه دریافت انرژی از پنل های خورشیدی در مکان هایی که هیچ منبع انرژی دیگری وجود ندارد منطقی است.

به عنوان مثال، در صحرای قراقوم، دستگاهی که توسط متخصصان ترکمن با استفاده از انرژی خورشیدی ساخته شده بود، برای جوشکاری سازه های مزرعه استفاده شد. جوشکارها می توانند به جای حمل سیلندرهای گاز فشرده حجیم، از یک کیس کوچک که حاوی یک پنل خورشیدی است استفاده کنند. جریان الکتریکی مستقیم تولید شده توسط پرتوهای خورشید برای تجزیه شیمیایی آب به هیدروژن و اکسیژن استفاده می شود که به مشعل دستگاه جوش گازی عرضه می شود. آب و آفتاب در صحرای قراقوم در نزدیکی هر چاهی موجود است، بنابراین سیلندرهای حجیمی که حمل و نقل آنها در سراسر بیابان آسان نیست، غیر ضروری شده اند.

یک نیروگاه خورشیدی بزرگ با ظرفیت حدود 300 کیلووات در فرودگاه فینیکس در ایالت آریزونا آمریکا در حال ایجاد است. انرژی خورشیدی توسط یک باتری خورشیدی متشکل از 7200 سلول خورشیدی به الکتریسیته تبدیل می شود. همان ایالت یکی از بزرگترین سیستم های آبیاری جهان را دارد که پمپ های آن از انرژی خورشیدی استفاده می کند که توسط فتوسل ها به الکتریسیته تبدیل می شود. نیجر، مالی و سنگال نیز پمپ های خورشیدی دارند. پنل های خورشیدی عظیم، موتورهای پمپاژ را نیرو می دهند که آب شیرین مورد نیاز در این مناطق بیابانی را از دریای وسیع زیرزمینی زیر ماسه ها بالا می برد.

یک شهر کاملاً دوستدار محیط زیست که تمام نیازهای انرژی آن از منابع تجدیدپذیر تامین می شود، در برزیل ساخته می شود. آبگرمکن های خورشیدی بر روی پشت بام خانه های این سکونتگاه غیرعادی قرار خواهند گرفت. چهار توربین بادی به ژنراتورهایی با ظرفیت 20 کیلووات نیرو می دهند. در روزهای آرام برق از ساختمانی واقع در مرکز شهر تامین می شود. سقف و دیوارهای آن پنل های خورشیدی است. اگر باد یا خورشید وجود نداشته باشد، انرژی از ژنراتورهای معمولی با موتورهای احتراق داخلی و همچنین ژنراتورهای خاص می آید - سوخت آنها بنزین یا سوخت دیزل نیست، بلکه الکل خواهد بود که انتشارات مضر تولید نمی کند.

باتری های خورشیدی به تدریج وارد زندگی روزمره ما می شوند. هیچ کس دیگر از ریزمحاسبه هایی که در فروشگاه هایی ظاهر می شوند که بدون باتری کار می کنند شگفت زده نمی شود. منبع تغذیه آنها یک باتری خورشیدی کوچک است که در درب دستگاه نصب شده است. آنها دیگر منابع انرژی را با یک باتری خورشیدی مینیاتوری در ساعت های الکترونیکی، رادیو و ضبط صوت جایگزین می کنند. تلفن های رادیویی خورشیدی در کنار جاده ها در صحرای صحرا ظاهر شدند. شهر تیرونتام پرو مالک یک شبکه تلفن رادیویی کامل شده است که از پنل های خورشیدی تغذیه می کند. کارشناسان ژاپنی باتری خورشیدی طراحی کرده اند که از نظر اندازه و شکل شبیه به کاشی های معمولی است. اگر خانه ای را با چنین کاشی های خورشیدی بپوشانید، برق کافی برای رفع نیازهای ساکنان آن وجود خواهد داشت. با این حال، هنوز مشخص نیست که آنها در دوره های بارش برف، باران و مه چگونه با آن کنار بیایند؟ ظاهراً بدون سیم کشی برق سنتی امکان پذیر نخواهد بود.

بدون رقابت، پانل های خورشیدی خود را در مکان هایی می یابند که روزهای آفتابی زیادی وجود دارد و هیچ منبع انرژی دیگری وجود ندارد. برای مثال، سیگنال‌دهندگان قزاقستان دو ایستگاه رله رادیویی را بین آلماتی و شهر شوچنکو در Mangyshlak برای انتقال برنامه‌های تلویزیونی نصب کردند. اما برای تغذیه آنها سیم برق نگذارید. پانل های خورشیدی کمک کردند، که آنها در روزهای آفتابی ارائه می کنند، و بسیاری از آنها در Mangyshlak وجود دارد - انرژی کافی برای تامین انرژی گیرنده و فرستنده وجود دارد.

یک محافظ خوب برای چرای حیوانات، سیم نازکی است که جریان الکتریکی ضعیفی از آن عبور می کند. اما مراتع معمولاً دور از خطوط برق قرار دارند. مهندسان فرانسوی راه حلی را پیشنهاد کردند. آنها یک حصار خودمختار ایجاد کردند که توسط یک پنل خورشیدی تغذیه می شود. یک پنل خورشیدی با وزن تنها یک و نیم کیلوگرم انرژی را به یک ژنراتور الکترونیکی می‌رساند که پالس‌های جریان ولتاژ بالا را به چنین حصاری می‌فرستد که ایمن هستند اما برای حیوانات کاملاً حساس هستند. یک چنین باتری برای ساختن حصاری به طول 50 کیلومتر کافی است.

علاقه مندان به انرژی خورشیدی طرح های عجیب و غریب بسیاری از وسایل نقلیه را پیشنهاد کرده اند که بدون سوخت سنتی کار می کنند. طراحان مکزیکی یک خودروی الکتریکی ساخته اند که انرژی موتور آن از پنل های خورشیدی تامین می شود. بر اساس محاسبات آنها، این خودروی برقی در هنگام پیمودن مسافت های کوتاه می تواند تا 40 کیلومتر در ساعت سرعت بگیرد. انتظار می رود که رکورد سرعت جهانی یک خودروی خورشیدی - 50 کیلومتر در ساعت - توسط طراحانی از آلمان ثبت شود.

اما هانس تولستروپ، مهندس استرالیایی، خودروی خورشیدی خود را "هر چه آهسته تر پیش بروید، جلوتر می روید" نامید. طراحی آن بسیار ساده است: یک قاب فولادی لوله ای که روی آن چرخ ها و ترمزهای یک دوچرخه مسابقه سوار شده است. بدنه دستگاه از فایبرگلاس ساخته شده و شبیه یک وان حمام معمولی با پنجره های کوچک است. در بالای این کل ساختار با یک سقف مسطح پوشیده شده است که 720 فتوسل سیلیکونی روی آن نصب شده است. جریان از آنها به یک موتور الکتریکی با قدرت 0.7 کیلووات می ریزد. مسافران (علاوه بر طراح، مهندس و راننده مسابقه لری پرکینز در این مسابقه شرکت کردند) وظیفه خود را تعیین کردند که از اقیانوس هند به اقیانوس آرام (یعنی 4130 کیلومتر!) استرالیا را در کمتر از 20 روز عبور دهند. در اوایل سال 1983، یک خدمه غیرمعمول از پرث برای پایان در سیدنی حرکت کردند. این بدان معنا نیست که سفر به خصوص خوشایند بود. در اوج تابستان استرالیا، دمای کابین به 50 درجه افزایش یافت. طراحان هر کیلوگرم از وزن خودرو را صرفه جویی کردند و بنابراین فنرها را رها کردند که به هیچ وجه به راحتی کمک نکرد. آنها نمی خواستند دوباره در طول مسیر توقف کنند (به هر حال، قرار نبود این سفر بیش از 20 روز طول بکشد) و به دلیل صدای شدید موتور، استفاده از ارتباطات رادیویی غیرممکن بود. بنابراین سواران باید برای گروه اسکورت یادداشت می نوشتند و در جاده می انداختند. و با این حال، با وجود مشکلات، خورشیدی به طور پیوسته به سمت هدف حرکت کرد و هر روز 11 ساعت را طی کرد. میانگین سرعت ماشین 25 کیلومتر در ساعت بود. بنابراین، به آرامی اما مطمئنا، ماشین خورشیدی بر سخت ترین بخش جاده - محدوده تقسیم بزرگ - غلبه کرد و در پایان کنترل بیست روزه، پیروزمندانه در سیدنی به پایان رسید. در اینجا مسافران آبی را که در ابتدای سفر از اقیانوس هند گرفته بودند به اقیانوس آرام می ریختند. آنها به بسیاری از خبرنگاران حاضر گفتند: «انرژی خورشیدی دو اقیانوس را به هم متصل کرده است.

دو سال بعد، یک رالی غیرمعمول در کوه های آلپ سوئیس برگزار شد. 58 خودرو به خط استارت رفتند، موتورهایشان با انرژی به دست آمده از پنل های خورشیدی کار می کرد. در پنج روز، خدمه عجیب ترین طرح ها باید 368 کیلومتر را در امتداد مسیرهای کوهستانی آلپ - از دریاچه کنستانس تا دریاچه ژنو - غلبه کنند. بهترین نتیجه را خودروی خورشیدی "Solar Silver Arrow" نشان داد که به طور مشترک توسط شرکت آلمان غربی مرسدس بنز و شرکت سوئیسی آلفا رئال ساخته شده است. از نظر ظاهری، ماشین برنده بیشتر شبیه یک سوسک بزرگ با بال های پهن است. این بال ها دارای 432 سلول خورشیدی هستند که یک باتری نقره-روی را تغذیه می کنند. این باتری انرژی دو موتور الکتریکی را تامین می کند که چرخ های خودرو را می چرخانند. اما این فقط در هوای ابری یا هنگام رانندگی در تونل اتفاق می افتد. هنگامی که خورشید می تابد، جریان سلول های خورشیدی مستقیماً به موتورهای الکتریکی می رود. در برخی مواقع سرعت برنده به 80 کیلومتر در ساعت می رسید.

کنیچی هوری، ملوان ژاپنی، اولین کسی بود که به تنهایی در اقیانوس آرام با یک کشتی با انرژی خورشیدی حرکت کرد. هیچ منبع انرژی دیگری در قایق وجود نداشت. خورشید به دریانورد شجاع کمک کرد تا بر 6000 کیلومتری جزایر هاوایی تا ژاپن غلبه کند.

L. Mauro آمریکایی یک هواپیما با باتری 500 سلول خورشیدی که روی سطح بال ها قرار دارد طراحی و ساخت. الکتریسیته تولید شده توسط این باتری یک موتور الکتریکی با قدرت دو و نیم کیلووات را به حرکت در می آورد که با کمک آن هنوز هم می توان پرواز کرد، البته نه چندان طولانی. آلن فریدمن انگلیسی دوچرخه ای بدون پدال طراحی کرد. آن توسط برق ناشی از باتری های شارژ شده توسط پنل خورشیدی نصب شده بر روی فرمان هدایت می شود. الکتریسیته "خورشیدی" ذخیره شده در باتری برای سفر حدود 50 کیلومتر با سرعت 25 کیلومتر در ساعت کافی است. پروژه هایی از بالون های خورشیدی و کشتی های هوایی وجود دارد. همه این پروژه ها هنوز از نظر فنی عجیب هستند - چگالی انرژی خورشیدی بسیار کم است، منطقه مورد نیاز باتری های خورشیدی بسیار بزرگ است، که می تواند مقدار انرژی کافی برای حل مشکلات جدی را فراهم کند.

چرا کمی نزدیکتر به خورشید طلوع نکنیم؟ از این گذشته ، در آنجا ، در فضای نزدیک ، چگالی انرژی خورشیدی 10-15 برابر بیشتر است! سپس، آب و هوای بد یا ابری وجود ندارد. ایده ایجاد نیروگاه های خورشیدی مداری توسط K.E. در سال 1929، یک مهندس جوان، آکادمیک V.P. Glushko، پروژه ای را برای یک هواپیمای هلیوراکتو با استفاده از مقادیر زیادی انرژی خورشیدی پیشنهاد کرد. در سال 1948 پروفسور G.I بابات امکان انتقال انرژی دریافتی در فضا به زمین را با استفاده از پرتوهای تابش امواج مایکروویو در نظر گرفت. در سال 1960، مهندس N.A. Varvarov پیشنهاد استفاده از یک نیروگاه خورشیدی فضایی را برای تامین برق به زمین داد.

موفقیت های عظیم فضانوردی این ایده ها را از رتبه علمی تخیلی به چارچوب پیشرفت های مهندسی خاص منتقل کرده است. در کنگره بین المللی فضانوردان در سال 1968، نمایندگان بسیاری از کشورها پروژه ای کاملاً جدی برای نیروگاه فضایی خورشیدی را مورد بررسی قرار دادند که توسط محاسبات اقتصادی دقیق پشتیبانی می شد. طرفداران سرسخت این ایده و مخالفان کمتر سرسخت بلافاصله ظاهر شدند.

اکثر محققان بر این باورند که غول های انرژی فضایی آینده بر اساس پنل های خورشیدی ایجاد خواهند شد. اگر از انواع موجود آنها استفاده کنیم، مساحت برای دستیابی به توان 5 میلیارد کیلووات باید 60 کیلومتر مربع و جرم همراه با سازه های نگهدارنده حدود 12 هزار تن باشد. اگر به باتری‌های خورشیدی آینده تکیه کنیم که بسیار سبک‌تر و کارآمدتر هستند، مساحت باتری‌ها را می‌توان ده برابر و جرم را حتی بیشتر کاهش داد.

امکان ساخت یک نیروگاه حرارتی معمولی در مدار وجود دارد که در آن یک توربین جریانی از گاز خنثی را بچرخاند که توسط پرتوهای متمرکز خورشیدی بسیار گرم می شود. پروژه ای برای چنین نیروگاه فضایی خورشیدی متشکل از 16 بلوک 500 هزار کیلوواتی توسعه یافته است. به نظر می رسد که چنین غول هایی مانند توربین ها و ژنراتورها برای بلند کردن در مدار بی فایده هستند و علاوه بر این، لازم است یک متمرکز کننده سهموی عظیم انرژی خورشیدی ساخته شود که سیال کار توربین را گرم می کند. اما معلوم شد که وزن مخصوص چنین نیروگاهی (یعنی جرم هر 1 کیلووات برق تولیدی) نصف یک ایستگاه با پنل های خورشیدی موجود است. بنابراین یک نیروگاه حرارتی در فضا چندان ایده غیرمنطقی نیست. درست است که نمی توان انتظار کاهش چشمگیر وزن مخصوص نیروگاه حرارتی داشت و پیشرفت در تولید پنل های خورشیدی کاهش وزن مخصوص آنها را تا صدها برابر نوید می دهد. اگر این اتفاق بیفتد، البته مزیت آن با باتری ها خواهد بود.

انتقال الکتریسیته از فضا به زمین می تواند توسط پرتوی از تابش مایکروویو انجام شود. برای این کار باید یک آنتن فرستنده در فضا و یک آنتن گیرنده در زمین بسازید. علاوه بر این، پرتاب دستگاه هایی به فضا ضروری است که جریان مستقیم تولید شده توسط باتری خورشیدی را به تشعشعات مایکروویو تبدیل می کنند. قطر آنتن فرستنده باید حدود یک کیلومتر و جرم آن به همراه دستگاه های تبدیل چند هزار تن باشد. آنتن گیرنده باید بسیار بزرگتر باشد (بالاخره، پرتو انرژی مطمئناً توسط جو پراکنده می شود). مساحت آن باید حدود 300 کیلومتر مربع باشد. اما مشکلات زمینی راحت تر حل می شوند.

برای ساخت یک نیروگاه خورشیدی فضایی، ایجاد یک ناوگان فضایی کامل متشکل از صدها موشک و کشتی قابل استفاده مجدد ضروری است. به هر حال، هزاران تن محموله باید به مدار پرتاب شود. علاوه بر این، یک اسکادران فضایی کوچک مورد نیاز خواهد بود که توسط فضانوردان مونتاژکننده، تعمیرکاران و مهندسان قدرت استفاده خواهد شد.

اولین تجربه، که برای نصب کنندگان آینده نیروگاه های خورشیدی فضایی بسیار مفید خواهد بود، توسط فضانوردان شوروی به دست آمد.

ایستگاه فضایی سالیوت-7 برای روزهای زیادی در مدار بود که مشخص شد قدرت نیروگاه خورشیدی کشتی ممکن است برای انجام آزمایش‌های متعدد برنامه‌ریزی شده توسط دانشمندان کافی نباشد. طراحی Salyut-7 امکان نصب باتری های اضافی را فراهم کرده است. تنها چیزی که باقی مانده بود تحویل ماژول های خورشیدی به مدار و تقویت آنها در مکان مناسب، یعنی انجام عملیات نصب ظریف در فضای بیرونی بود. فضانوردان اتحاد جماهیر شوروی به خوبی با این کار دشوار کنار آمدند.

دو پنل خورشیدی جدید به مدار تحویل داده شد

روی ماهواره Kosmos-1443 در بهار 1983. خدمه سایوز T-9 - فضانوردان V. Lyakhov و A. Aleksandrov - آنها را به عرشه Salyut-7 منتقل کردند. اکنون باید در فضای بیرونی کار انجام شود.

پانل های خورشیدی اضافی در 1 و 3 نوامبر 1983 نصب شد. کار دقیق و روشمند فضانوردان در شرایط فوق العاده دشوار فضای بیرونی توسط میلیون ها بیننده تلویزیونی دیده شد. پیچیده ترین عملیات نصب به خوبی انجام شد. ماژول های جدید تولید برق را بیش از یک و نیم برابر افزایش دادند.

اما این کافی نبود. نمایندگان خدمه بعدی Salyut-7-L. Kizim و V. Solovyov (دکتر O. Atkov در فضا با آنها بود) - در 18 مه 1984، پانل های خورشیدی اضافی بر روی بال های ایستگاه نصب شد.

برای طراحان آینده نیروگاه‌های فضایی بسیار مهم است که بدانند شرایط غیرعادی فضا - خلاء تقریباً مطلق، سرمای باورنکردنی فضای بیرونی، تابش شدید خورشید، بمباران توسط میکروشهاب‌سنگ‌ها و غیره - چگونه بر وضعیت مواد تأثیر می‌گذارد. که از آن پنل های خورشیدی ساخته می شود. آنها با مطالعه نمونه های تحویل داده شده به زمین از سالیوت-7، پاسخ بسیاری از سؤالات را دریافت می کنند. باتری‌های این کشتی بیش از دو سال بود که در فضا کار می‌کردند که S. Savitskaya، اولین زن در جهان که دو بار به فضا سفر کرد و پیاده‌روی فضایی انجام داد، از یک ابزار جهانی برای جدا کردن قطعات پنل‌های خورشیدی استفاده کرد. اکنون آنها توسط دانشمندانی با تخصص های مختلف مورد مطالعه قرار می گیرند تا مشخص شود که چه مدت می توانند بدون جایگزینی در فضا کار کنند.

ایستگاه حرارتی فضایی

مشکلات فنی که طراحان نیروگاه های فضایی باید بر آنها غلبه کنند، بسیار بزرگ هستند، اما اساسا قابل حل هستند. مورد دیگر اقتصادی بودن چنین ساختارهایی است. برخی تخمین ها در حال حاضر انجام شده است، اگرچه محاسبات اقتصادی نیروگاه های فضایی را فقط می توان بسیار تقریبی انجام داد. ساخت نیروگاه فضایی تنها زمانی سودآور خواهد بود که هزینه هر کیلووات ساعت انرژی تولید شده تقریباً با هزینه انرژی تولید شده در زمین برابر باشد. به گفته کارشناسان آمریکایی، برای برآورده شدن این شرط، هزینه یک نیروگاه خورشیدی در فضا نباید بیش از 8 میلیارد دلار باشد. اگر هزینه یک کیلووات برق تولید شده توسط پنل های خورشیدی 10 برابر (در مقایسه با نمونه موجود) کاهش یابد و هزینه تحویل محموله به مدار به همان میزان کاهش یابد، می توان به این مقدار دست یافت. و اینها کارهای فوق العاده دشواری هستند. ظاهراً در دهه های آینده بعید است بتوانیم از برق فضایی استفاده کنیم.

اما در فهرست ذخایر بشریت، این منبع انرژی قطعا در یکی از اولین مکان ها ظاهر می شود.

وزارت آموزش و پرورش جمهوری بلاروس

موسسه تحصیلی

"دانشگاه دولتی آموزشی بلاروس به نام ماکسیم تانک"

گروه فیزیک عمومی و نظری

درس فیزیک عمومی

انرژی خورشیدی و چشم انداز استفاده از آن

دانش آموزان گروه 321

دانشکده فیزیک

لشکویچ سوتلانا والریونا

مشاور علمی:

فدورکوف چسلاو میخائیلوویچ

مینسک، 2009

معرفی

1. اطلاعات کلی در مورد خورشید

2. خورشید منبع انرژی است

2.1 تحقیق در مورد انرژی خورشیدی

2.2 پتانسیل انرژی خورشیدی

3. استفاده از انرژی خورشیدی

3.1 استفاده غیرفعال از انرژی خورشیدی

3.2 استفاده فعال از انرژی خورشیدی

3.2.1 کلکتورهای خورشیدی و انواع آنها

3.2.2 سیستم های خورشیدی

3.2.3 نیروگاه های حرارتی خورشیدی

3.3 سیستم های فتوولتائیک

4. معماری خورشیدی

نتیجه

فهرست منابع استفاده شده

معرفی

خورشید نقش استثنایی در حیات زمین دارد. کل جهان ارگانیک سیاره ما وجود خود را مدیون خورشید است. خورشید نه تنها منبع نور و گرما است، بلکه منبع اصلی بسیاری از انواع دیگر انرژی (نفت، زغال سنگ، آب، باد) است.

از لحظه ای که انسان روی زمین ظاهر شد، شروع به استفاده از انرژی خورشید کرد. با توجه به داده های باستان شناسی، مشخص است که برای مسکن ترجیح داده می شود مکان های آرام، در پناه بادهای سرد و باز به نور خورشید.

شاید بتوان اولین هلیوسیستم شناخته شده را مجسمه آمنهوتپ سوم دانست که قدمت آن به قرن پانزدهم قبل از میلاد برمی گردد. در داخل مجسمه سیستمی از اتاقک های هوا و آب وجود داشت که زیر پرتوهای خورشید یک آلت موسیقی پنهان را به حرکت در می آورد. در یونان باستان، هلیوس پرستش می شد. نام این خدا امروزه اساس بسیاری از اصطلاحات مرتبط با انرژی خورشیدی را تشکیل می دهد.

مشکل تأمین انرژی الکتریکی برای بسیاری از بخش‌های اقتصاد جهان و نیازهای روزافزون جمعیت زمین اکنون بیش از پیش ضروری شده است.

1. اطلاعات کلی در مورد خورشید

خورشید جسم مرکزی منظومه شمسی است، یک توپ پلاسمای داغ، یک ستاره کوتوله معمولی از کلاس طیفی G2.

ویژگی های خورشید

1. جرم MS ~2*1023 کیلوگرم

2. RS ~629 هزار کیلومتر

3. V= 1.41*1027 m3 که تقریباً 1300 هزار برابر حجم زمین است.

4. تراکم متوسط ​​1.41 * 103 کیلوگرم بر متر مکعب،

5. درخشندگی LS = 3.86 * 1023 کیلو وات،

6. دمای سطح موثر (فتوسفر) 5780 K،

7. دوره چرخش (سینودیک) از 27 روز در استوا تا 32 روز متغیر است. در قطب ها،

8. شتاب گرانش 274 متر بر ثانیه (با چنین شتاب عظیم گرانش، وزن فردی با وزن 60 کیلوگرم بیش از 1.5 تن خواهد بود).

ساختار خورشید

در قسمت مرکزی خورشید منبعی از انرژی آن یا به زبان مجازی آن «اجاق گاز» وجود دارد که آن را گرم می کند و اجازه نمی دهد خنک شود. این ناحیه هسته نامیده می شود (شکل 1 را ببینید). در هسته، جایی که دما به 15 MK می رسد، انرژی آزاد می شود. شعاع هسته بیش از یک چهارم شعاع کل خورشید نیست. با این حال، نیمی از جرم خورشید در حجم آن متمرکز است و تقریباً تمام انرژی که درخشش خورشید را پشتیبانی می کند آزاد می شود.

بلافاصله در اطراف هسته، منطقه ای از انتقال انرژی تابشی آغاز می شود، جایی که از طریق جذب و انتشار بخش هایی از نور - کوانتومی - توسط ماده پخش می شود. مدت زمان زیادی طول می کشد تا یک کوانتوم از طریق ماده متراکم خورشیدی به خارج نفوذ کند. بنابراین اگر "اجاق" درون خورشید ناگهان خاموش شود، ما فقط میلیون ها سال بعد از آن مطلع خواهیم شد.

برنج. 1 ساختار خورشید

جریان انرژی در مسیر خود از طریق لایه های داخلی خورشیدی با منطقه ای مواجه می شود که در آن کدورت گاز به شدت افزایش می یابد. این منطقه همرفتی خورشید است. در اینجا انرژی نه از طریق تشعشع، بلکه از طریق همرفت منتقل می شود. منطقه همرفتی تقریباً از شعاع 0.7 از مرکز شروع می شود و تقریباً تا قابل مشاهده ترین سطح خورشید (فتوسفر) گسترش می یابد ، جایی که انتقال جریان اصلی انرژی دوباره تابشی می شود.

فتوسفر سطح تابشی خورشید است که ساختاری دانه‌دار به نام دانه‌بندی دارد. هر یک از این "دانه" تقریباً به اندازه آلمان است و نشان دهنده جریانی از ماده داغ است که به سطح آمده است. در فتوسفر اغلب می توانید مناطق تاریک نسبتا کوچک - لکه های خورشیدی را ببینید. آنها 1500 درجه سانتیگراد سردتر از فتوسفر اطراف هستند که دمای آن به 5800 درجه سانتیگراد می رسد. به دلیل تفاوت دما با فتوسفر، این لکه ها هنگام مشاهده از طریق تلسکوپ کاملا سیاه به نظر می رسند. در بالای فتوسفر لایه بعدی و کمیاب تر به نام کروموسفر وجود دارد، یعنی «کره رنگی». کروموسفر به دلیل رنگ قرمزش این نام را دریافت کرد. و در نهایت، بالای آن یک بخش بسیار داغ، اما همچنین بسیار کمیاب از جو خورشید وجود دارد - تاج.

2. خورشید منبع انرژی است

خورشید ما یک گلوله عظیم درخشان از گاز است که در آن فرآیندهای پیچیده ای انجام می شود و در نتیجه انرژی به طور مداوم آزاد می شود. انرژی خورشید منبع حیات در سیاره ماست. خورشید جو و سطح زمین را گرم می کند. به لطف انرژی خورشیدی، بادها می وزند، چرخه آب در طبیعت رخ می دهد، دریاها و اقیانوس ها گرم می شوند، گیاهان رشد می کنند و حیوانات غذا می گیرند. به لطف تشعشعات خورشیدی است که سوخت های فسیلی روی زمین وجود دارد. انرژی خورشیدی را می توان به گرما یا سرما، نیروی محرکه و الکتریسیته تبدیل کرد.

خورشید آب را از اقیانوس ها، دریاها و سطح زمین تبخیر می کند. این رطوبت را به قطرات آب تبدیل می کند و ابرها و مه ها را تشکیل می دهد و سپس باعث می شود که به شکل باران، برف، شبنم یا یخبندان به زمین برگردد و در نتیجه یک چرخه رطوبتی غول پیکر در جو ایجاد می کند.

انرژی خورشیدی منبع گردش عمومی جو و گردش آب در اقیانوس ها است. به نظر می رسد که سیستم غول پیکری از گرمایش آب و هوا در سیاره ما ایجاد می کند و گرما را در سطح زمین دوباره توزیع می کند.

نور خورشید که بر روی گیاهان می افتد، باعث فرآیند فتوسنتز می شود، رشد و نمو گیاهان را تعیین می کند. با قرار گرفتن بر روی خاک، تبدیل به گرما می شود، آن را گرم می کند، آب و هوای خاک را تشکیل می دهد و از این طریق به دانه های گیاه، میکروارگانیسم ها و موجودات زنده ساکن در آن نشاط می بخشد که بدون این گرما در حالت آنابیوز (خواب زمستانی) قرار می گیرند.

خورشید مقدار زیادی انرژی ساطع می کند - تقریباً 1.1x1020 کیلووات ساعت در ثانیه. کیلووات ساعت مقدار انرژی مورد نیاز برای کارکردن یک لامپ رشته ای 100 واتی به مدت 10 ساعت است. جو بیرونی زمین تقریباً یک میلیونم انرژی ساطع شده از خورشید یا تقریباً 1500 کوادریلیون (1.5 x 1018) کیلووات ساعت در سال را قطع می کند. با این حال، تنها 47 درصد از کل انرژی یا تقریباً 700 کوادریلیون (7×1017) کیلووات ساعت به سطح زمین می رسد. 30 درصد باقیمانده انرژی خورشیدی به فضا بازتاب می‌شود، تقریباً 23 درصد آب را تبخیر می‌کند، 1 درصد انرژی از امواج و جریان‌ها و 0.01 درصد از فرآیند فتوسنتز در طبیعت می‌آید.

2.1 تحقیق در مورد انرژی خورشیدی

چرا خورشید برای میلیاردها سال می تابد و خنک نمی شود؟ چه "سوختی" به آن انرژی می دهد؟ قرن هاست که دانشمندان به دنبال پاسخ برای این سوال بوده اند و تنها در آغاز قرن بیستم راه حل درستی پیدا شد. اکنون مشخص شده است که مانند سایر ستارگان به دلیل واکنش های گرما هسته ای که در اعماق آن رخ می دهد می درخشد.

اگر هسته اتم های عناصر سبک در هسته یک اتم عنصر سنگین تر ادغام شوند، جرم عنصر جدید کمتر از مجموع جرم آنهایی است که از آنها تشکیل شده است. باقیمانده جرم به انرژی تبدیل می شود که توسط ذرات آزاد شده در طی واکنش منتقل می شود. این انرژی تقریباً به طور کامل به گرما تبدیل می شود. این واکنش همجوشی هسته های اتمی تنها در فشار بسیار بالا و دمای بالای 10 میلیون درجه رخ می دهد. به همین دلیل به آن گرما هسته ای می گویند.

ماده اصلی تشکیل دهنده خورشید هیدروژن است که حدود 71 درصد از کل جرم ستاره را تشکیل می دهد. تقریباً 27٪ متعلق به هلیم است و 2٪ باقی مانده از عناصر سنگین تر مانند کربن، نیتروژن، اکسیژن و فلزات به دست می آید. "سوخت" اصلی خورشید هیدروژن است. از چهار اتم هیدروژن، در نتیجه یک زنجیره تبدیل، یک اتم هلیوم تشکیل می شود. و از هر گرم هیدروژن شرکت کننده در واکنش، 6x1011 J انرژی آزاد می شود! در زمین، این مقدار انرژی برای گرم کردن 1000 متر مکعب آب از دمای 0 درجه سانتیگراد تا نقطه جوش کافی است.

2.2 پتانسیل انرژی خورشیدی

خورشید 10000 برابر بیشتر از آنچه در سراسر جهان استفاده می شود، انرژی رایگان به ما می دهد. فقط کمتر از 85 تریلیون (8.5 x 1013) کیلووات ساعت انرژی در سال تنها در بازار تجاری جهانی خرید و فروش می شود. از آنجا که نظارت بر کل فرآیند غیرممکن است، نمی توان با قطعیت گفت که مردم چقدر انرژی غیرتجاری مصرف می کنند (مثلاً چقدر چوب و کود جمع آوری شده و سوزانده می شود، چقدر آب برای تولید انرژی مکانیکی یا الکتریکی مصرف می شود. ). برخی کارشناسان تخمین می زنند که چنین انرژی های غیرتجاری یک پنجم کل انرژی مصرفی را تشکیل می دهد. اما حتی اگر اینطور باشد، کل انرژی مصرف شده توسط بشر در طول سال تنها تقریباً یک هفت هزارم انرژی خورشیدی است که در همان دوره به سطح زمین برخورد می کند.

در کشورهای توسعه یافته مانند ایالات متحده آمریکا، مصرف انرژی تقریباً 25 تریلیون (2.5 x 1013) کیلووات ساعت در سال است که معادل بیش از 260 کیلووات ساعت برای هر نفر در روز است. این رقم معادل کارکردن بیش از صد لامپ رشته ای 100 واتی برای یک روز کامل در هر روز است. یک شهروند آمریکایی متوسط ​​33 برابر بیشتر از یک هندی، 13 برابر بیشتر از یک چینی، دو و نیم برابر بیشتر از یک ژاپنی و دو برابر یک سوئدی انرژی مصرف می کند.

3. استفاده از انرژی خورشیدی

تابش خورشید را می توان با استفاده از سیستم های خورشیدی به اصطلاح فعال و غیرفعال به انرژی مفید تبدیل کرد. سیستم های غیرفعال با طراحی ساختمان ها و انتخاب مصالح ساختمانی برای حداکثر استفاده از انرژی خورشیدی به دست می آیند. سیستم های خورشیدی فعال شامل کلکتورهای خورشیدی است. سیستم های فتوولتائیک نیز در حال حاضر در حال توسعه هستند - اینها سیستم هایی هستند که تشعشعات خورشیدی را مستقیماً به برق تبدیل می کنند.

انرژی خورشیدی نیز به طور غیرمستقیم با تبدیل شدن به سایر اشکال انرژی مانند انرژی زیست توده، باد یا آب به انرژی مفید تبدیل می شود. انرژی خورشید، آب و هوای زمین را "کنترل" می کند. سهم بزرگی از تابش خورشیدی توسط اقیانوس ها و دریاها جذب می شود، آبی که در آن گرم می شود، تبخیر می شود و به شکل باران به زمین می افتد و نیروگاه های برق آبی "تغذیه" می کند. باد مورد نیاز توربین های بادی به دلیل گرمایش غیر یکنواخت هوا تولید می شود. دسته دیگری از منابع انرژی تجدیدپذیر ناشی از انرژی خورشیدی زیست توده هستند. گیاهان سبز نور خورشید را جذب می کنند و در نتیجه فتوسنتز مواد آلی در آنها تشکیل می شود که متعاقباً می توان از آنها انرژی حرارتی و الکتریکی به دست آورد. بنابراین، انرژی باد، آب و زیست توده مشتقات انرژی خورشیدی هستند.

انرژی نیروی محرکه هر تولیدی است. این واقعیت که مردم مقدار زیادی انرژی نسبتا ارزان در اختیار داشتند به صنعتی شدن و توسعه جامعه کمک زیادی کرد.

3.1 استفاده غیرفعال از انرژی خورشیدی

نیروگاه حرارتی انرژی خورشیدی

ساختمان‌های خورشیدی غیرفعال ساختمان‌هایی هستند که به گونه‌ای طراحی شده‌اند که حداکثر شرایط آب و هوایی محلی را در نظر بگیرند و در مواردی که از فناوری‌ها و مواد مناسب برای گرم کردن، خنک کردن و روشنایی ساختمان با استفاده از انرژی خورشیدی استفاده می‌شود. اینها شامل تکنیک‌ها و مصالح ساختمانی سنتی مانند عایق، کف جامد و پنجره‌های رو به جنوب است. چنین محله های زندگی را می توان در برخی موارد بدون هزینه اضافی ساخت. در موارد دیگر، هزینه های اضافی در طول ساخت و ساز می تواند با کاهش هزینه های انرژی جبران شود. ساختمان های خورشیدی غیرفعال سازگار با محیط زیست هستند و به استقلال انرژی و آینده ای پایدار از نظر انرژی کمک می کنند.

در یک منظومه خورشیدی غیرفعال، ساختار ساختمان خود به عنوان جمع کننده تابش خورشید عمل می کند. این تعریف با اکثر ساده ترین سیستم هایی مطابقت دارد که در آن گرما در ساختمان به لطف دیوارها، سقف ها یا کف آن ذخیره می شود. همچنین سیستم هایی وجود دارند که عناصر خاصی را برای ذخیره گرما، در ساختار ساختمان (به عنوان مثال، جعبه هایی با سنگ یا مخازن یا بطری های پر از آب) فراهم می کنند. چنین سیستم هایی به عنوان غیرفعال خورشیدی نیز طبقه بندی می شوند.

3.2 استفاده فعال از انرژی خورشیدی

استفاده فعال از انرژی خورشیدی با استفاده از کلکتورهای خورشیدی و سیستم های خورشیدی انجام می شود.

3.2.1 کلکتورهای خورشیدی و انواع آنها

بسیاری از سیستم های انرژی خورشیدی مبتنی بر استفاده از کلکتورهای خورشیدی هستند. کلکتور انرژی نور خورشید را جذب می کند و آن را به گرما تبدیل می کند که به خنک کننده (مایع یا هوا) منتقل می شود و سپس برای گرم کردن ساختمان ها، گرم کردن آب، تولید برق، خشک کردن محصولات کشاورزی یا پخت غذا استفاده می شود. کلکتورهای خورشیدی را می توان تقریباً در تمام فرآیندهایی که از گرما استفاده می کنند استفاده کرد.

فناوری ساخت کلکتورهای خورشیدی در سال 1908 به سطوح تقریباً مدرن رسید، زمانی که ویلیام بیلی از شرکت فولاد کارنگی آمریکا کلکتوری با بدنه عایق حرارتی و لوله‌های مسی اختراع کرد. این کلکتور بسیار شبیه به یک سیستم ترموسیفون مدرن بود. تا پایان جنگ جهانی اول، بیلی 4000 عدد از این منیفولدها را فروخت و تاجر فلوریدا که پتنت را از او خرید تا سال 1941 نزدیک به 60000 فروخته بود.

یک کلکتور خورشیدی معمولی انرژی خورشیدی را در ماژول‌های لوله‌ها و صفحات فلزی نصب شده روی سقف ذخیره می‌کند که برای به حداکثر رساندن جذب تشعشع به رنگ سیاه رنگ شده‌اند. آنها در یک محفظه شیشه ای یا پلاستیکی محصور شده اند و به سمت جنوب کج می شوند تا حداکثر نور خورشید را جذب کنند. بنابراین، کلکتور یک گلخانه مینیاتوری است که گرما را در زیر یک صفحه شیشه ای جمع می کند. از آنجایی که تشعشعات خورشیدی بر روی سطح پخش می شود، کلکتور باید مساحت زیادی داشته باشد.

کلکتورهای خورشیدی در اندازه ها و طرح های مختلف بسته به کاربرد آنها وجود دارد. آنها می توانند آب گرم خانوارها را برای شستشو، حمام کردن و پخت و پز تهیه کنند یا برای پیش گرم کردن آب برای آبگرمکن های موجود استفاده شوند. در حال حاضر، بازار مدل های مختلفی از کلکسیونرها را ارائه می دهد.

منیفولد یکپارچه

ساده ترین نوع کلکتور خورشیدی، کلکتور خازنی یا ترموسیفون است که این نام را دریافت کرده است زیرا کلکتور یک مخزن ذخیره گرما است که در آن بخش یکبار مصرف آب گرم و ذخیره می شود. از چنین کلکتورهایی برای پیش گرم کردن آب استفاده می شود که سپس در تاسیسات سنتی، به عنوان مثال، در آبفشان ها، تا دمای مطلوب گرم می شود. در شرایط خانگی، آب از قبل گرم شده به مخزن ذخیره می شود. این باعث کاهش مصرف انرژی برای گرمایش بعدی می شود. این کلکتور جایگزین کم هزینه ای برای سیستم گرمایش آب خورشیدی فعال است که از قطعات متحرک (پمپ) استفاده نمی کند، به حداقل تعمیر و نگهداری نیاز دارد و هزینه های عملیاتی آن صفر است.

کلکتورهای صفحه تخت

کلکتورهای صفحه تخت رایج ترین نوع کلکتورهای خورشیدی هستند که در سیستم های گرمایش و گرمایش آب خانگی مورد استفاده قرار می گیرند. به طور معمول، این کلکتور یک جعبه فلزی عایق حرارتی با درب شیشه ای یا پلاستیکی است که یک صفحه جاذب با رنگ مشکی در آن قرار می گیرد. لعاب می تواند شفاف یا مات باشد. کلکتورهای صفحه تخت معمولاً از شیشه مات و فقط سبک با محتوای آهن کم استفاده می کنند (به بخش قابل توجهی از نور خورشید که وارد کلکتور می شود اجازه عبور می دهد). نور خورشید به صفحه دریافت کننده گرما برخورد می کند و به لطف لعاب، اتلاف گرما کاهش می یابد. دیواره های پایین و کناری کلکتور با مواد عایق حرارتی پوشانده شده است که باعث کاهش تلفات حرارتی می شود.

کلکتورهای صفحه تخت به دو دسته مایع و هوا تقسیم می شوند. هر دو نوع کلکتور لعاب دار یا بدون لعاب هستند.

کلکتورهای تخلیه لوله ای خورشیدی

کلکتورهای خورشیدی صفحه تخت ساده و سنتی برای استفاده در مناطقی با آب و هوای گرم و آفتابی طراحی شده اند. آنها به شدت در روزهای نامساعد - در هوای سرد، ابری و بادی، کارایی خود را از دست می دهند. علاوه بر این، تراکم و رطوبت ناشی از شرایط آب و هوایی منجر به سایش زودرس مواد داخلی می شود و این به نوبه خود منجر به بدتر شدن عملکرد سیستم و خرابی آن می شود. این معایب با استفاده از منیفولدهای تخلیه شده برطرف می شوند.

کلکتورهای تخلیه شده آب را برای مصارف خانگی گرم می کنند که در آن آب با دمای بالاتر مورد نیاز است. تابش خورشیدی از لوله شیشه ای بیرونی عبور می کند، به لوله جاذب برخورد می کند و به گرما تبدیل می شود. به مایعی که در لوله جریان دارد منتقل می شود. کلکتور از چندین ردیف لوله شیشه ای موازی تشکیل شده است که هر یک از آنها به یک جاذب لوله ای (به جای صفحه جاذب در کلکتورهای صفحه تخت) با یک پوشش انتخابی متصل شده است. مایع گرم شده از طریق مبدل حرارتی به گردش در می آید و گرما را به آب موجود در مخزن ذخیره می کند.

خلاء در لوله شیشه ای - بهترین عایق حرارتی ممکن برای کلکتور - اتلاف گرما را کاهش می دهد و از جاذب و لوله حرارتی در برابر تأثیرات نامطلوب خارجی محافظت می کند. نتیجه عملکرد عالی، برتر از هر نوع کلکتور خورشیدی دیگری است.

جمع آوری متمرکز

کلکتورهای متمرکز ( متمرکز کننده ) از سطوح آینه ای برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی بر روی یک جاذب استفاده می کنند که به آن هیت سینک نیز می گویند. دمایی که آنها به دست می آورند به طور قابل توجهی بالاتر از کلکتورهای صفحه تخت است، اما آنها فقط می توانند تابش مستقیم خورشید را متمرکز کنند، که منجر به عملکرد ضعیف در هوای مه آلود یا ابری می شود. سطح آینه نور خورشید منعکس شده از یک سطح بزرگ را بر روی سطح جاذب کوچکتر متمرکز می کند و در نتیجه به دمای بالایی دست می یابد. برخی از مدل ها تابش خورشید را در یک نقطه کانونی متمرکز می کنند، در حالی که برخی دیگر پرتوهای خورشید را در امتداد یک خط کانونی نازک متمرکز می کنند. گیرنده در نقطه کانونی یا در امتداد خط کانونی قرار دارد. سیال خنک کننده از گیرنده عبور می کند و گرما را جذب می کند. چنین کلکتورهای متمرکز برای مناطق با تابش زیاد - نزدیک به استوا و در مناطق بیابانی مناسب ترین هستند.

کلکتورهای خورشیدی ارزان و ساده دیگری برای مقاصد باریک وجود دارد - کوره های خورشیدی (برای پخت و پز) و تقطیرهای خورشیدی که به شما امکان می دهند تقریباً از هر منبعی آب مقطر را ارزان تهیه کنید.

کوره های خورشیدی

آنها ارزان هستند و به راحتی ساخته می شوند. آنها از یک جعبه بزرگ و عایق بندی شده تشکیل شده اند که با مواد منعکس کننده نور (مانند فویل) پوشانده شده است، با شیشه پوشانده شده و مجهز به بازتابنده خارجی است. تابه سیاه به عنوان جاذب عمل می کند و سریعتر از ظروف معمولی آلومینیومی یا فولادی ضد زنگ گرم می شود. از اجاق های خورشیدی می توان برای ضد عفونی کردن آب با جوشاندن آن استفاده کرد.

کوره های خورشیدی جعبه ای و آینه ای (با بازتابنده) وجود دارد.

دستگاه های ثابت خورشیدی

دستگاه های تقطیر خورشیدی آب مقطر ارزان قیمت را حتی از آب شور یا بسیار آلوده تهیه می کنند. آنها بر اساس اصل تبخیر آب از یک ظرف باز هستند. یک دستگاه تقطیر خورشیدی از انرژی خورشید برای تسریع این فرآیند استفاده می کند. از یک ظرف تیره رنگ و عایق با لعاب تشکیل شده است که به گونه ای کج شده است که آب شیرین متراکم شده به یک ظرف مخصوص جریان می یابد. یک تقطیر خورشیدی کوچک - به اندازه یک اجاق گاز آشپزخانه - می تواند تا ده لیتر آب مقطر در یک روز آفتابی تولید کند.

3.2.2 سیستم های خورشیدی

سیستم های آب گرم خورشیدی

آب گرم رایج ترین کاربرد مستقیم انرژی خورشیدی است. یک تاسیسات معمولی شامل یک یا چند کلکتور است که مایع در آن توسط خورشید گرم می شود و همچنین یک مخزن برای ذخیره آب گرم گرم شده توسط سیال گرمایشی. حتی در مناطقی که تابش خورشیدی نسبتاً کمی دارند، مانند شمال اروپا، منظومه شمسی می تواند 50 تا 70 درصد نیاز آب گرم را تامین کند. دریافت بیشتر غیرممکن است، مگر از طریق مقررات فصلی. در جنوب اروپا، انرژی خورشیدی می تواند 70 تا 90 درصد از مصرف آب گرم را تامین کند. گرم کردن آب با استفاده از انرژی خورشیدی یک روش بسیار کاربردی و اقتصادی است. در حالی که سیستم‌های فتوولتائیک بازدهی 10-15% را به دست می‌آورند، سیستم‌های خورشیدی حرارتی بازدهی 50-90% را به دست می‌آورند. هنگامی که با اجاق های چوبی ترکیب می شود، نیازهای آب گرم خانگی را می توان تقریباً در تمام طول سال بدون استفاده از سوخت های فسیلی برآورده کرد.

سیستم های خورشیدی ترموسیفون

Thermosyphon سیستم های گرمایش آب خورشیدی با گردش طبیعی (همرفت) مایع خنک کننده هستند که در شرایط گرم زمستانی (در صورت عدم وجود یخبندان) استفاده می شوند. به طور کلی اینها کارآمدترین سیستم های انرژی خورشیدی نیستند، اما از دیدگاه ساختمان خانه دارای مزایای زیادی هستند. گردش ترموسیفون مایع خنک کننده به دلیل تغییر در چگالی آب با تغییر دمای آن رخ می دهد. سیستم ترموسیفون به سه بخش اصلی تقسیم می شود:

· کلکتور مسطح (جاذب)؛

· خطوط لوله؛

· مخزن ذخیره آب گرم (دیگ بخار).

هنگامی که آب در کلکتور (معمولاً صاف) گرم می شود، از طریق رایزر بالا می رود و وارد مخزن ذخیره می شود. در جای خود، آب سرد از پایین مخزن ذخیره وارد کلکتور می شود. بنابراین لازم است کلکتور در زیر مخزن ذخیره قرار داده شود و لوله های رابط عایق بندی شوند.

چنین تاسیساتی در مناطق نیمه گرمسیری و گرمسیری محبوب هستند.

سیستم های آب گرمایش خورشیدی

اغلب برای گرم کردن استخرهای شنا استفاده می شود. اگرچه هزینه چنین نصبی بسته به اندازه استخر و سایر شرایط خاص متفاوت است، اما زمانی که سیستم های خورشیدی برای کاهش یا حذف مصرف سوخت یا برق نصب می شوند، هزینه های خود را طی دو تا چهار سال از طریق صرفه جویی در انرژی پرداخت می کنند. علاوه بر این، گرم کردن استخر به شما این امکان را می دهد که فصل شنا را چندین هفته بدون هزینه اضافی افزایش دهید.

نصب بخاری استخر خورشیدی در اکثر ساختمان ها کار سختی نیست. می تواند به یک شیلنگ سیاه ساده که آب استخر را تامین می کند، برسد. برای استخرهای روباز فقط باید یک جاذب نصب کنید. استخرهای سرپوشیده نیاز به نصب کلکتورهای استاندارد برای تامین آب گرم حتی در زمستان دارند.

ذخیره سازی حرارت فصلی

همچنین تاسیساتی وجود دارد که به شما امکان می دهد در زمستان از گرمای جمع شده در تابستان توسط کلکتورهای خورشیدی و ذخیره شده با استفاده از مخازن ذخیره سازی بزرگ (ذخیره فصلی) استفاده کنید. مشکل اینجاست که مقدار مایع مورد نیاز برای گرم کردن خانه با حجم خود خانه قابل مقایسه است. علاوه بر این، ذخیره سازی حرارت باید به خوبی عایق بندی شود. برای اینکه یک مخزن ذخیره سازی معمولی خانه بتواند بیشتر گرمای خود را به مدت شش ماه حفظ کند، باید در لایه ای از عایق به ضخامت 4 متر پیچیده شود. بنابراین، مفید است که حجم مخزن ذخیره سازی بسیار زیاد باشد. به همین دلیل، نسبت سطح به حجم کاهش می یابد.

تاسیسات بزرگ گرمایش منطقه ای خورشیدی در دانمارک، سوئد، سوئیس، فرانسه و ایالات متحده آمریکا استفاده می شود. ماژول های خورشیدی مستقیماً روی زمین نصب می شوند. بدون ذخیره سازی، چنین تاسیسات گرمایش خورشیدی می تواند حدود 5٪ از نیاز گرمای سالانه را پوشش دهد، زیرا نصب نباید بیش از حداقل مقدار گرمای مصرفی، از جمله تلفات در سیستم گرمایش منطقه (تا 20٪ در طول انتقال) تولید کند. اگر ذخیره گرمای روز در شب وجود داشته باشد، یک سیستم گرمایش خورشیدی می تواند 10-12٪ تقاضای گرما را پوشش دهد، از جمله تلفات انتقال، و با ذخیره گرمای فصلی - تا 100٪. همچنین امکان ترکیب گرمایش منطقه ای با کلکتورهای خورشیدی فردی وجود دارد. سیستم گرمایش شهری را می توان در تابستان که آب گرم خورشید تامین می شود و نیازی به گرمایش نیست خاموش کرد.

ترکیب انرژی خورشیدی با سایر منابع تجدیدپذیر.

یک نتیجه خوب از ترکیب منابع مختلف انرژی تجدید پذیر حاصل می شود، به عنوان مثال، گرمای خورشیدی همراه با ذخیره گرمای فصلی در قالب زیست توده. یا اگر نیاز به انرژی باقیمانده بسیار کم باشد، می‌توان از سوخت‌های زیستی مایع یا گازی در ترکیب با دیگ‌های کارآمد برای تکمیل گرمایش خورشیدی استفاده کرد.

یک ترکیب جالب گرمایش خورشیدی و دیگهای بخار زیست توده جامد است. این نیز مشکل ذخیره فصلی انرژی خورشیدی را حل می کند. استفاده از زیست توده در تابستان راه حل بهینه ای نیست، زیرا بازده دیگ ها در بار جزئی کم است و تلفات در لوله ها نسبتاً زیاد است - و در سیستم های کوچک، سوزاندن چوب در تابستان می تواند باعث ناراحتی شود. در چنین مواقعی می توان 100 درصد بار گرمای تابستان را از طریق گرمایش خورشیدی تامین کرد. در زمستان که مقدار انرژی خورشیدی ناچیز است، تقریباً تمام گرما از سوزاندن زیست توده تولید می شود.

اروپای مرکزی تجربه گسترده ای در ترکیب گرمایش خورشیدی و احتراق زیست توده برای تولید گرما دارد. به طور معمول، حدود 20-30٪ از کل بار حرارتی توسط منظومه شمسی پوشش داده می شود و بار اصلی (70-80٪) از زیست توده تامین می شود. این ترکیب را می توان هم در ساختمان های مسکونی فردی و هم در سیستم های گرمایش مرکزی (منطقه ای) استفاده کرد. در اروپای مرکزی، حدود 10 متر مکعب زیست توده (به عنوان مثال، هیزم) برای گرم کردن یک خانه خصوصی کافی است، و نصب خورشیدی به صرفه جویی در 3 متر مکعب هیزم در سال کمک می کند.

3.2.3 نیروگاه های حرارتی خورشیدی

علاوه بر استفاده مستقیم از گرمای خورشیدی، در مناطقی با تابش خورشیدی بالا می توان از آن برای تولید بخار استفاده کرد که توربین را می چرخاند و برق تولید می کند. تولید انرژی حرارتی خورشیدی در مقیاس بزرگ کاملاً رقابتی است. کاربردهای صنعتی این فناوری به دهه 1980 برمی گردد. از آن زمان، این صنعت به سرعت رشد کرده است. در حال حاضر، شرکت های آب و برق ایالات متحده در حال حاضر بیش از 400 مگاوات نیروگاه حرارتی خورشیدی نصب کرده اند که برق 350000 نفر را تامین می کند و معادل 2.3 میلیون بشکه نفت در سال را جایگزین می کند. 9 نیروگاه واقع در صحرای موهاوی (در ایالت کالیفرنیای ایالات متحده) دارای 354 مگاوات ظرفیت نصب شده و 100 سال تجربه عملیات صنعتی انباشته شده اند. این فناوری به قدری پیشرفته است که به گفته مقامات می تواند با فناوری های سنتی تولید برق در بسیاری از مناطق ایالات متحده رقابت کند. پروژه های استفاده از گرمای خورشیدی برای تولید برق نیز قرار است به زودی در سایر مناطق جهان آغاز شود. هند، مصر، مراکش و مکزیک در حال توسعه برنامه های مربوطه هستند و کمک های مالی برای تامین مالی آنها توسط تسهیلات جهانی محیط زیست (GEF) ارائه می شود. در یونان، اسپانیا و ایالات متحده آمریکا، پروژه های جدیدی توسط تولیدکنندگان مستقل برق در حال توسعه است.

بر اساس روش تولید گرما، نیروگاه های حرارتی خورشیدی به متمرکز کننده های خورشیدی (آینه ای) و حوضچه های خورشیدی تقسیم می شوند.

متمرکز کننده های خورشیدی

چنین نیروگاه هایی انرژی خورشیدی را با استفاده از عدسی ها و بازتابنده ها متمرکز می کنند. از آنجایی که این گرما قابل ذخیره است، چنین نیروگاه هایی می توانند در هر آب و هوایی، در روز یا شب، برق تولید کنند.

آینه های بزرگ - چه نقطه ای یا خطی - پرتوهای خورشید را به حدی متمرکز می کنند که آب به بخار تبدیل می شود و انرژی کافی برای چرخش یک توربین آزاد می کند. شرکت "Luz Corp." مزارع عظیمی از چنین آینه هایی را در صحرای کالیفرنیا نصب کرد. آنها 354 مگاوات برق تولید می کنند. این سیستم ها می توانند انرژی خورشیدی را با بازدهی حدود 15 درصد به الکتریسیته تبدیل کنند.

کنسانتره های خورشیدی دارای انواع زیر هستند:

1. متمرکز کننده های سهموی خورشیدی

2. نصب دیش نوع خورشیدی

3. نیروگاه های خورشیدی از نوع برج با گیرنده مرکزی.

برکه های آفتابی

نه آینه های متمرکز و نه سلول های فتوولتائیک خورشیدی نمی توانند در شب انرژی تولید کنند. برای این منظور، انرژی خورشیدی انباشته شده در طول روز باید در مخازن ذخیره گرما ذخیره شود. این فرآیند به طور طبیعی در به اصطلاح حوضچه های خورشیدی اتفاق می افتد.

حوضچه های خورشیدی دارای غلظت بالایی از نمک در لایه های زیرین آب، یک لایه میانی غیر همرفتی آب که در آن غلظت نمک با عمق افزایش می یابد و یک لایه همرفتی با غلظت نمک کم در سطح آب دارند. نور خورشید روی سطح حوض می افتد و گرما در لایه های زیرین آب به دلیل غلظت زیاد نمک حفظ می شود. آب با شوری بالا که توسط انرژی خورشیدی جذب شده توسط کف حوض گرم می شود، به دلیل چگالی بالا نمی تواند بالا بیاید. در کف حوض باقی می ماند و به تدریج گرم می شود تا تقریباً بجوشد (در حالی که لایه های بالایی آب نسبتاً سرد می مانند). "آب نمک" کف داغ روز یا شب به عنوان منبع گرما استفاده می شود که به لطف آن یک توربین خنک کننده آلی خاص می تواند برق تولید کند. لایه میانی یک حوض خورشیدی به عنوان عایق حرارتی عمل می کند و از همرفت و از دست دادن گرما از پایین به سطح جلوگیری می کند. اختلاف دمای کف و سطح آب حوضچه برای تامین انرژی ژنراتور کافی است. مایع خنک‌کننده که از طریق لوله‌ها از لایه زیرین آب عبور می‌کند، سپس به سیستم بسته Rankine وارد می‌شود که در آن یک توربین برای تولید برق می‌چرخد.

3.3 سیستم های فتوولتائیک

دستگاه هایی که مستقیماً نور یا انرژی خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می کنند، فتوولتائیک می گویند (در انگلیسی Photovoltaics، از عکس یونانی - نور و نام واحد نیروی الکتروموتور - ولت). تبدیل نور خورشید به الکتریسیته در سلول های خورشیدی ساخته شده از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون اتفاق می افتد که هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید جریان الکتریکی تولید می کند. با اتصال سلول های فتوولتائیک به ماژول ها و آن ها به نوبه خود با یکدیگر، می توان ایستگاه های فتوولتائیک بزرگی ساخت. بزرگترین ایستگاه از این دست تا به امروز، نصب 5 مگاواتی Carrisa Plain در ایالت کالیفرنیای آمریکا است. راندمان تاسیسات فتوولتائیک در حال حاضر حدود 10٪ است، اما سلول های فتوولتائیک منفرد می توانند به راندمان 20٪ یا بیشتر برسند.

سیستم‌های فتوولتائیک خورشیدی کارکرد ساده‌ای دارند و هیچ مکانیسم متحرکی ندارند، اما سلول‌های فتوولتائیک خود حاوی دستگاه‌های نیمه‌رسانای پیچیده‌ای هستند که شبیه به آن‌هایی هستند که برای ساخت مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند. عملکرد فتوسل ها بر اساس اصل فیزیکی است که در آن جریان الکتریکی تحت تأثیر نور بین دو نیمه هادی با خواص الکتریکی متفاوت که با یکدیگر در تماس هستند ایجاد می شود. ترکیب چنین عناصری یک پانل یا ماژول فتوولتائیک را تشکیل می دهد. ماژول های فتوولتائیک به دلیل خواص الکتریکی خود، جریان مستقیم را به جای جریان متناوب تولید می کنند. این در بسیاری از دستگاه های ساده با باتری استفاده می شود. از طرف دیگر جریان متناوب در فواصل زمانی معین جهت خود را تغییر می دهد. این نوع برق توسط تولیدکنندگان انرژی تامین می شود و برای تامین برق اکثر وسایل برقی مدرن و وسایل الکترونیکی استفاده می شود. در ساده ترین سیستم ها، جریان مستقیم ماژول های فتوولتائیک به طور مستقیم استفاده می شود. در صورت نیاز به جریان متناوب، باید یک اینورتر به سیستم اضافه شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند.

در دهه های آینده، بخش قابل توجهی از جمعیت جهان با سیستم های فتوولتائیک آشنا خواهند شد. به لطف آنها، نیاز سنتی به ساخت نیروگاه های بزرگ و گران قیمت و سیستم های توزیع از بین خواهد رفت. با کاهش هزینه سلول های PV و بهبود فناوری، چندین بازار بالقوه بزرگ برای سلول های PV باز خواهد شد. به عنوان مثال، فتوسل های ساخته شده در مصالح ساختمانی، تهویه و روشنایی خانه ها را فراهم می کنند. محصولات مصرفی - از ابزارهای دستی گرفته تا خودروها - از استفاده از قطعات حاوی اجزای فتوولتائیک سود خواهند برد. شرکت های آب و برق همچنین قادر خواهند بود راه های جدیدی برای استفاده از سلول های خورشیدی برای رفع نیازهای عمومی بیابند.

ساده ترین سیستم های فتوولتائیک عبارتند از:

· پمپ های خورشیدی - واحدهای پمپاژ فتوولتائیک جایگزین مناسبی برای ژنراتورهای دیزلی و پمپ های دستی هستند. آنها آب را دقیقاً در زمانی که بیشتر مورد نیاز است - در یک روز آفتابی روشن پمپ می کنند. نصب و راه اندازی پمپ های خورشیدی آسان است. یک پمپ کوچک می تواند توسط یک نفر در چند ساعت نصب شود و نه به تجربه نیاز است و نه تجهیزات خاصی.

· سیستم های فتوولتائیک با باتری - باتری از یک ژنراتور خورشیدی شارژ می شود، انرژی را ذخیره می کند و آن را در هر زمان در دسترس قرار می دهد. حتی در نامطلوب ترین شرایط و در مکان های دور، انرژی فتوولتائیک ذخیره شده در باتری ها می تواند تجهیزات ضروری را تامین کند. به لطف ذخیره انرژی، سیستم های فتوولتائیک منبع قابل اعتمادی از برق را در روز یا شب در هر آب و هوایی ارائه می دهند. سیستم های فتوولتائیک مجهز به باتری، روشنایی، حسگرها، تجهیزات ضبط صدا، لوازم خانگی، تلفن، تلویزیون و ابزار برقی را در سراسر جهان تامین می کنند.

· سیستم های فتوولتائیک با ژنراتور - زمانی که به طور مداوم به الکتریسیته نیاز است یا دوره هایی وجود دارد که بیشتر از آنچه که باتری فتو به تنهایی تولید می کند مورد نیاز است، یک ژنراتور می تواند به طور موثر آن را تکمیل کند. در طول روز، ماژول های فتوولتائیک نیاز انرژی روزانه را برآورده می کنند و باتری را شارژ می کنند. هنگامی که باتری تخلیه می شود، موتور ژنراتور روشن می شود و تا زمانی که باتری ها شارژ شوند کار می کند. در برخی از سیستم ها، یک ژنراتور زمانی برق را تامین می کند که مصرف برق از ظرفیت کل باتری ها بیشتر باشد. موتور ژنراتور در هر زمانی از روز برق تولید می کند. بنابراین، منبع تغذیه پشتیبان بسیار خوبی برای پشتیبان گیری از ماژول های PV در معرض تغییرات آب و هوا در شب یا روز طوفانی است. از سوی دیگر، ماژول فتوولتائیک بی صدا عمل می کند، نیازی به تعمیر و نگهداری ندارد و آلاینده ها را در جو منتشر نمی کند. استفاده ترکیبی از سلول های فتوولتائیک و ژنراتورها می تواند هزینه اولیه سیستم را کاهش دهد. اگر نصب پشتیبان وجود نداشته باشد، ماژول های PV و باتری ها باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا برق را در شب تامین کنند.

· سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه - در شرایط منبع تغذیه متمرکز، یک سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه می تواند بخشی از بار مورد نیاز را تامین کند، در حالی که قسمت دیگر از شبکه تامین می شود. در این حالت از باتری استفاده نمی شود. هزاران صاحب خانه در سراسر جهان از چنین سیستم هایی استفاده می کنند. انرژی سلول های فتوولتائیک یا در محل استفاده می شود یا به شبکه تغذیه می شود. هنگامی که صاحب سیستم به برق بیشتری از تولید نیاز دارد - به عنوان مثال، در عصر، تقاضای افزایش یافته به طور خودکار توسط شبکه برآورده می شود. هنگامی که سیستم بیش از توان مصرفی خانوار برق تولید می کند، مازاد آن به شبکه ارسال می شود (فروخته می شود). بنابراین، شبکه برق به عنوان ذخیره ای برای سیستم فتوولتائیک عمل می کند، همانطور که یک باتری برای نصب خارج از شبکه عمل می کند.

· تاسیسات فتوولتائیک صنعتی - نیروگاه های فتوولتائیک بی صدا کار می کنند، سوخت های فسیلی مصرف نمی کنند و هوا و آب را آلوده نمی کنند. متأسفانه، ایستگاه های فتوولتائیک هنوز بخش بسیار پویایی از زرادخانه شبکه های آب و برق نیستند، که می توان با ویژگی های آنها توضیح داد. با روش فعلی محاسبه هزینه انرژی، برق خورشیدی هنوز به طور قابل توجهی گران تر از خروجی نیروگاه های سنتی است. علاوه بر این، سیستم های فتوولتائیک فقط در ساعات روز انرژی تولید می کنند و عملکرد آنها به آب و هوا بستگی دارد.

4. معماری خورشیدی

چندین راه اصلی برای استفاده غیرفعال از انرژی خورشیدی در معماری وجود دارد. با استفاده از آنها می توانید طرح های مختلفی را ایجاد کنید و از این طریق طرح های مختلف ساختمان را به دست آورید. اولویت ها در ساخت ساختمان با انرژی خورشیدی غیرفعال عبارتند از: موقعیت مکانی خوب خانه. تعداد زیادی پنجره رو به جنوب (در نیمکره شمالی) برای ورود بیشتر نور خورشید در زمستان (و بالعکس، تعداد کمی پنجره رو به شرق یا غرب برای محدود کردن ورود نور ناخواسته خورشید در تابستان). محاسبه صحیح بار حرارتی در داخل برای جلوگیری از نوسانات دمایی ناخواسته و حفظ گرما در شب، ساختار ساختمان به خوبی عایق شده است.

محل قرارگیری، عایق بندی، جهت گیری پنجره ها و بار حرارتی اتاق ها باید یک سیستم واحد را تشکیل دهد. برای کاهش نوسانات دمای داخلی، باید عایق در قسمت بیرونی ساختمان قرار گیرد. با این حال، در مناطقی که گرمایش داخلی سریع است، جایی که عایق کمی مورد نیاز است، یا جایی که ظرفیت حرارتی پایین است، عایق باید در داخل باشد. سپس طراحی ساختمان برای هر میکرو اقلیم بهینه خواهد بود. همچنین شایان ذکر است که تعادل صحیح بین بار حرارتی در محل و عایق نه تنها منجر به صرفه جویی در انرژی، بلکه به صرفه جویی در مصالح ساختمانی نیز می شود. ساختمان های خورشیدی غیرفعال مکانی ایده آل برای زندگی هستند. در اینجا ارتباط با طبیعت بیشتر احساس می شود، نور طبیعی زیادی در چنین خانه ای وجود دارد و باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

استفاده غیرفعال از نور خورشید تقریباً 15 درصد از نیازهای گرمایشی فضای یک ساختمان استاندارد را تأمین می کند و منبع مهمی برای صرفه جویی در انرژی است. هنگام طراحی ساختمان، اصول ساختمان خورشیدی غیرفعال باید در نظر گرفته شود تا حداکثر استفاده از انرژی خورشیدی انجام شود. این اصول را می توان در هر مکانی و تقریباً بدون هزینه اضافی اعمال کرد.

در طول طراحی ساختمان، استفاده از سیستم های خورشیدی فعال مانند کلکتورهای خورشیدی و پانل های فتوولتائیک نیز باید در نظر گرفته شود. این تجهیزات در ضلع جنوبی ساختمان نصب می شود. برای به حداکثر رساندن تولید گرما در زمستان، کلکتورهای خورشیدی در اروپا و آمریکای شمالی باید در زاویه ای بیش از 50 درجه نسبت به صفحه افقی نصب شوند. پانل های فتوولتائیک ثابت بیشترین مقدار تابش خورشیدی را در طول سال دریافت می کنند که زاویه شیب نسبت به افق برابر با عرض جغرافیایی است که ساختمان در آن قرار دارد. شیب سقف ساختمان و جهت جنوبی آن از نکات مهم در طراحی ساختمان است. کلکتورهای خورشیدی برای تامین آب گرم و پانل های فتوولتائیک باید در مجاورت محل مصرف انرژی قرار گیرند. مهم است که به یاد داشته باشید که موقعیت نزدیک حمام و آشپزخانه به شما امکان می دهد در نصب سیستم های خورشیدی فعال صرفه جویی کنید (در این حالت می توانید از یک کلکتور خورشیدی برای دو اتاق استفاده کنید) و تلفات انرژی را برای حمل و نقل به حداقل برسانید. معیار اصلی در انتخاب تجهیزات کارایی آن است.

نتیجه

در حال حاضر، تنها بخش کوچکی از انرژی خورشیدی استفاده می‌شود، زیرا سلول‌های خورشیدی موجود بازده نسبتاً پایینی دارند و ساخت آن بسیار گران است. با این حال، نباید فوراً منبع عملاً پایان ناپذیر انرژی پاک را رها کرد: به گفته کارشناسان، انرژی خورشیدی به تنهایی می تواند تمام نیازهای انرژی قابل تصور بشر را برای هزاران سال آینده پوشش دهد. همچنین می توان راندمان تاسیسات خورشیدی را چندین برابر افزایش داد و با قرار دادن آنها بر روی پشت بام منازل و در کنار آنها، گرمایش مسکن، گرمایش آب و کارکرد وسایل برقی خانگی را حتی در عرض های جغرافیایی معتدل تضمین کرد. به مناطق استوایی اشاره کنیم. برای نیازهای صنعتی که نیاز به انرژی زیادی دارند، می توان از زمین های بایر و بیابان های کیلومتری استفاده کرد که به طور کامل با نیروگاه های خورشیدی قدرتمند پوشیده شده اند. اما صنعت انرژی خورشیدی برای ساخت، استقرار و راه اندازی نیروگاه های خورشیدی در هزاران کیلومتر مربع از سطح زمین با مشکلات زیادی مواجه است. بنابراین، سهم کلی انرژی خورشیدی حداقل در آینده قابل پیش‌بینی بسیار کم بوده و خواهد ماند.

در حال حاضر، پروژه های فضایی جدیدی برای مطالعه خورشید در حال توسعه است، مشاهداتی در حال انجام است که ده ها کشور در آن شرکت می کنند. داده های مربوط به فرآیندهای رخ داده در خورشید با استفاده از تجهیزات نصب شده بر روی ماهواره های مصنوعی زمین و موشک های فضایی، در قله های کوه و در اعماق اقیانوس ها به دست می آید.

همچنین باید به این نکته توجه زیادی داشت که تولید انرژی که وسیله ای ضروری برای موجودیت و توسعه بشر است، بر طبیعت و محیط زیست انسان تأثیر می گذارد. از یک سو، گرما و الکتریسیته آنقدر در زندگی و فعالیت های تولیدی انسان جا افتاده است که مردم حتی نمی توانند وجود خود را بدون آن تصور کنند و منابع تمام نشدنی را به طور طبیعی مصرف می کنند. از سوی دیگر، مردم به طور فزاینده ای توجه خود را بر جنبه اقتصادی انرژی متمرکز کرده و خواهان تولید انرژی سازگار با محیط زیست هستند. این امر بیانگر نیاز به حل مجموعه ای از مسائل از جمله توزیع مجدد بودجه برای پوشش نیازهای بشریت، استفاده عملی از دستاوردها در اقتصاد ملی، جستجو و توسعه فناوری های جایگزین جدید برای تولید گرما و برق و غیره است.

اکنون دانشمندان در حال مطالعه ماهیت خورشید، کشف تأثیر آن بر روی زمین و کار بر روی مشکل استفاده از انرژی عملاً پایان ناپذیر خورشیدی هستند.

فهرست منابع استفاده شده

ادبیات

1. جستجوی حیات در منظومه شمسی: ترجمه از انگلیسی. م.: میر، 1367، ص. 44-57

2. ژوکوف G.F. نظریه عمومی انرژی.//م: 1995.، ص. 11-25

3. Dementiev B.A. راکتورهای انرژی هسته ای م.، 1984، ص. 106-111

4. نیروگاه های حرارتی و هسته ای. فهرست راهنما. کتاب 3. م.، 1985، ص. 69-93

5. فرهنگ دایره المعارف یک ستاره شناس جوان، م.: آموزش، 1980، ص. 11-23

6. Vidyapin V.I., Zhuravleva G.P. فیزیک. نظریه عمومی.//م: 1384، ص. 166-174

7. Dagaev M. M. Astrophysics.//M: 1987, p. 55-61

8. Timoshkin S. E. انرژی خورشیدی و باتری های خورشیدی. م.، 1966، ص. 163-194

9. Illarionov A.G. ماهیت انرژی.//M: 1975.، ص. 98-105

از زمان های قدیم، بشر از انرژی خورشیدی استفاده کرده است. به لطف آن، زندگی در سیاره ما پشتیبانی می شود. تاثیر نور خورشید بر سطح سیاره در حال چرخش ما منجر به گرم شدن ناهموار سطح آب اقیانوس ها، دریاها، رودخانه ها، دریاچه ها و خشکی قاره می شود. تفاوت های حاصل در فشار اتمسفر، که توده های هوا را به حرکت در می آورد، به ایجاد شرایط زندگی برای گونه های متنوع گیاهی و جانوری کمک می کند. در واقع خورشید با انرژی خود منبع حیات است.

اخیراً فناوری‌هایی برای استفاده از این انرژی بی‌پایان توسعه یافته‌اند که به راحتی می‌تواند جایگزین منابع انرژی سنتی (زغال‌سنگ، گاز، نفت) شود که استفاده از آنها در شرایط مختلف آب و هوایی گران است. استفاده از تاسیسات خورشیدی دارای مزایای متعددی است که با سایر منابع انرژی قابل مقایسه نیست. با استفاده از برخی از مزایا، شرکت Sveton http://220-on.ru/ با موفقیت مشکل تضمین کیفیت زندگی راحت را از طریق نصب منبع تغذیه مستقل و سیستم های منبع تغذیه بدون وقفه برای صاحبان املاک و مستغلات کشور حل می کند.

مزایای اصلی

ذخایر تمام نشدنی انرژی که عملاً برای هیچ چیز داده نمی شود. تاسیسات مورد استفاده کاملا ایمن و مستقل هستند. می توان اشاره کرد که آنها مقرون به صرفه هستند، زیرا فقط تجهیزات نصب خریداری می شود. علاوه بر این، پایداری منبع تغذیه بدون هیچ گونه افزایش ولتاژ تضمین می شود. ما همچنین نشانگرهایی مانند عمر طولانی و سهولت استفاده را اضافه خواهیم کرد.

اگر همین چند سال پیش از گرمای خورشیدی عمدتاً برای گرمایش طبیعی آب زیر پرتوهای خورشید استفاده می شد، اکنون می توان تعدادی از حوزه های فعالیت انسان را فهرست کرد که در آنها انرژی خورشیدی به طور مستقیم استفاده می شود.

کاربردهای انرژی خورشیدی

اولاً، این در بخش کشاورزی اقتصاد ملی است - برای تولید برق، گرمایش گلخانه ها، گلخانه ها، اماکن و ساختمان ها.

ثانیاً تأمین برق مؤسسات پزشکی، بهداشتی و ورزشی.

ثالثاً در هوانوردی و فضاپیماها.

رابعاً به عنوان منبع نور در شب در شهرها.

پنجم، در تامین برق مناطق مسکونی.

ششم در تامین برق تجهیزات تامین آب گرم اماکن مسکونی.

هفتم تامین نیازهای خانوار.

روش های غیرفعال و فعالی برای تبدیل نور خورشید به انرژی حرارتی وجود دارد.

روش های غیرفعال برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی حرارتی

این روش بر این واقعیت استوار است که چشم انداز محلی و آب و هوا در هنگام ساخت ساختمان ها در نظر گرفته می شود. در طول ساخت آنها، ویژگی های آب و هوا مورد مطالعه قرار می گیرد، که این امکان را فراهم می کند تا از چنین منابع مصالح و فناوری های ساختمانی برای به دست آوردن حداکثر اثر (به ویژه در کشورهای گرم) از تأسیسات در حال ساخت از نظر مصرف انرژی و اطمینان حاصل شود. ایمنی محیطی ساختمان بنابراین، در کشورهای گرم آنها تلاش می کنند تا به طور موثر از شرایط محلی برای چنین ساختمان هایی استفاده کنند.

روش های فعال برای استفاده از انرژی خورشیدی

کلکتورها و فتوسل های ویژه، پمپ ها، باتری ها و خطوط لوله گرمایشی مختلف ابزارهایی هستند که از طریق آنها انرژی خورشیدی تبدیل می شود. بیایید به کلکتورهای خورشیدی نگاه کنیم که انرژی خورشید را به روش های مختلفی تبدیل می کنند که نوع مناسب کلکتور را تعیین می کند.

1. برای نیازهای خانگی از کلکتور مسطح بسیار استفاده می شود که آب را تحت تأثیر نور خورشید در ظروف مناسب گرم می کند.

2. برای دماهای بالا از کلکتورهای خورشیدی خلاء استفاده می شود که با گرم کردن آب عبوری از لوله های شیشه ای واقع در منطقه ای که توسط خورشید روشن می شود کار می کنند. چنین تاسیساتی در شرایط خانگی استفاده می شود.

3. تاسیسات خشک کن از کلکتورهای هوا استفاده می کنند که توده های هوا را در زیر اشعه خورشید گرم می کنند.

4. کلکتورهای نوع یکپارچه، که در آن آب گرم شده در سیستم های خانگی در یک ظرف مشترک جمع آوری می شود و متعاقباً برای نیازهای مختلف، به عنوان مثال، برای دیگ های گاز استفاده می شود.

فتوسل (سلول خورشیدی، باتری) نیمه هادی است که در آن نور بدون هیچ گونه واکنش شیمیایی جریان تولید می کند و طول عمر نسبتاً طولانی دارد. چنین سلول های خورشیدی (باتری) به طور گسترده ای در زمینه فضایی استفاده می شود، اما می تواند به طور گسترده ای در زمینه های دیگر استفاده شود.

پنل های خورشیدی بسیار مقرون به صرفه هستند و به طور فزاینده ای در محیط های خانگی محبوب می شوند. به عنوان مثال، کشاورزان و زمین های خانگی به طور فزاینده ای به آنها علاقه نشان می دهند. علاوه بر این، امروزه نقاط صعب العبور در مناطق جدید و زمین های کشاورزی به ویژه در بخش آسیایی کشورمان در حال توسعه است. حمل و نقل خودرو و هوانوردی نیز فرصتی برای استفاده از پنل های خورشیدی در آینده دارد. همچنین لازم است کیفیتی مانند سازگاری با محیط زیست این سیستم ها که به سلامت آسیب نمی زند برجسته شود.