انرژی خورشیدی

از زمانی که بشر روی کره زمین شروع به زندگی کرده، از انرژی خورشید نیز استفاده می کرده است. در حدود 5000 سال پیش مردم خورشید را می پرستیده اند. راع، خدای خورشید، به عنوان پادشاه خدایان در مصر باستان شناخته می شده است. در بین النهرین، شاماش فرزند خورشید و بزرگ ترین خدایان برقرار کننده عدالت بوده است. در یونان دو خدای مختلف مرتبط با خورشید داشته ایم که به نام های آپولو و هلیوس شناخته می شده اند. اهمیت خورشید در ادیان دیگر مانند آیین زرتشت، میترائیسم، هندوئیسم، بودیسم ،ادیان رومی،کاهنان انگلیسی، ازتک ها در مکزیک، اینکاها در پرو و بسیاری دیگر از قبایل امریکایی نیز دیده شده است.

امروز ما می دانیم که خورشید تنها نزدیک ترین ستاره نزدیک به زمین است و بدون آن امکان زیست بر روی کره زمین وجود نداشت. ما هر روزه از انرژی خورشید به شیوه های متفاوت بهره می بریم.

وقتی رخت هایمان را برای خشک شدن در آفتاب پهن می کنیم، در حقیقت از انرژی گرمایی خورشید برای خشک کردن استفاده کرده ایم.

گیاهان از انرژی خورشید برای تولید میوه استفاده می کنند. حیوانات هم از این گیاهان تغذیه می کنند و ما در مطلب (انرژی ذخیره شده و باتری ها) آموختیم که پوسیدگی گیاهان باعث به وجود آمدن ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی ای می شود که امروز مورد استفاده ماست. پس در واقع سوخت فسیلی هم انرژی خورشید است که در طول میلیون ها سال ذخیره شده  است.

به طور غیر مستقیم خورشید و سایر ستارگان، منبع تمامی انرژی مورد نیاز ما می باشند. حتی انرژی هسته ای هم ریشه در خورشید دارد چرا که در آن از اورانیومی استفاده می شود که در انفجار نواخترها به وجود آمده اند.

بیایید در کنار هم نگاهی به روش های استفاده از انرژی خورشیدی بیاندازیم.

آب گرم خورشیدی

در دهه 1980 آب گرم کن های خورشیدی در نقاط مختلف ایالات متحده مورد استفاده قرار گرفته اند. این خود یک پیشرفت بزرگ نسبت به استفاده صرف از چوب و ذغال سنگ محسوب می شد. گاز مصنوعی تهیه شده از ذغال سنگ هم برای گرم کردن آب مناسب است اما قیمت تمام شده آن 10 برابر بیشتر از قیمت گاز طبیعی است که مورد استفاده قرار می گیرد و اگر امکان استفاده از برق را در این شرایط می داشتیم، قیمت آن به مراتب از این هم گران تر می شد.

بسیاری از خانه ها در 1897 از آب گرم کن های خورشیدی بهره می برده اند. به عنوان مثال در آمریکا 30 درصد از خانه ها در پاساندا ، شرق لس آنجلس از این آب گرمکن ها استفاده می کرده اند. با پیشرفت های مکانیکی حاصل شده، انرژی خورشیدی در فلوریدا، آریزونا و بسیاری از نقاط آفتاب گیر دیگر ایالات متحده هم مورد استفاده قرار گرفت. تصویری که می بینید مربوط به خانه ای در ایالت کالیفرنیا است که در آن از آب گرم کن خورشیدی استفاده می شود. (محل قرار گرفتن سلول های خورشیدی در بالای 4 پنجره منزل مشخص شده است.)

در سال 1920 ده خانه که از انرژی خورشیدی تأمین می شد به فروش رسید. پس از آن منابع عظیمی از نفت و گاز طبیعی در غرب آمریکا به ثبت رسید. با پیدا شدن این منابع انرژی خورشیدی مجددًا با این سوخت های فسیلی بسیار ارزان جایگزین شد.

امروزه دوباره زمان استفاده از آب گرم کن های خورشیدی فرا رسیده است. تنها در کالیفرنیای آمریکا بیش از نیم میلیون از این آب گرم کن ها وجود دارد! و از آن ها برای گرم کردن منازل و محل های کار و یا حتی استخرها استفاده می شود.

صفحه هایی که روی سقف قرار داده شده اند حاوی لوله های آب نیز هست و وقتی که آفتاب به این صفحه و لوله های آب روی آن می خورد آن را گرم می کند.

از این آب گرم می توان در استخر استفاده کرد.

الکتریسیته ی انرژی گرمایی خورشید

از انرژی خورشید می توان برای تولید الکتریسیته نیز بهره برد.

بعضی از نیروگاه های انرژی خورشیدی، از آینه های منحنی شکلی که به آینه های سهموی معروفند، استفاده می کنند تا انرژی خورشید را در جایی که لوله های آب در بالا دست آن ها عبور می کنند، متمرکز نمایند. آینه نور را به صورت بسیار متمرکز روی لوله بر می گرداند. انرژی این پرتو به حدی است که می تواند آب درون لوله را به بخار تبدیل کند.این بخار هم می تواند در توربین برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار بگیرد.

تصویر مقابل مربوط به صحرای موجاوه است در این مکان، تعداد بسیار زیادی آینه های خورشیدی است که به عنوان "نیروگاه های انرژی خورشیدی" از آن استفاده می شود. این مجموعه می تواند انرژی مورد نیاز برای بیش از 350000 خانه را تهیه کند.

مشکل عمده ای که این انرژی دارد آن است که فقط هنگامی که خورشید می درخشد می توان از انرژی آن بهره برد. بنابراین در روزهای ابری و در طول شب امکان تولید انرژی مقدور نیست. بعضی از این نیروگاه ها از تکنولوژی های ترکیبی استفاده می نمایند. در طول روز از انرژی خورشید استفاده می کنند و در طول شب و روزهای ابری هم با سوزاندن گاز طبیعی آب را گرم می کنند و به این ترتیب کار تولید الکتریسیته را به طور مداوم انجام می دهند.

نوع دیگری از این تأمین الکتریسیته نیروگاه های با برج مرکزی است مانند آن چه که در تصویر می بینید که نیروگاه شماره 2 خورشیدی نام دارد.

نور خورشید توسط 1800 آینه که برجی را احاطه کرده اند، منعکس می شود. آینه ها حالت چرخنده دارند و در هر لحظه موقعیت خود را نسبت به آفتاب تغییر می دهند به طوری که همیشه رو به آفتاب قرار بگیرند.

نور به سمت بالای برجی منعکس می شود که در مرکز دایره قرار دارد و مایع به واسطه انرژی خورشید شروع به گرم شدن می نماید. از این مایع می توان برای تبدیل آب به بخار، چرخاندن توربین و تولید الکتریسیته بهره برد. این نوع نیروگاه را نیروگاه خورشیدی شماره 2 می نامند. چنین نیروگاهی با استفاده از تکنولوژی های جدید نسبت به آن چه در دهه 1980 بود در صحرای کالیفرنیا بازسازی شد. نیروگاه شماره 2 برای تبدیل انرژی خورشید به انرژی مکانیکی توربین مورد استفاده قرار می گیرد.

این نیروگاه انرژی لازم برای تولید الکتریسیته در حدود 10000 خانه را فراهم می سازد. دانشمندان می گویند با نیروگاه های بزرگ تر می توان الکتریسیته حدود صد تا دویست هزار خانه را تأمین کرد.

سلول های خورشیدی یا انرژی فوتوولتائیک

ما می توانیم انرژی خورشید را به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل نماییم. سلول های خورشیدی را اصطلاحاً سلول های فوتوولتائیک - یا به طور اختصار سلول های پی وی(PV) - می نامند و می توان آن ها را در جاهای مختلفی یافت. مثل ماشین حساب ها و حتی فضاپیماها. این سلول ها اولین بار در دهه 1950 برای ماهواره های امریکایی مورد استفاده قرار گرفت. ماده تشکیل دهنده آن ها سیلیکون است که نوع خاصی از ماسه مذاب به حساب می آید.

وقتی اشعه خورشید با این نوع سیلیکون برخورد می نماید، الکترون ها (که با دایره های قرمز مشخص شده اند) به بیرون پرتاب می شوند و در منطقه مشخص شده برایشان به حرکت در می آیند.(این منطقه با آبی تیره مشخص شده است.) یک عدم تعادل الکترونی بین جلو و عقب ایجاد می شود و در جایی که این دو به وسیله یک رسانا به هم ربط داده شده اند، یک جریان الکتریکی بین قسمت و منفی برقرار می شود.

هرکدم از این سلول های خورشیدی در یک مجموعه "پی وی" به هم مربوط می شوند و این مجموعه ها در صفحاتی کنار هم قرار می گیرند.

این صفحات هم به سیستم هایی مجهز می شوند تا همواره جهت صفحه را به سمت خورشید نگاه دارند. از انرژی الکتریکی این سلول های خورشیدی می توان به صورت مستقیم بهره گرفت و در مصارف خانگی و صنعتی از آن استفاده کرد. می توان انرژی را در رباط ها ذخیره کرد و از آن در تلفن های بدون سیم حاشیه جاده ها، جاهایی که هیچ وسیله ارتباطی دیگری وجود ندارد، بهره جست. بعضی از ماشین ها در مرحله آزمایشی به سلول خورشیدی مجهز شده اند. آن ها الکتریسیته تولید شده را به الکتروموتور منتقل می کنند تا انرژی لازم برای حرکت شان را تامین نماید.

ولی بیشتر مواقع وقتی درباره انرژی خورشیدی صحبت می کنیم، منظورمان استفاده از آن ها در ماهواره ها است.

تصویر زیر یک مجموعه سلول خورشیدی سوار شده روی یک ماهواره را به ما نشان می دهد.

مترجم: سحر حمیدی