مقاله انرژی خورشیدی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله انرژی خورشیدی دارای ۳۵ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله انرژی خورشیدی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله انرژی خورشیدی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله انرژی خورشیدی :

انرژی خورشیدی
خورشید عامل و منشاء انرژی‌های گوناگونی است که در طبیعت موجود است از جمله: سوخت‌های فسیلی که در اعماق زمین ذخیره شده‌اند، انرژی آبشارها و باد، نمو گیاهان که حیوانات و انسان برای رشد خود از آلفا استفاده می‌کنند، کلیه مواد آلی که قابل تبدیل به انرژی حرارتی و مکانیکی هستند، امواج دریاها، قدرت جزر و مد که بر اساس جاذبه و حرکت زمین به دور خورشید و ماه حاصل می‌شود، اینها همه نمادهائی از انژی خورشیدی هستند. وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی بخصوص سوختهای نفتی و بکارگیری و مصرف بی‌رویه آنها منابع عظیمی را که طی قرون متمادی در لایه‌های زمین تشکیل شده بود تخلیه می‌نماید با توجه به اینکه منابع زیرزمینی انرژی باد سرعت فوق‌العاده‌ای مصرف می‌شوند و در آینده‌ای نه چندان دور چیزی از آنها باقی نخواهد ماند نسل فعلی وظیفه دارد به آن دسته از منابع انرژی که دارای عمر و توان زیاد است روی آورد و دانش خود را برای بهره‌برداری از آنها گسترش دهد.

خورشید یکی از دو منبع مهم انرژی است که باید به آن روی آورد که در ضمن به تکنولوژی پیشرفته و پرخرج نیز نیاز نداشته و می‌تواند به عنوان یک منبع مفید و تامین کننده انرژی در اکثر نقاط جهان بکار گرفته شود به علاوه استفاده از آن انرژی هسته‌ای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمی‌گذارد و برای کشورهائی که فاقد منابع زیرزمینی هستند مناسبترین راه برای دسترسی به نیرو و رشد و توسعه اقتصاد می‌باشد.

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ما قبل تاریخ باز می‌گردد. مهمترین روایتی که در رابطه با استفاده از تابش خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می‌باشند 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 پایه متحرک قرار داشت اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده است. به همین علت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می‌برند در حالیکه منابع مصری قدیمیتر از آن است.

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود که عبارتند از:
۱) سیستم‌های فتوبیولوژیک: تغییراتی که در حیات و زیست گیاهان و جانداران به وسیله نور خورشید و فتوسنتز ایجاد می‌گردد فرآیند کود حیوانات و استفاده از گاز آن.
۲) سیستم‌های فتوشیمیایی: تغییرات شیمیایی در اثر نور خورشید – الکترولیزرهای نوری – سلولهای فتوولتاژئیک الکتروشیمی – تاسیسات تهیه هیدروژن.
۳) فتو ولتائیک: تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی – سلولهای خورشیدی

۴) حرارتی و برودتی: شامل سیستمهای تهیه آب گرم – گرمایش و سرمایش ساختمانها – تهیه آب شیرین – سیستمهای انتقال و پمپاژ – سیستمهای تولید فضای سبز (گلخانه‌ها) – خشک‌کنها و اجاقهای خورشیدی – سیستمهای سردسازی – برجهای نیرو – خشک‌کن خورشیدی.
در مورد پیدایش خورشید فرضیه‌ای که بیشتر مورد قبول واقع شده، این است که منشاء

ایجاد خورشید توده‌ای ابری شکل گازهائی هستند که تشکیل دهنده عمده آنها هیدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتیجه نیروی جاذبه مرکزی، ذرات هیدروژن روی هم متراکم شده و در اثر تراکم، تصادم شدیدی بین ذرات هیدروژن بوجود آمده و در نتیجه افزایش بیش از حد فشار و دما، تحولات هسته‌ای پدید آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظیم انرژی بوده است از مجموع انرژی تابشی خورشید که بوسیله زمین و جو آن دریافت می‌شود در حدود ۳۵ درصد آن مجدداً به فضای خارج از جو بازتاب می‌گردد. قسمت اعظم این بازتابی در جو زمین در برخورد اشعه با ابرها و غبارهای جوی انجام می‌گیرد و بخش کمتری از آن، در سطح زمین در نتیجه انعکاس اشعه بوسیله آبها – برفها و سنگریزه‌ها حادث می‌شود.

قسمتی از باقیمانده انرژی، در حین عبور از جو زمین، در اثر برخورد با ذرات هوا و غبار و بخار آب موجود در جو، به دفعات زیاد تغییر مسیر داده و پس از این برخوردها، به صورت تشعشعات پراکنده به سطح زمین و یا فضای خارج تابیده می‌شود. همچنین در حدود ۱۰ الی ۱۵ درصد انرژی تشعشعی دریافت شده از خورشید، به وسیله ذرات بخار آب- کربن دی‌اکسید و ازون موجود در جو زمین جذب می‌شود.

قابل توجه است که در طبقات فوقانی جو زمین، گاز ازون تقریباً تمام اشعه ماوراء‌بنفش را جذب می‌کند و این تصفیه اشعه از نظر سلامت زندگی انسانها حائز اهمیت فوق‌العاده ایست زیرا که اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثیرات بسیار نامطلوب دارد. بخار آب و کربن دی‌اکسید در طبقات تحتانی جو زمین، اشعه مادون قرمز را جذب می‌کند.

۱) سیستم‌های فتوبیولوژی:
عملکرد فتوسنتز در گیاهان قدیمی‌ترین روشها استفاده از انرژی خورشیدی است گیاهان انرژی خورشید را جذب کرده و با کمک آن گاز کربنیک و آب را به مواد قندی تبدیل می‌کنند. همچنین در این فعل و انفعالات گیاهان اکسیژن را آزاد و نیتروژن و مواد فسفری را که برای ادامه حیات و رشد خود لازم دارند جذب می‌کنند. نتیجه این فرآیند، ذخیره‌سازی بیولوژیکی انرژی خورشیدی می‌باشد انرژی ذخیره شده در گیاهان از طریق سوزاندن چوب و یا تهیه سوختهائی از قبیل الکل و متان بازیابی می‌شود.

۲) سیستم‌های شیمی خورشیدی:
این سیستم‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.
الف) سیستم‌های فتوشیمیائی که در آنها از نور خورشید در عملیات شیمیایی استفاده می‌شود.
ب) سیستم‌های هلیوترمیک در آنها از حرارت خورشید به عنوان یک منبع حرارتی بهره‌گیری شده و عملیات شیمیایی انجام می‌گیرد. برای تهیه سوختی مثل هیدروژن از روش فتوشیمیایی و یا از روش حرارتی در الکترولیز استفاده می‌شود و هیدروژن ذخیره شده را برای تولید انرژی مکانیکی – حرارتی و الکتریکی و غیره بکار برد.
عملیات فتوسنتز در گیاهان و تشکیل سوختهای فسیلی در زیرزمین، و ذخیره‌سازی بیولوژیکی انرژی خورشید در موارد و بالاخره تهیه سوختهائی از قبیل الکل و متان و هیدروژن، همگی تابع یک سری فعل و انفعالات شیمیایی بوده و می‌توان آنها را بخشی از سیستم‌های
شیمی خورشیدی به حساب آورد.

در سالهای ۱۹۶۹ دو پژوهشگر ژاپنی نتیجه تحقیقات خود را به عنوان رشته جدیدی از سلول‌های الکترولیز اعلام کردند این دو پژوهشگر یک صفحه تیتانیوم دی‌اکسید ( Tio ) جریان الکتریکی بین دو قطب کاتدوآند برقرار شده و آب نیز به دو عنصر تشکیل دهنده خود یعنی اکسیژن و هیدروژن استفاده کرد. تهیه الکتریسته با استفاده از سلولهای خورشیدی در رشته شیمی نیز استفاده از الکترولیز امکان‌پذیر بوده به علاوه از سلولهای فتوالکترولیت، برای تجزیه شیمیایی و تهیه و ذخیره هیدروژن با روشهای گوناگون استفاده می‌شود.

۳) سیستم‌های فتو ولتائیک :
سیستمی که در آن انرژی خورشیدی بدون بهره‌گیری از مکانیزم‌های متحرک و شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل شود، اثر آن را فتو ولتائیک می‌نامند. عاملی که در این فرآیند بکار می‌رود سلول خورشیدی نامیده می‌شود. حدود ۳۵ سال پیش برای اولین بار و به عنوان مولد الکتریکی در سفینه‌های فضائی از این سلول‌ها استفاده گردید و مدتی است که بهره‌گیری از آنها در زمین نیز تداول شده است سلول‌های خورشیدی قادرند انرژی خورشیدی را بازدهی معادل ۵ تا ۲۰ درصد مستقیماً به الکتریسته تبدیل کنند.

اگر چه انرژی الکتریکی نوری هنوز به میزان کافی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشد ولی در سالهای اخیر کاهش چشمگیری در هزینه‌های مربوط به بهره‌برداری از این سیستم‌ها مشاهده گردیده و انتظار می‌رود در آینده نیز با تحقیقات لازم در نوع سلولهای نوری، کاهش قیمت ادامه یابد ولی نباید فراموش کرد در مناطق دور و در جاهائی که دسترسی به سوخت و الکتریسته ارزان مقدور نباشد از سیستم‌های فتو ولتائیک استفاده می‌شود. با استفاده از انرژی خورشید و سلول‌های خورشیدی و با ایجاد اختلاف پتانسیل فشار الکتریکی در نیمه‌ هادئی که بطور مناسب ساخته شده‌اند الکتریسته تولید می‌شود. امروزه مؤثرترین و ارزانترین سلولهای خورشیدی ماده‌ای به نام سیلیسیم می‌باشد. ماسه یکی از منابع مهم سیلیسیم بوده که پس از پالایش آن کریستالهای سیلیسیم بدست می‌آید و پس از بریده شدن بصورت صفحه آماده می‌شود.

سیسلیسیم یک نیمه هادی است که به طور خالص از نظر هدایت الکتریکی هادی ضعیفی است ولی اگر در موقع پالایش به آن فسفر اضافه شود بار منفی (الکترون) پیدا کرده و در صورتیکه بود اضافه شود بار مثبت (حفره) پیدا می‌کند. نوع اول را سیلیسیم «نوع N » و نوع دوم را سیلیسیم «نوع P » می‌نامند می‌دانیم که سیلیسیم دارای ۴ الکترون در مدار خارجی خود می‌باشد. هنگامی که تعدادی اتم فسفر به داخل کریستال سیلیسیم وارد شود با توجه به اینکه فسفر دارای ۵ الکترون در مدار خارجی خود دارد ۴ الکترون مدار خارجی فسفر با ۴ الکترون مدار خارجی فسفر با ۴ الکترون مدار خارجی سیلیسیم یک مدار بوجود آورده و به این ترتیب یک الکترون به صورت آزاد باقی مانده یعنی سیلیسیم با بار منفی باردار شده و نیمه‌هادی نوع N بوجود می‌آید.

از طرفی اگر بجای فسفر از اتم بور که سه الکترون در مدار خارجی دارد استفاده شود حفره‌هائی که مثل الکترون قابلیت حرکت دارند ایجاد شده و سیلیسیم بطور مثبت باردار می‌شود یعنی نیمه‌هادی نوع P بوجود می‌آید. حال اگر یک طرف یک سیلیسیم نوع P را از نوع N الکترونهای آزاد و اتم‌های فسفر با بار مثبت وجود دارند. حال اگر یک فوتون (ذره‌ای از نور) به اتصال P-N برخورد کند. الکترون از اتم سیلیسیم جدا کرده و در نتیجه حفره بوجود آورد. حفره‌های مزبور تحت تأثیر میدان موجود به سمت ناحیه P و الکترون به سوی ناحیه N حرکت کرده و این دو حرکت مخالف با بارهای مختلف، یک جریان الکتریکی بوجود می‌آورند. با اتصال کنتاکتهائی به رویه‌هائی قطعات نیمه هادی، مداری تشکیل می‌شود که اجازه برگشت الکترون‌ها را به اتصال نوع ‌ P از میان یک بار خارجی می‌دهد.

۴) سیستم‌های حرارتی خورشیدی ( THERMAL SOLAR ENERGY )
روش‌های گرما خورشیدی، با استفاده از انواع کلکتورها و روش‌های غیرفعال، جهت جذب کردن و جمع‌آوری انرژی حرارتی خورشید طراحی شده، و برای منظورهائی از قبیل گرم کردن آب و هوا و تولید بخار و سرد کردن و; بکار برده شده‌اند.
سیستم‌های گرما خورشیدی را می‌توان به ترتیب زیر طبقه‌بندی کرد:
۱) سیستم‌های آب گرم خورشیدی
۲) سیستم‌های گرمایش و سرمایش ساختمانها
۳) سیستم‌های تهیه آب شیرین و آب مقطرگیری
۴) سیستم‌های انتقال پمپاژ
۵) سیستم‌های تولید فضای سبز
۶) سیستم‌های خشک‌کنن و خوراک پز خورشیدی
۷) سیستم‌های سرد کننده خورشیدی
۸) برجهای نیرو نیروگاههای خورشیدی

انرژی خورشید درخدمت آب شیرین
محدودیت منابع انرژی های فسیلی ، در کنار اثرات انکار ناپذیر آنها در آلودگی محیط زیست ، از دغدغه هایی است که دانشمندان و محققان را برآن داشته است تا به تولید و استفاده از انرژی های تازه و پاک بیندیشند. در این راستا، خورشید به عنوان دوست طبیعت و منبع انرژی رایگان ، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.
حسن عباس زادگان ، از پژوهشگران جوانی است که با هدف رفع کمبود آب شیرین در مناطق ساحلی و گرمسیری با استفاده از انرژی ارزان و فاقد خاصیت آلوده کنندگی ، نخستین دستگاه تقطیر خورشیدی به روش متمرکز سازی نور خورشید را برای به دست آوردن آب شیرین از آب شور طراحی کرده است.

ویژگی های دستگاهی که اختراع کرده اید چیست؟
دستگاه تقطیر خورشیدی به روش متمرکز سازی نور خورشید برای به دست آوردن آب شیرین از آب شور استفاده می شود. یکی از عمده ترین مشکلات کشور ما، مصارف آب شرب و کشاورزی است.

از آنجایی که ایران حدود ۲۷۰ روز آفتابی دارد ، یکی از مناطق مساعد برای بهره گیری از انرژی های خورشیدی است و بویژه در مناطق جنوبی و بخصوص نواحی ساحلی ایران و نواحی کویری – که ما دارای چاه های آب شور و دریا هستیم – می توان از این سیستم ها برای جمع آوری نور خورشید و بهره گیری از آن برای تبدیل آب شور به آب شیرین استفاده کرد. درباره هدفهای این طرح ، می توان به حل مشکل کمبود آب شیرین ، بهره گیری کامل از انرژی رایگان خورشید، هزینه کمتر ، نصب و راه اندازی ساده ، تعمیر و نگهداری ساده – به این دلیل که تمام چرخه این دستگاه کاملا خودکار و اتوماتیک است و بهره گیری از انرژی های غیرفسیلی اشاره کرد. نه تنها در ایران ، بلکه در هرجای دیگری از دنیا که انرژی خورشیدی به اندازه کافی وجود داشته باشد ، می توان از این وسیله استفاده کرد.

سایر نمونه های این دستگاه ، از چه نوع انرژی ای استفاده می کنند؟
افراد زیادی روی دستگاه های آب شیرین کن کار کرده اند ، اما هیچکدام به این وسعت و با این کیفیت نبوده اند. آنهایی هم که از خارج از کشور وارد می شوند ، دارای سیستم هایی هستند که از یک کوره گازی تشکیل شده اند که آب در آنها مانند کتری به جوش می آید و بخار می شود. این دستگاه ها با گاز کار می کنند. رساندن گاز به مناطق کویری و به این دستگاه‌ها هزینه های زیادی را در بر دارد.

نه تنها در ایران بلکه در هرجای دنیا که انرژی خورشیدی به اندازه کافی وجود داشته باشد ، می توان از این آب شیرین کن استفاده کرد
در نمونه های دیگری از این دستگاه هم از فیلترهای ریزی استفاده می شود که آب را با فشار به این فیلترها وارد می کنند. این فیلترها قیمت بسیار بالایی دارند و هزینه بر هستند. در این دستگاه ها ، آب بر اثر فشار سبک و سنگین و نمک آن ته نشین می شود و آب شیرین بالا می‌ماند ؛ اما ما در دستگاه خود از فیلتر استفاده نکرده ایم ، بلکه انرژی خورشید را به وسیله سیستمی روی مخازن خود متمرکز کرده ایم. این سیستم ها از کنترل اتوماتیک برخوردارند. آب وقتی به جوش آمد و بخار شد ، نمک آن ته نشین می شود. سپس بخار آب به سیستم
خنک کننده هدایت می شود.

درصد خلوص آب تولید شده چقدر است؟
با این دستگاه آب را مقطر می کنید ؛ یعنی آب کاملا به جوش می آید و بخار آن سرد می‌شود. این دستگاه ، تقطیر خورشیدی نام دارد و تمام نمک آب ته نشین می شود.

علاوه بر نمک ، دستگاههای تقطیر آب چه ضایعات دیگری تولید می کنند؟
فیلترهایی که از خارج از کشور وارد می شوند ، از آن جهت که باید گاه به گاه تعویض شوند ، هزینه های زیادی را تحمیل می کنند. لذا با استفاده از دستگاه ها ی فیلتری شما ۲ نوع ضایعات دارید. هم نمک و هم فیلترهای مستعمل که باید دور انداخته شوند ، اما ضایعات دستگاه من فقط نمک و رسوب است. در دستگاه تقطیر خورشیدی از یک طرف بخار آب دارید و از طرف دیگر ، نمک و مقداری رسوبات مختلفی که در آب وجود دارد. این دستگاه به محیط زیست هیچ لطمه ای وارد نمی کند. انرژی مصرفی آن از نور خورشید تهیه می شود و ضایعات آن هم نمک است که در صنایع برای سخت سازی ، رنگ سازی ، ضدعفونی کردن و برای بعضی صافی ها مورد استفاده قرار می گیرد.

حجم آبی که شیرین می شودچه میزان است؟
این دستگاه مدل های مختلف دارد. ما باید یک بردار ماهواره ای از منطقه و مکانی که قرار است دستگاه در آنجا نصب شود ، داشته باشیم تا مشخص شود نسبت به میزان تابش آفتاب چه حجم آب را در دقیقه می توان شیرین کرد. این مقدار بسته به مکان استفاده متفاوت و متغیر است ؛ مثلا حجم آبی که در مناطق ساحلی یا در کویر ایران شیرین می شود، متفاوت است. عواملی مانند تابش ، زاویه ، دما، رطوبت و غیره بر حجم آب شیرین به دست آمده ، تاثیر می‌گذارد.

تفاوت این دستگاه با نمونه های دیگرچیست؟
نمونه های دیگر دستگاه آب شیرین کن به روش خورشیدی که ساخته شده اند، شیشه های معمولی هستند که آب در زیر آنها بخار می شود و قطرات آب گوشه دستگاه جمع می شود. این دستگاه ها درصد آب شیرین کردن شان خیلی پایین است ، اما در دستگاه من ، چون از آینه ها و عدسی های مخصوص استفاده شده و سیستم کنترل اتوماتیک دارد؛ یعنی حتی برای تامین باتری های انرژی خورشیدی که باید پمپ های آب شور را راه انداخته و آب را مکش کرده و به مخازن برسانند، همه مجهز به سیستم ردیاب نور خورشید است ؛ یعنی سعی کرده ایم در تمام قسمتها بهینه سازی کنیم. حتی نور خورشید را ردیابی می کنیم و نمی گذاریم مقدار اندکی از آن هم به هدر رود. نمونه واقعی این دستگاه ابعاد بزرگی به اندازه یک تصفیه خانه کوچک آب دارد.

دستگاه های موجود چه نقصی داشتند که شما را بر آن داشت به طراحی این نوع دستگاه بپردازید؟
دستگاه های آب شیرین کن موجود نواقص خاصی ندارند. حتی برخی از آنها کیفیت خیلی
بالایی هم دارند. اما هزینه ، قیمت و فناوری ساخت آنها در داخل کشور ، نیاز به واردات و مصرف انرژی هایی که قابل برگشت نیست ، از مواردی است که باید به آنها توجه کرد. دستگاه تقطیر خورشیدی تنها با انرژی خورشیدی ، یعنی انرژی ای که رایگان به سطح زمین می تابد ، کار می کند و لذا تنها در مناطق خاصی نصب می شود.