انرژی خورشیدی چیست؟ این نوآوری در ساختمان ها چه نقشی ایفا می کند؟

انرژی خورشیدی، ارمغانی برای آسمان پاک

انرژی خورشیدی نوعی انرژی تجدید پذیر است که به طور طبیعی توسط نور خورشید بدست می آید و هیچگاه پایان نمی پذیرد. از طریق ابزارهایی مانند پنل خورشیدی و صفحات کلکتور می توان به طور گسترده از این انرژی بهره مند شد.

در علم فیزیک، انرژی به معنای توانایی و نیروی لازم جهت به حرکت در آوردن اجسام، انجام کار و یا ایجاد تغییرات در ماده می باشد و در دو دسته تجدید پذیر و تجدید ناپذیر در جهان اطراف ما قابل مشاهده است.

انرژی تجدید پذیر

به انرژی هایی گفته می شود که به طور نا محدود و فراوان در طبیعت یافت می شوند و هیچ گاه پایان نمی پذیرند. انرژی خورشیدی، انرژی بادی، انرژی زمین گرمایی نمونه ای انرژی های تجدید پذیر هستند.

انرژی تجدید ناپذیر

نفت، گاز، زغال سنگ و سوخت های هسته ای از جمله انرژی ها تجدید ناپذیر می باشند که بر خلاف انرژی های تجدید پذیر، استفاده از آن ها محدودیت دارد و روزی به پایان می رسند.

انرژی خورشیدی چیست؟

انرژی خورشیدی از مهم ترین انرژی های تجدید پذیر می باشد و در مکان های آفتابی و در وسعت های متفاوت از پشت بام و نمای ساختمان ها گرفته تا نیروگاه های خورشیدی کاربرد دارد. این انرژی پاک و طبیعی به دو صورت انرژی گرمایی و انرژی الکتریکی (برق) قابل استفاده می باشد. در اینجا بیشتر شما را با این دو نوع انرژی خورشیدی و کاربردهای آن ها آشنا می کنیم.

تامین انرژی گرمایی ساختمان به وسیله انرژی خورشیدی

از انرژی خورشیدی به صورت انرژی گرمایی جهت انجام اموری مانند گرم کردن آب مصرفی یا افزایش دمای داخل ساختمان استفاده می شود.

تامین آب گرم مصرفی ساختمان

• آبگرمکن خورشیدی

به کمک آب گرمکن های خورشیدی، آب گرم مصرفی ساختمان به راحتی تامین می شود. این آب گرمکن ها از صفحات کلکتور ساخته شده اند که به راحتی نور خورشید را جذب می کنند. صفحات کلکتور در دو حالت تخت و لوله ای موجود می باشند. جنس آن ها از فلز یا آلومینیوم تیره رنگ می باشد و سطح آن ها با شیشه پوشانده شده است. تیرگی رنگ کلکتورها به این خاطر می باشد که انرژی خورشید را به راحتی جذب کرده و به سختی از دست دهند.

اساس کار آبگرمکن های خورشیدی به این شکل است که به کمک کلکتور ها پرتوهای تابشی خورشید را جذب می کنند و به وسیله سیال حامل موجود در لوله ها که پشت کلکتورها قرار دارند، آبی جاری در لوله ها را گرم کرده و از این طریق آب گرم مورد نیاز ساختمان را تامین می کنند.

• استخر خورشیدی

از دیگر کاربردهای انرژی گرمایی خورشید، استخرهای خورشیدی می باشد. این فناوری مدرن با استفاده از کلکتور خورشیدی، فیلتر، پمپ و شیر کنترل سطح قادر به تامین آب گرم استخرها می باشد.

در این استخرها، آب قبل از ورود به استخر توسط پمپ در فیلتر به گردش در می آید. فیلتر نیز آب ورودی را تصفیه می کند و مواد زائد موجود در آن را از بین می برد. سپس پمپ، آب تصفیه شده را  وارد کلکتورهای آبگرمکن خورشیدی می کند. صفحات کلکتور نیز قبل از اینکه آب وارد استخر شود به کمک انرژی گرمایی بدست آمده از نور خورشید، دمای آب را افزایش می دهند. سپس به کمک شیر دستی دمای کلکتور و دمای استخر به صورت دستی سنجیده می شود و در صورت اختلاف دما بین آن ها، آب وارد کلکتور می شود و هنگامی که دمای کلکتور و استخر برابر شد، آب توسط پمپ در لوله ها جریان می یابد و وارد استخر می شود.

در صورت استفاده از سنسورها و شیر هوشمندی که در استخر هوشمند به کار گرفته می شوند، تنظیم اختلاف دما آب موجود در کلکتور و استخر به صورت هوشمند انجام می شود.

تامین گرمای ساختمان

• دیوار ترومب

دیوار ترومب از وسایل گرمایش خورشیدی است که سبب افزایش دمای محیط در طول شب و زمان هایی که نور خورشید در دسترس نیست می شود. سطح این دیوار با شیشه های عمودی پوشانده شده است و به دلیل تجهیزات و مصالح به کار رفته در آن توانایی جذب انرژی گرمایی خورشید را دارد.

انرژی حاصل از گرمای خورشید توسط دیوار ترومب جذب می شود و در فضای بین دیوار و شیشه محبوس می شود. در طول شب دمای سطح جذب کننده دیوار و لایه های مجاور آن پایین تر(سردتر) از دمای محیط خانه می گردد و این امر سبب تراکم هوای سرد در محفظه درونی دیوار می شود. سپس دمای سرد اتاق وارد محفظه بین شیشه و دیوار می شود و در همین راستا انرژی گرمایی که در طول روز در دیوار حبس شده به محیط درون خانه منتقل می شود.

تامین انرژی برق لازم برای تجهیزات روشنایی، گرمایشی و سرمایشی

برای تامین برق ساختمان از سیستم فتوولتائیک (Photovoltaic) استفاده می شود. به کمک این سیستم که از پنل خورشیدی، معکوس کننده، مونتاژ، کابل و چند ابزار دیگر ساخته شده، به طور مستقیم می توان از انرژی خورشیدی بدست آمده برق تولید کرد.

در این روش تنها با تهیه پنل های خورشیدی که از چندین سلول خورشیدی تشکیل شده است، ذرات بنیادی نوری یا همان فوتون ها به الکتریسیته تبدیل می شوند. اما نکته حائز اهمیت در تولید برق توسط این سیستم این می باشد که پنل های خورشیدی جریان مستقیم DC تولید می کنند ولی برای تولید برق نیاز به تبدیل جریان DC به جریان متناوب AC می باشد. این تبدیل به وسیله معکوس کننده هایی که در پنل خورشیدی تعبیه شده اند، صورت می گیرد.

در نتیجه با استفاده از پنل خورشیدی می توان از انرژی تجدید پذیر و رایگان خورشید در طول روزهای آفتابی بهره مند شد. شاید اکنون این سوال برای شما پیش بیاید که در سایر روزهای بارانی و یا در طول شب که خورشید وجود ندارد چه باید کرد؟

در پاسخ به این سوال لازم است بدانید، با استفاده از سیستم کمکی net metering که یک سیستم pv تحت شبکه است و در پنل خورشیدی قرار دارد؛ می توان در بازه زمانی مناسب که نور خورشید در دسترس است، انرژی مازاد و بیشتری تولید کرد. سپس این انرژی مازاد مجددا به شبکه باز گردانده می شود، تا در شرایط ضروری انرژی مورد نیاز ساختمان را تامین کند.

در انتها با استفاده از برق تولید شده می توان روشنایی ساختمان را تامین کرد و در صورت نیاز سیستم های سرمایشی یا گرمایشی خانه را روشن نمود. بدین طریق در مصرف انرژی بسیار صرفه جویی می شود و طول عمر تجهیزات ساختمان نیز افزایش می یابد.

مزیت های انرژی خورشیدی

• کاهش مصرف گازهای گلخانه ای
• ایجاد روشنایی برای ساختمان
• تولید انرژی برای سیستم های گرمایشی و سرمایشی
• صرفه جویی در مصرف انرژی های تجدید ناپذیر
• بهینه سازی در مصرف انرژی
• تامین برق ساختمان
• تامین آب گرم
• رایگان بودن انرژی خورشیدی
• افزایش ایمنی ساختمان
• هزینه کم جهت تعمیر و نگهداری پنل خورشیدی
• تولید آب آشامیدنی از آب دریا به کمک نمک زدایی
• تولید انرژی هیدروژن به جای انرژی های تجدید ناپذیر نفت و گاز: این فرایند به این صورت عمل می کند که با استفاده از دستگاه های سیلیکونی به واسطه انرژی خورشید، مولکول های آب را که از عناصر هیدروژن و اکسیژن ساخته شده، از یکدیگر جدا می کند و از هیدروژن بدست آمده در صنعت های محتلف مانند حمل و نقل و تولید برق بهره می برد.
• به دلیل استفاده از انرژی پاک خورشید به جای سوزاندن سوخت های فسیلی، آلودگی زیست محیطی نخواهیم داشت.

معایب انرژی خورشیدی

وابستگی به وضعیت آب و هوا

قیمت بالای خرید پنل خورشیدی و ذخیره کردن انرژی بدست آمده از آن

اشغال فضای زیاد و حمل دشوار پنل های خورشیدی