انرژی خورشیدی منبع انرژی تجدیدپذیر رایگان و فراوان
مصرف منابع تجدید ناپذیر مثل نفت، گاز و زغال سنگ به شدت در حال بالا رفتن است اما بالاخره زمانی میرسد که باید به دنبال منبع انرژی تجدیدپذیر مثل انرژی خورشیدی، بادی و یا زمین گرمایی برویم. با اینکه بسیاری از کشورها، استفاده از انرژی خورشیدی را به طور گستردهای شروع کردهاند اما برای اینکه بتوانند همهی نیازهای روزانهشان به انرژی را با همین منبع تأمین کنند راه درازی در پیش دارند. مهمترین فایده انرژی خورشیدی این است که هیچ آلودگیای تولید نمیکند و یکی از تمیزترین منابع انرژی است. انرژی خورشیدی، منبع تجدید پذیر انرژی است، نیاز به نگهداری کمی دارد و استفاده از آن هم آسان است.
- انرژی خورشیدی یک منبع انرژی کاملاً رایگان و فراوان است. منبع انرژی تجدیدپذیر
- انرژی خورشیدی که از نور و گرمای زیادی تشکیل شده میتواند با تکنولوژیهای مدرنی مثل فتوولتاییک، فتوسنتز مصنوعی، معماری خورشیدی و… مهار شود.
- تکنولوژی خورشیدی به دو بخش فعال و غیر فعال تبدیل میشود. پنل های فتوولتاییک و کلکتورهای گرمایی خورشیدی، که انرژی خورشیدی را مهار میکنند نمونههایی از تکنولوژی خورشیدی فعال هستند.
- سیستمهای گرمایش آب، برای گرم کردن آب از انرژی خورشیدی استفاده میکنند به طوری که در بعضی از جاهای دنیا، ۶۰ تا ۷۰ درصد آب گرم مصرفی توسط گرمای خورشید تولید میشوند.
- تولید برق یکی از هیجان انگیزترین کاربردهای انرژی خورشیدی است در این روش پرتوهای بزرگ خورشید با استفاده از لنز و آینه به پرتوهای کوچکتر تبدیل میشوند.
- فرآیند شیمیایی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی شیمیایی، جایگزین سوختهای فسیلی میشوند و میتوانند انرژی خورشیدی را قابل ذخیره و قابل حمل کنند. فتوسنتز میتواند انواع مختلفی از سوختها را به وجود بیاورد به طوری که تکنولوژی تولید هیدروژن بخش مهمی از تحقیقات علمی را در بر میگیرد.
- انرژی خورشیدی هیچ آلودگی و یا تاثیرات مخربی روی محیط زیست ندارد و از نظر زیست محیطی کاملاً قابل قبول است.
انرژی خورشیدی یکی از پرمصرفترین منابع تجدید پذیر انرژی است و از تکنولوژی انرژی تجدید پذیر برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق استفاده میشود. - کشورهای مختلفی که مأموریت های فضایی انجام میدهند برای سوخت سفینه از انرژی خورشیدی استفاده میکنند.
انرژی خورشیدی منبعی کاملاً قابل اعتماد است. - با پیشرفت تحقیقات علمی، انرژی خورشیدی در آینده ارزانتر و کارآمدتر میشود.
- میتوان گفت انرژی خورشیدی به خاطر پتانسیل بالا و فواید بلند مدت، مهمترین منبع انرژی تجدید پذیر است.
- هر متر مربع در زمین، ۱,۳۶۶ وات انرژی از خورشید دریافت میکند.
- بزرگترین نیروگاه انرژی خورشیدی دنیا در بیابان «موهاوی» در کالیفرنیا قرار گرفته و حدود ۴۰۵ هکتار مساحت دارد.
نیروگاههای خورشیدی به دو دسته سامانههای منفصل از شبکه برق و نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه برق تقسیم میشوند. اگر بخواهیم برق تولیدی از پنل خورشیدی را به شبکه برق تزریق نماییم باید یک نیروگاههای متصل به شبکه On-grid نیروگاههای متصل به شبکه احداث کنیم. توان این نیروگاهها معمولاً از ۵ کیلووات تا چند صد مگاوات میباشد. توان گفته شده مربوط به توان نامی کل پنل خورشیدیهای استفاده شده در نیروگاه خورشیدی است. نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه از نظر ساختاری تفاوتهایی با نیروگاههای منفصل از شبکه دارد.
احداث نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه چه سودی دارد؟
دولت ایران در برنامهای برق تولید شده از نیروگاههای تجدیدپذیز مانند خورشیدی را طی یک قرارداد ۲۰ ساله از تولید کنندگان خریداری مینماید.
اما به طور خلاصه مهمترین بندهای این قرارداد به شرح ذیل میباشد:
- قرارداد ۲۰ ساله و بر اساس قیمت پایه کنونی میباشد.
- در این قرارداد ضریب تعدیل با فرمول زیر محاسبه خواهد شد. برای توضیح ضریب تعدیل مثالی میزنیم. به عنوان مثال اگر قیمت خرید برق تضمینی ۱۰۰۰ تومان باشد و اگر ضریب تعدیل ۱۰ درصد باشد، آنگاه قیمت خرید برق تضمینی ۱۱۰۰ تومان خواهد شد. این بند به نفع سرمایه گذار خواهد بود.
- فاکتور a بین ۰٫۲۵ تا ۰٫۷۵ میباشد.
- قیمت خرید برق تضمینی پس از ۱۰ سال پس از اعمال ضریبهای تعدیل هر چه قدر که شده بود، در سال یازدهم در عدد ۰٫۷ ضرب خواهد شد و پس از آن دوباره به حالت قبل تا سال بیستم ادامه مییابد. به عنوان مثال در حال حاضر قیمت پایه برای نیروگاههای زیر ۲۰ کیلووات ۱۰۴۰ تومان است. اگر در سال دهم با اعمال ضریبهای تعدیل به ۲۲۰۰ تومان برسد در سال یازدهم به بعد ابتدا با ضرب در عدد ۰٫۷ قیمت خرید برق تضمینی نیروگاه خورشیدی عدد ۱۵۴۰ تومان خواهد بود و سپس دوباره ضریبهای تعدیل مانند قبل اعمال خواهد شد.
- باید متوجه باشیم که یک نیروگاه خورشیدی در حقیقت یک نوع سرمایه گذاری به حساب میآید. همان طور که در هر سرمایه گذاری تمام جوانب کار سنجیده میشود در این نوع از سرمایه گذاری نیز باید تمام جوانب محاسبه گردد.
مهمترین مزیت سیستم متصل به شبکه نسبت به نیروگاه خورشیدی مستقل از شبکه، فروش و درآمد نیروگاه خورشیدی خانگی میباشد. فروش برق به شبکه سراسری و امکان افزایش تولید برق بدن محدودیت در آینده از دیگر مزیتهای سیستم نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه میباشد.
شایعترین دلیل نصب نیروگاه خورشیدی خانگی متصل به شبکه، بازپرداخت زود هنگام سرمایه اولیه و فروش برق مازاد میباشد. هنگامی که سیستم نیروگاه خورشیدی خانگی کار میکند، بعد از گذشت زمان بازپرداخت انرژی برق تولیدی به صورت رایگان است و هزینههای جاری تعمیر و نگهداری نیز در حد صفر میباشد.
عملکرد و انواع سلولهای خورشیدی
سلول خورشیدی مؤلفهی اصلی پنل خورشیدی است. گاهی به آنها سلولهای فتوولتائیک یا سلولهای PV هم گفته میشود. این سلولها با جذب نور خورشید، برق تولید میکنند. نام PV از فرآیند تبدیل نور (فوتونها) به برق (ولتاژ) گرفته شده است که به آن اثر PV هم گفته میشود. سلولهای خورشیدی از مواد نیمهرسانا ساخته شدهاند که متداولترین نوع آن کریستالین سیلیکون است. نسل دوم سلولهای خورشیدی، سلولهای نواری (Thin film) هستند که از سیلیکون آمورفوس یا مواد غیرسیلیکونی مثل کادمیوم تلورید تشکیل شدهاند. نسل سوم سلولهای خورشیدی علاوه بر سیلیکون از انواع مواد جدید ازجمله مرکبهای خورشیدی و با استفاده از فناوریهای معمولی پرینت، رنگهای خورشیدی و پلاستیکهای رسانا ساخته میشوند.
سازوکار تولید انرژی
پنلهای خورشیدی PV، برق جریان مستقیم (DC) را تولید میکنند. در برق DC الکترون از یکجهت دور مدار به جریان درمیآیند. بهعنوان یک مثال از جریان DC میتوان به تقویت لامپ با یک باتری اشاره کرد. الکترونها از قطب منفی باطری حرکت کرده از لامپ عبور میکنند و مجدداً به قطب مثبت بازمیگردند.
عملکرد اینورتر
مبدل خورشیدی، برق DC را از آرایهی خورشیدی دریافت کرده و آن را به برق AC تبدیل میکند. معکوسکنندهها مغزهای سیستم به شمار میروند. مبدلها در کنار تبدیل توان DC به AC، وضعیت سیستم ازجمله ولتاژ و جریان موجود در مدارهای AC و DC، تولید انرژی و ردیابی حداکثر توان را هم نمایش داده و از خطا جلوگیری میکنند.
باتری
در ساعات شب و در زمانهایی که از برق تولیدی پنل ها استفاده نمیشود. انرژی تولید شده توسط سیستم فتوولتائیک در باتریهای سولار ذخیره شده و در زمانهای دیگر مصرف خواهد شد.
بیشتر بخوانید: پارکینگ خورشیدی
کشاورزی و باغبانی
صنعت کشاورزی و باغبانی به دنبال بهینهسازی انرژی خورشیدی دریافتی و افزایش بهرهوری واحدها است. انرژی خورشیدی علاوه بر پرورش در دیگر کاربردهای کشاورزی مثل پمپ کردن آب نقش دارد. گلخانهها هم نور خورشید را به گرما تبدیل میکنند. در این شرایط امکان پرورش بسیاری از محصولات بهصورت طبیعی فراهم میشود.
پمپ آب خورشیدی
پمپ آب خورشیدی میتواند برای جاهایی که دسترسی به برق ندارند، آب فراهم کند. معمولاً این مکانها برای تأمین آب به نیروی حیوانی یا انسانی و موتورهای دیزلی اتکا دارند. پمپ آب خورشیدی میتواند جایگزین سیستمهای پمپ امروزه شوند و در نتیجه هم مزایای اجتماعی-اقتصادی و هم مزایای دیگر دارند. آبی که توسط پمپ آب خورشیدی فراهم میشود، میتواند برای آبیاری، تأمین آب دام و آب آشامیدنی استفاده شود. یک سیستم پمپ آب خورشیدی در واقع یک سیستم پمپ الکتریکی است که با چند پنل وی، برق تولید میکند. معمولاً یک سیستم پمپ خورشیدی شامل تعدادی پنل خورشیدی میشود که نیروی یک موتور الکتریکی را تأمین میکند و موتور هم به نوبهی خود به پمپ سطحی نیرو میدهد. آب معمولاً از سطح زمین یا رودها به منبع ذخیره پمپاژ میشود.
روشنایی خورشیدی معابر
کاربردهای سیستم های روشنایی خورشیدی
- روشنایی معابر و خیابانها و بزرگراهها
- روشنایی محوه های باز
- روشنایی میادین شهری
- روشنایی محوه پارکینگها
- روشنایی ایستگاههای اتوبوس
- روشنایی پیاده روها
- روشنایی مراکز خدمات رسانی
- روشنایی پارکها و محوطههای بازی
- روشنایی سواحل دریاها
ویژگیهای سیستمهای روشنایی خورشیدی
- عدم نیاز به برق و احداث و یا گسترش خطوط برق
- صفر شدن هزینه برق مصرفی
- نصب سریع و آسان
- عدم نیاز به تعمیر و نگهداری تجهیزات
- عملکرد کاملاً اتوماتیک
- قابلیت اطمینان بسیار بالا
- طول عمر بالا
تابلو تبلیغات خورشیدی به نوعی از تابلو تبلیغات خیابانی گفته میشود که انرژی الکتریکی مصرفی پرژکتور های آن از طریق پنل های خورشیدی تأمین میشود. از این تابلوها میتوان برای کاهش مصرف انرژی الکتریکی و نیز مکانهایی که دسترسی به انرژی الکتریکی محدود میباشد استفاده نمود. سیستم الکتریکی این تابلوها از یک یا چند پنل خورشیدی تشکیل شده است که در طول روز انرژی الکتریکی مورد نیاز تابلو را در باتری خورشیدی ذخیره میکند و در طول شب که نور خورشید در دسترس نمیباشد، انرژی الکتریکی تابلو از طریق باتریهای خورشیدی تأمین میگردند.
معدن خورشیدی
صنعت معدنکاری با تولید کانیها، مواد باارزش و ایجاد اشتغال نقش غیرقابل انکاری را در توسعهی صنعتی و اجتماعی یک کشور ایفا مینماید. اما با این وجود صنعت معدنکاری در افکار عمومی با چالشهایی روبه رو است که جهت ادامه فعالیتهای خود نیازمند یک بازنگری کلی در فعالیتهای خود میباشد. ازجمله مشکلاتی که این صنعت با آن روبه رو است عبارتاند از مصرف بالای انرژی در معادن، آلودگیهای مخرب زیست محیطی و تخریب زمین. در این راستا کشورهای توسعه یافته با استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر و پاک بهطور چشم گیر و موفقیت آمیزی بر این مشکلات غلبه کردهاند. در بسیاری موارد با ایجاد یک نیروگاه انرژی خورشیدی در محل فعالیت معادن و یا مناطق مجاور آن، علاوه بر تأمین انرژی معادن، میتوان به عنوان یک رویکرد مناسب در بحث بازسازی معادن پس از اتمام فعالیت معادن به آن نگریست.
از ویژگیهایی که میتوان انرژی خورشیدی را نسبت به موتور برق ارجحیت دانست به شرح زیر است:
استفاده از انرژی خورشیدی، فعالان معادن را از استفاده موتور برق جهت تأمین برق اتاقهای استراحت و نیز تجهیزات رفاهی بی نیاز میسازد.
مزایا
- بدون هیچ گونه آلایندگی زیست محیطی
- بدون هیچ گونه سر و صدا
- بدون استهلاک مکانیکی
- بدون نیاز به سوخت
- کاهش هزینههای تعمیر و نگهداری ژنراتورها و تجهیزات مولد برق به طور چشمگیری
- قابلیت ارتقا ظرفیت توان برق به هر میزان
- ماژولار بودن تجهیزات خورشیدی ( قابلت تغییر و توسعه)
- بازگشت اصل سرمایهی اولیه پس از دو سال
- عدم نیاز به اپراتور تاسیسات جهت حفظ و نگهداری
- ضمانت بالای تجهیزات خورشیدی
- استفاده از انرژی پاک و کاملاً ارزان خورشیدی و تأمین انرژی برق
رقابتپذیری در عرضه محصولات معدنی علاوه بر اینکه از عوامل مختلفی همچون حملونقل و تجهیزات و… تاثیر میگیرد تحتتاثیر عامل مهم انرژی نیز قرار دارد،
راه حل تامین انرژی معادن پراکنده، انرژی خورشیدی
آبگرمکن خورشیدی
آبگرمکن خورشیدی انرژی خود را از خورشید می گیرد و با آن انرژی آب را گرم می کنند. امروزه با پیشرفت تکنولوژی برای آن که در مصرف سوخت صرفه جویی شود یکی از بهترین انواع آبگرمکن ها می تواند آبگرمکن خورشیدی و استفاده از آن باشد. این نوع آبگرمکن ها دارای مخزن پر فشار می باشند که باعث می شود تحمل آب شهر را داشته باشند. مخازن این نوع آبگرمکن ها به طور مستقیم به آب شهر وصل می شوند و مصرف کننده می تواند از آب گرم پر فشار استفاده کند. اتصال آّب گرم به لوله های آب ساختمان بلا مانع است و می توان خروجی آب گرم را به آب گرم مصرفی، پیش گرم موتورخانه یا پیش گرم پکیج وصل کرد. انواع آبگرمکن خورشیدی از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه هستند و شما میتوانید با استفاده از نیروی طبیعی انرژی مورد نظر آنها را تهیه کنید. در کشورهای پیشرفته از این نوع آبگرمکن ها استقبال بالایی میشود.
بیشتر بخوانید: نیروگاه خورشیدی و ضوابط راه اندازی آن
طرز کار آبگرمکن خورشیدی
مهمترین قسمت هر سیستم خورشیدی، کلکتور میباشد که با جذب انرژی تابشی ورودی از خورشید و تبدیل آن به حرارت، این حرارت را به سیالی که داخل کلکتور جریان دارد، انتقال میدهد. بنابراین انرژی خورشیدی جمع شده، به وسیلهی سیال در گردش به صورت مستقیم برای تولید آب داغ منتقل میشود.
پکهای سیار خورشیدی
پک سیار خورشیدی تولید داخل و خارجی
می توانید سولار پنل این دستگاه را برای همیشه در مسیر نور خورشید نصب کنید و سیم آنرا به دستگاه های داخل خانه یا چادر گذاشته اید وصل کنید.تا هنگام روز پنل از طریق تبدیل انرژی خورشید باری داخلی را شارژ کند و شما یا همراهان و اطرافیان شما همان لحظه میتوانید موبایل خودتان را شارژ کنید یا شب هنگام از برق یا روشنایی لامپ های این کیت سولار بهره ببرید.
دوربین های خورشیدی
یکی از کاربردهای انرژی خورشیدی، به کار بردن آن در دوربینهای مدار بسته میباشد. این دوربینها در شرایطی که دسترسی به برق محدود است یا امکان برق کشی نیست، کاربرد دارد. یکی از مزایای این دستگاهها کم شدن و به طور کامل حذف شدن هزینه کابل و کابل کشی آن میباشد که باعث پایین رفتن هزینهی نهایی آنها میشود. باید توجه داشت که یکی از مهمترین دلایل خرید و استفاده از دوربین مدار بسته خورشیدی عمر طولانی و ماندگاری بالای این دوربینها است. عمر متوسط این نوع سیستم امنیتی ۱۰ سال است. علاوه بر تمامی مزایای بیان شده، این نوع سیستمها دوست دار محیط زیست هستند.
اجزای دوربینهای مدار بستهی خورشیدی
- پنل خورشیدی
- منبع ذخیره انرژِی
- دوربین
شارژر کنترلر خورشیدینصب این دوربینها در ویلاها باغها و یا منطقههای دور افتاده که دسترسی به برق آن محدود و یا سخت میباشد، مقرون به صرفه و کارآمد است.
نیروگاههای مطرح خورشیدی ایران
ایران باوجود ۳۰۰ روز آفتابی از مجموع ۳۶۵ روز سال در بیش از دوسوم مساحت خود و متوسط تابش ۴/۵ تا ۵/۵ کیلووات ساعت بر مترمربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا درزمینهی انرژی خورشیدی است. طبق مطالعاتی که مرکز هوافضای آلمان (DLR) انجام داده، در مساحتی بیش از ۲۰۰۰ کیلومترمربع، امکان نصب بیش از ۶۰ هزار مگاوات نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.
بنا به گزارش وزارت نیرو خلاصهای از فعالیتهای انجام شده در حوزهی خورشیدی به این شرح است:
پیش از این در سال ۲۰۱۰ نیروگاه سیکل ترکیبی خورشیدی یزد بهعنوان هشتمین نیروگاه بزرگ خورشیدی جهان شناخته شده بود. اولین بار بود که نیروگاهی از ترکیب انرژی خورشید و گاز طبیعی در جهان استفاده میکرد. این نیروگاه با دانش متخصصان ایرانی ساخته شده است و مجموع ظرفیت آن در زمان بهرهبرداری و در شرایط ایزو به ۳۰۸ مگاوات میرسید.
مزایا انرژی خورشیدی
با تهدید فزایندهی تغییرات آب و هوایی بر اثر نشر بیشازاندازهی کربن، بسیاری از کشورها به دنبال جایگزینهای انرژی تمیز برای سوختهای فسیلی سنتی خود هستند. از میان تمام جایگزینهای انرژی، انرژی خورشیدی بیشترین هزینه را داشته است. بااینحال، با در نظر گرفتن مزایا و معایب و کاهش ۸۰ درصدی قیمت پنلهای خورشیدی در پنج سال گذشته، انرژی خورشیدی آیندهی درخشانی خواهد داشت. ازجمله مزایای این انرژی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
پایداری
انرژی خورشیدی جایگزین پایداری برای سوختهای فسیلی به شمار میرود. بااینکه سوختهای فسیلی تاریخ انقضا دارند؛ اما انرژی خورشید حداقل چند میلیارد سال در دسترس خواهد بود. علاوه به راین، هرروز ۷۳ هزار تراوات انرژی خورشید به سطح زمین میرسد که ۱۰٬۰۰۰ برابر بیشتر از مصرف روزانهی انرژی در کل جهان است. برای استفاده از این منبع انرژی عظیم تنها لازم است فناوری موردنیاز آن پیادهسازی شود.
تأثیر کم بر محیط
تأثیر انرژی خورشیدی بر محیط در مقایسه با سوختهای فسیلی، بسیار کمتر است. این انرژی گاز گلخانهای منتشر نمیکند زیرا فناوری مربوط به آن نیاز به احتراق سوخت ندارد. اگرچه نیروگاههای گرمایی خورشیدی (CSP) به دلیل مصرف آب و بر اساس نوع فناوری بهکاررفته، نسبتاً غیر بهینه هستند، استفاده از فناوری مناسب میتواند بازدهی را افزایش دهد برای مثال سلولهای خورشیدی فتوولتائیک (PV) برای تولید برق نیازی به آب ندارند.
استقلال انرژی
از آنجا که نور خورشید در اغلب کشورهای دنیا فراوان است، بنابراین میتواند هر کشوری را به یک تولیدکنندهی انرژی بالقوه تبدیل کند و وابستگی کشورها به انرژی را کاهش دهد و از طرفی امنیت آنها را افزایش دهد. انرژی خورشیدی تنها در سطح ملی امنیت و استقلال را افزایش نمیدهد؛ بلکه در مقیاسهای کوچکتر برای مثال با نصب پنلهای خورشیدی روی بام خانهها هم میتوان نیروی برق موردنیاز هر خانوار را تأمین کرد. با اینکه فناوری خورشیدی معایبی دارد و در بعضی بازارها پرهزینه است، اما جایگزین بسیار مناسبی برای سوختهای فسیلی است. مشکلات هزینه با پیشرفتهای آیندهی فناوری در افزایش بازدهی و ظرفیت ذخیرهسازی قابلحل هستند. با در نظر گرفتن سودهای بالقوهی برداشت گرما و نور خورشید، انگیزه برای توسعهی آیندهی انرژی خورشیدی بالا خواهد رفت.