LOGO

مقاله تحقیق دبیرستان راهنمایی ابتدایی - دنیایی مقاله - مقاله ی در مورد - تحقیق دانشجویی -
 
  • یکشنبه بیست و چهارم بهمن 1389 - 16:5
  • دسته بندی :
  • نویسنده: علی

انرژي خورشيدي و سلولهاي خورشيدي و استفاده ان براي تامين انرژي در منزل

انرژی خورشید

مقدمه

خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند. گیاهان و جانوران نیز انرژی خورشیدی را لازم دارند تا زنده بمانند. اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد. اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.

ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم. با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود. حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است. برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم. گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.






 

 

تمام دستگاهها و ماشینهای ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند. بسیاری از این ماشینها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و ... استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند. اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم. این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.
سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند. وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود. تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در

اختیار ما قرار دارد.

  • باد : ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.
  • آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.
  • چوب ، زغال سنگ ، نفت و ... که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.




 

 

خورشید چیست؟

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.

این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.


 

 

 

 

منبع انرژی خورشیدی

  • با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود 1.8x1011 مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.
  • ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستارهها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم احتراما ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.
  • انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.
  • در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. با ترکیب دوترویم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می‌شود (17.6 Mev). بنابراین همانطوری که گفته شد، مقدار انرژیی که از خورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

سلول‌ها ي خورشيدي چيست؟

 سلول‌ها ي خورشيدي وسائلي هستند كه انرژي خورشيدي را مستقيماً به الكتريسته تبديل مي كنند، يا مستقيماً از طريق اثر فتوولتايي و يا به طور غيرمستقيم انرژي خورشيدي به گرما يا انرژي شيميايي تبديل مي كنند.

 متداول‌ترين شكل خورشيدي سلول‌ها مبتني بر اثر فتو ولتايي هستند كه شامل دو لايه نيم رسانا  مي باشد يك اختلاف پتانسيل بين لايه‌ها توليد مي شود. اين ولتاژ توليد يك شدت جريان در يك مدار بيروني توليد مي كند و بدين وسيله كار مفيد ايجاد مي شود.

 

تاريخچه سلولهاي خورشيدي

 سلول‌هاي خورشيدي ميانه دهة‌ 1950 در دسترس بوده‌اند ولي، زماني كه دانشمند فرانسوي ، (بكرل) كشف كرد كه با تاباندن نور به برخي محلولهاي شيميايي  ويژه يك جريان الكتريكي توليد مي شود. تحقيق علمي اثر فتوولتايي سال 1839 شروع شد،

در 1877 اين تاثير ابتدا در يك جامد فلزي مشاهده‌شد (در فلز سلنيوم). اين فلز سالهاي بسياري براي سنجش نور به كار رفته بود و فقط به مقادير خيلي كم توان داشت. يك درك عميق‌تر علمي، در سال 1905 توسط انيشتين و  در سال1930  به وسيله اسكاتكي  فراهم شد و لازم بود سلول‌هاي خورشيدي كارآمد ساخته‌شود. در سال 1954   يك سلول خورشيدي سيليسيمي كه 6% از انرژي خورشيد را به الكتريسيته تبديل مي كرد به وسيله پيرسون و فولر ساخته شد،  اين نوع باطري از 1958در شاتل هاي فضايي به كار رفت.

امروز سلول‌هاي خورشيدي سيليسيمي به طور تجارتي در حدود 18% از نور خورشيد  را به الكتريسته تبديل مي كنند، اكنون انواع روشها براي توليد عملي سلول‌هاي خورشيدي سيليسيمي (بي شكل، تك‌بلوري و چندبلوري) همانند سلول‌هاي خورشيدي ساخته‌شده از مواد ديگر(دي سلنيد مس و اينديوم، تلوريدكادميوم و غيره) تحت بررسي است.

 

علل احتياج به سلول خورشيدي

 توسعه ‌سلولهاي خورشيدي براي مقاصد زير است:

1-    احتياج داشتن به منابع الكتريسته مناسب براي مكان‌هاي دور از شبكة‌ برق اصلي

2-    پمپ كردن آب

3-     فانوس برج‌ها

4-    ماشين‌حساب‌ها و دوربين‌هاي عكاسي

5-    احتياج داشتن به توان تجديدشدني و قابل حمل

چند نوع سلول خورشيدي ساخته‌شده است؟

سه نوع سلول بلوري وجود دارد: سيليسيم تك بلوري  چندبلوري و بي‌شكل.

 سلولهاي تك‌بلوري : ( به ضخامت تقريبي 2/1 تا 3/1 ميلي متر) از يك قطعه تك‌بلوري بزرگ در دماي حدود 1400 درجه سانتيگراد تشكيل شده است  و اين مرحله بسيار پرهزينه  است. سيليسيم بايد خالص بوده و يك ساختار بلوري كامل داشته باشد (تصوير شمارة‌ 1 را ببيند)

اين فرآيند توليد با سطح بازده بالا را ضمانت مي‌كند.

 

سلول‌هاي چندبلوري: لايه هاي چندبلوري به وسيله فرآيند ريخته‌گري  تهيه مي شوند

 سيليسيم مذاب را در يك قالب مي ريزندو اجازه مي دهند متبلور شوند. لايه هاي چند بلوري

 كه به وسيله ريخته‌گري درست شده‌اند عمدتاً ارزان‌تر هستند و بازده پايين‌تر دارند

( به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرآيند ريخته‌گري)

 

سيليسيم بي شكل: اگر يك لايه سيليسيم روي شيشه يا يك ماده  ديگر قرار گيرد معروف به

 

 سلول لايه بي شكل يا نازك است. ضخامت اين لايه كمتر از يك ميكرومتر است(ضخامت يك

 موي انسان: 50  تا 100 ميكرومتر )  بنابراين توليد اين سلولها  و هزينه آن پايين‌تر است.

 به هر حال، بازده سلول‌هاي بي شكل خيلي پايين‌تر از دو سلول ديگراست. به اين علت است كه

، اساساً آنها در وسائل با توان كم به كاررفته‌اند(مانند ماشين‌حساب‌ها)

 

مواد

% بازده در آزمايشگاه

% بازده در توليد

سيليسيم تك بلوري

24 حدود

14  تا17

سيليسيم چند بلوري

18    حدود

13  تا15

سيليسيم بي شكل

13  حدود

5 تا 7

 

 

 

 

 

 

 

لايه‌هاي نازك  ديگر:

تعدادي از مواد اميدبخش ديگر  از قبيل كادميم تلوريد ( (CdTe و مس اينديم دي سلنيد ((CuInSe2 نيز به عنوان مواد پايه در تهيه سلول هاي خورشيدي به كار مي رود جاذبه اين تكنولوژي‌ ها اين است كه آنها به وسيله روشهاي صنعتي ارزان مي‌توانند ساخته‌شوند ، مطمئناً در مقايسه با سيليسيم بلوري، آنها رابه جاي سيليسيم بي‌ريخت پيشنهاد مي‌كنند.

 

ساخت سلول خورشيد در ايران

شركت توليد فيبرنوري و برق خورشيدي(متعلق به شركت مخابرات ايران)  

در اواخر سال 1367 و بعد از راه اندازی کارخانه توليد کابل نوری يزد طرح توجيهی فنی و اقتصادی توليد فيبر نوری در داخل کشوربه مسئولين امر در وزارت پست و تلگراف و تلفن ارائه شد . اين طرح در سال 1368 به تصويب رسيد و مقرر شد شرکتی به اين منظور تشکيل و اجرای طرح مذکور به عنوان هدف اصلی آن تعيين شود . 

شرکت توليد فيبر نوری در سال1368  به ثبت رسيد . در همين سال با کسب اطلاع از علاقه مندی شرکت مخابرات ايران برای استفاده از سيستمهای برق خورشيدی ( فتوولتائيک ) ، امکان ساخت سلول و مدول خورشيدی در کشور مورد مطالعه قرار گرفت و با تهيه طرح توجيهی فنی و اقتصادی آن در سال 1369 مورد تاييد مسئولين وقت وزارت پست و تلگراف و تافن واقع شده و مسئوليت اجرای آن به عهده شرکت توليد فيبر نوری و برق خورشيدی تغيير يافت .

شرکت توليد فيبر نوری و برق خورشيدی در ارديبهشت ماه سال 1373 باحضور رياست محترم جمهوری افتتاح و بهره برداری از کارخانجات توليد فيبر نوری و توليد سلول و مدول خورشيدی ميسر گرديد .

 سرمايه‌گذاري :

ميزان سرمايه‌گذاري اين شركت براي كارخانجات توليد فيبرنوري و سلول و مدول خورشيدي 9940 ميليون ريال است كه معادل 20 ميليون دلار هزينه ارزي نيز در مبلغ سرمايه منظور شده است.

ظرفيت توليد :

ماشين‌آلات توليد فيبرنوري در بخش ساخت پيش سازه براي ظرفيت اسمي 50 هزار كيلومتر فيبرنوري استاندارد در سه شيفت كاري طراحي شده‌اند و عملاً مي‌توانند پيش سازه لازم براي ساخت 30 هزار كيلومتر فيبرنوري استاندارد را توليد كنند.

ظرفيت اسمي توليد سلول خورشيدي ، ساخت 2 ميليون و چهارصد هزار عدد سلول خورشيدي در سه شيفت كاري است و با احتساب بازده متوسط براي سلولها كه 5/12 درصد است . معادل 3 مگاوات پيك برق خورشيدي است.

ظرفيت توليد اسمي مدول خورشيدي در سه شيفت كاري 600 و66 دستگاه است كه معادل 3 مگاوات برق خورشيدي است

افزايش بازده سلولهاي خورشيدي در ايران 

پژوهشكده سبز يكي از مراكز علمي وابسته به دانشگاه علم و صنعت ايران است. گروه انرژي‌هاي تجديدپذير يكي از سه گروه فعال اين پژوهشكده مي‌باشد (دو گروه ديگر، گروه‌هاي انرژي و محيط زيست هستند). در اين گروه بحث پيدا كردن جايگزين براي سوخت‌هاي فسيلي مطرح مي‌باشد كه هدف از آن پيدا كردن جايگزين مناسب براي انرژي‌هاي فسيلي است.

يكي از فعاليت‌هاي اين گروه، افزايش راندمان سلولهاي خورشيدي مي‌باشد. اين كار با كمك ردياب‌هاي الكترونيكي (Electronical trackers)  انجام مي‌گيرد. شركت فيبر نوري و برق خورشيدي واردكننده و توليد كننده سلولهاي خورشيدي در ايران است. راندمان اين سلولها در حدود 10 درصد مي‌باشد. پژوهشكده با اضافه نمودن سيستم ردياب الكترونيكي موفق شده است كه راندمان اين سلولها را تا حداکثر 18 درصد افزايش دهد. رسيدن به راندمان 20 و 22 درصد در مراحل بعدي مد نظر متخصصين پژوهكشده مي‌باشد

هزينه توليد هر کيلووات برق از انرژي خورشيدي در کشور        

توليد هر کيلووات برق از انرژي خورشيدي در کشور ۵۰۰ تا ۱۹۰۰ ريال، برآورد شد. درحال حاضر تنها يک ژنراتور خورشيدي با ظرفيت ۲۵۰ کيلووات در شيراز وجود دارد.
همچنين استان هاي تهران و فارس داراي نيروگاه هاي فتوولتائيک با ظرفيت
۲ مگاوات هستند و ۲ کارخانه، درحال ساخت با همين منظور در طالقان و شيراز وجود دارند.
بر پايه گزارشات "پروژه بازنگري زيست محيطي انرژي در ايران" ساير روش هاي
توليد انرژي در کشور کمتر از ۲۰۰ ريال براي هر کيلووات هزينه دربر دارد. اما به رغم پتانسيل بالايي که هزينه توليد انرژي از اين راه دارد بازهم توليد انرژي از خورشيدي براي مناطق دور از دسترس که از جمعيت اندکي برخوردار هستند مي تواند يک گزينه موثر باشد.

 

 

 

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند. از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.

اصول كار يك سلول خورشیدی:

سلول های خورشیدی(solar cells) از نيمه هاديها ساخته شده و با اتصال سيليكون هاي نوع N  و P  شكل مي گيرند. وقتي نور خورشيد به يك سلول خورشیدی مي تابد، به الكترون ها در آن انرژي بيشتري مي بخشد.با تابش نور خورشيد الكترونها در نيمه هادي پلاريزه شده، الكترونهاي منفي در سيليكون نوع N   و يونهاي مثبت در سيليكون نوع  P  بوجود مي آيند. بدين ترتيب بين دو الكترود، اختلاف پتانسيل بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها مي گردد.

در زیر 4 شکل برای درک بهتر این مطلب گنجانده شده اند که همگی بیانگر صعود الکترون ها به سطح نیمه هادی از نوع N  و ایجاد حفره هایی در نیمه هادی نوع P و در نتیجه ایجاد اختلاف پتانسیل می باشند.

 سلول خورشیدی قاعده بلوك ساختمان يك سيستم pv است.سلول هاي انفرادي مي توانند در اندازه هايي از حدود cm 1 تا cm10 متغیر باشند . با اين وجود تنها توان 1يا 2 وات توليد مي كنند كه انرژي كافي براي بيشتر كار بردها نيست.براي اينكه بازده انرژي را افزايش دهيم ،سلولها بطور الكتريكي در یک مدول به یکدیگر مرتبط می شوند.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 شده باشد

 

 

اثرات مصرف بالای انرژِی در زمین و آب و هوا آشکارا مشخص می باشدو ما تنها راه حل را در پایین اوردن میزان مصرف انرژی می دانیم ,حال انکه این امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشینی برای سوختهای فسیلی نیز چندان موفقیت آمیز نبوده است.

 

صرف هزینه های سنگین و همچنین تشعشعات خطر ناکی که ازنیروگاههای اتمی در فضا پخش شده ,نتیجه مثبتی نداشته است و اگر یکی از این نیروگاهها منفجر شود زیانهای فراوان و جبران ناپذیری به بار خواهد اورد.به علاوه به مشکل اساسی که در مورد مواد سوختی نظیر نفت ,گاز و زغال سنگ داشتیم بر می خوریم بدین معنی که معادن اورانیم که سوخت این نیروگاهها را تامین می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسیدکه این ذخایر پایان خواهد یافت و ماده ای که جایگزین ان شود وجود نخواهد داشت.

 

انرژی خورشیدی :

خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد انرژی و محیط زیست باشد.انرژی بدون خطر ...

این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچه که ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابد دارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.از انرژی خورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس در همه جا استفاده کرد. اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جای سوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشی خورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و ...تبدیل کنند.

مصارف انرژی خورشیدی :

1)گرم کننده ها مثل ابگرمکن خورشیدی که برای گرمای خانه ها و کوره های خوشیدی که برای ذوب فلزات حتی با دمای بالا نظیر اهن استفاده می شود و دمایی تا حدود 6000درجه سانتی گراد تولید می کنند.

2)دستگاههای اب شیرین کن که توسط اینه هایی نور خورشید را روی مخازن اب متمرکز می کنند تا کار تبخیر را انجام دهد.

3)الکتریسیته خورشیدی در این روش که نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.انرژی الکتریکی به سادگی قابل تبدیل به سایر انرژی ها بوده و می توان ان را ذخیره کرد.

 

 

 

 

 

طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی :

1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.

2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .

و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.

اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.

اساس کار سلولهای خورشیدی :

سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.

از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:

جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.

همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می كند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.

کاربردهای سلولهای خوشیدی :

1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی

2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت

3)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک

4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک

 

سلول خورشيدي يا ماژول

3سلولهاي خورشيدي:

سلولهاي خورشيدي در مجموعه‌هايي ماژول شده‌اند. به طور مثال 20 عدد سلول خورشيدي با هم سري مي‌شوند و تشكيل يك ماژول را مي‌دهند- مشكلي كه در سلولهاي خورشيدي وجود دارد اين است كه اگر بخشي از سلول‌ها در سايه قرار گيرد، كل سلولها از مدار خارج مي‌شود. اما با به كارگيري ديود در مدار سلولها اين مشكل تا حدي مرتفع شده و فقط آن ماژولي كه بخشي از آن در سايه قرار دارد از مدار خارج مي‌شود و ما بقي ماژولها كار مي‌كنند

 

انرژي خورشيد درخدمت آب شيرين

محدوديت منابع انرژي هاي فسيلي ، در کنار اثرات انکار ناپذير آنها در آلودگي محيط زيست ، از دغدغه هايي است که دانشمندان و محققان را برآن داشته است تا به توليد و استفاده از انرژي هاي تازه و پاک بينديشند. در اين راستا، خورشيد به عنوان دوست طبيعت و منبع انرژي رايگان ، بيش از پيش مورد توجه قرار گرفته است.
حسن عباس زادگان ، از پژوهشگران جواني است که با هدف رفع کمبود آب شيرين در مناطق ساحلي و گرمسيري با استفاده از انرژي ارزان و فاقد خاصيت آلوده کنندگي ، نخستين دستگاه تقطير خورشيدي به روش متمرکز سازي نور خورشيد را براي به دست آوردن آب شيرين از آب شور طراحي کرده است.

ويژگي هاي دستگاهي که اختراع کرده ايد چيست؟

دستگاه تقطير خورشيدي به روش متمرکز سازي نور خورشيد براي به دست آوردن آب شيرين از آب شور استفاده مي شود. يکي از عمده ترين مشکلات کشور ما، مصارف آب شرب و کشاورزي است.
از آنجايي که ايران حدود 270 روز آفتابي دارد ، يکي از مناطق مساعد براي بهره گيري از انرژي هاي خورشيدي است و بويژه در مناطق جنوبي و بخصوص نواحي ساحلي ايران و نواحي کويري - که ما داراي چاه هاي آب شور و دريا هستيم - مي توان از اين سيستم ها براي جمع آوري نور خورشيد و بهره گيري از آن براي تبديل آب شور به آب شيرين استفاده کرد. درباره هدفهاي اين طرح ، مي توان به حل مشکل کمبود آب شيرين ، بهره گيري کامل از انرژي رايگان خورشيد، هزينه کمتر ، نصب و راه اندازي ساده ، تعمير و نگهداري ساده - به اين دليل که تمام چرخه اين دستگاه کاملا خودکار و اتوماتيک است و بهره گيري از انرژي هاي غيرفسيلي اشاره کرد. نه تنها در ايران ، بلکه در هرجاي ديگري از دنيا که انرژي خورشيدي به اندازه کافي وجود داشته باشد ، مي توان از اين وسيله استفاده کرد.
ساير نمونه هاي اين دستگاه ، از چه نوع انرژي اي استفاده مي کنند؟
افراد زيادي روي دستگاه هاي آب شيرين کن کار کرده اند ، اما هيچکدام به اين وسعت و با اين کيفيت نبوده اند. آنهايي هم که از خارج از کشور وارد مي شوند ، داراي سيستم هايي هستند که از يک کوره گازي تشکيل شده اند که آب در آنها مانند کتري به جوش مي آيد و بخار مي شود. اين دستگاه ها با گاز کار مي کنند. رساندن گاز به مناطق کويري و به اين دستگاه ها هزينه هاي زيادي را در بر دارد.
نه تنها در ايران بلکه در هرجاي دنيا که انرژي خورشيدي به اندازه کافي وجود داشته باشد ، مي توان از اين آب شيرين کن استفاده کرد
در نمونه هاي ديگري از اين دستگاه هم از فيلترهاي ريزي استفاده مي شود که آب را با فشار به اين فيلترها وارد مي کنند. اين فيلترها قيمت بسيار بالايي دارند و هزينه بر هستند. در اين دستگاه ها ، آب بر اثر فشار سبک و سنگين و نمک آن ته نشين مي شود و آب شيرين بالا مي ماند ؛ اما ما در دستگاه خود از فيلتر استفاده نکرده ايم ، بلکه انرژي خورشيد را به وسيله سيستمي روي مخازن خود متمرکز کرده ايم. اين سيستم ها از کنترل اتوماتيک برخوردارند. آب وقتي به جوش آمد و بخار شد ، نمک آن ته نشين مي شود. سپس بخار آب به سيستم خنک کننده هدايت مي شود.

 



درصد خلوص آب توليد شده چقدر است؟
با اين دستگاه آب را مقطر مي کنيد ؛ يعني آب کاملا به جوش مي آيد و بخار آن سرد مي شود. اين دستگاه ، تقطير خورشيدي نام دارد و تمام نمک آب ته نشين مي شود.
علاوه بر نمک ، دستگاههاي تقطير آب چه ضايعات ديگري توليد مي کنند؟
فيلترهايي که از خارج از کشور وارد مي شوند ، از آن جهت که بايد گاه به گاه تعويض شوند ، هزينه هاي زيادي را تحميل مي کنند. لذا با استفاده از دستگاه ها ي فيلتري شما 2 نوع ضايعات داريد. هم نمک و هم فيلترهاي مستعمل که بايد دور انداخته شوند ، اما ضايعات دستگاه من فقط نمک و رسوب است. در دستگاه تقطير خورشيدي از يک طرف بخار آب داريد و از طرف ديگر ، نمک و مقداري رسوبات مختلفي که در آب وجود دارد. اين دستگاه به محيط زيست هيچ لطمه اي وارد نمي کند. انرژي مصرفي آن از نور خورشيد تهيه مي شود و ضايعات آن هم نمک است که در صنايع براي سخت سازي ، رنگ سازي ، ضدعفوني کردن و براي بعضي صافي ها مورد استفاده قرار مي گيرد.
حجم آبي که شيرين مي شودچه ميزان است؟
اين دستگاه مدل هاي مختلف دارد. ما بايد يک بردار ماهواره اي از منطقه و مکاني که قرار است دستگاه در آنجا نصب شود ، داشته باشيم تا مشخص شود نسبت به ميزان تابش آفتاب چه حجم آب را در دقيقه مي توان شيرين کرد. اين مقدار بسته به مکان استفاده متفاوت و متغير است ؛ مثلا حجم آبي که در مناطق ساحلي يا در کوير ايران شيرين مي شود، متفاوت است. عواملي مانند تابش ، زاويه ، دما، رطوبت و غيره بر حجم آب شيرين به دست آمده ، تاثير مي گذارد.

 

تفاوت اين دستگاه با نمونه هاي ديگرچيست؟
نمونه هاي ديگر دستگاه آب شيرين کن به روش خورشيدي که ساخته شده اند، شيشه هاي معمولي هستند که آب در زير آنها بخار مي شود و قطرات آب گوشه دستگاه جمع مي شود. اين دستگاه ها درصد آب شيرين کردن شان خيلي پايين است ، اما در دستگاه من ، چون از آينه ها و عدسي هاي مخصوص استفاده شده و سيستم کنترل اتوماتيک دارد؛ يعني حتي براي تامين باتري هاي انرژي خورشيدي که بايد پمپ هاي آب شور را راه انداخته و آب را مکش کرده و به مخازن برسانند، همه مجهز به سيستم ردياب نور خورشيد است ؛ يعني سعي کرده ايم در تمام قسمتها بهينه سازي کنيم. حتي نور خورشيد را رديابي مي کنيم و نمي گذاريم مقدار اندکي از آن هم به هدر رود. نمونه واقعي اين دستگاه ابعاد بزرگي به اندازه يک تصفيه خانه کوچک آب دارد.
دستگاه هاي موجود چه نقصي داشتند که شما را بر آن داشت به طراحي اين نوع دستگاه بپردازيد؟
دستگاه هاي آب شيرين کن موجود نواقص خاصي ندارند. حتي برخي از آنها کيفيت خيلي بالايي هم دارند. اما هزينه ، قيمت و فناوري ساخت آنها در داخل کشور ، نياز به واردات و مصرف انرژي هايي که قابل برگشت نيست ، از مواردي است که بايد به آنها توجه کرد. دستگاه تقطير خورشيدي تنها با انرژي خورشيدي ، يعني انرژي اي که رايگان به سطح زمين مي تابد ، کار مي کند و لذا تنها در مناطق خاصي نصب مي شود.
قيمت تمام شده دستگاه آب شيرين کن چه قدر خواهد بود؟
قيمت تمام شده دستگاه بستگي به ابعاد و اندازه آن دارد ؛ اما از آنجايي که دستگاه از انرژي رايگان استفاده مي کند ، هرچقدر گران باشد چون بعدها براي انرژي بودجه اي مصرف نمي کنيد ، هزينه هاي شما را جبران مي کند. معمولا" سيستم هاي خورشيدي هزينه متوسطي دارند ؛ يعني نه خيلي گران هستند و نه خيلي ارزان. حتي نمونه هاي گران آنها به دليل اين که انرژي مصرفي رايگان است ، داراي توجيه اقتصادي است. مثل توربين هاي بادي که بسيار گرانقيمت هستند ؛ گيربکسها و سيستم کنترل آنها هزينه هاي زيادي را در بر دارد ؛ اما وقتي به کار مي افتند ، چون از انرژي رايگان استفاده مي کنند در دراز مدت و حتي گاه کوتاه مدت هزينه هاي خود را جبران مي کنند.
آيا اين دستگاه توليد هم شده ، يا اين که صرفا در حد طراحي است؟
اين دستگاه گواهي ثبت اختراع دارد. طراحي آن تمام شده و نمونه کوچکي از آن ساخته شده است ، اما چون دستگاه اصلي خيلي بزرگ است ، به بودجه زيادي نياز دارد. متاسفانه هنوز نمونه اصلي آن را نساخته ام ، ولي درصدد تکميل آن هستم.
براي اين کار به چه حمايت هايي نياز داريد؟
اين سومين پروژه و اختراع من است. اين طرح مربوط به 2 سال پيش است. متاسفانه در کشور ما کمتر از اين طرح ها حمايت مي شود. من به دليل مشکلاتي که داشتم ، مجبور شدم کار را رها کنم. در يک کشور خارجي ، طراحي و اختراع يک شغل است ؛ يعني طراح و مخترع تمام وقت خود را صرف مطالعه ، طراحي و اختراع مي کند ، بدون اين که نگران هزينه ها باشد ؛ اما در اينجا شما بايد اول در بازار کار کنيد ؛ از راههاي ديگر کسب درآمد کنيد و بعد درآمد خود را صرف طراحي و اختراع کنيد. محققان ، پژوهشگران و طراحان در اين زمينه حرفهاي زيادي براي گفتن دارند. کار من پژوهش و تحقيق و طراحي و اختراع است و در اين زمينه تنها به خودم متکي هستم. مشکلات و موانع ممکن است سرعت مرا کاهش دهند ، اما من دست از سعي و تلاش برنمي دارم.



درباره ساير طرحهاي خود صحبت کنيد.
يک موتور طراحي کرديم که با انرژي هواي فشرده کار مي کند. فرق اين موتور با نمونه هاي خارجي اين است که اين موتور با سيستم کنترل صفر و يک کار مي کند ، يعني سوپاپ و تسمه و غيره ندارد ، بلکه قابليت برنامه ريزي دارد. اين موتور براي مکانهايي مثل معادن زغال سنگ طراحي شد. در اين مکانها نمي توان از الکتروموتورها و موتورهاي درونسوز استفاده کرد ؛ زيرا به دليل نشت گاز احتمال انفجار وجود دارد. براي بازو بسته کردن شيرهاي گازي و نفتي و قطع و وصل خط لوله ها نمي توان از الکتروموتور استفاده کرد. به اين دليل که بدنه الکتروموتورها داراي القاي الکتريسيته است و احتمال دارد اين القا به مخازن انتقال پيدا کند و با ايجاد جرقه و يا حرارت منفجر شود. اين موتور قابليت نصب روي خودروهاي سبک را هم دارد. شما مي توانيد يک خودروي سبک را روزانه 3 ساعت با سرعت متوسط حدود 110 کيلومتر به حرکت درآوريد و زماني که پشت ترافيک هستيد، از اين 3 ساعت شما کم نشود. انرژي مصرفي اين خودرو هواي فشرده است.
نمونه کوچکتر اين موتور ساخته شده و کار مي کند. مزاياي مختلف اين موتور عبارت است از کاهش آلودگي هوا، افزايش طول عمر موتور ، راه اندازي و نصب آسان ، تعمير و نگهداري آسان ، استفاده در مکانهايي که به کارگيري موتورهاي درونسوز يا الکتروموتورها ممکن نيست و داراي خطر است.

 

 

 

 

تولید انرژی از نور خورشید در مدرسه‌ی آفریقایی

Großansicht des Bildes mit der Bildunterschrift:  استفاده از انرژی خورشیدی در آفریقا

 

گروهی از دانش‌آموزان آلمان در کشور زامبیا تأسیسات ستفاده از انرژی خورشید نصب کرده‌اند. هدف از این طرح آشنایی ملموس‌تر با مسائل اقلیمی و آشنایی با تکنیک‌های نوین برای تولید انرژی‌های تجدیدپذیر است.

آب و برق در آفریقا از کالاهای کمیاب هستند، اما به همان نسبت این منطقه از نور خورشید بیشتری برخوردار است. به همین دلیل در حال حاضر گروهی از دانش آموزان آلمانی در مدرسه‌‌‌‌‌‌‌‌ی طرف قرارداد خود در زامبیا، تأسیسات استفاده از انرژی خورشیدی را نصب کرده‌اند تا نشان دهند حفاظت اقلیمی در ابعادی کوچک چگونه عمل می کند.

 

پتر مارتین صریحاً معتقد است که این نسل از دانش آموزان نیز 60 سال دیگر خواهد زیست و پیامدهای تحولات اقلیمی و کمبود منابع در آفریقا را در سطحی به مراتب وسیع‌تر تجربه خواهد کرد. این معلم 50 ساله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی علوم فنی در مدرسه‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی عالی اینگه بورگ درویتس در گلادبک، از آزمایش هیچ روشی برای برانگیختن علاقه و حساسیت دانش آموزان در مورد این موضوع فروگذار نمی کند.

 

کار با نصب صفحه‌های چوبی کوچکی آغاز می‌شود که با سطوحی ذغالی رنگ و براق پوشیده شده‌اند. علاوه بر این، یک ردیف سیم‌های قرمز و آبی و یک سنجشگر نیز وجود دارد. ینز کراوزه از اعضای دوره‌ی فنی در سطح سیزدهم توضیح می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد که با یک مولتی متر می‌توان ولتاژ و شدت جریان حاصل از انرژی خورشیدی را اندازه گرفت: از این طریق می‌شود روی سنجشگر مشاهده کرد که تنها با همین یک سلول تولید انرژی خورشیدی می‌توان 25 ولت جریان برق تولید کرد.

شروع کار از نمونه‌های کوچک

ایده‌ی پیش زمینه‌ی این فعالیت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها آن است که دانش آموزان پیش از پرداختن به سیستم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بزرگ تولید انرژی خورشیدی، الزاماً اصول عملکرد یک سلول تولید انرژی خورشیدی را یاد بگیرند. پشت بام این مدرسه‌ی عالی در اصل بیش از 40 متر مربع مساحت دارد که باید تجهیزات لازم را روی آن قرار داد. دانش آموزان دوره‌های فنی مستقلاً نقشه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ی ساخت این تأسیسات را طراحی و تجهیزات را کابل‌بندی و نصب کرده‌اند. از این راه، مدرسه بخشی از جریان برق مورد نیاز خود را مستقلاً تولید می‌کند. از زمان ساخت این تأسیسات در سال 2003 تاکنون، از تولید بیش از 1400 کیلو از ترکیبات زیان آور دی اکسیدکربن جلوگیری شده است. پتر مارتین می‌گوید: در اینجا موضوع فقط صرفه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌جویی در انرژی نیست. از یک سو من قصد دارم دانش آموزان را متوجه مسایل اقلیمی کنم و از سوی دیگر می‌‌خواهم به آنها نشان دهم که تکنیک چه امکاناتی در اختیار ما قرار می دهد: این در اصل یک فرصت شغلی بزرگ برای جوانان نیز هست.

گذشته از این، مدرسه‌های طرف قرارداد در زامبیا نیز از این موقعیت سود می‌برند: گونترام زیپل، معلم علوم فنی در تابستان همراه با یک هیأت شش نفره به شهر ماچا، واقع در جنوب زامبیا سفر کرد تا در آنجا تأ‎سیسات تولید انرژی خورشیدی را بر بام دو مدرسه‌‌‌‌‌‌‌‌ی عالی ماچا و سنت مارک نصب کند.

منبعی به نام خورشید

زیپل توضیح می‌دهد که در زامبیا میزان تابش خورشید دو برابر آلمان و به همین ترتیب بازدهی تولید انرژی نیز بیشتر است. علاوه بر این، در زامبیا شبکه‌ی حفاظت شده‌‌ی تولید برق وجود ندارد. او یادآوری می‌کند که این منطقه مدام با قطع برق مواجه و با نصب تأسیسات انرژی خورشیدی، مدرسه‌‌‌ی طرف قرارداد ما نیز در حال حاضر مستقل‌تراز گذشته است و می‌تواند با توجه به سختی‌های یادشده انرژی مورد نیاز خود را تأمین کند.

تقریباً 1300 دانش آموز از این مدارس بازدید می‌‌کنند و نزدیک‌ترین شهر بزرگ تقریباً در 80 کیلومتری این محل قرار دارد. گذشته از این، در کشوری که 80 درصد مردم با کمتر از یک دلار آمریکا در روز زندگی می‌کنند، حفاظت اقلیمی بیشتر موضوعی حاشیه‌ای است. ینز نیز که چندی پیش در زامبیا بوده است، یادآور می شود که به عنوان مثال مردم این منطقه غذای خود را با هیزم می‌پزند. اما استفاده از این نوع سوخت مسلماً برای محیط زیست شدیداً زیان‌‌آور است و زامبیا نیز تنها دارای نیروگاه‌های کمی است که باید برق لازم را برای منطقه تأمین کنند. به همین دلیل نیاز به منابع جایگزین وجود دارد.

 

 

 

 

 

 

رهیافت‌های دانش‌آموزان آلمانی

گذشته از این، هم دانش آموزان آلمانی و هم دانش آموزان زامبیایی طی این برنامه آموختند که حفاظت اقلیمی با استفاده از انرژی خورشیدی در ابعادی کوچک چگونه عمل می کند و همچنین آنها نسلی هستند که در نهایت باید با این مشکلات مواجه شوند. یولیا گرادوفسکی، دانش آموز کلاس دوازدهم که همراه سایرین در زامبیا بوده است، می گوید: ما باید در راستای این هدف بکوشیم که تغییراتی در این زمینه ایجاد کنیم، در غیر این صورت به نتیجه ای نمی‌رسیم. او هنگامی که در تلویزیون گزارش‌های مربوط به سیلا‌ب‌ها و گردبادها را مانند اتفاقی که اخیراً در مایورکا افتاد، مشاهده می‌‌کند، نگران می‌شود که شاید دیگر نتوان شرایط را تغییر داد. او می‌افزاید: اما من فکر می‌کنم باید خطاهای خود را نیز در نظر گرفت و برطرف کرد؛ اگر این اتفاق رخ ندهد، نمی‌توان از دیگران نیز توقعی داشت.    

 

 


آخرین مطالب

 
» نظر آلبرت کوهن درباره جرم و جنایت جامعه شناسی ( سه شنبه سی ام اردیبهشت 1393 )
» جامعه شناسی اگ برن و نیم ( سه شنبه سی ام اردیبهشت 1393 )
» مهندسی پزشکی ( چهارشنبه سیزدهم آذر 1392 )
» بيوالكتريك- بيومكانيك- بيومتريال 3 ( چهارشنبه سیزدهم آذر 1392 )
» تماس با ما ( شنبه بیست و نهم تیر 1392 )
» مقاله ی در مورد نماز ( سه شنبه هفدهم اردیبهشت 1392 )
» اثرات نماز بر جسم انسان ( سه شنبه هفدهم اردیبهشت 1392 )
» نماز ( سه شنبه هفدهم اردیبهشت 1392 )
» نماز جمعه ( سه شنبه هفدهم اردیبهشت 1392 )
» پیغام مدیر منبع کلی تحقیق مقاله - پایان نامه پروزه ( سه شنبه دوازدهم دی 1391 )
» نگرش دانشجویان بر رابطه دختر و پسر ( سه شنبه دوازدهم دی 1391 )
» موضوع تحقیق : تاثیر مادران بر موفقیت تحصیلی(دوره راهنمایی) ( سه شنبه دوازدهم دی 1391 )

آرشیو ماهانه