خورشید چیست؟

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.
این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.
با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود 1.8x1011 مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.

آبگرمکن خورشیدی:

جالب است بدانيد كه گرمايش آب و فضا مجموعاً بيش از 80% انرژي را در ساختمان‌ها مصرف مي‌كند و بنابراين بيش از يك سوم كل انرژي مصرفي جهان در جهت گرمايش مصرف مي‌شود. از اين ميان گرمايش آب به طور متوسط 20 تا 30 درصد كل انرژي مصرفي در خانه را مصرف مي‌كند.بنابراين با استفاده از آبگرمكن خورشيدي مي‌توان ساليانه 70% انرژي مورد نياز براي گرمايش آب را تامين كرد.

نحوه کارکرد آبگرمکن خورشیدی بدین صورت است که سیستم های خورشیدی در روز های آفتابی از انرژی خورشید برای گرم کردن آبی که از داخل لوله ها عبور می کند ، استفاده می کنند . در سیستم گرمایشی مستقیم ، آب در حین عبور از صفحات و شیشه ای که در سقف خانه قرار دارند گرم می شوند . سپس آب گرم شده در یک مخزن ذخیره عایق شده که معمولاً در بالای صفحات قرارداد ذخیره می شود . یک سیستم گرمکن کمکی هم در سیستم قرار داده شده تا دمای آب را در روزهایی که ممکن است انرژی خورشیدی برای تأمین آب گرم کافی نباشد بالا ببرد . سیستم گرمکن معمولاً از برق در ساعات غیر پیک ، گاز ( طبیعی یا مایع ) یا سوخت جامد استفاده می کند . سیستم های غیر مستقیم از یک مبدل حرارتی استفاده می کنند و برای مناطقی که مستعد یخ زدن هستند توصیه می شوند .
آب که با مقداری ضد یخ ( اتیلن گلیلکول ) مخلوط شده است در کلکتورها جریان می یابد و حرارت جذب شده از خورشید بر آب داخل تانک ذخیره منتقل می شود . در اکثر مناطق استفاده از سیستمی که از ضد یخ استفاده می کند منطقی تر است . حالت دیگری که برای حفاظت از یخ زدگی می توان بکار گرفت استفاده از چند مبدل حرارتی یا شیرهای حفاظت از یخ زدگی است که این شیرها نسبت به استفاده از مبدل حرارتی از درجه اطمینان پایین تر برخوردار هستند . همچنین برای استفاده از این نوع سیستم مخزن ذخیره معمولاً از فولاد ضد زنگ یا فولاد ساده که با یک لایه لعاب پوشش داده شده ساخته می شود و اندازه یک آبگرمکن خورشیدی به نسبت هر 1 تا 3 نفر باید 100 تا 150 لیتر ظرفیت داشته باشد و برای 4 تا 6 نفر باید 150 تا 300 لیتر ظرفیت داشته باشد استفاده از آبگرمکن خورشیدی سرمایه گذاری منطقی است . از دیدگاه حفظ محیط زیست و کاهش انتشار گازهای گلخانه ایی ، سرمایه گذاری بسیار خوبی است . همچنین برای این سرمایه گذاری باید به موقعیت جغرافیایی ، میزان استفاده از آب گرم ، عملکرد سیستم ، نوع و قیمت سیستم و در آخر بر نوع سیستم گرمکن کمکی مورد استفاده توجه داشته باشیم با صرف حدود 1500000 ریال هزینه بیش از قیمت سیستم های متداول ، یک سیستم خورشیدی برای یک خانواده 5 نفری و با قیمت فعلی سوخت پس از حدود 5/2 سال هزینه سرمایه گذاری اولیه را جبران می کند . با در نظر داشتن این که طول عمر این سیستم ها از انواع دیگر بیشتر است اثرات هزینه آن ها تعدیل می شود . در مناطقی با سطوح بالاتری از تابش خورشید و یا استفاده از منابع سوختی گران تر ( مثلاً گاز مایع ) دوره بازگشت سرمایه کوتاه تر خواهد بود .
آبگرمکن های خورشیدی را می توان از نظر نوع کارکرد به دو دسته عمده تقسیم بندی نمود :
الف ) آبگرمکن های ترموسیفونی ( سیستم با گردش طبیعی )
در اثر تابش نور خورشید به صفحات جاذب کلکتورها و جذب انرژی گرمایی توسط این صفحات سیال موجود در کلکتورها در اثر خاصیت رسانایی گرم شده در اثر اختلاف چگالی که ناشی از اختلاف دمای سیال گرم و سرد می باشد خاصیت ترموسیفون بوجود آمده و بنا به این خاصیت سیال گرم به بالا حرکت کرده و به منبع ذخیره وارد می گردد در این قسمت اگر سیستم Direct ( مستقیم ) باشد در این صورت سیال گرم شده همان آب مصرفی می باشد که مورد مصرف قرار خواهد گرفت و چنانچه In direct ( شامل مخزن دو جداره باشد ) سیال گرم شده محلول آب و ضد یخ است که در جداره بیرونی مخزن را گرم و سپس به کلکتور باز می گردد .
ب ) آبگرمکن های پمپی ( سیستم با گردش آبیاری یا مدار باز )
در این دسته از آبگرمکن های خورشیدی که معمولاً بصورت غیر مستقیم ( با تعداد کلکتور بالا و مخزن دو جداره ) می باشد جهت انجام بهتر عمل سیرکولاسیون از یک پمپ استفاده می شود این آبگرمکن ها معمولاً جهت سیستم های بزرگ به کار می رود همچنین در سیستم های خانگی نیز کاربرد دارد در این حالت مخزن ذخیره در هر محلی از ساختمان و نسب به کلکتورها می تواند قرار بگیرد . پمپ را در مسیر ورود محلول سرد به کلکتورها قرار می دهند این محلول پس از گرم شدن توسط صفحات جاذب کلکتورها برگشت می کند . این نوع از سیستم های خورشیدی به دلیل افزودن یک پمپ سیرکولاسیون به مدار گردش سیال به میزان قابل توجهی راندمان و توان خروجی را بهبود می بخشد . در این نوع سیستم منبع ذخیره جدا از کلکتورها و در نزدیکترین مکان به محل مصرف نصب می گردد .

بخش اصلي يک آبگرمکن خورشيدي کلکتور آن است که خود شامل يک ورق است که به‌وسيله تابش کلي خورشيد حرارت يافته و حرارت خود را به يک سيال جذب کننده (مانند آب ) که داخل لوله در حال جريان است، منتقل مي‌کند. رنگ اين ورق هميشه تيره انتخاب مي‌شود و داراي پوشش خاصي است که بتواند ضريب جذب انرژي را به حداکثر و ضريب پخش را به حداقل برساند. براي رسيدن به دماي بالا، مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل يک جعبه عايق با روکش شيشه قرار مي‌دهند تا از اثر گلخانه‌اي بتوان استفاده کرد.

آبي که با اين روش گرم مي‌شود، بر اثر اختلاف دما و با گردش طبيعي وارد يک تانک دوجداره شده و آب مخزن را گرم مي‌کند. اين آب گرم شده يا به طور مستقيم به مصرف گرمايش خانوار مي‌رسد و يا توسط يك مبدل حرارتي دماي آب مصرفي خانواده را افزايش مي‌دهد.

انواع كلكتورهاي خورشيدي

كلكتور‌هاي تخت Flat-plate collectors
اين کلکتور ساده‌ترين و پر استفاده‌ترين نوع کلکتور به‌شمار مي‌رود. ساختار آن به شکل يک جعبه مستطيل شکل بوده که در داخل آن يک صفحه جاذب فلزي از جنس مس يا آلومينيوم با پوششي به رنگ‌هاي خاص است. اين صفحه، جاذب انرژي حرارتي خورشيد است. در زير صفحه، لوله‌هاي کوچکي قرار گرفته که آب يا سيال انتقال حرارت در آن‌ها جريان دارد. اطراف کلکتور به منظور کاهش اتلاف حرارتي عايق بندي شده است. روي سطح جعبه نيز از پلاستيک شفاف يا شيشه پوشيده شده است.

کلكتورهاي تحت خلا Evacuated-tube collectors
اين کلکتور از تعدادي لوله دو جداره شفاف موازي تشکيل شده است که در داخل آن يک تيوب با پوششي از ماده جاذب قرار دارد. هوا از فضاي بين دو جداره خارج گرديده وخلا ايجاد شده از اتلاف حرارت جلوگيري مي‌کند. مزيت اين نوع كلكتور توانايي در ايجاد دماي بالاتر مي‌باشد.

كلكتورهاي سهموي Concentrating collectors
اين کلکتور‌ها سطح آينه اي داشته و براي تجمع انرژي خورشيدي بر روي تيوب جاذب که شامل سيال انتقال حرارت است، به‌کار مي‌رود.

كاربرد انرژي خورشيدي در جهان
تا سال 2005 بيش از 150 ميليون متر مربع معادل 7/92 گيگاوات ساعت، كلكتور گرمايشي نصب شده است. مجموع کلکتورهاي نصب شده در سال 2005 نسبت به سال 2003 در حدود 130% افزايش يافته است. بزرگ‌ترين توليدكنندگان كلكتورهاي گرمايشي به ترتيب چين، امريكا، ژاپن و تركيه هستند. تقريباً بيش از 90%‌رشد مصرف كلكتورهاي گرمايشي در چين اتفاق مي‌افتد. مجموع هزينه صرف تحقيقات در اين زمينه در كشورهاي عضو آژانس بين المللي انرژي تا سال 2005 بيش از 3.5 ميليارد دلار بوده است.