ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-جلسه ی سوم
آشنا شدن با کاربردهای انرژی خورشیدی
اهداف جلسه: آشنا شدن با کاربردهای انرژی خورشیدی
وﺳﺎﯾﻞ موردنیاز: -----
1-1- تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی
شاید بهتر باشد برای تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی به سراغ انسان‌های اولیه برویم چراکه انسان همواره از گرما و نور خورشید استفاده کرده و گیاهان و جانورانی را تغذیه کرده است که از نور خورشید رشد و نمو داشتند. انسان اولیه به‌مرورزمان پیشرفت کرد و از خورشید برای روشن نمودن آتش، گرمایش، پخت‌وپز و روشنایی استفاده کرد. مثلاً در تمدن‌های اولیه خانه‌ها را به نحوی می‌ساختند که در طول روز میزان بیشتری از انرژی تابشی خورشید را دریافت کند. همچنین آثار باقیمانده نشان می‌دهد که در معابد به كمك جام‌های بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدان‌های محراب‌ها را روشن می‌کردند.
شکل 3-1 کنده‌کاری‌هایی از خورشید
گاهی حتی به نظر می‌رسد که در گذشته بهتر از امروز از انرژی خورشید استفاده می‌شد مثلاً روایت‌شده یكی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می‌شد. همچنین روایت دیگری هست که طبق آن ارشمیدس، دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم، در جنگ علیه رومیان در سال 212 قبل از میلاد ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش كشیده است. گفته می‌شود ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آینه كوچك مربعی شكل در كنار یكدیگر که روی یك پایه متحرک قرار داشته است، اشعه خورشید را از راه دور روی کشتی‌های رومیان متمركز ساخته و به‌این‌ترتیب آن‌ها را به آتش كشیده است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان‌دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده است. برای نمونه دیوارهای خانه‌های قدیمی از جنس کاه‌گل بوده که با توجه به‌سرعت کم انتقال حرارت در این نوع دیوارها، حرارت جذب‌شده در روز با چند ساعت تأخیر یعنی در شب وارد خانه می‌شود.
بعد از کشف انرژی الکتریک که آن را بیشتر به نام الکتریسیته می‌شناسیم و پیشرفت صنعت، انسان لزوم استفاده از این انرژی را درک کرد یکی از راه‌های تولید آن تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی بود در ابتدا تنها از بخش انرژی گرمایی خورشید استفاده می‌شد ولی با کشف پدیده‌ای به نام فتوالکتریک ناگهان همه‌چیز متحول شد این پدیده نشان می‌داد که نور می‌تواند باعث ایجاد جریان الکتریکی شود. پس سلول‌های خورشیدی که بر این اساس کار می‌کردند ساخته شدند و استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید انرژی الکتریکی بسیار راحت‌تر شد و افراد زیادی به استفاده از سلول‌های خورشیدی روی آوردند.
1-2- كاربردهای انرژی خورشید
به‌طور خلاصه کاربردهای انرژی خورشیدی در سه قسمت صنعتی، نیمه‌صنعتی و خانگی در شکل زیر آورده شده است:
شکل 3-2 کاربردهای انرژی خورشیدی
برای استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی به دو روش می‌توان عمل کرد:
سیستم فتوولتائیک
سیستم حرارتی
هرکدام از این دو روش به بخش مصرف غیر نیروگاهی (خانگی و صنعتی) و نیروگاهی تقسیم می‌شود. حال به‌طور مختصر به توضیح هرکدام از کاربردها می‌پردازیم:
1-2-1- کاربردهای غیر نیروگاهی سامانه‌های فتوولتائیک
می‌توان گفت که پرمصرف‌ترین کاربردهای انرژی نو شامل این بخش می‌شود. امروزه مهندسان سامانه‌هایی را طراحی می‌کنند که انرژی موردنیاز خود را از برق تولیدی سلول‌های خورشیدی تأمین کنند؛ که چند نمونه از آن‌ها را نام می‌بریم:
• روشنایی خورشیدی
شکل 3-3 نمونه ای از پنل خورشیدی
در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد را در سراسر جهان دارد. تأمین برق جاده‌ها و تونل‌ها بخصوص در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند تأمین برق مناطق شکاربانی و مناطق حفاظت‌شده از موارد مصرف آن است.
• تجهیزات الکترونیک
شکل 3-4 شارژر و ماشین‌حساب خورشیدی
ماشین‌حساب، ساعت، رادیو، موبایل و هر وسیله‌ای که با باتری کار می‌کند می‌تواند به‌عنوان یکی از موارد مصرف این سامانه‌ها قرار بگیرد.
• یخچال‌های خورشیدی
شکل 3-5 انواع یخچال خورشیدی
از این یخچال‌ها جهت سرویس‌دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه‌ای در مناطق دورافتاده و صعب‌العبور استفاده می‌شود.
• سیستم تغذیه کنند ایستگاه مخابراتی و زلزله‌نگاری
اغلب این ایستگاه‌ها در مکان فاقد شبکه سراسری و صعب‌العبور یا در محلی که احداث پست فشارقوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریک آن صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد، قرار دارند. درنتیجه استفاده از انرژی خورشیدی جهت تأمین انرژی موردنیاز آن‌ها امری اقتصادی است.
• سیستم تغذیه‌کننده پرتابل یا قابل‌حمل
از کاربردهای این سامانه‌ها می‌توان به تأمین برق اضطراری در مواقع بروز حوادث غیرمترقبه، سیستم تغذیه‌کننده‌ی چادر عشایری و کمپ‌های جنگلی اشاره کرد.
• تأمین انرژی ماهواره‌ها و ایستگاه فضایی
یکی از مهم‌ترین مصارف سامانه‌های فتوولتائیک در این بخش است چون هم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و جایگزین دیگری برای تأمین انرژی وجود ندارد.
• سیستم پمپاژ خورشیدی
قابل‌استفاده در چاه‌ها و قنات‌ها و چشمه‌ها و رودخانه‌ها که از شبکه برق سراسری دور هستند.
• سیستم تغذیه‌کننده یک واحد مسکونی
تأمین انرژی موردنیاز کلیه لوازم برقی منازل و مراکز تجاری
• هواپیما و خودروی خورشیدی
به‌عنوان سوخت بیشتر سلول‌های خورشیدى جاذب نور روى سقف آن تعبیه می‌شود.
1-2-2- كاربرد نیروگاهی سامانه‌های فتوولتائیک
شکل 3-6 نیروگاه خورشیدی
هم‌زمان با استفاده از سامانه‌های فتوولتائیک در بخش انرژی الکتریکی موردنیاز ساختمان‌ها، اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ‌تر حاصل گردید و هم‌اکنون در بسیاری از کشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک در واحدهای کوچک و بزرگ و به‌صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب و راه‌اندازی شده است. در مناطقی که دسترسی به شبکه برق سرتاسری میسر می‌باشد استفاده از نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک تزریق به شبکه ساده‌ترین و اقتصادی‌ترین سیستم تولید انرژی الکتریکی است. این نیروگاه‌ها بدون محدودیت در ظرفیت از یک کیلووات تا چندین مگاوات قابل طراحی و اجرا هستند. مهم‌ترین مزیت نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک نسبت به سایر نیروگاه‌های خورشیدی سهولت درافزایش ظرفیت سیستم بدون هیچ‌گونه محدودیت و تغییر در سامانه‌های نصب‌شده قبلی می‌باشد و همین امر سبب کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و توسعه سیستم می‌گردد. از طرفی این تأسیسات دارای هزینه ساخت راه‌اندازی و نگهداری بالایی می‌باشد که خیلی مقرون‌به‌صرفه نیستند. همچنین انتقال جریان برق از این نیروگاه‌ها بدون خطر و افت انرژی از مسائلی است که دانشمندان به دنبال حل این مسئله هستند.
1-2-3- کاربرد غیر نیروگاهی سامانه‌های حرارتی
الف – آب‌گرم‌کن خورشیدی و حمام خورشیدی
شکل 3-7
ب – سامانه‌های گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
شکل 3-8
پ – آب‌شیرین‌کن خورشیدی
شکل 3-9
1-2-4- كاربرد نیروگاهی سامانه‌های حرارتی
تأسیساتی که با استفاده از آن‌ها انرژی حرارتی جذب‌شده خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شوند.
این نیروگاه‌ها انواع متفاوتی دارند:
•نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها آینه‌های سهموی خطی هستند.
•نیروگاه‌هایی که یک دریافت‌کننده مرکزی دارند و نور خورشید توسط مزرعه‌ای از آینه‌های بزرگ به آن تابیده می‌شود.
•نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها در مرکز کره است که بخشی از آن توسط آینه‌های کوچک‌تر پوشیده شده و به شکل بشقابی درآمده است.
در این سامانه‌ها انرژی تابشی خورشید را متمرکز می‌کنند و به کمک آن دما را تا حد زیادی بالا می‌برند عموماً از این حرارت فوق‌العاده زیاد برای تولید بخارآب استفاده می‌شود که باعث چرخاندن توربین‌ها و تولید برق می‌شود.
در ادامه نیاز به آب گرم و مزایای آب‌گرم‌کن خورشیدی موردبحث قرارگرفته است.
1-3- آبگرم
آب گرم بهداشتی یکی از نیازهای اساسی انسان محسوب می‌شود و تولید آب گرم در زندگی روزمره برای شستن ظروف و البسه، استحمام و پختن غذا از اهمیت فراوانی برخوردار است. همچنین از آب گرم می‌توان برای گرم کردن فضای ساختمان از طریق سامانه‌های گرمایشی و تأمین گرمای موردنیاز برای راه‌اندازی سامانه‌های جذبی در جهت تهویه مناسب و سامانه‌های سرمایشی استفاده کرد. برای تولید آب گرم به یک آب‌گرم‌کن نیازمندیم. آب‌گرم‌کن‌ها جز تجهیزات اجتناب‌ناپذیر برای هر خانه‌ای هستند. در آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی از حرارت خورشید جهت گرمایش آب استفاده شده سپس آب گرم جهت استحمام یا سایر کاربردهای آن در منزل به کار می‌رود.
1-3-1- آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی چه کاربردهایی دارد
خوشبختانه شرایط بهره‌برداری از انواع آب‌گرم‌کن خورشیدی با هر الگوی رفتاری که خانواده‌ها به آن عادت دارند سازگاری دارد. پس از نصب سیستم در ساختمان به‌راحتی می‌تواند راه‌اندازی گردد و شرایط تعمیر و نگهداری خاصی نیز ندارد. از آب‌گرم‌کن خورشیدی در سه بخش از نیازهای ساختمان می‌توان استفاده نمود:
تأمین آبگرم مصرفی بهداشتی: تأمین آبگرم مصرفی بهداشتی با انرژی رایگان خورشید یکی از شناخته‌شده‌ترین و عمومی‌ترین وظایفی است که یک آب‌گرم‌کن خورشیدی می‌تواند به عهده بگیرد. تقریباً هر خانواری همه‌روزه از آبگرم بهداشتی استفاده می‌نماید به‌عنوان‌مثال در ایالات‌متحده هر نفر در روز حدوداً سی گالن آبگرم مصرف می‌کند این مصرف شامل حمام کردن، شستشوی ظروف و لباس‌ها می‌گردد. آبگرم تولیدشده توسط آب‌گرم‌کن خورشیدی در یک تانک ذخیره شده و در هر ساعت از روز که نیاز باشد مصرف می‌شود. هزینه انرژی مصرفی برای تأمین آبگرم بهداشتی یک خانوار حدوداً نیمی از هزینه کل انرژی مصرفی خانوار را شامل می‌شود.
گرمایش توسط آبگرم خورشیدی: استفاده از آبگرم تهیه‌شده در آب‌گرم‌کن خورشیدی برای گرمایش فضاهای ساختمان یکی دیگر از کاربردهای تعریف‌شده برای این تجهیزات است. آبگرم تهیه‌شده برای گرمایش فضاها در آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی، آب در گردش بوده و قابل شرب نیست و به داخل لوله‌های گرمایش کفی یا رادیاتورهای دیواری یا مبدل‌های حرارتی داخل فن کویل پمپاژ می‌شوند.
تأمین آبگرم استخر: استفاده از آب‌گرم‌کن خورشیدی برای تأمین آبگرم موردنیاز استخر خانگی بسیار ساده و کم‌هزینه است چراکه به حداقل تجهیزات و امکانات نیاز دارد و به طراحی خاص و پیچیده‌ای احتیاج نیست.
1-3-2- آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی چه مزایایی دارد
استفاده از انواع آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی برای تأمین آبگرم موردنیاز یک سرمایه‌گذاری با ارزش‌افزوده بالاست. به‌طورکلی دلایل متعددی برای بهره‌گیری از آب‌گرم‌کن خورشیدی وجود دارد که در زیر به برخی آز آن‌ها اشاره شده است.
(1) آب‌گرم‌کن خورشیدی به ساختمان در تأمین بخشی از انرژی موردنیاز استقلال می‌بخشد
به‌کارگیری آب‌گرم‌کن خورشیدی، وابستگی ساختمان به انرژی فسیلی را کاهش می‌دهد که به‌تبع آن وابستگی به شرکت‌های تأمین‌کننده انرژی و یا تصمیماتی که دولت در تأمین حامل‌های انرژی و هزینه‌های آن‌ها می‌گیرد کاهش می‌یابد. به‌خصوص در مکان‌هایی که دسترسی به حامل‌های انرژی به‌راحتی میسر نیست موضوع استقلال انرژی بسیار حائز اهمیت می‌گردد. دسترسی به انرژی خورشیدی در مقایسه با برق و سوخت بسیار قابل‌اطمینان‌تر است چراکه تا زمانی که خورشید در حال تابیدن است می‌تواند انرژی کسب نمود. زمانی که از آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی برای تهیه آبگرم موردنیاز استفاده می‌شود حامل‌های انرژی دیگر مانند برق و گاز تنها به‌عنوان پشتیبان تأمین نیاز انرژی در نظر گرفته می‌شوند که حتی در اغلب اوقات نیاز به استفاده از آن‌ها نیست. استقلال از حامل‌های انرژی که از خارج از ساختمان تأمین می‌شوند می‌تواند بسیار لذت‌بخش باشد.
(2) آب‌گرم‌کن خورشیدی از اثرات مخرب زیست‌محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی جلوگیری می‌کند
اینکه بخش اعظمی از انرژی موردنیاز ما از سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود یک واقعیت انکارناپذیر است. استفاده از سوخت‌های فسیلی مشکلات زیست‌محیطی متعددی را به وجود می‌آورد، تغییرات آب و هوایی ناشی از گازهای گلخانه‌ای، باران‌های اسیدی، تخریب کوه‌ها و طبیعت برای استخراج زغال‌سنگ و سوخت‌های فسیلی همچنین اثرات مخربی که نیروگاه‌های تولید برق برای محیط‌زیست ازجمله اثرات مخرب زیست‌محیطی هستند که سوخت‌های فسیلی برای ما به ارمغان می‌آورد. استفاده از انرژی هسته‌ای نیز به دلیل ایمنی پایین و زباله‌های خطرناکی که از خود به‌جای می‌گذارد نیز جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی نیست.
سؤال این است که چرا نباید بااین‌همه مخاطراتی که استفاده از سوخت‌های فسیلی برای محیط‌زیست و حال و آینده بشر دارد استفاده از آن‌ها را با انرژی نامحدود و رایگان خورشیدی جایگزین نمود. اگر از مقدار اندکی انرژی که برای ساخت اجزای آب‌گرم‌کن خورشیدی مصرف می‌شود چشم‌پوشی کنیم استفاده از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی در تأمین انرژی موردنیاز خانه، هیچ‌گونه مشکلی برای محیط‌زیست ایجاد نمی‌کند.
(3)آب‌گرم‌کن خورشیدی هزینه‌های انرژی ساختمان را کاهش می‌دهد
استفاده از آب‌گرم‌کن خورشیدی و جایگزینی استفاده از انرژی خورشیدی به‌جای سوخت‌های دیگر در هزینه‌های قبوض انرژی ساختمان تأثیر به سزایی دارد. البته ازنظر کاهش هزینه استفاده از برق خورشیدی شاخص‌تر از تولید آبگرم از انرژی خورشید می‌باشد. استفاده از سلول‌های فتوولتائیک و تولید برق خورشیدی در کنار آب‌گرم‌کن خورشیدی می‌تواند هزینه‌های انرژی ساختمان را به حداقل ممکن برساند. سال بازگشت سرمایه آب‌گرم‌کن خورشیدی وابسته به میزان تابش آفتاب در محل استقرار ساختمان از پنج سال تا سه سال متغیر می‌باشد.
(4)آب‌گرم‌کن خورشیدی عمر مفید بالایی نسبت به سایر آب‌گرم‌کن‌ها دارد
آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی عموماً دارای عمر مفیدی بیش از ۲۰ سال دارند که در مقایسه با سایر تجهیزات تولید آبگرم و آب‌گرم‌کن‌ها مزیت بالایی به‌حساب می‌آید.
آزمایش و تحقیق: نرم افزارهای Rottnest، OHM-A virtual science center و Weshine را از Google play store دانلود کنید تا بیشتر با کاربردها و فواید انرژی خورشیدی آشنا شوید.
تکلیف: اطلاعات و تصاویر مختلفی از سایر کاربردهای انرژی خورشیدی را گردآوری نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: برای این جلسه می‌توانید از شرکت های سازنده آب گرمکن خورشیدی و یا سلول های خورشیدی بازدید نمایید. همچنین می‌توانید تحقیقات بیشتری در مورد وسایل منزلتان که با انرژی خورشیدی کار می کنند، انجام دهید.
منابع مطالعه:
http://buildingplus.ir
http://iransolar.net
http://autoir.ir
گیوین دی. جی هارپر، مترجمین: بهار پورشاهیان، محمد حسین مهربانی جهرمی، 50 پروژه کاربردی با انرژی خورشیدی، انتشارات چرتکه
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش اول
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش دوم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش سوم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش چهارم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش پنجم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش ششم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش هفتم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش هشتم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش نهم
وﺳﺎﯾﻞ موردنیاز: -----
1-1- تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی
شاید بهتر باشد برای تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی به سراغ انسان‌های اولیه برویم چراکه انسان همواره از گرما و نور خورشید استفاده کرده و گیاهان و جانورانی را تغذیه کرده است که از نور خورشید رشد و نمو داشتند. انسان اولیه به‌مرورزمان پیشرفت کرد و از خورشید برای روشن نمودن آتش، گرمایش، پخت‌وپز و روشنایی استفاده کرد. مثلاً در تمدن‌های اولیه خانه‌ها را به نحوی می‌ساختند که در طول روز میزان بیشتری از انرژی تابشی خورشید را دریافت کند. همچنین آثار باقیمانده نشان می‌دهد که در معابد به كمك جام‌های بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدان‌های محراب‌ها را روشن می‌کردند.
گاهی حتی به نظر می‌رسد که در گذشته بهتر از امروز از انرژی خورشید استفاده می‌شد مثلاً روایت‌شده یكی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می‌شد. همچنین روایت دیگری هست که طبق آن ارشمیدس، دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم، در جنگ علیه رومیان در سال 212 قبل از میلاد ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش كشیده است. گفته می‌شود ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آینه كوچك مربعی شكل در كنار یكدیگر که روی یك پایه متحرک قرار داشته است، اشعه خورشید را از راه دور روی کشتی‌های رومیان متمركز ساخته و به‌این‌ترتیب آن‌ها را به آتش كشیده است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان‌دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده است. برای نمونه دیوارهای خانه‌های قدیمی از جنس کاه‌گل بوده که با توجه به‌سرعت کم انتقال حرارت در این نوع دیوارها، حرارت جذب‌شده در روز با چند ساعت تأخیر یعنی در شب وارد خانه می‌شود.
بعد از کشف انرژی الکتریک که آن را بیشتر به نام الکتریسیته می‌شناسیم و پیشرفت صنعت، انسان لزوم استفاده از این انرژی را درک کرد یکی از راه‌های تولید آن تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی بود در ابتدا تنها از بخش انرژی گرمایی خورشید استفاده می‌شد ولی با کشف پدیده‌ای به نام فتوالکتریک ناگهان همه‌چیز متحول شد این پدیده نشان می‌داد که نور می‌تواند باعث ایجاد جریان الکتریکی شود. پس سلول‌های خورشیدی که بر این اساس کار می‌کردند ساخته شدند و استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید انرژی الکتریکی بسیار راحت‌تر شد و افراد زیادی به استفاده از سلول‌های خورشیدی روی آوردند.
1-2- كاربردهای انرژی خورشید
به‌طور خلاصه کاربردهای انرژی خورشیدی در سه قسمت صنعتی، نیمه‌صنعتی و خانگی در شکل زیر آورده شده است:
برای استفاده مستقیم از انرژی خورشیدی به دو روش می‌توان عمل کرد:
سیستم فتوولتائیک
سیستم حرارتی
هرکدام از این دو روش به بخش مصرف غیر نیروگاهی (خانگی و صنعتی) و نیروگاهی تقسیم می‌شود. حال به‌طور مختصر به توضیح هرکدام از کاربردها می‌پردازیم:
1-2-1- کاربردهای غیر نیروگاهی سامانه‌های فتوولتائیک
می‌توان گفت که پرمصرف‌ترین کاربردهای انرژی نو شامل این بخش می‌شود. امروزه مهندسان سامانه‌هایی را طراحی می‌کنند که انرژی موردنیاز خود را از برق تولیدی سلول‌های خورشیدی تأمین کنند؛ که چند نمونه از آن‌ها را نام می‌بریم:
• روشنایی خورشیدی
در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد را در سراسر جهان دارد. تأمین برق جاده‌ها و تونل‌ها بخصوص در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند تأمین برق مناطق شکاربانی و مناطق حفاظت‌شده از موارد مصرف آن است.
• تجهیزات الکترونیک
شکل 3-4 شارژر و ماشین‌حساب خورشیدی
• یخچال‌های خورشیدی
از این یخچال‌ها جهت سرویس‌دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه‌ای در مناطق دورافتاده و صعب‌العبور استفاده می‌شود.
• سیستم تغذیه کنند ایستگاه مخابراتی و زلزله‌نگاری
اغلب این ایستگاه‌ها در مکان فاقد شبکه سراسری و صعب‌العبور یا در محلی که احداث پست فشارقوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریک آن صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد، قرار دارند. درنتیجه استفاده از انرژی خورشیدی جهت تأمین انرژی موردنیاز آن‌ها امری اقتصادی است.
• سیستم تغذیه‌کننده پرتابل یا قابل‌حمل
از کاربردهای این سامانه‌ها می‌توان به تأمین برق اضطراری در مواقع بروز حوادث غیرمترقبه، سیستم تغذیه‌کننده‌ی چادر عشایری و کمپ‌های جنگلی اشاره کرد.
• تأمین انرژی ماهواره‌ها و ایستگاه فضایی
یکی از مهم‌ترین مصارف سامانه‌های فتوولتائیک در این بخش است چون هم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و جایگزین دیگری برای تأمین انرژی وجود ندارد.
• سیستم پمپاژ خورشیدی
قابل‌استفاده در چاه‌ها و قنات‌ها و چشمه‌ها و رودخانه‌ها که از شبکه برق سراسری دور هستند.
• سیستم تغذیه‌کننده یک واحد مسکونی
تأمین انرژی موردنیاز کلیه لوازم برقی منازل و مراکز تجاری
• هواپیما و خودروی خورشیدی
به‌عنوان سوخت بیشتر سلول‌های خورشیدى جاذب نور روى سقف آن تعبیه می‌شود.
1-2-2- كاربرد نیروگاهی سامانه‌های فتوولتائیک
هم‌زمان با استفاده از سامانه‌های فتوولتائیک در بخش انرژی الکتریکی موردنیاز ساختمان‌ها، اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ‌تر حاصل گردید و هم‌اکنون در بسیاری از کشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک در واحدهای کوچک و بزرگ و به‌صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب و راه‌اندازی شده است. در مناطقی که دسترسی به شبکه برق سرتاسری میسر می‌باشد استفاده از نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک تزریق به شبکه ساده‌ترین و اقتصادی‌ترین سیستم تولید انرژی الکتریکی است. این نیروگاه‌ها بدون محدودیت در ظرفیت از یک کیلووات تا چندین مگاوات قابل طراحی و اجرا هستند. مهم‌ترین مزیت نیروگاه‌های خورشیدی فتوولتائیک نسبت به سایر نیروگاه‌های خورشیدی سهولت درافزایش ظرفیت سیستم بدون هیچ‌گونه محدودیت و تغییر در سامانه‌های نصب‌شده قبلی می‌باشد و همین امر سبب کاهش هزینه‌های سرمایه‌گذاری و توسعه سیستم می‌گردد. از طرفی این تأسیسات دارای هزینه ساخت راه‌اندازی و نگهداری بالایی می‌باشد که خیلی مقرون‌به‌صرفه نیستند. همچنین انتقال جریان برق از این نیروگاه‌ها بدون خطر و افت انرژی از مسائلی است که دانشمندان به دنبال حل این مسئله هستند.
1-2-3- کاربرد غیر نیروگاهی سامانه‌های حرارتی
الف – آب‌گرم‌کن خورشیدی و حمام خورشیدی
ب – سامانه‌های گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
پ – آب‌شیرین‌کن خورشیدی
1-2-4- كاربرد نیروگاهی سامانه‌های حرارتی
تأسیساتی که با استفاده از آن‌ها انرژی حرارتی جذب‌شده خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شوند.
این نیروگاه‌ها انواع متفاوتی دارند:
•نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها آینه‌های سهموی خطی هستند.
•نیروگاه‌هایی که یک دریافت‌کننده مرکزی دارند و نور خورشید توسط مزرعه‌ای از آینه‌های بزرگ به آن تابیده می‌شود.
•نیروگاه‌هایی که گیرنده آن‌ها در مرکز کره است که بخشی از آن توسط آینه‌های کوچک‌تر پوشیده شده و به شکل بشقابی درآمده است.
در این سامانه‌ها انرژی تابشی خورشید را متمرکز می‌کنند و به کمک آن دما را تا حد زیادی بالا می‌برند عموماً از این حرارت فوق‌العاده زیاد برای تولید بخارآب استفاده می‌شود که باعث چرخاندن توربین‌ها و تولید برق می‌شود.
در ادامه نیاز به آب گرم و مزایای آب‌گرم‌کن خورشیدی موردبحث قرارگرفته است.
1-3- آبگرم
آب گرم بهداشتی یکی از نیازهای اساسی انسان محسوب می‌شود و تولید آب گرم در زندگی روزمره برای شستن ظروف و البسه، استحمام و پختن غذا از اهمیت فراوانی برخوردار است. همچنین از آب گرم می‌توان برای گرم کردن فضای ساختمان از طریق سامانه‌های گرمایشی و تأمین گرمای موردنیاز برای راه‌اندازی سامانه‌های جذبی در جهت تهویه مناسب و سامانه‌های سرمایشی استفاده کرد. برای تولید آب گرم به یک آب‌گرم‌کن نیازمندیم. آب‌گرم‌کن‌ها جز تجهیزات اجتناب‌ناپذیر برای هر خانه‌ای هستند. در آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی از حرارت خورشید جهت گرمایش آب استفاده شده سپس آب گرم جهت استحمام یا سایر کاربردهای آن در منزل به کار می‌رود.
1-3-1- آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی چه کاربردهایی دارد
خوشبختانه شرایط بهره‌برداری از انواع آب‌گرم‌کن خورشیدی با هر الگوی رفتاری که خانواده‌ها به آن عادت دارند سازگاری دارد. پس از نصب سیستم در ساختمان به‌راحتی می‌تواند راه‌اندازی گردد و شرایط تعمیر و نگهداری خاصی نیز ندارد. از آب‌گرم‌کن خورشیدی در سه بخش از نیازهای ساختمان می‌توان استفاده نمود:
تأمین آبگرم مصرفی بهداشتی: تأمین آبگرم مصرفی بهداشتی با انرژی رایگان خورشید یکی از شناخته‌شده‌ترین و عمومی‌ترین وظایفی است که یک آب‌گرم‌کن خورشیدی می‌تواند به عهده بگیرد. تقریباً هر خانواری همه‌روزه از آبگرم بهداشتی استفاده می‌نماید به‌عنوان‌مثال در ایالات‌متحده هر نفر در روز حدوداً سی گالن آبگرم مصرف می‌کند این مصرف شامل حمام کردن، شستشوی ظروف و لباس‌ها می‌گردد. آبگرم تولیدشده توسط آب‌گرم‌کن خورشیدی در یک تانک ذخیره شده و در هر ساعت از روز که نیاز باشد مصرف می‌شود. هزینه انرژی مصرفی برای تأمین آبگرم بهداشتی یک خانوار حدوداً نیمی از هزینه کل انرژی مصرفی خانوار را شامل می‌شود.
گرمایش توسط آبگرم خورشیدی: استفاده از آبگرم تهیه‌شده در آب‌گرم‌کن خورشیدی برای گرمایش فضاهای ساختمان یکی دیگر از کاربردهای تعریف‌شده برای این تجهیزات است. آبگرم تهیه‌شده برای گرمایش فضاها در آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی، آب در گردش بوده و قابل شرب نیست و به داخل لوله‌های گرمایش کفی یا رادیاتورهای دیواری یا مبدل‌های حرارتی داخل فن کویل پمپاژ می‌شوند.
تأمین آبگرم استخر: استفاده از آب‌گرم‌کن خورشیدی برای تأمین آبگرم موردنیاز استخر خانگی بسیار ساده و کم‌هزینه است چراکه به حداقل تجهیزات و امکانات نیاز دارد و به طراحی خاص و پیچیده‌ای احتیاج نیست.
1-3-2- آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی چه مزایایی دارد
استفاده از انواع آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی برای تأمین آبگرم موردنیاز یک سرمایه‌گذاری با ارزش‌افزوده بالاست. به‌طورکلی دلایل متعددی برای بهره‌گیری از آب‌گرم‌کن خورشیدی وجود دارد که در زیر به برخی آز آن‌ها اشاره شده است.
(1) آب‌گرم‌کن خورشیدی به ساختمان در تأمین بخشی از انرژی موردنیاز استقلال می‌بخشد
به‌کارگیری آب‌گرم‌کن خورشیدی، وابستگی ساختمان به انرژی فسیلی را کاهش می‌دهد که به‌تبع آن وابستگی به شرکت‌های تأمین‌کننده انرژی و یا تصمیماتی که دولت در تأمین حامل‌های انرژی و هزینه‌های آن‌ها می‌گیرد کاهش می‌یابد. به‌خصوص در مکان‌هایی که دسترسی به حامل‌های انرژی به‌راحتی میسر نیست موضوع استقلال انرژی بسیار حائز اهمیت می‌گردد. دسترسی به انرژی خورشیدی در مقایسه با برق و سوخت بسیار قابل‌اطمینان‌تر است چراکه تا زمانی که خورشید در حال تابیدن است می‌تواند انرژی کسب نمود. زمانی که از آب‌گرم‌کن خورشیدی خانگی برای تهیه آبگرم موردنیاز استفاده می‌شود حامل‌های انرژی دیگر مانند برق و گاز تنها به‌عنوان پشتیبان تأمین نیاز انرژی در نظر گرفته می‌شوند که حتی در اغلب اوقات نیاز به استفاده از آن‌ها نیست. استقلال از حامل‌های انرژی که از خارج از ساختمان تأمین می‌شوند می‌تواند بسیار لذت‌بخش باشد.
(2) آب‌گرم‌کن خورشیدی از اثرات مخرب زیست‌محیطی ناشی از سوخت‌های فسیلی جلوگیری می‌کند
اینکه بخش اعظمی از انرژی موردنیاز ما از سوزاندن سوخت‌های فسیلی حاصل می‌شود یک واقعیت انکارناپذیر است. استفاده از سوخت‌های فسیلی مشکلات زیست‌محیطی متعددی را به وجود می‌آورد، تغییرات آب و هوایی ناشی از گازهای گلخانه‌ای، باران‌های اسیدی، تخریب کوه‌ها و طبیعت برای استخراج زغال‌سنگ و سوخت‌های فسیلی همچنین اثرات مخربی که نیروگاه‌های تولید برق برای محیط‌زیست ازجمله اثرات مخرب زیست‌محیطی هستند که سوخت‌های فسیلی برای ما به ارمغان می‌آورد. استفاده از انرژی هسته‌ای نیز به دلیل ایمنی پایین و زباله‌های خطرناکی که از خود به‌جای می‌گذارد نیز جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی نیست.
سؤال این است که چرا نباید بااین‌همه مخاطراتی که استفاده از سوخت‌های فسیلی برای محیط‌زیست و حال و آینده بشر دارد استفاده از آن‌ها را با انرژی نامحدود و رایگان خورشیدی جایگزین نمود. اگر از مقدار اندکی انرژی که برای ساخت اجزای آب‌گرم‌کن خورشیدی مصرف می‌شود چشم‌پوشی کنیم استفاده از آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی در تأمین انرژی موردنیاز خانه، هیچ‌گونه مشکلی برای محیط‌زیست ایجاد نمی‌کند.
(3)آب‌گرم‌کن خورشیدی هزینه‌های انرژی ساختمان را کاهش می‌دهد
استفاده از آب‌گرم‌کن خورشیدی و جایگزینی استفاده از انرژی خورشیدی به‌جای سوخت‌های دیگر در هزینه‌های قبوض انرژی ساختمان تأثیر به سزایی دارد. البته ازنظر کاهش هزینه استفاده از برق خورشیدی شاخص‌تر از تولید آبگرم از انرژی خورشید می‌باشد. استفاده از سلول‌های فتوولتائیک و تولید برق خورشیدی در کنار آب‌گرم‌کن خورشیدی می‌تواند هزینه‌های انرژی ساختمان را به حداقل ممکن برساند. سال بازگشت سرمایه آب‌گرم‌کن خورشیدی وابسته به میزان تابش آفتاب در محل استقرار ساختمان از پنج سال تا سه سال متغیر می‌باشد.
(4)آب‌گرم‌کن خورشیدی عمر مفید بالایی نسبت به سایر آب‌گرم‌کن‌ها دارد
آب‌گرم‌کن‌های خورشیدی عموماً دارای عمر مفیدی بیش از ۲۰ سال دارند که در مقایسه با سایر تجهیزات تولید آبگرم و آب‌گرم‌کن‌ها مزیت بالایی به‌حساب می‌آید.
آزمایش و تحقیق: نرم افزارهای Rottnest، OHM-A virtual science center و Weshine را از Google play store دانلود کنید تا بیشتر با کاربردها و فواید انرژی خورشیدی آشنا شوید.
تکلیف: اطلاعات و تصاویر مختلفی از سایر کاربردهای انرژی خورشیدی را گردآوری نمایید.
محل بازدید/ اردو/ خرید: برای این جلسه می‌توانید از شرکت های سازنده آب گرمکن خورشیدی و یا سلول های خورشیدی بازدید نمایید. همچنین می‌توانید تحقیقات بیشتری در مورد وسایل منزلتان که با انرژی خورشیدی کار می کنند، انجام دهید.
منابع مطالعه:
http://buildingplus.ir
http://iransolar.net
http://autoir.ir
گیوین دی. جی هارپر، مترجمین: بهار پورشاهیان، محمد حسین مهربانی جهرمی، 50 پروژه کاربردی با انرژی خورشیدی، انتشارات چرتکه
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش اول
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش دوم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش سوم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش چهارم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش پنجم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش ششم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش هفتم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش هشتم
ساخت آب‌گرم‌کن خورشیدی-بخش نهم
