می خواهیم با انرژی خورشیدی آشنا شویم و کاربردهای آن را بررسی نماییم. همچنین مکانیزم آب گرمکن خورشیدی را به صورت مختصر توضیح دهیم، سپس با انجام چند آزمایش ساده، نحوه کار آب گرمکن خورشیدی را بررسی خواهیم کرد. خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشأ تمام انرژی های دیگر می باشد. طبق برآوردهای علمی حدود 6000 سال از تولد خورشیدی می گذرد و در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به وزن خورشید که 333 هزار برابر وزن زمین است، می تواند تا 5 میلیارد سال آینده به عنوان منبع انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
قطر خورشید 106 * 39/1 کیلومتر است و از گازهایی مثل هیدروژن (8/86 درصد)، هلیوم (3درصد) و 63 عنصر دیگر تشکیل شده است.
دمای مرکز خورشید حدود 10 تا 14 میلیون درجه سانتی گراد می باشد، انرژی از سطح خورشید با حرارتی نزدیک به5600 درجه سانتی گراد و به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود.
زمین 150 میلیون کیلومتر با خورشید فاصله دارد و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول می کشد و سوخت های فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژِی های باد و آبشار و امواج دریا و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید اند.
شناخت انرژی خورشید و استفاده از آن برای منظورهای مختلف، به زمان ما قبل تاریخ برمی گردد. شاید به دوران سفالگری در آن زمان روحانیون معابد به کمک جام های بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید ،آتشدان های محراب ها را روشن می کردند.
با وجود این که انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود، ولی بالا بودن هزینه اولیه سیستم های خورشیدی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم ها شده بود تا این که افزایش قیمت نفت در سال 1973 باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شوند به مسئله تولید انرژی از راه هایی غیر از سوخت های فسیلی توجه بیشتری نمایند.
در حال حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های مختلف و برای مقاصد گوناگون استفاده می شود. روش های بهره گیری از انرژی خورشید عبارتند از:
1- استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی
2- تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته به وسیله تجهیزاتی بنام فتو ولتاژیک (سلول خورشیدی)
ما در این جلسه روش اول، یعنی استفاده از انرژی حرارتی خورشید را به شمل توضیح خواهیم داد.
کاربردهای انرژی خورشیدی
کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می باشد.
کاربردهای نیروگاهی
تاسیساتی که با استفاده از آن ها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می شود، نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می شوند. این تاسیسات براساس انواع متمرکز کننده های موجود و برحسب اشکال هندسی متمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند:
الف- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها آینه های سهموی می باشد.
ب- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه های بزرگ به آن تابیده می شود.
ج- نیروگاه هایی که گیرنده آن ها بشقاب های سهموی می باشد.
نحوه کار نیروگاه های خورشیدی
در همه انواع نیروگاه ها اعم از گازی، آبی و بخاری برای تولید برق از ژنراتورهای تولید برق استفاده می شود و با چرخیدن آن ها برق تولید می شود. این ژنراتورها به وسیله توربین به چرخش در می آیند و در حقیقت انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.توربین نیروگاه آبی به وسیله فشار آب و توربین نیروگاه گازی به وسیله فشار گازهای حاصل از احتراق به چرخش در می آید.
در نیروگاه خورشیدی، انرژی خورشید آب را بخار می نماید و این بخار باعث چرخاندن توربین و تولید برق می گردد.
مزایای نیروگاه های خورشیدی
- تولید برق بدون مصرف سوخت و هزینه جاری
- محیط زیست را آلوده نمی کنند و هیچ آلاینده ای تولید نمی کنند.
- استهلاک کم و عمر زیاد به دلیل این که دمای کاری بسیار بالایی ندارند.
کاربردهای غیر نیروگاهی
از انرژی خورشید غیر از کارهای نیروگاهی می توان استفاده های زیاد دیگری نیز نمود مانند:
الف: آب گرمکن خورشیدی: تولید آب گرم مصرفی ساختمان ها از اقتصادی ترین روش های استفاده از انرژی خورشیدی است می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تولید آب گرم منازل و اماکن عمومی استفاده کرد. در ایران نیز تعداد زیادی آب گرمکن و حمام خورشیدی در حال کار می باشند.
ب: تهویه مطبوع خورشیدی: برای گرمایش و سرمایش ساختمان ها
پ: آب شیرین کن خورشیدی
ت: خشک کن مواد غذایی خورشیدی
ث: اجاق های خورشیدی برای پخت و پز
پس از آشنایی با انرژی خورشیدی، می خواهیم آن را لمس کنیم! به نظر شما چگونه می شود آب را با استفاده از انرژی خورشید گرم کرد؟
آزمایش گرم کردن آب به وسیله انرژی خورشید
دو عدد ظرف هم اندازه یکی سفید و یکی مشکی اختیار کنید و به اندازه یک سانتی متر کف آن ها آب بریزید.
دمای اولیه آب را اندازه بگیرید و دمای آب را هر 10 دقیقه یک بار اندازه بگیرید و در جدولی یادداشت کنید.
دمای کدام ظرف زودتر بالا می رود؟
دمای نهایی آب هر یک از ظرف ها چقدر است؟
حال دمای آب گرم حمام ( در حدی که انسان احساس را حتی کند ) را اندازه بگیرید.
به نظر شما چگونه می توان دمای آب را در زمانی کوتاه تری به دمای مناسب برای استحمام برسانیم؟
حال روی ظرف ها را توسط یک شیشه بپوشانید و آزمایشات را تکرار کنید. زمان لازم برای گرم شدن آب در این حالت چه تغییری کرد؟ نتیجه این کار مثبت بود یا منفی؟
