-
تاپیک انواع منابع انرژی نو
فصل اول
مقدمه
محیط زیست
1تاثیر انرژی بر محیط زیست
پاره اي از فعاليتهاي مرتبط با انرژي که باعث انتشار آلاينده هاي خطرناک مي گردند در زير ارائه شده است :
* هيدرو کربنها (مانند بنزين) که به سرعت از طريق فرآيندهاي صنعتي و استخراج گاز و نفت انتشار مي يابند . سهم هر يک از منابع آلاينده به طرز قابل ملاحضه اي در کشورهاي متفاوت، متغير است .
*استفاده از بنزين و گازوئيل در بخش حمل و نقل، باعث انتشار هيدروکربن ها (شامل هيدروکربن هاي آروماتيک چند حلقه اي يا pah) و دي اکسيد گرديده و به عنوان عمده ترين منبع توليد مواد آلايندۀ سمّي هوا در رابطه با فعاليت هاي مرتبط با انرژي محسوب مي شوند . سهم خودروها در انتشار سرب در ايالات متحده در سال 1980 حدود 87% درصد مي باشد که اين ميزان بيشتر به دليل ستفاده از بنزين سرب دار در وسايل نقليه قديمي مي باشد . که اين ميزان زيادي کاهش يابد و تا سال 1990 براساس قوانين وضع شده مبني بر استفاده از بنزين بدون سرب به چند درصد برسد . تلاشهاي مشابهي از طرف اغلب کشورهاي عضو، جهت کاهش يا حذف سرب از بنزين در دست اقدام است .
* مقادير کمي از آرسنيک، جيوه، بريليوم و مواد پرتوزا مي توانند در طي فرايند احتراق ذغال سنگ و نفت کوره در نيروگاه هاي برق و ديگهاي بخار صنايع، آزاد شوند . مواد ياد شده اجزاء کمياب ذغال سنگ و نفت کوره محسوب مي شوند که در طي فرايند احتراق، به صورت ذرات معلق در هوا انتشار مي يابند .
* جيوه، دي اکسيد کلردار و فوران فقط تعدادي از آلاينده هايي هستند که در اثر سوزاندن و تبديل به خاکستر کردن زائدات شهري در هوا انتشار مي يابند . لازم به ذکر است در سال هاي اخير مسأله زباله سوزي بيشتر مورد توجه گرفته است . مطالعاتي از طرف کشور هاي iea جهت تعيين ميزان آلودگي در اطراف تجهيزات خاکستر سازي زائدات آغاز شده است . تعيين و تشخيص اثرات سوء چنين تجهيزاتي بر سلامت انسان بسيار مشکل است .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
* در رابطه با آلودگي هوا آلاينده ها به دو دسته تقسيم شده اند :
* آن دسته از آلاينده ها که به صورت مستقيم وارد هوا مي شوند (مهمترين آنها عبارتند از: SOx، NO، PM[1]، VOC[2]، CO) .
* آن دسته از آلاينده ها که در اثر واکنش فتوشيميايي در جوّ شکل مي گيرند . از مهمترين تشعشعات ثانويه هوا مي توان VOC و NOx را نام برد که باعث تشکيل اُزن و پراُ کسي استيل نيترات [3] مي شوند . غلظت زياد آلاينده هاي مذکور و همچنين اُزن، داراي اثرات اکولوژيکي – ايمني بوده، همچنين سبب توليد بو و کاهش ديد مي شود . چنين اثراتي بيشتر در سطح محلي و گاهي اوقات در سطح منطقه اي محسوس است . کربن آلي فرّار و NOx به عنوان عوامل اصلي ايجاد دود مه فتو شيميايي تشخيص داده شده اند (مانند پديده اي که در لوس آنجلس صورت پذيرفت) .
رسوب اسيد
* انتشار 2SO و NOxعوامل اصلي در ايجاد رسوب اسيدي به شمار مي آيند . اين دو آلاينده در گذشته سبب بروز مشکلات محلي مي شدند (بيشتر از نقطه نظر سلامتتي و بهداشت ) . به دليل افزايش سطح آگاهي جامع در مورد ايجاد باران هاي اسيدي در بعد منطقه اي و برون مرزي، نه تنها توجه خاصي به اين دو آلاينده معطوف شده است بلکه ديگر آلاينده ها نظير VOC، کلريدها، ازن و عناصر کمياب که همراه با باران هاي اسيدي رسوب خواهند نمود . نيز مد نظر قرار گرفته اند . هر چند رسوب اسيد به عنوان عاملي مهم در تخريب محيط زيست شناخته شده اما رابطه دقيقي بين انتشار آلاينده ها و ميزان تخريب ارائه نشده است . اثرات سوء رسوبات اسيدي مي تواند از طريق انتقال به وسيله باد، مناطق وسيع تري را در بر بگيرد .
مهمتريناين اثرات سوء عبارتند از :
*اسيدي شدن درياچه ها، رودخانه ها و آب هاي زيرزميني که سبب تحديد حيات آبي و ماهيان خواهد شد .
*خسارت به جنگلها و در بعضي موارد محصولات کشاورزي .
*تخريب ساختارهاي انسانساخت مانند ساختمانها، بدنه هاي فلزي و ....
فعاليتهاي مرتبط با انرژي که به عنوان اصلي ترين عامل در ايجاد رسوبات اسيدي شناخته شده اند به شرح زير مي باشند :
*مراکز توليد برق، گرمايش خانگي و بخش صنايع، حدود 80% از کل انتشار SO2 را عهده دار مي باشند (ذغال سنگ به تنهايي 70% از اين ميزان را انتشار مي دهد) .از ديگر منابع توليد SO2 تجهيزات پالايش گاز ترش مي باشد . در طي اين فرايند گاز H2S توليد مي شود که در واکنشهاي بعدي به SO2 تبديل مي شود .
[1]- Particulate Matter
[2]- Volatile Organic Compound
[3]-Peroxyacetylnitrate(PNA)
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
*حمل و نقل از طريق جاده به عنوان مهمترين عامل انتشار NOx به شمار مي آيد . حدود 48% از کل NOxتوليد شده در کشورهاي OECD از اين طريق منتشر مي شود . قسمت اعظم بخش باقيمانده از احتراق سوخت هاي فسيلي در مرکز ثابت ايجاد ميشود .
*VOC از منابع متعدد و متنوع انتشار مي يابد و داراي ترکيبات بسيار متفاوت نيز مي باشد .
کاهش ازن استراتوسفري
*يکي از معضلات زيست محيطي جهاني و همچنين منطقه اي، کاهش ازن استراتوسفري است که بطور عمده در اثر انتشار فريونها، هالونها و N2O ايجاد مي شود . کاهش ضخامت لايه ازن موجب نفوذ بيشتر تشعشعات فرا بنفش مي گردد که در نهايت باعث افزايش درصد ابتلاء به سرطان پوست و صدمات چشمي در جوامع بشري گرديده و خسارات شديد بيولوژکي را به دنبال خواهد داشت فعاليتهاي مرتبط به انژي فقط به صورت مقطعي در انتشار مواد کاهنده لايه ازن دخيل مي باشد . گرچه 65%الي 75% از کل اکسيد نيتروژن انسانساخت از طريق احتراق سوخت هاي فسيلي و زيست توده توليد مي شود اما نقش فريونها در تخريب لايه ازن به مراتب مهمتر است . اصلي ترين منابع آلاينده مرتبط با فعاليتهاي انرژي شامل فريونها موجود در يخچالهاي مخصوص در بخش حمل و نقل، بخش خانگي و کولرهاي گازي و صنعت اسفنج سازي مي باشد . مواد ياد شده حدود 60% از کل فريوندهاي مصرفي را در بر مي گيرند .
تغييرات جهاني آب و هوا
*تغييرات جهاني آب و هوا که در اثر تجمع بي رويه گازهاي گل خانه اي ايجاد شده است مهمترين مسأله زيست ميحطي در رابطه با بخش انرژي محسوب مي شود . در حال حاضر گازهايي نظير دي اکسيد کربن، متان، بخارآب، اکسيد نيتروژن، ازن، فريون و هالون در رده گازهاي گلخانه اي طبقه بندي شده اند. اين گاز ها در برابر تشعشعات ورودي (باطول موج کوتاه) شفاف[1] بوده و بالعکس در برابر تشعشات خروجي (با طول موج بلند) تيره[2] مي باشند. رشد بي رويه جمعيت و عوامل لنسانساخت روز به روز بر غلظت گاز دي اکسيد کربن و ديگر گازهاي کمياب مي افزايد. دانشمندان علم آب و هواشناسي اعلام نموده اند که تجمع چنين گازهايي باعث افزايش دماي جوّ شده، در نتيجه حرارت کره زمين افزايش يافته، افزايشات جوّي تغيير کرده و سرانجام سطح درياها نسبت به سطح فعلي بالاتر خواهد رفت . اين تغييرات به شدت، فعاليتهاي بشر را تحت تاثير قرار خواهند داد . در حال حاضر براورد شده است که 50% از کل اثرات گلخانه اي انسانساخت به وسيله دي اکسيد کربن ايجاد مي شود . دانش موجود درباره اثرات متنوع گازهاي گلخانه اي در جدول 2-2 ارائه شده است .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
*فعاليتهاي مرتبط با بخش انرژي نقش مهمي را در انتشار گازهاي گلخانه اي انسانساخت دارا مي باشد :
*احتراق سوختهاي فسيلي باعث آزاد شدن 75% از کل co2 انسانساخت مي شود ما بقي (25% باقيمانده) از جنگل زدايي و اکسايش خاک توليد مي شود .
*احتراق سوخت هاي فسيلي و زيست توده باعث انتشار 65الي 75% از کل n2o انسانساخت مي گردد.
*ازن، محصول واکنش آلاينده هاي سوختهاي فسيلي (بخصوص nox و voc) محسوب مي گردد . برخي از سوخت ها مانند متانول باعث کاهش آلودگي مونوکسيدکربن مي گردند اما انتشار آلدئيدها را افزايش مي دهند .
*تخمير مواد آلي دليل اصلي آزاد سازي متان به شمار مي آيد . توضيع و استفاده از انواع سوخت ها (بطور مشخص، گاز طبيعي) 10 الي 30% از کل انتشار متان را بر عهده دارد . در مورد به هدر رفتن گاز در مبدأ توليد تا زمان استفاده آمار کافي در دسترس نمي باشد . رقم 1/2% در سال 1987 براي کشورهاي iea به عنوان ميزان تلفات گاز از مبدأ توليد تا زمان مصرف ذکر شده است . به هر حال برآورد دقيق، به دليل شرايط محلي و لوله هاي گازرساني، بسيار متغير خواهد بود .علاوه بر موارد ياد شده، متان در خلال بهره برداري از معادن نيز آزاد مي شود .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
تاریخچه
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز میگردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محرابها را روشن میکردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته میشد.
ولی مهمترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم میباشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته میشود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینههای کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشتهاست اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیدهاست. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمانهای قدیم بودهاست.
با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولد انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدیتری نمایند.
خورشید راکتور هسته ای فاقد عناصر آلوده کننده است که از هر راکتوری که در زمین بتواند وجود داشته باشد عظیمتر است. این راکتور به شکل کره ای است از مواد
6
داغ گازی و متراکم با قطری معادل km 10 ×39/1 که به
8
طور متوسط حدود km 10× 5/1 از کرة زمین فاصله دارد. در صورتی که ازسطح زمین به خورشید نگریسته شود، حدوداً هر چهار هفته یک بار به دور خود می گردد، اما چرخش آن مانند چرخیدن یک جسم صلیب
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
نیست، چراکه در هر چرخش، دایرة استوایی آن بعد از حدود 27 روز و نواحی قطبی آن بعد از حدود 30 روز یک دور می زند. دمای مؤثر سطح خورشید حدود k5762 است و دمای نواحی مرکزی
6 6
آن نیز در حدود k 10 ×8 تا k 10×40 تخمین زده می شود. چگالی آن حدود 80 تا 100 برابر آب است.
در واقع خورشید یک راکتور مداوم گداختی است. واکنش های گداخت که به نظر تأمین کنندة انرژی خورشید باشند، به چند دسته تقسیم می شوند که مهم ترین آن ها ترکیب اتم های هیدروژن (چهار پروتون) و تشکیل هلیم(دارای یک هسته) است. جرم هر هسته هلیم مقداری کم تر از مجموع چهار پروتون است و بنابراین تفاوت این جرم ها به انرژی تبدیل می شود. این انرژی در نواحی داخلی کرة خورشید و در دماهایی به بزرگی چندین میلیون درجه ایجاد شده، به سطح آمده و در فضا منتشر می شود.
انرژی خورشیدی در مقایسه با سایر شکل های انرژی مزایای بسیاری دارد . اولین مزیت آن لایزال بودن نسبی این منبع است که شاید این امتیاز چندان جلوه ای نداشته باشد زیرا فعلاً کشورهای جهان از نفت و گاز به مقدار مکفی و ارزان استفاده می کنند. لیکن باید دانست که انرژی خورشیدی دریافتی را که به مصرف نرسیده باشد نمی توان در آینده مصرف کرد، حال آن که انرژی فسیلی و هسته ای مصرف نشده نه تنها به صورت ذخیره برای آیندگان باقی می ماندبلکه به ارزش آن ها نیز به سبب توسعةموارد مصرف افزوده می شود. مزیت دیگر انرژی خورشیدی آلوده نکردن محیط زیست است. برخلاف سوخت های فسیلی و به ویژه هسته ای، استفاده از انرژی خورشیدی هیچ گونه خطری برای محیط زیست ندارد. از این نظر بر انرژی حاصل از دیگر سوخت ها برتری چشمگیری دارد. سومین مزیت انرژی خورشیدی، تأمین کلیة انرژی های مورد نیاز انسان هاست. به رغم آنکه انرژی هسته ای فقط برای تولید برق کاربرد دارد، از انرژی خورشیدی همانند نفت و گاز می توان برای کلیة امور روزمره زندگی استفاده کرد. کاربردهای مختلف انرژی خورشیدی در ادامه این فصل معرفی خواهد شد. در بسیاری از موارد، مصرف انرژی خورشیدی نیاز به شبکه های توزیع و انتقال ندارد. در اکثر موارد بیش از 50 درصد هزینة نفت و گاز و برقی که به دست مصرف کننده می رسد، به هزینه های انتقال و توزیع آن ها مربوط است. برای بسیاری از مصارف، از انرژی خورشیدی می توان در هر نقطه ای بدون احتیاج به سیستم های انتقال و توزیع پرهزینه استفاده کرد. از مزایای دیگر انرژی خورشیدی این است که تکونولوژی آن در مقایسه با انرژی هسته ای ساده تر بوده از این رو بهره برداری وسیع از آن راحت تر و سریعتر است.
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
اولین و شاید تنها استفادة نظامی انرژی خورشیدی به کوشش ارشمیدس در شهر سیراکیوز در شرق جزیرة سیسیل که در تصرف یونانیان بود صورت پذیرفت. وی موفق شد به کمک چند آینه نور خورشید را روی بادبان کشتی ها منعکس کند و آن ها را به آتش بکشد و بدین ترتیب کشتی های جنگی رومیان راکه به جزیرة سیسیل حمله کرده بودند از کار بیندازد. پریستلی در سال 1774 م. توانست نور خورشید را روی ظروف حاوی اکسید جیوه متمرکز کرده گازی تولید کند که بعدها اکسیژن نام گرفت. در سال 1872 م. اولین واحد انرژی خورشیدی برای نمک زدایی آب دریا در شمال کشور شیلی ساخته شد. این واحد با سطحی معادل 5100 متر مربع می توانست روزانه حدود 24 مترمکعب آب شیرین تولید کند.
مقدار انرژی خورشیدی دریافتی یک صفحة افقی در ایران به طور متوسط برابر با 18 مگاژول بر متر مربع در روز یا 6570 مگاژول بر متر مربع در سال است. کل انرژی خورشیدی دریافتی کشور برابر با 10827 اکساژول
18
(یک اکسا زول برابر 10 ژول است)در سال یا بیش از 3800 برابر کل مصرف انرژی در سال 1367 هـ.ش است (این مقدار انرژی دریافتی بیش از 1600 برابر انرژی نفت صادراتی ایران در سال 1369 هـ.ش.(5/953 میلیون بشکه) و بیش از 8 برابر کل ذخایر نفت و گاز (حدود 100 میلیارد بشکه نفت و 7/16 تریلیون مترمکعب گاز) کشور است. این ارقام نشان می دهند که ایران سالانه بیش از 1000 برابر کل مصرف و صادرات انرژی خود، انرژی خورشیدی دریافت می کند. بنابراین می توانیم با به کارگیری کم تر از یک درصد از زمین های کشور و با بازده تبدیل متوسط 10 درصد، کلیة صادرات نفت و گاز و نیازهای خود را با استفاده از ارژی خورشیدی تأمین کنیم.
ایران از نظر تابش خورشیدی، به سه منطقه نقسیم شده است: منطقه هایی با تابش زیاد، متوسط و کم. تنها بخش کوچکی از مساحت ایران یعنی سواحل دریای خزر، سواحل جنوبی و خوزستان به علت ارتفاع کم از سطح دریا و بخشی از شمال خراسان و شمال آذربایجان به علت عرض جغرافیایی زیاد، در منطقه کم تابش قرار می گیرند. مناطق مرتفع غرب و جنوب ایران، جزء نواحی پرتابش و بقیة نواحی کشور مناطقی با تابش متوسط به شمار می روند.
سواحل دریای خزر کم تابش ترین منطقة ایران به شمار می رود؛ زیرا عرض جغرافیایی آن زیاد است، از سطح دریا مرتفعتر نیست و بیش ترین پوشش ابر را داراست؛ با وجود این، همین مناطق بیش از شهرهایی مثل
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
بروکسل و توکیو انرژی خورشیدی دیافت می کنند. بسیاری از کشورهای صنعتی جهان به ویژه اروپای غربی و ژاپن به خاطر کوهستانی بودن، داشتن جنگل های فراوان و پایین بودن میزان انرژی خورشیدی دریافتی، عملاً از نظر بهره برداری از این انرژی فقیرند.. این موضوع، یکی از دلایل مهم در کم توجهی یا بی توجهی این کشورها به استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین نیازهای خود و روی آوری آن ها به انرژی اتمی برای تولید برق در کشورشان بوده است. ولی همان وطر که اعداد و ارقام مربوط به کشور ما نشان می دهد ، وضع ایران از این نظر کاملاً متفاوت است.
بر اساس کاربردهای مختفلف، تجهیزات خاصی طراحی و ساخته شده است. گروه اول مربوط به گردآورنده های خورشیدی است که برای مصارف گرمایشی و سرمایشی به کار می روند. در این سیستم ها، با استفاده از مجموعة بسیار زیادی از گردآورنده های خورشیدی، پرتوهای مستقیم خورشیدی متمرکز شده و انرژی گرمایی آن ها توسط یک سیال جاری در گردآورنده جذب می شود. گروه دوم سلول های خورشیدی اند که برای تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی از آن ها استفاده می شود. برای این کار از پدیدة فتوولتایی فتودیودها استفاده می شود.
خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در انرژی و محیط زیستباشد.
این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچهکه ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابددارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.از انرژیخورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابلدسترس در همه جا استفاده کرد. اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جایسوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشیخورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و ...تبدیلکنند.
انرژي خورشيدي بي خطر و بادوام و تميز است و نمي توان از آن پمپ ساخت و يا آن را قطع كرد يا به جاي ديگري برد و هيچ نوع آلودگي توليد نمي كند. به دلايل فوق اين انرژي بيشتر از تمام منابع انرژي ديگر توجه همگان را به خود جلب نموده است.
زندگي همه ي موجودات زنده به خورشيد وابسته است. بدون خورشيد هيچ جانداري بر روي زمين وجود نخواهد داشت و كره ي زمين بجاي تاريك و منجمدي تبديل خواهد شد.
تابش خورشيد منشاء اغلب انرژيهايي است كه در سطح زمين در اختيار ما قرار دارد. خورشيد به عنوان يك منبع بي پايان انرژي مي تواند حل كننده ي مشكلات موجود در زمينه ي انرژي و محيط زيست باشد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
خورشيد به مراتب از زمين بزرگتر است و حجم آن به اندازه اي است كه يك ميليون كره ي هم حجم زمين در آن جاي مي گيرد . قطر خورشيد حدود 110 برابر قطر زمين است. وزن آن نيز 300000 برابر وزن زمين مي باشد. درجه حرارت سطح خورشيد 5555 درجه سانتيگراد است. عمر خورشيد نيز حدود پنج ميليون سال ارزيابي شده است. خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین میگذرد و درهر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل میشود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را میتوان بهعنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.قطر خورشید ۶۱۰ × ۳۹/۱ کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن – کربن – نئون و نیتروژن است تشکیل شدهاست.
میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد میباشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر میشود.زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول میکشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود از کل انرژی تابشی آن میباشد.بدون شك زماني مي رسد كه ذخيره ي ئيدروژن خورشيد تمام مي شود و در نتيجه خورشيد تغيير شكل خواهد داد . مركز خورشيد احتمالاً به موازات تمام شدن ئيدورژن به مراتب گرمتر مي شود. سپس منبسط مي شود سرد مي گردد و به رنگ قرمز تابش مي كند آنگاه به گوي قرمز غول پيكري تبديل خواهد شده كه بسيار بزرگتر از اندازه ي فعلي است. در آن موقع حيات نيز بر روي زمين به پايان مي رسد. ولي اين امر به اين زوديها اتفاق نخواهد افتاد امروز خورشيد در حدود 5 ميليارد سال عمر دارد و آن قدر ئيدروژن دارد كه دست كم بتواند 8 ميليارد سال ديگر خود را گرم نگه دارد و همچنان نيز بتابد و زمين را به صورت جائي راحت براي زندگي جانوران محفوظ نگه دارد.
نور
فلاسفه ي يونان اعتقادداشتند همان گونه كه چوب دستي يك نابينا به مانعي بر خورد مي كند و آن را براي وي مشخص مي سازد. پرتوهاي نوري نيز از چشم خارج مي شود و به اجسام برخورد كرده به طرف چشم برمي گردد و در نتيجه ديده مي شوند اين نظريه تا پايان قرون وسطي مورد قبول بود ليكن امروزه مي دانيم نور نوعي انرژي است.
نور نوعي تابش است كه با سرعت بسيار زياد منتشر مي شود. نور از خورشيد لامپ و هر جسم داغ يا از سوختن اجسام يعني از شعله آتش حاصل مي آيد و از اجسام شفاف مانند شيشه و آب مي گذرد اما در برخورد با اجسام كدر بازتابش يا جذب مي شود. يك سطح صيقلي تقريباً همه ي نوري را كه بر آن تابيده است باز مي
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
تاباند اما سطح كدر و ناهموار بيشتر نور را جذب مي كند و كمي از آن را باز مي تاباند . ذره هاي ريز نظير غبار و دود نور را در همه ي جهت ها مي پراكنند.
نور خورشيد
نور خورشيد كه حامل انرژي و نيروي غيرقابل تصوري است كره ي زمين را مورد تابش قرار مي دهد پرتوهاي زيان آور و كشنده آن پس از برخورد با نخستين لايه هاي جو زمين برگشت داده مي شود و قسمت زندگي بخش آن در دسترس ما قرار مي گيرد اين انرژي به انوع ديگر انرژي قابل تبديل است و حرارت حاصل از آن مي تواند بيشتر نيازهاي حرارتي ما را تأمين كند محاسبات علمي نشان مي دهد كه مقدار انرژي حاصل از تابش خورشيد بر يك متر مربع چنانچه به طور كامل به انرژي الكتريكي تبديل شود به طور متوسط براي روشن نگه داشتن 10 لامپ 60 واتي كافي است اما پژوهشهاي مربوط به اين زمينه هنوز مراحل اوليه خود را طي مي كند.
پرتو مادون قرمز خورشيد عامل ايجاد گرمايي است كه ما بر اثر تابش نور خورشيد حس مي كنيم.
پرتو ماوراء بنفش عامل برنز شدن پوست يا سوختگي آن بر اثر آفتاب است تابش نور خورشيد به سطح بدن انسان سبب ساخته شدن ويتامين (d ) مي شود كه يكي از ويتامينهاي لازم بدن است. همچنين نور خورشيد خاصيت ميكروب كشي دارد.
تقسيم بندي انرژي خورشيدي
در يك تقسيم بندي كلي انرژي خورشيد در روي زمين منشاء سه نوع انرژي است . انرژي شيميايي، حرارتي ، الكتريكي . در ادامه به بررسي اين سه نوع انرژي مي پردازيم البته بسيار مختصر و كوتاه:
انرژي شيميايي
اين انرژي مهمترين نوع آن است زير باعث رشد گياهان در جريان عملي به نام فتو سنتز يعني (نور ساخت) مي شود.
كلرونيل سبز در برگ گياهان از اين انرژي براي مخلوط كردن دي اكسيد كربن با آب استفاده مي كند تا شكر و اكسيژن توليد كند پس به طور مداوم انرژي به صورت غذا چوب براي سوختن و ... اكسيژن براي تداوم زندگي به ما مي رسد.
انرژي الكتريكي
به دو طريق مي توان انرژي خورشيدي را به انرژي الكتريكي تبديل كرد.
الف: تبديل حرارتي با ظرفيت بالا براي اين نيروگاه ها
ب: با استفاده از پديده ي فتوولتاييك.
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
توليد الكتريسيته از انرژي خورشيدي
امروزه نور خورشيد يكي از منابع مهمي است كه براي تهيه ي الكتريسيته مورد استفاده قرار مي گيرد.
ساخت صفحات خورشيدي در سه مرحله ي اساسي انجام مي گيرد كه عبارتند از:
1. توليد و برش ويفر سيليسيومي
2. ساخت سلولهاي خورشيدي
3. مونتاژ سلولها به صورت صفحات خورشيدي
صفحات خورشيدي را با ابعاد و مشخصات بخصوصي مي سازند تا حداكثر انرژي را از خورشيد جذب كنند.
نيروگاه حرارتي
در بين منابع انرژي تجديد شونده انرژي خورشيدي بيشترين توجه را در دهه هاي اخير به خود معطوف داشته است و بسياري از بررسيها انرژي خورشيدي را مناسبترين جايگزين براي سوختهاي فسيلي و اتمي معرفي مي كنند اين انرژي با پتانسيل لازم براي تأمين انواع انرژي مورد نياز نظير انرژي الكتريكي ، حرارتي ، شيميايي، حمل و نقل و ... داراست.
پمپهاي خورشيدي:
آب يكي از مهمترين منابعي است كه زندگي انسان به آن وابسته است. دسترسي به آب آشاميدني يا كشاورزي همواره يكي از دشواريهاي موجود بر سر راه توسعه جوامع بشري خصوصاً جوامع روستايي بوده است در بسياري از اين مناطق آب در سفره هاي زيرزميني وجود داشته و خارج سازي آن توسط دست يا تلمبه هاي دستي يا موتورهاي ديزلي صورت مي گيرد اما در مناطق كويري يا كوهستاني كه مشكلات برق رساني وجود دارد و آب در عمق نسبتاً زياد از سطح زمين قرار دارد خارج كردن آب به روشهاي فوق ممكن نيست. در اين مناطق استفاده از پمپ هاي خورشيدي مي تواند مزاياي فراواني داشته باشد زيرا در اين پمپها تعداد اجزاء متحرك كم است لذا به مراقبت و تعميرات خيلي كمي نياز دارد و بازده آنها بسيار بالاست.
خودروي خورشيدي
يكي از كاربردهاي مهم انرژي خورشيدي استفاده از آن براي به حركت در آوردن خودروهاست
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
استفاده از سيستم فتوولتايي براي تأمين انرژي مورد نياز خودروهاي خورشيدي يكي از جالبترين روشهايي است كه در سالهاي اخير به آن توجه شده است. زيرا مزيت بزرگ اين خودروها حداقل آلودگي و صرفه جويي در استفاده از ديگر منابع انرژي را بدنبال دارد.
از ديگر كاربردهاي انرژي خورشيدي مي توان آبگرمكنهاي خورشيدي يا كاربرد انرژي خورشيدي در مخابرات و سيستم روشنايي معابر عمومي را نام برد.
باشد كه با استفاده از منابع مهم انرژي در جلوگيري از آلودگي محيط زيست و ماندن ساير منابع انرژي تمام شدني براي نسلهاي آينده كوشا باشيم.
جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژیهای باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید میباشد.خورشيد براي بيليونها سال انرژي را توليد كرده است . انرژي خورشيدي ، پرتوهاي خورشيد است كه به زمين مي رسد .
انرژي خورشيد براي حرارت آب ، براي استفاده ديناميكي ، حرارت فضايي ساختمانها ، خشك كردن توليدات كشاورزي و توليد انرژي الكتريسيته مورد استفاده قرار مي گيرد در سال 1830 شاره شناي انگلين به نام جون هر شل John Herschel يك جعبه جمع آوري خورشيدي را براي پختن غذا در طول يك سفر در افريقا استفاده كرد . هم اكنون مردم تلاش مي كنند انرژي خورشيدي را براي چيزهاي زيادي استفاده كنند .كاربردهاي الكتريكي فتوو لتايك ها را آزمايش مي كنند يك فرايند كه توسط آن انرژي نور خورشيد به طور مستقيم به الكتريسيته تبديل مي شود . الكتريسيته مي تواند به طور مستقيم از انرژي خورشيد توليد شود و ابزارهاي فتوولتايك استفاده كند يا به طور غير مستقيم از ژنراتورهاي بخار ذخاير حرارتي خورشيدي را براي گرما بخشيدن به يك سيال كاربردي مورد استفاده قرار مي دهند .
انرژي فتو ولتايك
انرژي فتو ولتايك . تبديل نور خورشيد به الكتريسيته از ميان يك سلول فتو ولتاتيك (pvs) مي باشد، كخ بطور معمول يك سلول خورشيدي ناميده مي شود. سلول خورشيدي يك ابزار غير مكانيكي است كه معمولاً از آلياز سيليكون ساخته شده است.
نور خورشيد از فتو نهي ،يا ذرات انرزي خورشيدي ساخته شده است اين فتو نهي مغادير متغير انرژي را شامل مي شود مشابه طول مولد هاي متفاوت اسپكتروم هاي نوري هستند .
وقتي فتو نهي به يك سلول فتو ولتاتيك بر خورد مي كند، ممكن است منعكس شوند ،مستفيم از ميان آن عبور كنند ،يا جذب شوند. فقط فتو نهي جذب شده انرژي را براي توليد الكتريسيته فراهم مي كنند .وقتي كه نور خورشيد كافي يا انرژي توسط جسم نيمه رسانا جذب شود ،الكترون از اتم هاي جسم جابجا مي شوند.رفتار خاصي سطح جسم در طول ساختن باعث مي شود سطح جلويي سلول كه براي الكترون هاي آزاد بيشتر پذيرش
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
يابد .بنا براين الكترون ها بطور طبيعي به سطح مهاجرت مي كنند .زماني كه الكترون ها موقعيت n را ترك مي كنند و سوراخ هايي شكل مي گيرد .تعداد الكترونها زياد است ،هر كدام يك بار منفي را حمل مي كنند و به طرف جلو سطح سلول مي روند ،در نتيجه عدم توازون بار بين سلولهاي جلويي وسطوح عقبي يك پتانسيل ولتاژ .شبيه قطب هاي مثبت ومنفي يك باطري ايجاد مي شود.وقتي كه دو سطح از ميان يك راه داخلي مرتبط مي شود ،الكتريسيته جريان مي يابد .سلول فتو ولتاتيك قاعده بلوك ساختمان يك سيستم pv است.سلولهاي انفرادي مي توانند در اندازه هايي از حدود 1 cm تا 10 cmاز اين سو به آن سو متغير مي شود .
با اين وجود ،توان 1يا 2 وات توليد مي كند ،كه انرژي كافي براي بيشتر كار بردها نيست.براي اينكه بازده انرژي را افزايش دهيم ،سلولها بطور الكتريكي به داخل هواي بسته يك مدول سخت مرتبط مي شود .
مدولها مي توانند بيشتر براي شكل گيري يك آرايش مرتبط شوند.اصطلاح آرايش به كل صفحه انرژي اشاره مي كند ،اگر چه آن از يك يا چند هزار مدول ساخته شدهباشد ،آن تعداد مدولها ي مورد نياز مي توانند بهم مرتبط شوند براي اينكه اندازه آرايش مورد نياز (توليد انرژي) را تشكيل دهند.
اجراي يك آرايش فتو ولتاتيك به انرژي خورشيد وابسته است .
شرايط آب وهوايي (همانند ابر و مه )تاثير مهمي روي انرزي خورشيدي دريافت شده توسط يك آرايش pv و در عوض ،اجرايي آن دارد .بيشتر تكنولوژي مدول هاي فتو ولتاتيك در حدود 10 درصد موثر هستند در تبديل انرژيخورشيد با تحقيق بيشتر مرتبط شوند براي اينكه اين كار را به 20 درصدافزايش دهند.
سلولهاي pv كه در سال 1954 توسط تحقيقات تلفني بل bell كشف شد حساسيت يك آب سيليكوني حاضر به خورشيد را به طور خاصي آزمايش كرد .ابتدا در گذشته در دهه 1950،pvs براي تامين انرژي قمر هاي فضا در يك مورد استفاده قرار گرفتند.موفقيت pvs در فضا كار برد هاي تجاري براي تكنو لوژي pvs توليد كرد .ساده ترين سيستم هاي فتو ولتاتيك انرژي تعداد زيادي از ماشين حساب هاي كوچك و ساعتهاي مچي را هر روز استفاده كردند.بيشتر سيستم هاي پيچيده الكتريسيته را براي پمپاژ آب ،انرژي ابزارهاي ارتباطي ،وحتي فراهم كردن الكتريسيته براي خانه هايمان فراهم مي كنند .تبديل فتو ولتاتيك به چندين دليل مفيد است .تبديل نور خورشيدبه الكتريسيته مستقيم است ،بنابراين سيستم هاي توليد كننده مكانيكي به حجم زيادي لازم نيستند .خصوصيت مدولي انرژي فتو ولتاتيك اجازه مي دهد به طور سريع آرايش ها در هر اندازه مورد نياز يا اجازه داده شده نصب شوند .همچنين ،تاثير محيطي يك سيستم فتو ولتاتيك حد اقل است ،آب را براي سيستم نياز ندارد پختن و توليد محصول فرعي نيست .سلولهاي فتوولتاتيك ،همانند باتريها ،جريان مستقيم (dc)را توليد مي كنند كه به طور عمومي براي براي راههاي كوچكي مورد استفاده است (ابزار الكترونيك).وقتي كه جريان مستقيم از سلولهاي فتوولتاتيك براي كاربردهاي تجاري يا لحيم كردن كار برد هاي الكتريكي استفاده مي شود .شبكه هاي الكتريكي بايستي به جريان متناوب (AC)براي استفاده تبديل كننده ها تبديل شوند ،ابزارهاي حالت جامد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
كه جريان مستقيم را به جريان متناوب تبديل مي كنند . به طور تاريخي pvs در جاهاي دور براي توليد الكتريسيته بكار گرفته شده است .با اين وجود يك بازار براي توليد از pvs را توزيع كنند ممكن است با بي نظمي قيمتهاي تبديل و توزيع همزمان با بي نظمي الكتريكي توسعه داده شود .
جايگزين ژنراتو هاي كوچك مقياس عددي در تغذيه كنندهاي الكتريكي مي توانند اقتصاد واعتبار سيستم توزيع را بهبود بخشد.در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهرهگیری میشود که عبارتاند از:
مزایای نیروگاههای خورشیدی
نیروگاههای خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل میکنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاههای فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست میباشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاههای خورشیدی آیندهای پر ثمر و زمینهای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایستهاست که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاهها بپردازیم.
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت
نیروگاههای خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاههای فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر میباشد. در نیروگاههای خورشیدی این نوسان وجود نداشته و میتوان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت. کامران هومن
ب) عدم احتیاج به آب زیاد
نیروگاههای خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت میباشند. (نیروگاههای حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند).
پ) عدم آلودگی محیط زیست
نیروگاههای خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمیکنند در صورتی که نیروگاههای فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت – گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاههای اتمی با تولید زبالههای هستهای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود میآورند.
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
ت) امکان تأمین شبکههای کوچک و ناحیهای
نیروگاههای خورشیدی میتوانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکههای کوچک ناحیهای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکههای انتقال نمیباشد.
ث) استهلاک کم و عمر زیاد
نیروگاههای خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی میباشند در حالی که عمر نیروگاههای فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شدهاست.
ج) عدم احتیاج به متخصص
نیروگاههای خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و میتوان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاههای اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.
کاربردهای غیر نیروگاهی
کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی میباشد که اهم آنها عبارتاند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی – سرمایش و گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی – خشک کن خورشیدی – اجاق خورشیدی – کورههای خورشیدی و خانههای خورشیدی.
الف – آبگرمکنهای خورشیدی و حمام خورشیدی
تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادیترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است میتوان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد میتوان از آنها در حمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استانهای خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شدهاست.
ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
[[اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است.]] گرمایش و سرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازهای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستمهای خورشیدی میتوان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستمها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
پ – آب شیرین کن خورشیدی
هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی میماند.
سپس با استفاده از روشهای مختلف میتوان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش میتوان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد.
آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته میشوند. در نوع صنعتی با حجم بالا میتوان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.
ت – خشک کن خورشیدی
خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بوده و انسانهای نخستین خشک کردن را یک هنر میدانستند.
خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتریها میباشد. در خشک کنهای خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده میشود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول میگردد. خشک کنهای خورشیدی در اندازهها و طرحهای مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته میشوند.
ث – اجاقهای خورشیدی
دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشهای درپوش آنرا تشکیل میداد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشهها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب میشد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
درجه افزایش میداد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه میباشد. امروزه طرحهای متنوعی از این سیستمها وجود دارد که این طرحها در مکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیدهاند. استفاده از این اجاقها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه میباشند بسیار مفید خواهد بود.
ج – کوره خورشیدی
در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.
بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین میکرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی میباشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده میشود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز میشوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع میشود که این نقطه به دماهای بالایی میرسد. امروزه پروژههای متعددی در زمینه کورههای خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء میباشد.
چ – خانههای خورشیدی
ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانههای خود در زمستان استفاده میکردند. آنان ساختمانها را به ترتیبی بنا میکردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن میتابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگهای دیگر دنیا نیز میتوان نمونههایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانههای خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانههای خورشیدی را آغاز کردهاند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافتهاند مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شدهاست. در این گونه خانهها سعی میشود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.
در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیدهاست.
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
در مورد پدايش خورشيد فرضيه اي که بيشتر مورد قبول واقع شده، اينست که منشاء ايجاد خورشيد توده هاي ابري شکل گازهايي هستند که تشکيل دهنده عمده آنها هيدروژن بوده است . در مرحله اول و در نتيجه نيروي جاذبه مرکزي، ذرات هيدروژن روي هم متراکم شده و در اثر تراکم، تصادم شديدي بين ذرات هيدروژن بوجود آمده و در نتيجه افزايش بيش از حد فشار و دما، تحولات هسته اي پديد آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظيم انرژي بوده است .
گداخته شدن و تحولات هسته اي هيدروژن، اتمهاي جديد هليوم را پديد آورده که اين گداخته شدنها و واکنش هاي هسته اي در توده هاي ابري شکل گازها، تولد خورشيد را باعث شده است .
اگر در نظر بگيريم که طبق براورده هاي علمي، در حدود 6000 ميليون سال از زمان شروع به هيدروژن گدازي خورشيد مي گزد در هر ثانيه 2/4 ميليون تن از جرم خورشيد در تحولات هسته اي تبديل به انرژي مي شود شايد نگران تحليل رفتن سريع سوخت اين کوره هسته اي عظيم باشيم ولي اگر از ميزان جرم خورشيد که معادل 1026 2/2 تن مي باشد آگاه شويم متوجه خواهيم شد که نگراني ما حداقل براي هزاران ميليون سال آينده بي مورد است .
انرژي تشعشعي، در مرکز خورشيد که حرارت آن بين 10 تا 14 ميليون درجه سانتيگراد مي باشد توليد شده و سطح خورشيد که حرارت آن تقريباً معادل 5600 در جه سانتيگراد است بصورت امواج در فضا منتشر مي شود . طول اين امواج از مقادير زياد تا اندازه هاي بسيارکوچک مانند طول موج اشعه ايکس و گاما متفاوت بوده و با بار انرژي آنها رابطه معکوس دارد . به عبارت ديگر امواج پر انرژي تر داراي طول موج کوتاه تري هستند . هر چند که دامنه تنوع طول موج هاي منتشره از خورشيد بسيار وسيع است ولي قسمت اعظم انرژي آن، در طول موج هاي مشخص و محدودي منتشر مي شوند . نورهاي قابل رويت به وسيله چشم انسان معادل 46 درصد از کل انرژي صادره از خورشيد را تشکيل مي دهند . اين اشعه که دستگاه بينايي انسان نصبت به آن حساس است . در طول موج هايي از 35/0 تا 75/0 ميکرون پخش شده و شامل همه رنگهاي آشنا به چشم انسان از اشعه بنفش با طول موج 35/0 ميکرون تا آبي – سبز – زرد – نارنجي و قرمز با طول موج 75/0 ميکرون مي باشند . (ميکرون واحد اندازه گيري طول موج است که برابر ميليمتر مي باشد
در حدود 47 تا 49 درصد از تشعشعات خورشيدي در طول موج هاي مادون قرمز منتشر مي شوند . تشعشعاتي که ما از آنها احساس گرما مي کنيم در طول موج هاي بيشتر از طول موج رنگ قرمز (بيش از 75/0 ميکرون) پخش مي شوند و بقيه اشعه خورشيد در منطقه ماوراء بنفش و با طول موج کمتري از 35/0 ميکرون منتشر مي شوند اصطلاحاً طول موج زير 3/0 ميکرون را موج کوتاه و بالاتر از آن را طول موج بلند مي پيمايند .
تمام امواج الکترو مغناطيسي که از سطح خورشيد پخش مي شوند با سرعت حرکت نور يعني 300 هزار کيلومتر در ثانيه فضا را مي پيمايند . و زمين که در فصله 150 ميليون کيلومتر از خورشيد قرار گرفته است فقط يک جزء از 2000 ميليون جزء انرژي خورشيد را دريافت مي کند و همين سهم بسيار کوچک، منبع تأمين انرژي تمام تحولات جوي و حياتي بوده و گرداننده چرخهاي زندگي در روي کره زمين مي باشد .
در مجموع تشعشات خورشيد که بوسيله زمين و جو آن دريافت مي شود در حدود 35 درصد آن مجدداً به فضاي خارج از جو باز تاب مي گردد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
قسمت اعظم اين بازتابي در جو زمين و در برخورد اشعه خورشيد با ابرها و غبارهاي جوي انجام مي گيرد و بخش کمتري از آن، در سطح زمين در نتيجه انعکاس اشعه بوسيله آب ها- برفها و سنگريزه ها حادث مي شود . قسمتي از باقيمانده انرژي، در حين عبور از جو زمين، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، بد فعات زياد تغيير مسير داده و پس از اين برخوردها، بصورت تشعشعات پراکنده به سطح زمين و يا فضاي خارج تابيده مي شود . همچنين در حدود 10الي 15 درصد انرژي تشعشي دريافت شده است خورشيد، به وسيله ذرات بخار آب – اکسيد دو کربن و ازون موجود در جو زمين، جذب مي شود شکل2-1
قابل توجه است که در طبقات فوقاني جو زمين، گاز ازون تقريباً تمام اشعه ماوراء بنفش را جذب مي کند و اين تصويه اشعه از نظر سلامت زندگي انسان ها حائز اهميت فوق العاده اي است زيرا که اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تاثيرات بسيار نامطلوب دارد . بخار آب و اکسيد دو کربن نيز در طبقات تحتاني جو زمين، اشعه مادون قرمز را جذب مي کنند .
کلکتورهاي تخت از نظر سيال عامل و ساختمان و طرز کارشان به سه دسته تقسيم مي شوند که عبارتند از :
1- کلکتور با آب چکه
2- کلکتور با هوا
3- کلکتور با مايع
کلکتور آب چکه از صفحات فلز سياه رنگ کنگره اي ساخته مي شود اولين بار در سال 1959 توسط دکتر Harry Tamason براي بام خانه اي در ميرلند ساخته و نصب شد . در اين نوع کلکتورها آب از لوله اي در قسمت فوقاني، بر روي شيارهاي صفحه کنگره اي مي چکد . آب در حين جريان با جذب حرارت از صفحه سياه رنگ کنگره اي، در پائين در يک ناوداني جمع و از آنجا آبگرم از لوله اي جهت مصرف و يا ذخيره خارج مي شود . براي جلوگيري از تلافات حرارتي، بيشتر اين مجموعه با صفحه شفاف يا شيشه اي پوشيده مي شود.
اين نوع کلکتورها در صورتي که با شرايط مناسبي ساخته شوند مي توانند درجه حرارت آب را تا oC110 يا کمتر افزايش دهند .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
کلکتورهاي آب چکه مثل ساير گرد آورها، بايستي داراي حفاظهاي حرارتي مثل عايق در پشت صفهات جذب کننده باشند .
که اين نوع کلکتورها نمي توانند به فشار شبکه لوله کشي متصل باشند .
و اجزاء متشکله کلکتور آب چکه از : شيشه پوششي – صفحه جذب کننده با مسير جريان آب – عايق پشت صفحه، ساخته شده است
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
کلکتورهاي تخت هوايي، يکي از ديگر از گردآورهايي هستند که در آنها از هوا يا گاز به عنوان سيال عامل حرارت استفاده مي شود .
نگهداري آسان و يخ نزدن هوا از مزاياي اين نوع کلکتورها نصبت به انواع مايعي آنها است . بعلاوه در اين نوع گرد آورها هواي گرم مستقيماً وارد ساختمان يا محوظه ذخيره مي شود .
اين کلکتورها معايبي نيز دارند که اهم آنها عبارتند از : مشکل گرم کردن آب مصرفي بوسيله هواي گرم تهيه شده – لروم ساخت و نصب کانال هايي با سطح مقطع مناسب که معمولاً فضاي زيادي از ساختمان را اشغال مي کند – احتياج به هوا رسان با قدرت الکتريکي لازم براي انتقال هواي گرم از کلکتور به محل ذخيره . در حال حاضر از اين نوع گردآورها کمتر از ساير انواع آنها استفاده مي شود ولي پيش بيني مي شود که ساخت و استفاده از آنها در آينده افزايش يابد .
دسته سوم از کلکتورها، از نوع مايعي و از معموليترين آنهاست . در اين نوع گردآور، سيال عامل يکنوع مايع مثل آب – روغن و يا مايعي با نقاط انجماد پائين انتخاب مي شود زيرا که يخ زدن آب در کلکتور و خورندگي و نشستي از مشکلات اساسي در اين نوع گردآورها است .
در اين نوع کلکتورها، سيال عامل از قسمت پائين وارد و هنگام عبور از گذرگاههاي صفحه جذب کننده، گرم شده و از قسمت فوقاني بطرف مخزن ذخيره جريان پيدا کرده و يا پمپ مي شود .
کلکتورهاي لوله اي غير متمرکز
يک نوع از کلکتور، از يک لوله شيشه اي که صفحه و لوله جذب کننده را در بر گرفته تشکيل شده و براي اينکه از تلفات حرارت بيشتر جلوگيري شود در داخل لوله شيشه اي ايجاد خلاء گرديده است گرديده است
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
وجود خلاء براي حفظ خاصيت رنگ مخصوصي که روي صفحه جذب کننده را پوشانده ضروريست زيرا که رنگ selective در خلاء داراي ضريب جذب بالايي بوده ولي دراتمسفر اين خاصيت را از دست مي دهد . ساخت اين نوع کلکتورها بعلت وجود خلاء در داخل لوله ها، به تکنولژي پيشرفته اي نيازمند است
اشعه خورشيد پس از گذشتن از لوله شيشه اي و خلاء داخلي آن، به صفحه جذب کننده برخورد و انرژي حرارتي خود را از طريق اين صفحه به لوله و سپس به سيال داخلي آن که آب و يا سيال واسطه ديگري مي باشد، منتقل مي کند . سطح منعکس کننده مطابق شکل، اشعه هاي محيط لوله را از سمت پائين به داخل کلکتور منعکس کننده و با اين ترتيب درجه حرارت سيال داخلي را افزايش مي دهد . بعلت بالا بودن درجه حرارت در اين نوع کلکتورها، مي توان از آبگرم تهيه شده براي گرمايش و تبريد استفاده کرد
نوع ديگر از کلکتورهاي لوله اي غير متمرکز کننده که چند سالي است که طراحي و ساخته شده اند تقريباً از نظر ظاهر مشابه کلکتورهاي لوله اي خلائي مي باشند ولي داراي ساختمان و طرز کار متفاوتي بوده و بنام کلکتور غير متمرکز با لوله تخليه شده ناميده مي شوند
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
کاربرد اين نوع کلکتورها نيز در جذب انرژي خورشيدي و ايجاد حرارت در دماهاي پائين مي باشد و در آنها نيز مي توان از آب و يا هوا، به عنوان سيال عامل انتقال حرارت استفاده کرد .
اين کلکتور خورشيدي، از دو لوله فلزي تو در تو و هم مرکز با قطرهاي متفاوت که در داخل يک لوله شيشه اي قرار گرفته اند تشکيل شده است . لوله کوچک مرکزي به عنوان لوله تغذيه عمل کرده و سيال انتقال حرارت را به داخل کلکتور هدايت مي کند . سيال هدايت شده در اين لوله ها، قبل از رسيدن به انتهاي مسير، کمي پيش گرم مي شود . در انتهاي لوله، سيال وارد محفظه بين دو لوله هم مرکز شده و در جهت مخالف اولي و داخل لوله جذب کننده حرارت جريان مي يابد و سيال در اين مسير است که بيشترين حرارت خود را از طريق لوله جاذب حرارت، دريافت کرده و پس از گرم شدن به داخل يک منيفولد مي ريزد تا از اين طريق وارد لوله تغذيه بعدي شده و همين عمل در لوله هاي بعدي نيز تکرار مي شود . با اين ترتيب دماي سيال در هر لوله افزايش مي يابد تا در انتها از کلکتور خارج شود . (شکل 6-2) مقطع اين نوع کلکتور را نشان مي دهد .
اگر قطر لوله شيشه اي خارجي 5 سانتيمتر و طول لوله در حدود يک متر ساخته شود، با ايجاد خلاء در داخل شيشه که به عنوان عايق حرارتي عمل مي کند، مي توان دماي سيال انتقال حرارت را به دماي بيشتر از کلکتورهاي تخت رساند . ميزان خلاء داخل لوله در حدود تور (کمتر از يک ميليونيم اتمسفر) تعيين شده تا از تلافات حرارتي هدايت و جابجايي کاملاً جلوگيري گردد . سطح خارجي لوله جذب کننده با ماده اي به نام سلکتيو پوشانده مي شود تا ضريب جذب حرارت را افزايش دهد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
يکي از مزاياي اين کلکتورها نصبت به نوع تخت در آن است که با به کار بردن صفحات منعکس کننده،تشعشع خورشيد از تمام جهات به لوله جذب حرارت مي رسد و لذا در صورتيکه مشخصات ذکر شده، در ساخت اين کلکتورها رعايت شود، دماي سيال گرم شده خروجي بخار 'F 190-'F 240 خواهد رسيد . معمولا 24 عدد از اين لوله هاي بقطر 2 اينچ و طول 40 اينچ را بصورت يک مدل رويهم نصب مي کنند و کلکتورهاي بابعاد 8آيينه صيقل داده شده استفاده شود امکان زنگ زدکي، ميزان تشعشع صفحات منعکس کننده را کاهش مي دهد . ميزان دريافت شدت تابش خورشيدي در متمرکز کننده ها مي تواند در حدود 80-70 برابر نصبت به کلکتورهاي تخت باشد . درست است که از نظر ساخت ، شکل سهموي مشکلي را ايجاد مي کند ولي از نظر استحکام مقاومت آنها را بيشتر مي کند
با توجه به ايجاد درجات حرارت بالا امکان ذخيره سازي بيشتري را دارند، ميزان سيال جرياني کمتر بوده و در فصول سرد، به مايع ضد يخ کمتري نياز دارند در حالي که در کلکتورهاي تخت عايق بندي حائز اهميت است، در متمرکز کننده ها نيازي به آنها نبوده ولي در مقابل باد، تلفات بيشتري دارند و ميزان انرژي خورشيدي دريافتي بيشتري دارند .
توليد آبگرم مصرفي ساختمانها، از اقتصادي ترين روش هاي استفاده از انرژي خورشيدي است . بدون شک گرم کننده هاي ترموسيفوني بيشترين استفاده را در تهيه و طرح آبگرم کن هاي خورشيدي عهده دار مي باشند . ساده ترين سيستم آبگرم کن خورشيدي از يک گردآور تخت و يک مخزن ذخيره تشکيل شده که آب يا سيال عامل، بعلت اختلاف درجه حرارت به طور طبيعي و با استفاده از عمل ترموسيفون در آنها گردش مي کند . شرايط لازم در نصب اين آبگرم کن آنست که قسمت فوقاني گردآور پائين تر از قسمت تحتاني مخزن ذخيره قرار گيرد و حداقل درجه انحراف گردآور نصبت به سطح افق براي تحقق جريان ترموسيفون، در حدود 20 درجه روبه جنوب ضروريست . به منظور جلوگيري از تلافات حرارتي، گردآور و لوله هاي هادي کاملاً عايق بندي مي شوند . يک لوله عايق شده قسمت پائين مخزن را به هد پائين گردآور متصل کرده و لوله ديگري نيز هد بالايي را به قسمت فوقاني مخزن وصل مي کند . آبسرد تغذيه کننده از قسمت پائين به مخزن ذخيره هدايت شده و آبگرم مصرفي نيز از بالاترين نقطه مخزن به طرف شيرهاي مصرف لوله کشي مي شود . بعلت بسته بودن سيستم و جلوگيري از خطر انبساط حرارتي سيال، وجود يک مخزن انبساط و يا لوله انبساطي که بيک شير اطمينان مجهز باشد در سيستم هاي آبگرم کن خورشيدي ضروريست .
در پايان يک روز آفتابي، آزمايش روي آبگرمکن فوق نشانداده است که مخزن در زمستان داراي آب oC49 و در تابستان دماي آب به oC74 رسيده است . در صورتي که سطح گردآور برابر با 5/1 الي 2 متر مربع باشد و ظرفيت مخزن بين 40 تا 60 گالن انتخاب شود، اين آبگرم کن مي تواند جواب گوي نياز آبگرم
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
در متمرکز کننده ها بعلت کاهش سطح جذب کننده ها، اتلاف حرارتي کاهش مي يابد و دماي بالاتر و حرارت بيشتري توليد مي شود . براي مناطق ابري مناسب نيستند .نيازي به پوشش شيشه اي ندارند، نصبت به کلکتورهاي تخت هزينه بيشتري لازم دارند . متمرکز کننده ها از نظر راندمان در دماهاي پائين از کلکتورهاي تخت ضعيف تر بوده در دماهاي بالا، داراي راندمان خوبي هستند، آسيب پذيري اين نوع کلکتورها کمتر است ولي اگر بجاي آيينه صيقل داده شده استفاده شود امکان زنگ زدکي، ميزان تشعشع صفحات منعکس کننده را کاهش مي دهد . ميزان دريافت شدت تابش خورشيدي در متمرکز کننده ها مي تواند در حدود 80-70 برابر نصبت به کلکتورهاي تخت باشد . درست است که از نظر ساخت ، شکل سهموي مشکلي را ايجاد مي کند ولي از نظر استحکام مقاومت آنها را بيشتر مي کند
با توجه به ايجاد درجات حرارت بالا امکان ذخيره سازي بيشتري را دارند، ميزان سيال جرياني کمتر بوده و در فصول سرد، به مايع ضد يخ کمتري نياز دارند در حالي که در کلکتورهاي تخت عايق بندي حائز اهميت است، در متمرکز کننده ها نيازي به آنها نبوده ولي در مقابل باد، تلفات بيشتري دارند و ميزان انرژي خورشيدي دريافتي بيشتري دارند .
توليد آبگرم مصرفي ساختمانها، از اقتصادي ترين روش هاي استفاده از انرژي خورشيدي است . بدون شک گرم کننده هاي ترموسيفوني بيشترين استفاده را در تهيه و طرح آبگرم کن هاي خورشيدي عهده دار مي باشند . ساده ترين سيستم آبگرم کن خورشيدي از يک گردآور تخت و يک مخزن ذخيره تشکيل شده که آب يا سيال عامل، بعلت اختلاف درجه حرارت به طور طبيعي و با استفاده از عمل ترموسيفون در آنها گردش مي کند . شرايط لازم در نصب اين آبگرم کن آنست که قسمت فوقاني گردآور پائين تر از قسمت تحتاني مخزن ذخيره قرار گيرد و حداقل درجه انحراف گردآور نصبت به سطح افق براي تحقق جريان ترموسيفون، در حدود 20 درجه روبه جنوب ضروريست . به منظور جلوگيري از تلافات حرارتي، گردآور و لوله هاي هادي کاملاً عايق بندي مي شوند . يک لوله عايق شده قسمت پائين مخزن را به هد پائين گردآور متصل کرده و لوله ديگري نيز هد بالايي را به قسمت فوقاني مخزن وصل مي کند . آبسرد تغذيه کننده از قسمت پائين به مخزن ذخيره هدايت شده و آبگرم مصرفي نيز از بالاترين نقطه مخزن به طرف شيرهاي مصرف لوله کشي مي شود . بعلت بسته بودن سيستم و جلوگيري از خطر انبساط حرارتي سيال، وجود يک مخزن انبساط و يا لوله انبساطي که بيک شير اطمينان مجهز باشد در سيستم هاي آبگرم کن خورشيدي ضروريست .
در پايان يک روز آفتابي، آزمايش روي آبگرمکن فوق نشانداده است که مخزن در زمستان داراي آب oC49 و در تابستان دماي آب به oC74 رسيده است . در صورتي که سطح گردآور برابر با 5/1 الي 2 متر مربع باشد و ظرفيت مخزن بين 40 تا 60 گالن انتخاب شود، اين آبگرم کن مي تواند جواب گوي نياز آبگرم
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
مصرفي يک خانواده 3 الي 5 نفري باشد . در سيستم هاي ترموسفوني استفاده از لوله هاي به قطر کمتر از اينچ مجاز نمي باشد .
در آبگرم کن هاي خورشيدي از مخازن ذخيره آبگرم استفاده کرده و انرژي حرارتي را براي مصارف مختلف جمع آوري و ذخيره مي کنند .
مخازن ذخيره معمولاً براي ظرفيت يک تا دو روز مصرف آبگرم طراحي مي شوند .
معمولاً يک کويل الکتريکي براي مواقعي که انرژي خورشيدي به گردآور نمي رسد، جهت ايجاد حرارت در روي مخازن ذخيره آبگرم نصب مي گردد .
آبگرم کن خورشيدي در حالت ترموسيفون (جريان طبيعي)، اين محدوديت را دارد که مخزن ذخيره حتماً بايد بالاتر از گردآوري نصب شود . اما اگر بهر علت اين امر امکان پذير نباشد مي توان مخزن را در محل مناسب حتي پائين تر از گردآور نصب کرده و براي جريان دادن آب بين گردآور و مخزن ذخيره از يک پمپ جرياني (سيرکولاتور) استفاده کرد . در اين حالت سيستم آبگرم کن خورشيدي را سيستم اجباري مي گويند .
ساده ترين کنترل پمپ جرياني در اين آبگرم کنها، ترموستاني است که با افزايش دماي آب گردآور، پمپ را به کار انداخته و باعث جريان آب بين گردآور و مخزن ذخيره آبگرم کن خورشيدي مي گردد .معمولاً در سيستم هاي اجباري مخازن ذخيره آب گرم از نوع مخزن دو جداره و يا کويلي است که در شکل 7-2 يک آبگرم کن خورشيدي با مخزن دو جداره نشان داده شده است .
از مزاياي اين سيستم آن است که آب گرم کننده که در گردآور و جدار خارجي مخزن ذخيره گردش مي کند هرگز با آب گرم مصرفي مخلوط نمي شود و براحتي مي توان آب گرم کننده را آب ناخالص و يا سيال واسطه ديگري که دماي انجماد آن پائين بوده و گرماي ويژه بالايي دارند، انتخاب کرد
در بعضي از سيستم هاي آبگرم کن خورشيدي معمولاً از يک مخزن اضافي به نام مخزن اوليه (preheater) استفاده مي شود
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
در اين آبگرم کن مخلوط ضد يخ و آب در مداري است که شامل جدار خارجي مخزن اوليه، پمپ، گردآور و منبع انبساط مي باشد . آبسرد به قسمت پائين مخزن اوليه وارد شده و آب گرم از قسمت بالا خارج مي شود
در قسمت خروجي آبگرم، شير کنترلي وجود دارد و در صورتي که درجه حرارتي آب گرم خروجي بالاتر ازoC50 باشد اين شير مقدار آبسرد به آن اضافه مي کند تا همواره آب ورودي به مخزن دوم oC50 باشد .
از مخزن ذخيره هم براي تهيه آب گرم مصرفي و هم براي گرمايش ساختمان مي توان استفاده کرد
در اين سيستم مخزن ذخيره بزرگي در فشار اتمسفر مورد استفاده قرار گرفته و از اين مخزن آب بوسيله پمپ P1 و با عملکرد ترموستات تفاضلي T1 به گردآور خورشيدي فرستاده مي شود . در اين سيستم از آب برگشتي سيستم براي جلوگيري از عمل انجماد آب در هواي سرد در گردآور استفاده شده و علت آن کاهش هزينه سيستم در ممانعت از کاربرد ضد يخ مي باشد .
آبگرم مصرفي ساختمان به وسيله کويل آبگرمي که در قسمت بالاي مخزن نصب شده و گرم ترين آب مخزن در آن محل جريان دارد، تأمين مي شود . يک کويل الکتريکي نيز براي افزايش درجه حرارت آبگرم مصرفي به ميزان احتياج، پيش بيني شده است . گرمايش ساختمان با درخواست ترموستات T2 که به درجه حرارت داخل ساختمان حساس است، انجام مي گيرد به اين ترتيب که ترموستات T2 با کاهش درجه حرارتي داخلي، پمپ P2 را به راه انداخته و گرماي مورد نياز کويل ذاخل ساختمان را بوسيله سيال جرياني در کويل زيرين مخزن ذخيره، تأمين مي کند .
با اضافه کردن يک سيستم تبريد جزبي، مي توان براي سرمايش ساختمان نيز از همان سيستم آبگرم خورشيدي بسادگي استفاده کرد .
در اين طرح سيستم تبريد جذبي از نوع محلول برومور ليتيوم و آب پيش بيني شده است .
براي چنين سيستمي در تابستان و روزهاي گرم که آب برگشتي از برج خنک کن از حدود 26 درجه سانتيگراد تجاوز مي کند، گردآورها و مخزن ذخيره اي بايد طراحي شود که قادر باشد آب گرمي با دماي oC3/93 (در حدود 200 درجه فار نهايت) تهيه نمايد .
کنترل هاي قسمت هاي جمع کننده انرژي در سرمايش و گرمايش در چنين سيستمي کاملاً از هم جدا بوده و پمپ جرياني P1 بنا بدر خواست ترموستان T1 ، آب گرم شده در گردآورها را به داخل مخزن هدايت مي کند .
سيستم گرمايش با درخواست ترموستان T2 که در داخل ساختمان نصب گرديده است عمل مي کند . باين ترتيب، زمانيکه ترموستان T2 درخواست حرارت مي نمايد شيرهاي سه راهه V1 و V2 در مسير افقي باز شده و آب گرم مخزن ذخيره بوسيله پمپ P2 در داخل کويل سيستم گرمايش به جريان مي افتد و هواي عبوري از روي کويل حرارتي گرم شده و بوسيله وانتيلاتور F2 به داخل فضاي مورد نظر ارسال مي گردد .
زماني که ترموستات T2 درخواست سرما مي کند (فصل تابستان)، شيره هاي V1و V2 در مسيرهاي عمودي باز شده و آب داغ مخزن ذخيره بوسيله شير V1 به داخل ژنراتور سيستم جذبي هدايت شده و پس از گرم و تبخير کردن محلول برومور ليتيوم و آب موجود در ژنراتور، بوسيله شير سه راهي V2 و با
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
کمک پمپ جرياني P2، براي گرم شده مجدد، به داخل مخزن ذخيره بر مي گردد . پمپ P3 آب گرم شده در کندانسور و مدار جذب کننده سيستم تبريد را براي سرد شدن به طرف برج خنک کن هدايت کرده و پمپ P4 نيز آب سرد شده در داخل سيستم جذبي را به داخل کويل سرمايي واقع در مسير هواي جرياني که بوسيله وانيلاتور F2 ايجاد مي شود هدايت مي کند . واضح است که اين دفعه، هواي ورودي به فضاي مورد نظر سرد خواهد شد
سيستم هاي ذخيره گرما
از لحاظ کمي دو نوع ذخيره سازي گرما امکان پذير است که عبارتند از ذخيره نمودن به روش گرماي ويژه اي، که با استفاده از آب و يا سنگ مرسوم بوده و يا ذخيره کردن به روش گرماي نهان ذوب مي باشد .
در ذخيره سازي روش اول هيچ تغيير شيميايي انجام نمي گيرد و از آب يا سنگ و قلوه سنگ، براي گرم کردن و ذخيره کردن حرارت استفاده مي شود . اين گونه ذخيره سازي، سيستم خورشيدي را کاملاً بازگشت پذير مي سازد و همچنين بعلت فراواني و در دسترس بودن آب و سنگ، هزينه سيستم نيز کاهش مي يابد .
آب توانايي ذخيره کردن حدود 3 برابر گرما نصبت به سنگ براي حجم معيني است اين دو ماده دارا مي باشد . سنگ ها نيز داراي مزايايي هستند که از عمده ترين آنها عبارت است از :
1- غير قابل تجزيه ، فاسد شدن و خرده شدن هستند .
2- غير قابل انجماد و يا جوشش و تبخير هستند .
از آنجايي که سنگ ها سطوح تبادل حرارت ارزاني را به ميزان وسيعي ايجاد مي کنند امروزه به عنوان ذخيره سازي در سيستم هاي خورشيدي با هوا، مورد استفاده قرار مي گيرند .
در سيستم هائيکه از آب بعنوان ذخيره کننده حرارت استفاده مي شود، مخازن آب بکار برده مي شوند .
مخازن پلاستيکي (فايبر گلاس) در حال حاضر براي استفاده جهت ذخيره آب در دماي حدودoC94 و در فشار اتمسفر در دسترس مي باشند . اين مخازن در مقابل خوردگي مصون بوده و وزن آنها نصبت به نوع فولادي در حدود مي باشد .
در گرمايش، سنگ هاي متبلور که مشهورترين آنها نمک گلوبر مي باشد مي توانند پتانسيل مفيدي داشته باشند . به عنوان نمونه سولفات سديم متبلور NA2SO4-10H2O در درجه حرارتي در حدود oC8/37 ذوب ويا منجمد مي شود گرماي نهان ذوب سولفات دو سود KJ/KG252 و نقطه ذوب آن oC2/32 و وزن مخصوص آن در حالت مايع KG/M31120 و در حالت جامد KG/M31632مي باشد بنابراين
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
ميزان پتانسيل حرارتي ذخيره شده در هر متر مکعب از اين ماده در حالت جامد kj/m3411622مي باشد .
روش هاي موجود در گرمايش خورشيدي انفعالي
روش هاي متعددي در زمينه استفاده ازانرژي خورشيدي به صورت غير فعال وجود دارد که متداول ترين آنها عبارتند از :
1- روش دريافت مستقيم
2- ديوار تراومب و ديوار آبي
3- روش گلخانه اي (گرمخانه)
4- استخر يا حوضچه روي بام
5- هواکش حرارتي (برج هوا)
در روش دريافت مستقيم
پنجره ها – گلخانه ها – نورگير سقفي که معمولاً جزي از اجزاي يک ساختمان محسوب مي شوند، در طرح يک خانه خورشيدي کمک هاي موثري مي نمايند . پنجرهايي که روبه آفتاب هستند انرژي حرارتي خورشيد را به داخل ساختمان هدايت، و از خروج آن در مواقع تابش آفتاب جلوگيري مي کند در صورتي که همين پنجره ها در روزهاي ابري و شب ها، بيشتر از آن مقدار گرمايي را که کسب کرده اند، از دست مي دهند . جهت جلوگير از هدر رفتن حرارت در شب، مي توان از عايق هاي حرارتي استفاده کرد .
بنابراين اگر آنها را به وسيله پرده و کرکره مجهز نمايند به عمل عايق کرد شيشه ها و جلوگير از تلفات حرارتي در ساعات بدون خورشيد، کمک خواهد شد .
يکي از روشهاي جلوگيري از تلفات حرارتي پنجره ها، استفاده از سيستم beadvall است . در اين سيستم پنجره تشکيل شده از دو لايه شيشه يا پلاستيک اين دو لايه در حدود 7 سانتيمتر از هم فاصله دارند . زماني که حرارت خورشيد از روي پنجره سپري مي شود دانه هاي پلاستيکي کم وزن به طور اتوماتيک به داخل فضاي دو لايه شيشه ريخته مي شوند . وقتي که فضاي خالي دوشيشه با اين دانه هاي يونوليتي پر شود، يک پنجره عايق دار مناسب بوجود مي آيد و از تلفات حرارتي ساختمان جلوگيري مي شود . براي برگرداندن يونوليتها در ساعات آفتابي که احتياج به دريافت و ذخيره انرژي حرارتي داريم مي توان از يک کمپرسور مکنده و يک محفظه مناسب استفاده کرد . اين سيستم را مي توان در پنجره هاي عمودي و پنجره هاي که با افق تا 40 درجه زاويه دارند، اجرا نمود .
بعلاوه گلخانه يک گردآور زنده است که فضاي زندگي گلها و گياهان محافظت مي کند و علاوه بر تهيه هواي گرم در زمستان، هواي تازه، رتوبت و خنکي لازم در تابستان را نيز تامين مي نمايد . نور گرفتگي سقفي (skylight) يا سقفهاي شکسته که براي ايجاد نور و تهويه در ساختمان بکار مي روند مي توانند تابش خورشيدي و انرژي حرارتي حاصله را در زمستان به تمامي سطوح داخلي ساختمان راه دهند و در تابستان نيز به تهويه هواي ساختمان و خنک کردن هوا کمک کنند . چون هواي گرم هميشه در سطح فوقاني و نزديک سقف قرار مي گيرد، مي توان با استفاده از نورگيرها که در سقف قرار دارند هواي گرم ساختمان را به بيرون رانده و جريان هوا را در ساختمان بوجود آورد .
نمونه هائي از مصالح ساختماني که به عنوان وجمع آوري و دخيره کننده حرارت به کار مي روند شامل پنجره با ديوار آجري يا بتوني و يا ديوار آبي يا ظروف آبي است و در سيستم (sky therm) ظروف يا منابع حاوي آب به صورت آشکار يا پوشيده، در معرض اشعه خورشيد قرار مي گيرند . با استفاده از اين روش ها، مي توان به نصبت فصول و ايام روز و شب و با استفاده از يک نوع مواد و مصالح ساختماني فضاي داخلي را گرم و يا خنک کرد و هيچکونه عمليات مکانيکي لازم نمي باشد .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
يک ديوار از مصالح ساختماني که با رنگ تيره رنگ شده و از قسمت خارجي بوسيله شيشه يا پلاستيک پوشيده شده باشد، مي توان به عنوان جمع آوري و ذخيره کننده گرماي خورشيدي در يک ساختمان مورد استفاده قرار گيرد .
در صورتي که ديوار ذخيره کننده حرارت، داراي دريچه هائي در بالا و پائين باشد در ايام روز هواي گرم بين پنجره و ديوار با استفاده از حالت ترموسيفون از دريچه بالا وارد اطاق شده و هواي سرد اطاق از دريچه پائين براي گرم شدن بطرف فضاي گرم حرکت مي کند . در شب نيز تبادل حرارت بين ديوار گرم و هواي اطاق برقرار مي گردد .
توجه داشته باشيد وقتي از ديوار ترومب براي گرمايش ساختمان استفاده مي شود بکار بردن عايق حرارتي در شب ضروري است . در غير اين صورت هواي گرم اطاق از طريق دريچه ها به بيرون رانده شده و هواي سرد وارد اطاق خواهد شد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
از معايب ديوارهاي ترومب اين است که معمولاً اين ديوارهاي در جبهه آفتاب گير ساختمان که محل گلخانه و پنجره و بالکن مي باشد نصب مي شوند و جلوي نور و ديد اصلي را مي گيرند که درطرح معماري ساختمان اين اصول نبايد فراموش شود .
ديوارهاي ترومب بر حسب ضخامتشان و ميزان دريافت و ذخيره انرژي حرارتي خورشيد در خود، در افزايش و نگهداري درجه حرارت داخلي ساختمان تاثير بسزائي دارند دياگرام 1-2 تغييرات دماي هواي داخل ساختمان را نسبت به دماي خارج وضخامت ديوار نشان مي دهد . مشاهد مي شود که ديواري با ضخامت 20 اينچ، در تمامي ساعات شب و روز دماي ساختمان را در شرايط مطلوب و يکنواخت نگهداري مي کند .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
ديوارهاي آبي يا منابع آب براي گرمايش ساختمان ها
اين نوع روش گرمايش که به نام (DURM WALL) مي باشد به اين ترتيب است که در يک جهت روبه آفتاب ساختمان و در گلخانه از تعدادي از بشکه هاي خالي نفت بعنوان منابع ذخيره آب و حرارت استفاده مي شود . بشکه هائيکه در معرض تابش خورشيد قرار گرفته اند براي جذب بيشتر حرارت به رنگ تيره در آمده و در کنار هم يک ديوار آبي تشکيل داده اند از از محسنات اين روش رسيدن نور کافي به ساختمان از ميان بشکه هاي آب، و ديد کافي از طرف ساختمان به بيرون را مي توان نام برد .
ديوار آبي با حجم 3 فوت مکعب آب، و با تغييرات دماي خارج ،بين 27 تا 50 درجه فارنهايت، در يک شبانه روز زمستاني، درماي هواي داخل ساختمان که از انرژي حرارتي خورشيدي بهره گرفته است بين oF68 در شب و oF80 در ساعت 4 بعد از ظهر،تغيير يافته است که براي يک خانه خورشيدي ايده آل حرارت مطلوبي مي باشد .
استفاده از حوضچه يا استخر پشت بام براي گرمايش يا سرمايش ساختمان ها يک از روش هاي ساده و ارزان مي باشد . در اين سيستم در روي پشت بام خانه خورشيدي، يک کيسه پلاستيکي پر از آب بضخامت تقريباً 20 سانتيمتر قرار داده مي شود که بر روي فلز سياه رنگي در پشت بام تعبيه مي گردد و باين ترتيب يک سيستم ترکيبي از گرمايش براي زمستان و سرمايش براي تابستان بوجود مي آيد .
در اين سيستم از روش هاي طبيعي، براي گرم کردن و سرد کردن ساختمان استفاده مي شود . اين سيستم براي شرايط اقليمي گرم و خشک بسيار مناسب بوده بنابراين مسئله خنک کردن ساختمان در تابستان، خواسته اصلي طرح مي باشد .
از وسايل ضروري اين سيستم وجود صفحات عايق حرارتي است که در روي ريلي در بالاي کيسه آب و در پشت بام نصب شده است . در زمستان در روزهاي آفتابي صفحات عايق کنار زده مي شوند و کيسه آب در مقابل اشعه خورشيد قرار گرفته و با دريافت حرارت خورشيد، در طي روز آب داخل کيسه گرم مي شود . گرماي دريافت شد ه به سقف ساختمان منتقل شده و از طريق سقف، هواي داخلي ساختمان گرم مي شود . شب هنگام براي جلوگيري از تلفات حرارتي سقف، صفحات عايق سطح حوضچه آب و پشت بام را مي پوشانند و حرارت ذخيره شده در آب و سقف ساختمان، باعث گرم شدن هواي داخل ساختمان مي گردد .
در تابستان در ايام روز، صفحات عايق بسته شده و از گرم شده کيسه آب و سقف بوسيله خورشيد جلوگيري مي کند ولي در شب صفحات عايق کنار رفته و حوضچه پشت بام در مقابل هواي آزاد قرار مي گيرد و اين حوضچه حرارت خود را بوسيله خنکي شب از دست مي دهد، و با سرد شدن سقف، گرماي ساختمان باين به خارج منتقل و ساختمان خنک مي شود .
گردآور چنان انتخاب شود که بهترين جاذب طول موج هاي کوتاه و بدترين دافع براي طول موج هاي بلند باشد .
گردآور مي تواند بصورت مسطح و يا متمرکز کننده ها تابش مستقيم خورشيدي را جذب مي کنند و لذا هميشه مي بايستي خورشيد را تغيب کنند و يا هر ساعت معادل 15 درجه در جهت حرکت خورشيد چرخش داشته باشند . از طرفي اگر درجه حرارت مورد نياز براي گرم کردن آب يا هوا از 100 درجه سانتيگراد تجاوز نکند گردآورهاي مسطح جوابگو بوده و براي دماهاي بالاتر، از متمرکز کننده ها استفاده مي شود .
با اضافه کردن 15 درجه به عرض جغرافيائي يک محل، مناسب ترين شيب براي گردآور ثابت جهت جذب حرارت بيشتر، بدست مي آيد . بطور مثال در عرض جغرافيائي 45 درجه بهترين زاويه شيب گردآور، 60 درجه خواهد بود
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
سيستمهاي تهيه آب شيرين خورشيدي و دستگاه هاي تقطير
کم بود آب يکي از مهمترين عوامل محدود کننده محيط زندگي و کشاوزي و عدم توسعه صنايع مي باشد و در حقيقت بدون آب زندگي و پيشرفت ممکن نيست . اقيانوس ها يکي از بزرگترين منابع ذخيره آب بوده ولي با داشتن حدود 5/3% فاصله وزني از املاح مختلف در آب، استفاده مستقيم از اين آبها در بيشتر موارد دچار اشکال مي گردد .
آب آشاميدني نبايد بيش از 1000 ميليگرم در ليتر املاح داشته باشد و يا آبي که در کشاورزي مصرف مي شود حداکثر املاح مجاز آن 5000 ميليگرم در ليت است .
آب اقيانوس ها و درياها با داشتن 35 گرم در ليتر از مواد محلول به هيچ عنوان نمي توانند مستقيماً در صنعت و کشاورزي و شرب مورد استفاده قرار گيرند . از مهممترين املاحي که از آب اقيانوس هاي براي شيرين کردن آنها بايد استفاده شود کلرور سديم است که به (salinity) معروف بوده و مقدار متوسط آن 34 گرم در ليتر مي باشد . همچنين مقاديري از املاح کلسيم و منيزيم نيز ممکن است در اين آبها موجود باشند که بايد حذف شوند .
مقدار انرژي لازم براي تهيه هر متر مکعب آب شيرين در حدود يک کيلووات ساعت است .
آب شيرين را از طريق انجماد آب شور نيز مي توان بدست آورد زيرا که موقع يخ بستن آب شور، نمکي از آب جدا شده و پس از ذوب يخها آب شيرين حاصل مي شود .
روشهاي تهيه آب شيرين
مهمترين و مرسومترين روش هاي تهينه آب شيرين عبارتند از :
1- روش تقطيري که خود به انواع، تقطير ساده (يک مرحله اي) تقطير چند مرحله اي – تقطير ناگهاني – تقطير فشاري – تقطير بروش متراکم گريز از مرکز و ... تقسم بندي مي شود .
2- روش الکترودياليز
3- روش مبادله کننده هاي يوني
4- روش تبريد و انجماد
5- روش استفاده از حلالها
6- روش تراوش معکوس (reverse osmosis) يا روش (osmions) که از دو لغت osmose و ions تشکيل شده است .
7- روش تصفيه دقيق يا فراپالايش (ultra filteration)
8- روش تقطير در فشار بحراني
9- روش انجماد در خلاء (vacume freezing)
نکته مهم ديگر اين است که يکي از مهمترين و پر دردسرترين اشکالات در دستگاهاي تهيه آب شيرين تشکيل رسوبات در جدار داخلي تاسيسات مي باشد .
پيشنهادات مهم براي احتراز از تشکيل رسوب در تاسيسات تهيه آب شيرين به قرار زيرند :
1- خارج ساختن املاحي که ايجاد رسوبات مي کنند قبل از ورود آب خام به دستگاه ها
2- طرح دستگاه و انتخاب مواد متشکله آن، به طوري که رسوبات مجال تشکيل شدن را نداشته باشند .
3- افزودن اسيد به محيط عمل براي پايداري آب نسبت به رسوبات در دماهاي بالا
4- افزودن موادي که مانع ايجاد رسوبات سخت شود مثل ترکيبات مختلف فسفات – نشاسته
5- کم کردن زمان توقف آب در سيستم، يعني افزايش عمل سيرکولاسيون در سيستم
تهيه آب شيرين با استفاده از روش تقطير
درسيستم هاي تقطيري خورشيدي، آب دريا را به ظروف کم عمقي که کاملاً آببندي شده است و با هواي خارج ارتباطي ندارد، وارد مي کنند . پوشش شفافي مانند شيشه و يا پلاستيک، سطح
فوقاني ظروف مربوطه را مي پوشاند . انرژي خورشيدي با طول موجهايي ازشيشه گذشته و تابش خورشيد با آب داخل ظرف برخورد نموده و آب را گرم مي کند . شيشه شفاف مانع خروج اشعه هاي بازتاب خورشيدي از محفظه شده و علاوه باعث مي شود که افت حرارتي از طريق جابجايي به مقدار زيادي کاهش يابد . به اين ترتيب انرژي حرارتي خورشيدي در دستگاه آب شيرين کن، محصور شده و موجب افزايش
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
درجه حرارت آب، و توليد و بالا رفتن ميزان بخار آب در محفظه مي گردد و در نتيجه نمک موجود در آب دريا در محفظه رسوب مي کند . بتدريج که رطوبت نسبي در محفظه افزايش مي يابد . بخار آب در اثر دفع حرارت از شيشه، روي سطح داخلي شيشه تقطير شده و آب شيرين حاصله، بطرف محل جمع آوري در انتهاي پوشش حرکت مي کند و باين ترتيب با استفاده از انرژي خورشيدي و عمل تقطير، آۀب شيرين تهيه مي شود . آب نمک غليظ شده نيز بطور دائم يا متناوب، از دستگاه خارج و به آب دريا وارد مي شود
آب شيرين کنهاي يک مرحله داراي انواع مختلفي هستند که از معروفترين آنها آب شيرين کن چند حوضچه اي و کف پله اي را مي توان نام برد . عنوان يک مرحله اي باين معني است که در اين دستگاه ها آب شيرين در يک مرحله تهيه و توليد مي شود
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
اشکالاتي که در آب شيرين کنهاي يک حوضچه اي وجود دارد طراحان و پژوهشگران را براي طراحي و ساخت آب شيرين کنهاي چند حوضچه اي و پله اي و طرح هاي مشابه ديگر، هدايت کرده است . از جمله اشکالات موجود، افقي بودن سطح آب داخل حوضچه است که با اشعه هاي خورشيدي برخوردي کمتري دارد، بعلاوه ظرفيت زياد آب شور داخل حوضچه، ميزان افزايش دما که در نتيجه ميزان توليد آب شيرين را محدود مي کند . آب شيرين کنهاي چند حوضچه اي و پله اي، نمونه خوبي از آب شيرين کنهاي مايل هستند، در اين دستگاه ها ميزان توليد آب شيرين در طول روز و زماني که اشعه خورشيد بر زمين مي رسد بيشتر است ولي توليد شبانه آنها تقريباً صفر است .
در آب شيرين کن يک حوضچه اي با عمق آبي در حدود 5/4 سانتيمتر، ظرفيت حرارتي بالايي وجود دارد و در نتيجه انرژي خورشيدي درجه حرارت آب را حداکثر تا 40 درجه سانتيگراد مي رساند . در اين حرارت کم عمل تبخير و تقطير به آرامي انجام مي گيرد ولي بعلت بالا بودن حجم آب، در هنگام شب درجه حرارت آب کاهش کمي پيدا مي کند ولي توليد شبانه آن سهم قابل توجه اي از توليد آب شيرين را دارد . در مقابل در يک آب شيرين کن مايل مثل کف پله اي با عمق آب شور کمتر از 3/1 سانتيمتر، درجه حرارت آب در هنگام روز oC66 هم مي رسد .
آب شيرين کن تقطيري چند مرحله اي
در اين سيستم، انرژي خورشيدي که معمولاً بوسيله گردآورهاي متمرکز کننده دريافت مي شود، در يک مبدل حرارتي آب دريا را تا حالت سوپر هيت گرم مي کند . آب شور داغ (در دماي بيش از 100 درجه سانتيگراد) به اولين محفظه تبخير پاشيده شده و قسمتي ار آن تبخير مي شود . بخار حاصله در اثر تماس با لوله هاي حامل آب دريا که بطرف مبدل حرارتي جريان دارد، تقطير شده و در عين حال باعث گرم شدن آب شور مي گردد . آب شور محفظه اول به کمک شير کنترل وارد محفظه دوم شده و قسمتي از آن تبخير مي شود . فرآيند محفظه اول به ترتيب در محفظه دوم سوم و آخري تکرار مي شود و به ترتيب در هر محفظه آب شورتر شده و به مقدار آب شيرين در هر محفظه افزوده مي شود . براي اين که عمل تبخير در دماي پائين در محفظه هاي بعدي انجام گيرد مجموعه سيستم که شامل محفظه هاي مختلف مي باشد بوسيله يک پمپ خلاء در فشار پائين تر از جو نگهداري مي شود
آب شيرين کنهاي چند مرحله اي تقطيري ساخته شده که با انرژي خورشيدي کار مي کنند قادرند تا ميزان 400 ليتر در ساعت آب شيرين توليد کنند
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
آب شيرين کن خورشيدي يک فيتيله اي
اين نوع آب شيرين کن در مقياس کوچک که ماکزيمم سطح آن حدود 3/2 متر باشد بصورت نمونه هاي آزمايشي ساخته شده است . در اين دستگاه فيتيله پر منفذي از جنس نوعي پارچه سياه وجود دارد که آب شور به آرامي از روي آن عبور داده مي شود . انرژي خورشيدي که از شيشه عبور کرده است باعث گرم شدن پارچه شده و عمل تبخير شروع مي شود . بخار آب با برخورد باشيشه يا پلاستيک پوشش دستگاه، تقطير شده و در کانالي که در گوشه پائيني پوشش قرار دارد. جمع مي شود و آبهاي شور تقطير نشده نيز از
انتهاي فيتيله به بيرون آب شيرين کن ريخته مي شود شکل 20-2 اين دستگاه بعلت قرار گيري مناسب در مقابل اشعه خورشيدي، همچنين بدليل داشتن ظرفيت حرارتي کمتر، داراي ميزان توليد زيادي بازاء هر متر مربع از سطح مي باشد ولي در مقابل داراي معايبي است که عبارتند از :
الف- مشکل جريان يک نواخت آب شور از دستگاه
ب- پوسيدگي سريع فيتيله بعلت خشک شدنهاي مکرر، اين دستگاه از نظر اقتصادي با صرفه نمي باشد .
آب شيرين کن با دستگاه تقطير خورشيدي از نوع ريزشي
قسمت اصلي اين دستگاه از صفحات موازي که در يک جعبه حاوي گاز بي اثر مثل هيدروژن نصب شده اند تشکيل شده است . آب شور دريا از قسمت فوقاني صفحات به داخل محفظه وارد شده و از روي صفحات عبور داده مي شود . سطح ديگر اين صفحات بوسيله آب گرم توليد شده توسط گردآور خورشيدي متعلق به دستگاه، گرم شده و تبخير مي گردد، بخار حاصله در اثر تماس با سطح صفحه مقابل تقطير، و بطرف کانال تجمع آب شيرين سرازير مي شود و حرارت ناشي از تقطير هر صفحه، به عنوان منبع حرارتي صفحه مقابل عمل مي کند . در اين دستگاه آب شور تبخير نشده که غلظت آن افزايش يافته است، در قسمت تحتاني جعبه جمع و از دستگاه خارج مي شود
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
آب شيرين کن خورشيدي از نوع دودکشي
اين دستگاه با شيشه پوشانده شده و داراي صفحه سياه رنگي است که آب شور روي سطح اين صفحه در اثر تابش خورشيدي تبخير مي شود . بخار حاصله بعلت جابجايي وارد دودکش شده و در اثر برخورد با يک مبدل حرارتي که از داخل لوله هاي آن آب شور سرد جريان دارد تقطير مي گردد . در اثر عمل تقطير و دفع حرارت، آب شور ورودي به دستگاه پيش گرم شده و آب شيرين تهيه شده و در قسمت پايين دودکش جمع و از آنجا براي مصرف برداشت مي شود .
آب شيرين کن خورشيدي از نوع پيشاني گرم
در اين دستگاه بعلت مجاورت جريان آب شور و آب شيرين، درجه حرارت آب هاي خروجي معادل با درجه حرارت آب شور ورودي مي باشد . تبخير کننده از سه صفحه تشکيل شده است . آب شور ورودي در لوله هاي متصل به صفحه دوم در سطح بالا جريان يافته و آب شيرين در سمت پائين صفحه دوم بطرف پايين جريان مي يابد . آب شور پس از عبور از محل گردآور خورشيدي گرم شده و روي صفحه سوم جريان مي يابد. بمنظور کاهش سرعت جريان آب شور، و براي جذب بيشتر حرارت و جلوگيري از ريزش آب شيرين، صفحه سوم و سمت پايين صفحه دوم، مجهز به شبکه اي از تور سيمي مي باشد . عمل تقطير در زير صفحه آب شور ورودي، و در روي شبکه تور سيمي انجام مي گردد و حرارت حاصله بعنوان پيش گرم کن آب شور ورودي به دستگاه را گرم مي کند . آب شيرين تهيه شده و آب شور غليظ از محل هاي تعيين شده از دستگاه خارج مي شود .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
آب شيرين کن سه مرحله اي (دستگاه تقطير خورشيدي سه اثره)
اين دستگاه شامل صفحات موازي فاصله دار و مايلي است که در فضاي بين هر دو صفحه يک مرحله عمل تقطير را تشکيل مي دهد .
در اين آب شيرين کن، هر صفحه نقش تبخير کننده براي يک مرحله، و تقطير کننده براي مرحله بعدي را بازي مي کند به جز اولين و آخرين صفحه که به ترتيب و فقط بعنوان تبخيرکننده وتقطير کننده آخري عمل مي کنند .
طرز عمل دراين دستگاه باين ترتيب است که اشعه خورشيدي از شيشه گذشته و در صفحه جذب کننده، توليد حرارت مي کند و صفحه بعدي (صفحه تقطير کننده) نيز در اثر عبور جريان آب شور، سرد مي شود . هنگام عبور آب شور از سطح زيرين صفحه جذب کننده، آب تبخير شده و روي سطح بالايي صفحه ديگر، تقطير مي گردد . در اين عمليات حرارت دفع شده در اثر تقطير، نقش پيش گرم کن براي مرحله بعدي را دارد . باين ترتيب آبهاي تقطير شده از طريق سه صفحه و آب شور تبخير نشده بوسيله سه سطح ديگر جريان يافته و متابق شکل از دستگاه خارج مي شوند .
آب شيرين کن خورشيدي دولنگه
اين دستگاه مشابه آب شيرين کن حوضچه ايست با اين تفاوت که وجود يک شيشه شفاف بين پوشش شيشه اي اصلي و کف سياه حوضچه، آنرا بيک آب شيرين کن دو طبقه تبديل کرده است . اين صفحه شفاف بعنوان کف براي لگن بالائي است
انرژي خورشيدي از پوشش اصلي و آب شور از لگن بالائي و سطح شفاف گذشته و بوسيله صفحه سياه جذب کننده لگن پائيني جذب مي شود . هر چند که آب داخل لگن بالائي، انرژي خورشيدي دريافتي بوسيله جذب کننده را کاهش مي دهد ولي امکان تبخير آب در لگن بالائي و تقطير آن بوسيله پوشش شيشه اي را فراهم مي سازد . مسئله جالب توجهي که در اين طرح وجود دارد اينست که : اولاً حرارتنهان بقطير آب در سطح زيرين پوشش شيشه اي، براي گرم کردن لايه نازکي از آب در لگن بالائي بکار برده مي شود ثانياً بعلت قرار گرفتن دو حوضچه در روي هم، سطح لازم براي دستگاه آب شيرين کن کاهش مي يابد . عايق زيرين دستگاه بمنظور جلوگيري از تلفات حرارتي بکار برده شده است .
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
آب شيرين کن خورشيدي با پوشش نازک
اصول کار اين دستگاه بر اساس آب شيرين کنهاي حوضچه اي مي باشد . شکل 28-2 اين دستگاه و قطعات مربوطه را نشان مي دهد . در مدل هاي جديد اين آب شيرين کن که از صفحات پلي اتيلن بعنوان پوشش شفاف استفاده مي شود . مي توان کارآيي دستگاه را با پاشيدن گردهاي مخصوصي به نام تجارتي (صافي خورشيدي) بر روي پوشش آنها، افزايش داد .
يکي از معايب اين دستگاهها خرابي زود رس پوشش آنها است که با استفاده از صافي خورشيدي مي توان عمر آنها را افزايش داد .
آب شيرين کن خورشيدي کره اي با خشک کن
ساختمان اين دستگاه مشابه آب شيرين کنهاي نوع قايقي است با اين تفاوت که بجاي لايه متخلخل در اين دستگاه از حوضچه فلزي سياه رنگي استفاده شده است بعلاوه به قسمت بالائی پوشش شفاف نيز يک الکتروموتور متصل گرديده است
اين خشک کن قطرات آب تقطير شده در زير سطح نيمکره بالائی را جاروب کرده و از طريق شکاف هايي به نيمکره پاييني هدايت مي کند .
عمل خشک کن باعث مي شود که از ريزش آب هاي تقطير شده بداخل حوضچه آب شور جلوگيري شده و بدين ترتيب ميزان توليد و جمع آوري آب شيرين تا حدود 25 درصد افزايش مي يابد
-
پاسخ : تاپیک انواع منابع انرژی نو
آب شيرين کن خورشيدي لوله اي هم مرکز
اين دستگاه از دو لوله متحدالمرکز تشکيل شده که لوله بزرگتر از پلاستيک شفاف قابل انعطاف که يک طرف آن بسته شده ساخته شده و لوله کوچکتر نيز که داخل لوله بزرگتر قرار گرفته از فلز سياه رنگي ساخته شده و بعنوان صفحه جذب کننده عمل مي کند . دو طرف اين لوله باز مي باشد . آب شور بوسيله لوله اي که دور لوله کوچکتر پيچيده شده به داخل دستگاه جريان مي يابد و از طريق سوراخهائي که روي لوله تعبيه شده به بيرون تراوش مي کند .
مکانيزم عمل در اين آب شيرين کن باين ترتيب مي باشد که هوا با درجه حرارت و رطوبت محيط به فضاي حلقوي بين دو لوله فرستاده مي شود . تابش خورشيدي که بوسيله سطح خارجي و سياه رنگ لوله کوچک لوله کوچک جذب شده است باعث افزايش دما و رطوبت هوا بعلت تبخير آب شور گرديده و هواي مرطوب جديد وارد قسمت داخلي لوله کوچکتر مي شود .
رطوبت هوا روي سطح داخلي لوله کوچک تقطير شده و جمع آوري مي گردد و هواي خشک نيز به محيط فرستاده مي شود .
در اين عمليات حرارت نهان تقطير بعنوان يک پيش گرم کن، براي آب شور جرياني در لوله سوراخدار عمل مي کند
آب شيرين کن خورشيدي قالب پلاستيکي
طرح ساده اين نوع دستگاه با فيتيله سياه براي تبخير و سرد کردن است . تابش خورشيدي پس از عبور از پلاستيک شفاف، آب درون فيتيله سياه را گرم مي کند در نتيجه اين عمل، آب تبخيره شده در قسمت ديگر ديواره دستگاه پس از دفع حرارت، تقطير مي شود و در قسمت دوم کف دستگاه که توسط ديواره اي از حوضچه آب شور جدا شده است
جمع آوري مي گردد .
در اين دستگاه حرارت نهان حاصل از تقطير بوسيله آبي که در سطح ديواره تقطير جريان دارد به هواي محيط منتقل مي شود .