کاربردهای انرژی خورشیدی

در مبحث انرژی از کاربردهای انرژی خورشیدی نباید غافل ماند چرا که قوانین خاص خود را دارد و لازم است در جهت آگاهی،‌ شناخت و بکارگیری آنها کوشید. به طور کلی قوانین حاکم بر طبیعت، اصولا خلل ناپذیر بوده و برای بقاء و تداوم باید بر این قوانین گردن نهاد. در واقع بقاء و توسعه و پیشرفت جوامع انسانی در طول تاریخ مدیون شناخت این قوانین طبیعی، هماهنگی و همسوئی با آنها و تقلید و بکارگیری آنها در زندگی بوده است.

از میان قوانین طبیعی،‌ قانون دوم انرژی یا اصل دوم ترمودینامیک، که می گوید هر فرآیندی که در یک دستگاه رخ می دهد قطعا آنتروپی (پیری) دستگاه و محیط اطرافش افزایش می یابد جهان شمول بوده و علاوه بر میدان انرژی بر پهنه بیشماری از پدیده ها حاکمیت دارد که می توان چنین عنوان کرد که اگر چه انرژی نابود نمی شود اما قابلیت کاردهی، تلف و نابود می شود.

این موضوع در همه‌ آفرینند ها صادق است چه در احتراق سوخت های فسیلی چه در انبساط بخار آب در توربین و چه در عملکرد یک دستگاه اجتماعی–اقتصادی که در آن تولید آنتروپی به شکل بی نظمی نسبی، تنزل و وجود فاصله و تفاوت با شکل ایده آل تجلی می کند.

اما شگفتی قانون دوم این است که هر سیستمی برای آنکه پیر و فرسوده نشود و بقاء و تداوم پیدا کند باید آنتروپی کمتری با زمان ایجاد کند. باید هدف را عدول از این قانون قرار داد و در راه رسیدن به این قانون کوشید. برای هر سیستمی حرکت به سوی کمال اجباری است که در غیر این صورت پیری و نابودی گریز ناپذیر می باشد .

احتراق سوخت های فسیلی در طول ۱۰۰ سال گذشته، حجم عظیمی از آنتروپی را در محیط زیست ریخته است و قطعا این بی نظمی را نمی پذیرد و عکس العمل نشان خواهد داد،‌ عکس العملی که در نهایت به زیان انسان تمام شده و چه بسا اگر هوشمندانه با این مساله برخورد نشود موجبات نابودی او را فراهم می سازد بنابراین به موجب قانون دوم این بشر نیست که طبیعت را نابود می کند بلکه در نهایت این طبیعت است که انسان را نابود می کند .

در حال حاضر مصرف انرژی جهان ۱۰Gtoe/yr (معادل ۱۰ میلیارد تن نفت در سال) می باشد سرانه مصرف انرژی بین کشورهای پیشرفته و در کشورهای در حال توسعه تقریبا ۲۰ برابر با هم تفاوت دارد،‌ احتراق چنین حجم عظیمی از هیدروکربن ها، انتشار مقادیر قابل ملاحظه ای از انواع آلاینده ها نظیر اکسیدهای کربن، گوگرد، متان و… را در پی داشته و باعث آلودگی اتمسفر و محیط زیست می شود، بعنوان مثال در حال حاضر ۶ گیگاتن ۶Gtc/yr کربن در اتمسفر منتشر می شود. امروزه سهم کشورهای پیشرفته و در حال توسعه در انتشار کربن در حدود ۳۰ به ۱ است.

از آنجا که امروزه مهمترین منبع تأمین کننده انرژی، سوخت های فسیلی هستند اما محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و همچنین تأثیرات سوء‌بهره گیری از این منابع، سیاست گزاران انرژی را به فکر یافتن منابعی جایگزین انداخته است و تلاش برای یافتن منابع جدید از چندین دهه گذشته و در کشورهای مختلف جهان آغاز شده است.

در این میان بیشترین تلاش جهت استفاده از منابعی تجدید پذیر و غیر آلاینده نظیر انرژی خورشیدی، آبی‌، بادی،‌ زمین گرمایی،‌ هیدروژنی و غیره متمرکز شده است. به جرأت می توان گفت طی چندین دهه آینده منابع یاد شده سهم عمده ای را از تأمین انرژی دنیا خواهند داشت و کشورهایی که تکنولوژی استفاده از این منابع را نداشته باشند آینده روشنی نخواهند داشت .

رشد فزاینده مصرف انرژی در جهان و تبلیغات سوء زیست محیطی ناشی از مصرف سوخت های فسیلی لزوم بکارگیری منابع نوین انرژی را گریز ناپذیر ساخته و مشخص کرده است که توسعه پایدار بدون این رویکرد امری است دست نیافتنی. از این در برنامه ها و سیاست های انرژی بسیاری از کشورهای صنعتی و در حال توسعه منابع نوین انرژی نمود فراوان یافته اند.

بر اساس گزارش توسعه انسانی UNDP مصرف جهانی انرژی طی ۲۰ سال گذشته از MTIE 5075 در سال ۱۹۷۵ به MTOE8504 در سال ۱۹۹۵ رسیده است در حالیکه در این دوره مصرف برق جهانی بیش از دو برابر شده و از رقم ۶۲۸۵ میلیارد کیلووات ساعت به ۱۲۸۷۵ میلیارد کیلووات ساعت افزایش یافت است و از طرفی در حال حاظر یک میلیارد جمعیت کشورهای صنعتی که ۲۰ درصد جمعیت کل جهان را تشکیل می دهند بالغ بر ۵۸ درصد انرژی جهان را مصرف می کنند که مسلما” جای رشد بسیاری در مصرف انرژی کشورهای در حال توسعه وجود دارد. لذا رشد زیاد مصرف انرژی، بکارگیری منابع نوین انرژی در دهه های آینده را الزامی می کند.

از این رو برنامه های توسعه انرژی تجدید پذیر برخی کشورهای صنعتی و در حال توسعه که از مجموعه مقالات پنجمین کنگره جهانی انرژی های تجدید پذیر در سال ۲۰۰۲ در فلورانس ایتالیا گرفته شده مورد بررسی قرار می گیرد.

۱- در آمریکا سهم سوخت های فسیلی ۸۴ درصد انرژی مصرفی جامعه می باشد که ۵۰ درصد آن وارداتی است سهم انرژی نو ۸ درصد و برابر سهم انرژی اتمی در آن کشور است که بیشتر انرژی های نو برای تولید بکار می روند بطوری که سهم انرژی های نو در حد ۱۲ درصد برق کشور است.

۲- در اروپا سهم انرژی نو در انرژی مصرفی اکنون ۳/۵ درصد است و بر اساس برنامه های تحقیقی و توسعه فن آوری در سال ۲۰۲۰ به ۱۵ درصد می رسد.

۳- در هندوستان مصرف برق پایین است و مصرف به حدود ۳۵۰ کیلووات ساعت در سال می رسد و حدود MW 1250 برق تجدید پذیر تولید می شود و در این کشورها در برنامه های توسعه انرژی نو، فتوولتائیک خورشیدی برای روشنایی و آبیاری کشاورزی، تهیه آب آشامیدنی و… حائز اهمیت فراوانی بوده است. اخیرا” بانک ها به خریداران آبگرمکن خورشیدی وام های با بهره کم اعطا می کنند.

نصب MW 140 نیروگاه خورشیدی در راجستان پیشنهاد شده و نصب سیستم های آبگرمکن خورشیدی در ۱۲۵۰۰۰ منزل مسکونی و نصب ۲۵۰۰۰۰ متر مربع کلکتور انرژی خورشیدی در صنایع و تأسیسات تجاری در نهمین برنامه پنج ساله توسعه این کشور اشاره شده است. میزان تابش در ایران ۶۰۰ تا ۷۰۰ کیلو ژول بر سانتی متر مربع در سال است و بعد از عربستان و آفریقای مرکزی بالاترین توان تابشی انرژی خورشیدی جهان را داراست. به همین لحاظ خوشبختانه با توجه به وجود پتانسیل خوب از منابع یاد شده در کشورمان وزارت نیرو فعالیت های تحقیقاتی جهت دستیابی به تکنولوژی استفاده از منابع را آغاز و فعالیت هایی را به شرح ذیل دارد:

1- پروژه های استفاده از انرژی خورشیدی.
۲- پروژه های استفاده از انرژی گرمایی زمین (زمین گرمایی).
۳- پروژه تولید،‌ ذخیره سازی و مصرف هیدروژن.
۴- پروژه ساخت پیل های سوختی.
۵- پروزه استفاده از انرژی امواج دریا.
۶- پروژه استفاده از انرژی امواج باد.

فعالیت های مرتبط با انرژی خورشیدی به ۳ بخش تقسیم می شود:
۱- فتوولتائیک    ۲- کلکتورهای تخت    ۳- دریافت کننده های مرکزی

در پانل های فتوولتائیک، انرژی خورشیدی مستقیم به الکتریسته تبدیل می شود ولی در دو مورد دیگر انرژی خورشیدی با دریافت کننده ها، جذب و بخار مورد نیاز سیکل ترمودینامیکی را تأمین می کند.

برای مطالعه ی سایر مقالات مشابه با “کاربردهای انرژی خورشیدی” به صفحه ی مقالات مربوط به رشته ی فیزیک مراجعه کنید.