انرژی خورشیدی و کاربرد آن در ساختمان (قسمت اول)
15 دقیقه مطالعه
صفحات جذب کننده انرژی ساطع شده از خورشید
کشف پدیده فتوولتاییک به فیزیکدان فرانسوی الکساندر ادموند بکرل ن نسبت داده می‌شود که در سال ۱۸۳۹ مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره‌ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد. البته بعضی ها اختراع سلول خورشیدی سیلیکونی با بازده زیر ۱% را اولین بار در سال ۱۹۴۱ به Russell Ohl نسبت می دهند آن تحت تابش نور خورشید قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد.
ماژول های خورشیدی از انرژی نور خورشید یا فوتون ها برای تولید الکتریسیته از طریق تأثیر فتوولتاییک استفاده می کنند. اکثر ماژول ها از سلول های سیلیکون کریستالی وافر – محور یا سلول های فیلم نازک مبتنی بر کادمیوم تلیورید یا سیلیکون، استفاده می‌کنند. عضو ساختاری (حامل بار) یک ماژول می‌تواند یک لایه تاپ یا بالایی باشد یا یک لایه عقبی سلول‌ها باید از آسیب مکانیکی و رطوبت محافظت شوند. اکثر ماژول‌های خورشیدی غیر منعطف هستند ولی گونه‌های نیمه منعطف هم وجود دارند، که همان سلول‌های فیلم نازک می‌باشند. بر اساس آمار های سال ۱۳۹۹-۲۰۲۱ و بر اساس سرعت مصرف و پیش بینی آینده میزان ذخایر نفتی و گازی موجود در دنیا حداکثر تا سال ۲۰۴۰ میلادی به اتمام خواهد رسید (بر اساس آمار میادین کشف شده تا آخر سال ۲۰۲۰) که این نشانگر این است که میزان سوخت های فسیلی امروزه بسیار کاهش یافته که این نیز باعث مصرف بیشتر انرژی،زمان و هزینه ها برای تولید و استخراج این انرژی ها می شود.
از آنجایی که سوخت فسیلی منبع اصلی تولید برق در نیروگاه ها محسوب می شود در آینده نزدیک ، تولید برق دشوارتر از قبل خواهد شد. بنابراین ، لازم است از منابع طبیعی که همیشه در دسترس می باشند و غیر قابل اتماماستفاده بالا و بهینه ای کرد.
بزرگترین منبع انرژی طبیعی ما در کره خاکی، خورشید است
برای استفاده و تبدیل انرژی خورشید به برق چه سیستمی را باید پیاده سازی کرد؟
سیستم های مبتنی بر پنل های خورشیدی سیستمی هایی هستند که در آن طول موج ساطع شده از سمت خورشید دریافت و پس از انجام فرایند های پیچیده آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. انرژی الکتریسیته تولیدی توسط پنل های خورشیدی به طور تنهایی و مستقیم قدرت و کارایی کافی ندارد، پس نیاز است به کمک سیستم های تقویت کننده و ذخیره کننده مثل باطری آن را ذخیره و با قدرت و کیفیت مطلوب استفاده کرد.
بعد از ایجاد امکانات و بهره برداری می توان از برق تولیدی این سیستم برای ایجاد روشنایی،روشن کردن سیستم های برقی،ایجاد گرمایش و سرمایش و هرچیزی که برق نیاز دارد استفاده کرد
این سیستم یکی از پاک ترین سیستم هاست و لقب انرژی دوستار طبیعت را به آن اختصاص داده اند
به لطف پنل خورشیدی می توان از این انرژی به بهترین شکل استفاده کرد. از نظر هزینه برای استفاده از سوخت های فسیلی و یا انرژی های تولیدی توسط آن می بایست مبلغی را به صورت دوره ای و بر اساس الگوی مصرف به شرکت ها و دولت ها پرداخت کرد.
اما در این سیستم برای نصب اولیه و راه اندازی آن هزینه پرداخت می شود که اگر هزینه های جانبی نگهداری،سرویس و تعمیرات احتمالی را نیز به آن اضافه کنیم باز هم هزینه تمام شده استفاده از سیستم خورشیدی بسیار کمتر از استفاده از انرژی های فسیلی می باشد
مشکلات قطعی برق به دلیل خرابی خطوط انتقال برق، تعمیرات پست های برق و نیروگاه ها، افزایش بار و مصرف روی خطوط و همچنین عدم پرداخت قبض صادره نیز حذف می شود .
همان طور که می دانید امواج نوری در تمام ماه های سال و در تمامی نقاط زمین از خورشید به زمین ساطع می شود. البته با توجه به بعضی از ماه های سال که رشد ابرها بیشتر بوده و در نتیجه کمی جلوی این امواج را می گیرند می توان با چرخاندن صفحه خورشیدی در جهت خورشید و افزایش سطح دریافت نور مجددا از این انرژی استفاده بهینه کرد و این نشان دهنده انعطاف پذیر بودن این سیستم می باشد.
برای استفاده و تبدیل انرژی خورشید به برق چه سیستمی را باید پیاده سازی کرد؟
زاویه نصب پنل خورشیدی در میزان توان تولیدی تاثیر بسیار بالایی دارد. زمانی توان تولیدی پنل های خورشیدی به مقدار حداکثری خود می رسد که بیشترین تابش را بر اساس سطح مقطع خود دریافت کند و این مقدار وقتی اتفاق می افتد که زاویه تابش عمود بر سطح پنل باشد.
پس بر این اساس اگر زاویه نصب پنل را با PA و زاویه تابش خورشید را با SA نشان دهیم می توانیم از طریق فرمول زیر بهترین زاویه نصب را به دست آورد:
PA(Max) = 90* – SA(Max)
با در نظر گرفتن شرایط موجود در کشور ایران و درجه تابش خورشید وبا ذکر یک مثال موضوع روشن تر نیز خواهد شد:
عرض جغرافیایی تقریبی مرکز شهر تهران ۳۵٫۴ درجه شمالی می باشد. طبق روابط فوق، بیشترین ارتفاع آفتاب تابستانی در روز اول تیر برابر است با:
SA(Max) = 90° – ۳۵٫۴° + ۲۳٫۵° = ۷۸٫۱°
کمترین ارتفاع آفتاب زمستانی تهران در روز اول دی برابر است با:
SA(Min) = 90° – ۳۵٫۴° – ۲۳٫۵° = ۳۱٫۱°
و ارتفاع خورشید در روزهای اول فرورودین و اول مهر برابر است با:
SA(Mid) = 90° – ۳۵٫۴° = ۵۴٫۶°
مناطق مناسب برای استفاده از پنل های خورشیدی
استفاده از سیستم های خورشیدی در ساختمان های مسکونی،اداری و دولتی ، خانه ها ، مراکز و سیستم های استخراج آب از چاه های آرتزیان ، نیروگاه های خورشیدی ، قایق ها و سیستم های ناوبری دریایی و وسایل نقلیه ای که با انرژی خورشیدی کار می کنند به امری مرسوم و کارآمد تبدیل شده است.
از آنجا که در اندازه و توسعه سیستم خورشیدی محدودیتی وجود ندارد پس می توان با استفاده از پنل های دیگر سطح سیستم را افزایش داد تا میزان برق تولیدی نیز افزایش پیدا کند. صفحات خورشیدی در رنگها و اندازه های مختلفی ارائه می شوند. بنابراین ، برای بسیاری از سازه ها و سلیقه ها نیز مناسب است و به راحتی و بدون بر هم زدن نظم بصری قابل جمع شدن می باشد.
مزایای مهم استفاده از پنل های خورشیدی
اگر به صورت جداگانه و به صورت اصولی این سیستم پیاده سازی شود، خواهید دید که چه قدر در اقتصاد و صرفه جویی در هزینه ها تاثیر مثبتی خواهد داشت وخواهید دید که پس از مدتی از طریق منابع مالی صرفه جویی شده و در مدت زمان کوتاهی اصل پول شما باز خواهد گشت
چرا که دیگر شرایطی به وجود نخواهد آمد که شما در آن نیازی به سوخت های فسیلی داشته باشید(مگر در مواقع ضرورت)که این نیز باعث شدید هزینه ها می شود و از آنجایی که از یک منبع طبیعی(خورشید) به دست می آید ، انرژی حاصله بدون هرگونه آسیب رسانی به طبیعت بدست می آید. انرژی حاصل از سوخت های فسیلی که سال هاست مورد استفاده قرار می گیرد ، صدمات زیادی به طبیعت وارد کرده و همچنان به وجود می آورد.در حالی که از طریق انرژی خورشیدی نه تنها برق ، بلکه گرمایش و آب گرم مورد نیاز نیز توسط صفحات خورشیدی تأمین می شود. به این ترتیب شما قادر خواهید بود بدون پرداخت هزینه های اضافی و حتی مالیات بیشتر انرژی مصرفی خود را تامین کنید.
نکته
نکته: البته این سیستم بی عیب و نقص نیست و ممکن است معایب زیر در آن نیز به چشم آید.اما آنچه که مهم است این است که مزایاهای بالای این سیستم به قدری زیاد است که می توان از معایب آن چشم پوشی کرد
مزایا
منبع غنی و ناتمام انرژی پاک
(خورشید منبعی بزرگ از انرژی است)
کاهش اثرات تغییرات آب و هوا
(کاهش شدید آلودگی هوا و مشکلات زیست محیطی)
انگیزه از سوی دولت‌ها
(تامین بودجه و وام بلاعوض و امکان خرید برق از تولید کننده ها)
کاهش صورتحساب‌های برق
(کاهش شدید نیاز به برق)
هزینه نگهداری کم
(در صورت رسیدگی منظم و دوره ای کاهش درصد خرابی به زیر ۵ درصد)
معایب
نصب و راه اندازی همراه با آلودگی
(حمل و نقل سیستم به محل نصب ممکن است آلودگی جانبی و ناخواسته ای داشته باشد)
هزینه اولیه بالا
(نصب و راه اندازی آن در طول کار ممکن است بر اساس پارامترهای موجود متغیر باشد)
وابسته به آب و هوا