استفاده از انرژی پاک
استاد راهنما :
جناب آقای دکتر فرهاد نژاد کورکی
دانشجو :
محمدحسین خلیلی
بهار 1391
فهرست مطالب
مقدمه
روش های تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی
ویژگی های انرژی خورشیدی
سیستم ولتاییک چیست؟
اصول کار یک پنل فتو ولتاییک
انرژی خورشیدی در ایران فراوان اما گران
استفاده از انرژی باد در ایران
استفاده از گاز متان
انرژی باد، انرژی پاک و پرسود
مزایای استفاده از توربین های بادی
ایران سرزمین تبلور انرژی ها
انرژی خورشیدی یکی از منابع تامین انرژی رایگان
کاربردهای انرژی خورشیدی و معایب و محاسن آن
آبگرمکن های خانگی خورشیدی
فرصتی برای استفاده از انرژی پاک
دسترسی به انرژی
مقدمه
براساس بررسی ها و مطالعات، انرژی خورشیدی وسیع ترین منبع انرژی در جهان است.
کارشناسان بخش انرژی می گویند انرژی نوری که توسط خورشید در هر ساعت به زمین می تابد، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می کنند.
براساس بررسی ها و مطالعات، انرژی خورشیدی وسیع ترین منبع انرژی در جهان است. کارشناسان بخش انرژی می گویند انرژی نوری که توسط خورشید در هر ساعت به زمین می تابد، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می کنند.
از این رو برای بهره گیری از این منبع باید راهی جست تا انرژی پراکنده آن با بازده بالا و هزینه کم به انرژی قابل مصرف الکتریکی تبدیل شود. به گزارش ایرنا این کارشناسان روش های مختلفی را برای استفاده از انرژی خورشیدی پیشنهاد می کنند.
روش های تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی
با استفاده از فناوری های خاص، انرژی حاصل از نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند و این فناوری ها را به دو دسته می توان تقسیم کرد:
سیستم فتوولتاییک (PV) که عموماً تجهیزاتی جامد وبی حرکت هستند (جز در مورد انواع مجهزبه سیستم ردیابی خورشیدی)
سیستم های گرمایی خورشیدی که از نور متمرکز شده خورشید برای گرم کردن مایعی که بخار آن یک توربین را به حرکت در می آورد، استفاده می کند.
ویژگی های انرژی خورشیدی
اولین ویژگی انرژی خورشیدی در این است که تمام نشدنی و پایان ناپذیر است.
این نوع انرژی، انرژی تمیزی است و هیچ آسیبی به محیط زیست و جامعه بشری نمی رساند.
ظرفیت آن را متناسب با نیازها می توان طراحی کرد.
سیستم ولتاییک چیست؟
بخش اصلی یک سیستم فتوولتاییک، پنل فتوولتاییک است. پنل های فتوولتاییک که در معرض خورشید قرار می گیرند، متشکل از سلول های فتوولتاییک هستند.
این سلول ها از مواد نیمه هادی سیلیکونی ساخته شده اند و به صورت پنل هایی به روی بام خانه ها و به طور مثال در چندین خانه نصب می شوند.
ضمن اینکه سیستم فتوولتاییک شامل تجهیزاتی از جمله مبدل هایی برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب می باشد.
اصول کار یک پنل فتوولتاییک
پنل های فتوولتاییک از نیمه هادی ها ساخته شده اند.
وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می تابد، به الکترون ها در آن انرژی بیشتری می بخشد.
بدین ترتیب بین دو الکترود منفی ومثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می شود.
انرژی خورشیدی در ایران فراوان اما گران
بیشترمناطق مرکزی و کویری ایران سرشار از منابع انرژی خورشیدی هستند. در کویر از یک و نیم هکتار زمین، در هر ساعت می توان یک مگاوات انرژی تولید کرد.
اما هزینه تبدیل انرژی خورشیدی به برق، بسیار بالا است (۲۵۰ تا ۴۵۰هزار تومان) که این رقم باید به ۶۰ تا ۷۰هزار تومان به ازای هر کیلووات برسد.
در خراسان نیز جهت تامین برق مورد نیاز پاسگاه مرکزی گز یک صفحه فتوولتاییک نصب شده است که برای تولید انرژی باید هر چند ساعت یک بار رو به خورشید چرخانده شوند. (درست مانند گل های آفتابگردان).
با توجه به امکانات موجود هر کیلووات ساعت انرژی را از طریق انرژی باد می توان با صرف ۸۵هزار تومان به برق تبدیل کرد.
استفاده از انرژی باد در ایران
وزش باد در بخش هایی از خراسان و گیلان وضعیت مطلوبی دارد. تا کنون ۱۵ مگاوات نیروگاه بادی در منطقه «منجیل» گیلان نصب شده که در حال افزایش به۶۰ مگاوات است.
دراین میان یکی دیگر از راه هایی که هم اکنون در ایران به آن برای تولید انرژی فکر می شود، استفاده از زباله ها است.
هنوز۴۰ درصد ساکنان زمین برای تامین نیازهای اولیه خود به انرژی از هیزم، فضولات حیوانی و ضایعات زراعی استفاده می کنند.
استفاده از گاز متان
در ایران طرح هایی برای استفاده از گازهای متصاعد از زباله های متراکم شهری شروع شده است.
در صورت استفاده درست از فناوری استخراج گاز متان از زباله ها که به آن «آتشکاف » گفته می شود، می توان۷۰ تا۸۰ درصد انرژی مفید زباله ها را بازیافت کرد.
از جمله این طرح ها در اطراف شهر مشهد اجرا خواهد شد. در زمان حاضر تهران بیشترین حجم زباله شهری را در کشور تولید می کند.
خراسان که در مقام دوم قرار دارد. کارشناسان دفتر انرژی های نو در وزارت نیرو ایران امیدوار هستند با ایجاد تاسیسات جمع آوری و تمرکز گازهای ناشی از انباشت زباله های شهری، از این منبع برق بدست آوردند.
انرژی باد، انرژی پاک و پرسود
باد یک منبع سوخت پاک، پایدار و مفید است که مواد دفعی ندارد و هرگز تمام نخواهد شد چون دائما توسط انرژی خورشید تجدید می شود و در نقاطی به صورت شبانه روزی، در اختیار قرار دارد.
بیشتر توربینهای بادی زمانی که سرعت باد حدود ۴-۳ متر در ثانیه می باشد، شروع به تولید برق می نمایند و حداکثر مجاز برق را در حدود ۱۵ متر در ثانیه تولید می کنند و برای جلوگیری از خسارات حاصل از توفان در ۲۵ متر در ثانیه و یا بیشتر متوقف شده و از کار می افتند.
معمولا برای نصب این توربین ها نیازی به پاکسازی درختان منطقه نیست. کشاورزان می توانند برای ساخت این توربین ها زمین های خود را به شرکت های سازنده اجاره دهند.
رشد بهره برداری از توربینهای بادی، به ویژه در سالهای اخیر، بسیار سریع بوده و با اینکه در حال حاضرکشور امریکا بزرگترین نیروگاههای بادی را در اختیار دارد ولی چین، برنامه های بسیار گسترده ای برای کسب رتبه اول در این حوزه را، پی ریزی نموده است.
این دو کشور مجموعاً ۳۸٫۴ % از تولید انرژی بادی جهان را در سال ۲۰۰۹ از آن خود نموده اند.
کشور آلمان نیز با تولید ۱۶٫۲ % رتبه سوم را در آن سال در اختیار داشته است.
مزایای استفاده از توربین های بادی
استفاده از انرژی تجدید پذیر موجود در طبیعت و صرفه جوئی در هزینه های سوخت فسیلی
کمک به کاهش آلودگی محیط زیست و ایجاد محیط نشاط آور برای زیستن
ایجاد جاذبه های گردشگری در جوار مزرعه های بادی
قطع وابستگی تولید برق به مسائل سیاسی دنیا از بابت تغییر قیمت نفت
پایین بودن هزینه های جاری نیروگاه های بادی در مقایسه با بقیه نیروگاه های فسیلی
امکان نصب سریع هر دستگاه توربین باد و بهره برداری در زمان بسیار کوتاه
کمک به اشتغال بیشتر در داخل کشور و راه گشائی برای فرصت های مطالعاتی و پژوهشی
امکان استفاده از زمینهای اطراف توربین های بادی برای مصارف کشاورزی و دامداری
زندگی بشر از ابتدا و در تمام ادوار تاریخ رابطه مستقیمی با چگونگی تولید و مصرف انرژی داشته است.
گردش چرخ تکنولوژی مرهون انرژی و مصرف آن است؛ انرژی هایی که از منابعی مانند نفت، زغال سنگ و انرژی های فسیلی تامین می شوند و صدالبته که این انرژی ها تجدید ناپذیرند و روی به پایان.
از این رو در سال های اخیر استفاده از منابع انرژی که قابل تجدید باشد از دغدغه های بشر امروزی است چرا که این منابع علاوه بر اینکه قابل تجدیدند بسیار متنوع و زیاد هستند.
انرژی باد، بیوانرژی، انرژی امواج، انرژی گرادیان، ژئوترمال، انرژی فیوژن، انرژی آب و البته انرژی خورشیدی از انواع انرژی های قابل تجدید هستند که رشد و توسعه تکنولوژی، بشر را قادر به مهار آنها کرده است.
انرژی خورشیدی از انواع انرژی هایی است که با استفاده از علم فیزیک انرژی ها کاربری بسیار زیادی دارد.
ایران سرزمین تبلور انرژی ها
ایران سرزمین تبلور انرژی ها است، چرا که از یکسو دارای منابع گسترده سوخت های فسیلی و تجدیدناپذیر نظیر نفت و گاز است و از سوی دیگر دارای پتانسیل فراوانی در زمینه انرژی های تجدیدپذیر و نو مانند انرژی خورشیدی، زمین ،گرمایی، باد و توده است.
زمین، گهواره بشر مکانی است که هسته مرکزی اش در عمق تقریبی6400 کیلومتری قرار دارد و حرارتی بالغ بر چهارهزار درجه سانتیگراد دارد و خورشیدی بر این کره می تابد که اگر تنها یک درصد از صحراهای جهان به نیروگاه های خورشیدی تبدیل شوند برق سالانه این کره سرگردان تامین خواهد شد.
انرژی خورشیدی یکی از منابع تامین انرژی رایگان
انرژی خورشیدی یکی از منابع تامین انرژی رایگان، پاک و عاری از اثرات مخرب زیست محیطی است که از دیرباز با روش های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است.
به طور متوسط خورشید در هر ثانیه 1020کیلووات ساعت انرژی ساطع می کند و از کل این انرژی منتشر شده توسط خورشید تنها 47درصد آن به سطح زمین می رسد.
یعنی انرژی ناشی از سه روز تابش خورشید به زمین برابر با تمام انرژی ناشی از احتراق کل سوخت های فسیلی در دل زمین است و می توان نتیجه گرفت که در اثر تابش 40روز خورشید به زمین می توان انرژی موردنیاز یک قرن را ذخیره کرد.
کاربردهای انرژی خورشیدی و معایب و محاسن آن
تامین انرژی الکتریسیته (تولید برق با استفاده از فوتوولتاییک ها و تولید برق با استفاده از گرمایش خورشیدی) سرمایش خورشیدی، اجاق های خورشیدی، آب شیرین کن های خورشیدی و گرمایش خورشیدی از جمله کاربردهای این انرژی هستند که از محاسن آن می توان به پاکی و بی آلایندگی (حذف انتشار گازهای گلخانه ای از جمله دی اکسید کربن)، نامحدود و فراوان بودن، رایگان و بی هزینه بودن، باعث کاهش مصرف سوخت های فسیلی و در دسترس بودن اشاره کرد.
و اما از معایب آن این است که خورشید منبع کاملا متغیری است یعنی در فصول، ماه ها و ساعات شب و روز متغیر است و چگالی انرژی آن کم است.
در ایران از میان کاربری های متفاوت این انرژی به گرمایش خورشیدی برای تامین آبگرم مصرفی توجه شده است که این کار از طریق راه اندازی دو نوع سیستم صورت گرفته است:
1 – آبگرمکن های خانگی خورشیدی (Domestic Solar Water Heater)
2 – حمام های عمومی روستایی خورشیدی (Solar Bath Water Heater)
آبگرمکن های خانگی خورشیدی
مساعدترین بخش برای کاربرد انرژی خورشیدی، بخش خانگی است. قسمت اعظم آب گرم مصرفی در این بخش می تواند توسط انرژی خورشیدی تامین شود.
استفاده از آبگرمکن خورشیدی نسبت به سیستم های برقی 13 برابر به ازای هر خانوار خطر تخریب لایه ازن را کاهش می دهد.
محققان معتقدند سیستم های آبگرمکن خورشیدی به ازای هر خانوار کمتر از 500 کیلوگرم گاز گلخانه ای (دی اکسیدکربن) در هوا منتشر می کند.
این در حالی است که سیستم های برقی سالانه حدود 5/6تن گاز گلخانه ای به ازای هر خانوار به هوا می فرستند.
(انتشار گاز گلخانه ای یکی از عوامل اصلی تخریب لایه ازن و گرم شدن بیش از اندازه دمای کره زمین است که باعث بالا آمدن آب دریاها و وقوع سیل و … می شود).
فرصتی برای استفاده از انرژی پاک
محیط زیست(انرژی نو) – استفاده از انرژی پاک اکنون به یکی از اهداف اصلی بسیاری از کشورهای توسعه یافته تبدیل شده است، تا آنجا که تلاش می کنند با شیوه های مختلف به این هدف دست یابند.
نصب پانل های خورشیدی بر فراز برخی ساختمان های بلندمرتبه در پاریس و برخی شهرهای مشهور دیگر، از جمله اقدامات نمادین برای تشویق و ترغیب به استفاده از انرژی پاک است.
اما در کشور ما به رغم قابلیت های فراوانی که وجود دارد هنوز اقدام در خور توجهی در این زمینه صورت نگرفته است.
آنچه در پی می آید مقاله ای است درباره استفاده از انرژی خورشیدی؛ تجربه ای که می تواند تلنگری باشد برای متولیان تولید انرژی در کشور برای به کارگیری انرژی های پاک.
دسترسی به انرژی
ویجی مودی یک کارشناس انرژی در دانشگاه کلمبیا که در زمینه پیشبرد توسعه پایدار فعالیت می کند، می گوید که انرژی های تجدیدپذیر می توانند عملاً یک نقش موثر و بلندمدت در برآورد نیازهای مردم هائیتی در زمینه روشنایی و برق ایفا کنند.
البته هائیتی علاوه بر مسئله تامین روشنایی و شارژ موبایل ها که انرژی خورشیدی قابلیت تامین آنها را دارد، نیاز فوری به انرژی برای پخت و پز نیز دارد.
زمانی که صحبت از نیاز به سوخت جهت پخت و پز خانگی به میان می آید، این کارشناس انرژی معتقد است که توزیع پروپان و نفت سفید در کوتاه مدت بیشتر به مردم کمک خواهد کرداما در بلندمدت باید بر تجارب مدیریتی پایدار تمرکز کرد و نه بر استفاده از چوب و زغال که در هائیتی به شکل سنتی از آن برای پخت و پز استفاده می شود.
لازم به ذکر است که با مدیریت صحیح، سوخت های سنتی نیز می توانند مجدداً تجدید شوند.
پایان