Author: مهدی صباغ

انرژی ستاره خورشید یکی از منابع عمده انرژی در منظومه شمسی است. طبق آخرین برآوردهای رسمی اعلام شده عمر این منبع انرژی بیش از 14 میلیارد سال است. در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود. با توجه به جرم خورشید که حدود 3333 هزار برابر جرم زمین است. این کره نورانی را می توان به عنوان منبع عظیم انرژی تا 55 میلیارد سال آینده به حساب آورد.

همین چند ماه پیش که آلودگی هوای بسیاری از شهرهای ایران در حد اضطرار بود، با خودم فکر می کردم تهران و بسیاری از شهرهای بزرگ دارند به گور دسته جمعی تبدیل می شوند! ایران ما با وجود داشتن انواع انرژی های طبیعت دوست چرا باید این قدر به نفت و گاز متکی باشد. واقعاً چرا ما باید هر روز هوایی را استشمام کنیم که سرطان تنها یکی از بیماری هایی است که ما در معرض آن هستیم.

فکرش را بکنید کودکان ما با اولین نفس هایشان روی زمین ریه هایشان را با چه هوایی پر می کنند. با خودم فکر کردم چرا ما و ایران ما در نابودی زمین، نسل انسان و جانوران رتبه های نخست در جهان را داریم! چرا هر روز که پا در خیابان ها می گذاریم این قدر مردم اعصابشان خرد است و انگار وارد میدان جنگ شده ایم! و هزاران چرای دیگر که بد نیست هرازگاهی از خود بپرسیم.

اصل مطلب؛
[بهتر است بدانید تنها تابش ٩٠ دقیقه نور خورشید به زمین می تواند انرژی زمین برای یک سال را تأمین کند!]

از انرژی های خورشیدی چه استفاده هایی می شود؟

کاهش قبض های گاز و برق با انرژی های خورشیدی:

به طور کلی 2 سیستم اصلی در دستگاه های خورشیدی وجود دارد که به درون شبکه ای و بیرون شبکه ای معروف هستند. این دو سیستم به منبع برق اصلی متصل می شوند. اگر ژنراتورهای خانه بیشتر از میزان مورد استفاده شما انرژی تولید کنند، حرکت مترو نوم کند می شود و میزان برق مصرفی پایین می آید. شما می توانید به راحتی با نگاهی دقیق به میزان مصرف برق در قبض ماهانه تان این کاهش را مشاهده کنید. استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان می تواند خانه شما را گرم کرده و تولید برق کند؛ بنابراین می شود گفت شما ملزم به پرداخت پول برق و گاز نخواهید بود. پس چه بخواهید فردی پیشرو و دوستدار زمین باشید و چه بخواهید در مصرف انرژی و پول خود صرفه جویی کنید، انرژی خورشیدی مناسب ترین انتخاب است.

کاهش آلودگی محیط زیست و مصرف انرژی با انرژی خورشیدی:

نصب پنل های خورشیدی روی سقف خانه شما در کاهش هزینه های برق مصرفی بسیار مؤثر است و نه تنها ارزش خانه شما را بالاتر می برد، بلکه به میزان قابل توجهی دی اکسیدکربن هوا را کاهش می دهد. انرژی خورشیدی پاک و تجدیدپذیر است؛ به علاوه در کشور زیبای ما که آفتاب زیادی دارد، بسیار به صرفه است.

کاهش خطرات ناشی از انفجار وسایل گازی با انرژی خورشیدی:

تابه حال دقت کرده اید در فصول سرد سال چقدر میزان آتش نشانی ها و آمبولانس ها در شهر زیاد می شود؛ آمبولانس هایی که باوجود ترافیک احتمال رسیدن به موقع آنها به مقصد بسیار کم است؛ به خصوص که متأسفانه در بیشتر روستاها و حتی شهرستان های ایران هنوز از بخاری های گازی و نفتی استفاده می شود یا دستگاه های ایمنی در سیستم لوله کشی خود ندارند!

استفاده از انرژی خورشیدی در خانه:

استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان، در دنیای امروز بسیار گسترده است؛ از تأمین برق لوازم برقی، پمپاژ و گرم کردن آب و آشپزی گرفته تا گرم کردن آب استخر و شارژ لوازم برقی مانند تلفن همراه.

قیمت انرژی خورشیدی:

به طور کلی قیمت انرژی خورشیدی بسته به اندازه پنل، میزان انرژی تولیدی (به واحد وات) و کشور تولیدکننده آن متغیر است اما 3 مدل اصلی در پنل هایی که انرژی خورشید را به خود جذب می کنند دیده می شود:مونوکریستال، پلی کریستال و ترکیبی.

کاربرد انرژی خورشیدی:

پنل های پلی کریستال در مناطق گرم تر از راندمان بالاتری برخوردارند. این پنل ها سطوح بیشتری را اشغال می کنند اما قیمت شان بسیار مناسب است و بهترین پنل برای استفاده در مناطق گرمسیری مثل ایران محسوب می شوند. پنل های مونوکریستال بسیار قدرتمندند و حتی ذره های خورشید را هم جذب می کنند. این پنل ها مناسب ترین گزینه برای مناطق سردسیر با نور خورشید کم هستند و سطح کمتری را اشغال می کنند. همچنین از نظر قیمتی کمی از پنل های پلی کریستال گران ترند.

استفاده از انرژی خورشیدی در ساختمان:

در پنل های ترکیبی به اضافه سلول های کریستالی از یک لایه نازک فیلم هم استفاده می شود که میزان انرژی خورشیدی بیشتری را جذب می کند.

در آخر باید گفت انرژی خورشیدی سوخت آینده است و روزی می رسد که ماشین هایی با سوخت فسیلی از رده خارج شده و ماشین های برقی یا خورشیدی جای شان را بگیرند و این روز چندان دور نیست.

سهم بیشتر برق مورد نیاز و سوخت خودرو های ما و … ، همه از سوخت فسیلی به دست می آید و همچنین میدانیم که پایان سوخت های فسیلی بسیار نزدیک است، پس به نظر شما در پنجاه سال آینده چه می شود؟ این ویدئو کوتاه تنها راه حل برای بقای انسان را برای شما توضیح میدهد…

این مقاله سعی دارد تا با ارائه مطالب علمی و فنی درمورد آبگرمکن های خورشیدی راه را برای انتخاب صحیح آبگرمکن های خورشیدی به مصرف کننده هایی که اطلاعات کافی در این باره ندارند نشان دهد. آبگرمکن های خورشیدی به دو دسته کلی ترموسیفونی و پمپدار (اجباری) تقسیم بندی می شوند. آبگرمکن های ترموسیفونی با استفاده از سیکل طبیعی و بدون پمپ آب را به درون کلکتورهای خورشیدی به چرخش درمی آورند و آن را گرم می کنند. در مقابل آبگرمکن های پمپدار با استفاده ازیک پمپ آب رابه درون کلکتورها ارسال می کنند و با چرخش مداوم آن شروع به گرم کردن آب مخرن می کنند. مخازن آبگرمکن های ترموسیفونی به صورت بی فشار و تحت فشار تولید می گردند. آبگرمکن های خورشیدی بی فشار فاقد فشار آب شهری هستند زیرا مخازن آنها تحمل فشار آب شهر را ندارد. بنابراین هنگامیکه مصرف کننده شیر آب گرم را باز می کند فشار آب به مراتب کمتر است فشار آب سرد است. کلکتورهای خورشیدی نیز معمولا به دو صورت صفحه تخت (Flat Plate) یا لوله خلاء (Vacuum Tube) می باشند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. در ادامه مزایا و معایب انواع آبگرمکن های خورشیدی بیان می گردد.

مزایای آبگرمکن های خورشیدی با مخازن پر فشار:

این نوع آبگرمکن ها دارای مخزن پر فشار می باشند که باعث می شود تحمل آب شهر را داشته باشند. مخازن این نوع آبگرمکن ها به طور مستقیم به آب شهر وصل می شوند و مصرف کننده آب گرم پر فشار استفاده می کند.

آبگرمکن خورشیدی پمپدار و ترموسیفونی سولارکار که از کلکتورهای صفحه تخت در آن استفاده شده است از مخازن پر فشار استفاده می نماید و برای مصارف خانگی مانند آپارتمان ها، ویلاها و مصارف عمومی مانند هتل ها و کارخانجات و غیره استفاده می گردد.

معایب آبگرمکن های خورشیدی با مخازن پر فشار:

1-نیاز به ضد یخ در فصل زمستان

2-قیمت اولیه بیشتر

مزایای آبگرمکن های خورشیدی با مخازن بی فشار:

1-قیمت پایین تر

2-نصب سریع و آسان

3-مناسب برای مناطقی که به آب لوله کشی شهری دسترسی ندارند

به علت استفاده از لوله های دو جداره که با تکنولوژی لوله خلاء ساخته شده اند نیازی به ریختن ضد یخ در این نوع آبگرمکن نیست و در صورت استفاده از آن در مناطق سردسیر آب داخل کلکتور یخ نمی زند.

آبگرمکن خورشیدی ترموسیفونی لوله خلاء شرکت سولاکار عرضه گردیده است دارای مخزن بی فشار است. این محصول در مقایسه با نوع پر فشار آن قیمت بسیار پایین تری دارد.

معایب آبگرمکن های خورشیدی با مخازن بی فشار:

فشار آبگرمکن های خورشیدی کم فشار نسبت به آبگرمکن های پرفشار کمتر می باشد.

انواع سیستم های کمکی :

همه سیستم های خورشیدی نیاز به سیستم کمکی دارند . این سیستم های کمکی می توانند به صورت برقی گازی یا نفتی باشند ویا اینکه به صورت پس گرم به موتورخانه وصل شوند.

تکنولوژى ساختمان هوشمند امکانات متنوع و گسترده اى در اختیار مى گذارد که هر شخص نسبت به علاقه و سلیقه خود مى تواند از تمامى یا تنها بخشى از آن بهره مند گردد. با کمک این تکنولوژى تمامى وسایل و تجهیزات داخل ساختمان، بر حسب خصوصیات محل و نیاز استفاده کننده گان، توسط صفحه اى نمایش داده میشوند و از همانجا قابل کنترل و مدیریت هستند.ویژگى منحصر به فرد این تکنولوژى، ایجاد هماهنگى و یکپارچه سازى بین کلیه سیستمهایى است که تاکنون به صورت منفرد استفاده میشده اند و بدین ترتیب در محدوده وسیعى امکان طراحى، نصب و استفاده میدهد. از فواید اصلى این تکنولوژى در کنار ایجاد راحتى و امنیت بیشتر، مى توان به صرفه جویى در مصرف انرژى اشاره کرد.فلسفه اصلى تکنولوژى ساختمان هوشمند بر اساس محوریت بخشیدن به شخص استفاده کننده و نیازهاى او پایه ریزى شده، به درخواستهاى امروز و آینده پاسخى ساده و مناسب میدهد و قابلیت هماهنگ شدن با تکنولوژهاى بعدى را داراست.

آشنایی با BMS :

BMS چیست :

“BMS” یا Building management system که در فارسی آن را مدیریت هوشمند ساختمان ترجمه کرده اند به مجموعه سخت افزارها ونرم افزارهائی اطلاق میشود که به منظورمانیتورینگ وکنترل یکپارچه قسمتهای مهم وحیاتی درساختمان نصب میشوند.

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش های مختلف ساختمان و اعمال فرامین به آنها به نحویست که عملکرد اجزاء مختلف ساختمان متعادل با یکدیگرودرشرایط بهینه وباهدف کاهش مصارف ناخواسته وتخصیص منابع انرژی فقط به فضاهای در حین بهره برداری باشد.

BMS می تواند در برگیرنده تمام سرویس های الکتریکی , مکانیکی , و حفاظتی ساختمان باشد. این سرویس ها شامل گرمایش، سرمایش، تهویه مطبوع، آسانسور، نیروگاه برق اضطراری، پله برقی، کنترل روشنایی، دوربین مدار بسته، اعلام و اطفای حریق، کنترل تردد و … هستند .

برخی از اهداف سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

• ایجاد محیطی مطلوب برای افراد حاضر در ساختمان
• استفاده بهینه از تجهیزات و افزایش عمر مفید آنها
• ارائه سیستم کنترلی با قابلیت برنامه ریزی زمانی عملکرد
• کاهش چشمگیر هزینه های مربوط به نگهداری و بهینه سازی و صرفه جویی در مصرف انرژی
• عدم نیاز به پیمانکار دائمی ساختمان
• امکان مانیتورینگ و کنترل تمامی نقاط تحت کنترل از طریق یک PC و یا اینترنت
• با توجه به یکپارچه سازی ساختمان ، تمام تجهیزات بصورت هماهنگ کارکرده و امکان تداخل و بروز مشکلات ناشی از عدم هماهنگی از بین می رود
• امکان گرفتن گزارش های آماری از تمامی تجهیزات و عملکرد آنها به منظور بهینه سازی مصرف و عملکرد

وظایف سیستم مدیریت هوشمند ساختمان BMS

• سیستمهای روشنایی.
• فنها و تأسیسات سرمایش و گرمایش.
• سیستمهای کنترل تردد.
• سیستمهای نظارت تصویری.
• تجهیزات اندازه گیری و میترها.
• سیستمهای اعلام حریق.
• سیستمهای امنیتی و حفاظت پیرامونی.
• آسانسورها

در طول سال 2011، در حدود 40 گیگاوات ظرفیت انرژی بادی عملیاتی گردید و ظرفیت جهانی انرژی بادی را تقریبا 20 درصد افزایش داده و به میزان کل 238 گیگاوات رسانیده است. این میزان افزایش ظزفیت در این سال نسبت به دیگر تکنولوژی های تجدیدپذیر بیشتر بوده است. در طول سال 2011 حدود 50 کشور ظرفیت خود را در این زمینه اضافه نموده اند و حداقل 68 کشور گزارشی مبنی بر افزایش بیش از 10 مگاوات داشته اند که 22 کشور از آنها از مرز 1 گیگاوات گذشته اند و 10 کشور برتر نزدیک به 87% ظرفیت کل جهانی را به خود اختصاص داده اند. درطول بازه زمانی انتهای سال 2006 تا انتهای سال 2011 نرخ رشد ظرفیت تجمعی انرژی بادی به میانگین 26 درصد رسیده است. به عنوان مثال در سال 2010 بیشتر ظرفیت توربینهای جدید در کشورهای در حال توسعه بوده و بازارهای نوظهور بیشتر در کشورهای OECD بوده اند. کشورهای پیشرو در زمینه نصب های جدید به ترتیب کشورهای چین، آمریکا، هند، آلمان و انگلستان بوده اند که کشور کانادا با فاصله کمی از آنها قرار دارد. اتحادیه اروپا 23% از بازار جهانی و 41% از ظرفیت کل جهانی را به خود اختصاص داده است.

کشور چین در حدود 17.6 گیگاوات ظرفیت نصب شده داشته و 44% از بازار جهانی را در دست داشته است به طوری که افزایش این میزان نسبت به سال 2010 اندکی کاهش داشته است که این باعث شده در سال 2011 برای اولین بار کشور چین نسبت به سال قبل خود ظرفیت کمتری را نصب نموده باشد. با این حال کشور چین ظرفیت تجمعی خود را به میزان 62.4 گیگاوات تا انتهای سال 2011 رسانیده که بیش از یک چهارم ظرفیت کل جهانی است و بیش از 24 برابر ظرفیت نصب شده، تنها در 5 سال قبل خود می باشد. در سال 2010 در حدود 17 گیگاوات از ظرفیت کل، تائیدیه تجاری شده خود را تا پایان سال دریافت ننموده اند هرچند بیشتر آنها برق تولیدی خود را به شبکه تزریق می کردند. در سال 2011، 13 استان کشور چین بیش از 1 گیگاوات ظرفیت نصب شده داشته اند.

کشورآمریکا بیش از 6.8 گیگاوات در سال 2011 به ظرفیت انرژی بادی خود اضافه نموده است که برای 2 میلیون خانه آمریکائی کافی بوده است و در نهایت ظرفیت کل خود را به 47 گیگاوات رسانیده است. ایالت تگزاس با ظرفیت کل نصب شده 10.4 گیگاوات بیش از یک پنجم کل ظرفیت این کشور را به خود اختصاص داده است ولی در سال 2011 رهبری نصب جدید در دست کالیفرنیا با 920 مگاوات بوده است و پس از آن ایلینوی با 693 مگاوات و آیووا با 647 مگاوات قرار دارند. از سال 2007 انرژی بادی 35% از ظرفیت برق تولیدی این کشور را فراهم نموده است که بیش از دو برابر سهم زغالسنگ و انرژی هسته ای می باشد.

اتحادیه اروپا در سال 2011 در حدود 9.6 گیگاوات ظرفیت نصب شده داشته که میزان کل ظرفیت نصب شده این منطقه را به 94 گیگاوات رسانیده است.( این میزان معادل کل ظرفیت جهانی نصب شده انرژی بادی در سال 2007 بوده است). در سال 2010 ظرفیت نصب شده انرژی بادی در مقام سوم قرار گرفته بود(21.4%) که مقام اول مربوط به سیستمهای فتوولتائیک و مقام دوم مربوط به گاز طبیعی بوده است. سهم انرژی بادی نصب شده در این منطقه از 2.2% در سال 2000 به 10.5% تا انتهای سال 2011 افزایش یافته است.

2

بخش بادی offshore در حال توسعه بوده و میزان ظرفیت خود را در سال 2011 بیش از 0.9 گیگاوات افزایش داده و به نزدیکی 4.1 گیگاوات ظرفیت عملیاتی جهانی تا انتهای سال رسانیده است. در سال 2010 تنها 1.2 گیگاوات به ظرفیت جهانی اضافه شده است. بیشتر این ظرفیت در اروپا اضافه شده است که در سال 2011 در حدود 866 مگاوات نصب شده و به شبکه تزریق گردیده است و کل ظرفیت offshore را به 3.8 گیگاوات در 10 کشور اتحادیه اروپا رسانیده است. کشور انگلستان 87% این میزان را به خود اختصاص داده است به طوری که تا انتهای سال 2011 ظرفیت کل offshore خود را نزدیک به 2.1 گیگاوات رسانیده است. کشورهای دانمارک 857 مگاوات و آلمان 200 مگاوات ظرفیت نصب شده داشته اند. تا انتهای سال در حدود 5.3 گیگاوات ظرفیت offshore در سواحل اتحادیه اروپا در دست ساخت بوده است. کشور چین دو پروژه را با ظرفیتی نزدیک به 100 مگاوات به پایان رسانید و ظرفیت کل خود را به 258 مگاوات ارتقاء داد. استفاده از توربین های سایز کوچک نیز افزایش یافته تا نیاز برقی مناطق روستائی را تامین نماید. تعداد توربینهای سایز کوچک نصب شده در سال 2010 در حدود 656000 بوده که 26% نسبت به سال 2009 رشد داشته است و کل ظرفیت نصب شده به طور متوسط در سال جاری 35% رشد داشته است. کشور چین بسیار بیشتر از کشورهای دیگر نصب داشته است، در حالی که آمریکا رهبری ناچیزی در ظرفیت نصب شده داشته، کشورهای انگلستان، آلمان، کانادا، اسپانیا و لهستان نقشی در افزایش این بازار داشته اند. کل ظرفیت جهانی نصب شده بادی تا انتهای سال 2011 برای 2 تا 3 درصد مصرف الکتریسیته جهانی کافی بوده است. ظرفیت نصب شده در اتحادیه اروپا تا انتهای سال 6.3% از برق مصرفی این منطقه را در یک سال بادی معمولی تامین نموده است. تعدادی از کشورها سهم بیشتری از این تقاضای الکتریسیته را تامین نموده اند به طور مثال دانمارک نزدیک به 26%، اسپانیا 15.9%، پرتغال 15.6%، ایرلند 12% و آلمان 7.6%.

صنعت انرژی بادی

قیمت انرژی بادی در بازه زمانی سالهای 2005 تا 2009 به خاطر افزایش تقاضای جهانی و افزایش قیمت فولاد افزایش یافته است. ولی کاهش قیمت اخیر آن به خاطر ظرفیت بیش از حد تولید کنندگان، افزایش رقابت، افزایش اندازه و بازده بیشتر توربین های می باشد که تمامی این عوامل باعث کاهش هزینه های، افزایش ضریب تولید و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و ساخت شده است. 10 تولید کننده برتر جهان در حدود 80% از بازار جهانی را به خود اختصاص داده اند که از این میان 4 تولید کننده از اروپا، 4 تولید کننده مربوط به کشور چین و 1 تولید کننده هندی و 1 تولید کننده آمریکایی می باشند. وستاس دانمارک در مقام اول این رتبه بندی قرار دارداما سهم بازار جهانی آن نزدیک به 2% کاهش داشته است. شرکت Goldwind از مقام چهارمی به مقام دومی صعود کرد و جای شرکت Sinovel که به مقام هفتمی تنزل کرده، گرفته است. شرکت Gamesa اسپانیایی 4 پله صعود کرد و شرکت United Power چینی 2 پله صعود نموده و شرکت Mingyang چینی به فهرست 10 تولید کننده برتر پیوسته است در حالی که شرکت Dongfang چینی از این لیست حذف گردیده است.

3

در چین شرکت Goldwind با 20.4% جایگزین شرکت Sinovel با 16.4% شده و به عنوان بزرگترین تامین کننده توربینهای جدید به حساب آمده است. بقیه تولیدکنندگان توربین به غیر از GE شاهد سهم کمی در بازار سال 2011 بوده اند. در ایالات متحده آمریکا بیشتر تولید کنندگان تجهیزات وابسته به انرژی بادی در سال 2011 به بهره برداری رسیده اند. در اروپا تمرکز این صنعت بر روی توسعه پروزه ها در اروپای شرقی و همچنین بر روی تکنولوژی های offshore بوده است و ظرفیت اصلی pipelines در برزیل جذابیتی را برای تولید کنندگان ایجاد نموده است. میانگین اندازه توربینهای ارائه شده به بازار 1.7 مگاوات در این سال بوده است. میانگین اندازه توربینهای offshore نصب شده با 20% افزایش نسبت به سال 2010 به 3.6 مگاوات رسیده است. اندازه توربینهای ترجیحی نصب شده در انگلستان 2.3 مگاوات، در آلمان 2.1 مگاوات، در آمریکا 2 مگاوات، در چین 1.5 مگاوات و در هند 1.1 مگاوات بوده است. بیشتر تولید کنندگان توربینهای خود را در اندازه های 7.5-4.5 مگاوات تولید کرده اند و توربین 7.5 مگاواتی بزرگترین توربین تجاری می باشد. همچنان که پروژه های offshore افزایش پیدا می کند، اتصالات (HVDC) برای انتقال برق تولیدی از توربین تا مصرف کننده نیز به طور فزاینده ای مهم می شود. صنعت توربین های کوچک(کمتر از 100 کیلووات) در سال 2011 گسترش پیدا کرده است. تا انتهای سال 330 تولید کننده در حداقل 40 کشور با تولید یک قطعه تجاری شناسائی شده اند و 300 شرکت دیگر تامین کننده فنآوری، قطعات و خدمات مشاوره و فروش بوده اند.

جمهوری اسلامی ایران در بخش غربی فلات و در جنوب غرب آسیا واقع شده است. ایران با مساحت 1648195 کیلومتر مربع بین طول جغرافیایی شرقی 44 تا 99/63 درجه و عرض شمالی 25 تا 99/39 درجه قرار گرفته و بیش از نیمی از مساحت آن را نواحی کوهستانی پوشانده است.

این کشور با تنوع آب و هوایی زیادی روبروست. نواحی شمالی ایران دارای آب و هوای معتدل و بارندگی قابل ملاحظه به ویژه در نواحی غربی استان گیلان است. آب و هوای نواحی غربی ایران در فصول سرد، سرد و مرطوب و در فصول گرم، خشک و معتدل است. در نواحی جنوبی، دمای هوا و رطوبت بیشتر است، تابستانهای بسیار گرم و زمستانهای معتدل از مشخصات آب و هوایی این ناحیه است و تغییرات روزانه دما کمتر محسوس می باشد. نواحی شرقی و جنوب شرقی دارای آب و هوای بیابانی با تغییرات قابل ملاحظه دما در طول روز است. برای اینکه بتوان از منابع باد موجود جهت تولید برق استفاده نمود، وجود اطلاعات باد قابل اعتماد در خصوص پتانسیل باد منطقه مورد نظر جهت احداث نیروگاه بادی ضروری است.
در ایران با توجه به وجود مناطق بادخیز، بستر مناسبی جهت گسترش بهره برداری از توربین های بادی فراهم می باشد. یکی از مهمترین پروژه های انجام شده در زمینه انرژی بادی تهیه اطلس بادی کشور بوده است که پروژه مذکور در سازمان انرژیهای نو ایران صورت گرفته و به عنوان یکی از پروژه های ملی در صنعت انرژی باد محسوب می گردد.
طبق اطلس بادی تهیه شده و بر اساس اطلاعات دریافتی از 60 ایستگاه و در مناطق مختلف کشور، میزان ظرفیت اسمی سایتها در حدود 60000 مگاوات می باشد. بر پایه پیش بینی های صورت گرفته، میزان انرژی قابل استحصال بادی کشور از لحاظ اقتصادی بالغ بر 18000 مگاوات تخمین زده می شود که موید پتانسیل قابل توجه کشور در زمینه احداث نیروگاههای بادی و همچنین اقتصادی بودن سرمایه گذاری در صنعت انرژی بادی می باشد.
در انجام پروژه پتانسیل سنجی بادی در ایران شرکت لامایر آلمان نیز به عنوان مشاور همکاری داشته است و و بر اساس مطالعات شرکت مذکور پتانسیل بادی قابل استحصال در کشور در حدود 100 هزار مگاوات برآورد گردیده است.

تفکیک هزینه های ​سرمایه گذاری برای سیستمهای انرژی بادی خشکی و offshore در کشورهای توسعه یافته در سال 2011 (USD/kW)

خشکی

offshore

هزینه های سرمایه گذاری

(USD/kW)

2450-1700

5000-3300

سهم هزینه توربین بادی (%)[i]

84-65

50-30

سهم هزینه اتصال به شبکه[ii]

14-9

30-15

سهم هزینه ساخت و ساز(%)[iii]

16-4

25-15

سهم هزینه های دیگر(%)[iv]

10-4

30-8

تفکیک هزینه های سرمایه گذاری برای سیستمهای انرژی بادی خشکی وoffshore نمونه

1

[i] هزینه های توربین بادی شامل: تولید توربین، حمل و نقل و نصب و راه اندازی توربین می باشد.

[ii]هزینه اتصال به شبکه شامل: کابل کشی، پستها و ساختمانها می باشد.

[iii]هزینه ساخت و ساز عبارتست از: حمل و نقل و نصب توربین بادی و برج آن و ساخت و ساز فونداسیون توربین بادی

[iv]دیگر هزینه ها شامل: هزینه های توسعه و مهندسی، هزینه های مراحل صدور مجوز، مشاوره ها و اجازه نامه ها، سیستم های کنترل و نظارت و کنترل و دیتا برداری می باشد

ظرفیت نیروگاه های بادی نصب شده در ایران تا انتهای سال 1391

ردیف
نوع توربین
تعداد و ظرفیت نصب شده
مکان

1
300 کیلووات
27 (8100 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

2
500 کیلووات
2 (1000 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

3
550 کیلووات
18 (9900 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

4
600 کیلووات
1 (600 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

5
660 کیلووات
70 (46200 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

6
660 کیلووات
9 (5940 کیلووات)
سایت نیروگاهی منجیل

7
660 کیلووات
43 (28380 کیلووات)
سایت نیروگاهی بینالود

8
660 کیلووات
1 (660 کیلووات)
زابل سیستان

9
660 کیلووات
1 (660 کیلووات)
باباکوهی شیراز

10
660 کیلووات
3 (1980 کیلووات)
عون ابن علی تبریز

11
660 کیلووات
1 (660 کیلووات)
سرعین(اردبیل)

12
660 کیلووات
1 (660 کیلووات)
اصفهان

13
660 کیلووات
1 (660 کیلووات)
ماهشهر

14
1.5 مگاوات
1 (1.5 مگاووات)
خواف (خراسان رضوی)

15
2.5 مگاوات
1 (2.5 مگاووات)
خواف (خراسان رضوی)

109.4
جمع کل ظرفیت به مگاوات

آمار تولید برق توربینهای بادی 660 کیلووات سایتهای مختلف از زمان بهره برداری تا پایان بهمن 1391 (کیلووات ساعت)
ردیف
سایت
میزان تولید
1
عون ابن علی تبریز
واحد 1
3،030،520
واحد 2
2،136،849
واحد 3
2،648،464
2
ماهشهر
534،778
3
باباکوهی شیراز
1،122،320
4
زابل
2،223،243
5
صفه اصفهان
573،387
6
سرعین اردبیل
666،261
آمار تولید برق نیروگاههای بادی از ابتدا تا انتهای مهر 1391 (کیلووات ساعت)
1
نیروگاه بادی منجیل
583،268،338
2
نیروگاه بادی بینالود
104,194,241

آغاز استفاده از انرژی باد(1000 سال قبل از میلاد مسیح تا 1300 سال بعد از میلاد مسیح)

تاریخچه انرژی بادی یک سیر تکاملی را به استفاده از قطعات سبک و ساده برای به حرکت درآوردن پره ها بوسیله نیروی درگ، به جای قطعات سنگین پیش گرفته است تا استفاده از قطعات سبک و مواد ایرودینامیکی پر بازده در دوران مدرن امروزی رواج پیدا کند.اما نباید اینگونه پنداشت که نیروی لیفت(نیرویی که باعث پرواز هواپیما می گردد) یک مفهوم جدید می باشد و برای باستانیان ناشناخته بوده است. اولین استفاده شناخته شده از انرژی باد مربوط به کاربرد در قایقهای بادی است و این تکنولوژی نقش بسیار مهمی در توسعه آسیابهای بادی دارد. ملوانان باستانی نیروی لیفت را می شناختند و روزانه از آن استفاده می کردند ولو اینکه هیچ توضیحی علمی برای آن نداشتند.اولین آسیابهای بادی برای آسیاب کردن غلات و پمپاژ آب به کار گرفته شده بودند و قدیمیترین مدل طراحی شده آن از نوع محور عمودی بوده که در طی سالهای 900-500 میلادی در ایران توسعه یافته است. ظاهرا اولین استفاده از این آسیابها برای پمپاژ آب بوده است ولی نحوه دقیق کار آن معلوم نیست زیرا هیچ گونه طراحی و یا نقاشی از این آسیابها موجود نیست.نخستین مستندات مربوط به طراحی این آسیابهای بادی نیز مربوط به ایرانیان می باشد. که پره های آن یا اصطلاحا بادبانهای آنها از جنس چوب و یا نی بوده که با تیرهای افقی به یک محور عمودی متصل می شدند مطابق شکل زیر:

2

آسیاب نمودن غلات اولین استفاده مستند شده و بسیار ساده آسیابهای بادی می باشد. به طوری که سنگ آسیاب به همان محور عمودی متصل می شده است. کلیه قسمتهای آسیاب بادی معمولا در داخل یک ساختمان محصور می شده اند و ورودی ساختمان در جهت وزش باد فضای بازی داشته تا باد بتواند به سمت داخل هدایت شود.

3

4

آسیابهای بادی محور عمودی در چین هم مورد استفاده قرار می گرفتند و چینیان ادعای تخصیص این نوع آسیابها را به زادگاه خود دارند. این در حالی است که به طور دقیق می توان گفت اولین مستندات آنها مربوط به سال 1219 میلادی می باشد که توسط یک سیاستمدار چینی با نام Yehlu Chhu-Tshai اختراع شده است. در این کشور هم اولین کاربردهای آسیاب بادی برای آرد نمودن غلات و پمپاژ آب بوده است. یکی از خوش منظره ترین و موفق ترین کاربردهای انرژی بادی که در حال حاضر هم موجود می باشد، استفاده گسترده برای پمپاژ آب در جزیره کرت می باشد. به معنای واقعی کلمه صدها آسیاب بادی برای پمپاژ آب برای محصولات کشاورزی و استفاده دام فعال هستند.

آسیابهای بادی در غرب جهان(1875-1300 بعد از میلاد مسیح)

اولین آسیابهای بادی در غرب اروپا از نوع محور افقی بوده اند. دلیل تکامل طراحی آسیابهای بادی محور عمودی ایرانیان به محور افقی در دست نیست. اما این واقعیت هم وجود دارد که چرخآب اروپائیان پیکربندی با محور افقی داشته است و ظاهرا آنها این تکنولوژی را برای آسیابهای بادی اولیه خود نیز به خدمت گرفته اند. و یکی دیگر از دلایل شاید این باشد که راندمان نیروی درگ در سیستمهای با محور افقی بسیار بالاتر از سیستمهای با محور عمودی است. برجهای آسیابهای بادی در قرن 13 طراحی جدیدی به خود گرفت. آسیابهای بادی بر بالای برجهای بزرگ سنگی که به صورت کلاهکی دوار بوده نصب می شدند بادنما نیز در پشت پره ها نصب می گردید. در اوایل سال 1390 میلادی هلندی ها برج های جدیدی را طراحی کردند که پیش از آن در سواحل دریا مدیترانه روئیت شده بودند. برجی که هلندی ها ساختند از چند طبقه مختلف تشکیل شده بود که شامل طبقاتی از جمله طبقه ذخیره غلات، طبقه مخصوص از بین بردن کاه، طبقه سنگ آسیاب و طبقه پائین که محلی برای زندگی آسیاببان بوده است. این آسیابهای بادی طوری طراحی شده بودند که می بایست به صورت دستی و با فشاردادن اهرمی که در پشت پره های آنها بوده به سمت باد می چرخیدند.

5

6

برای صدها سال مهمترین کاربرد آسیابهای بادی برای پمپاژ آب بوده است که برای این کار از سیستمهای کوچک با روتورهایی به طول یک تا چند متر استفاده می کردند. این سیستمها در طول قرن 19 تکمیل شدند و کار خود را با آسیاب بادی Halladay در سال 1854 آغاز کردند و به کار خود با طرحهای موتور بادی و Dempster که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرند، ادامه دادند. اولین آسیابها 4 پره چوبی داشتند که بیشتر آنها اهرمی در پشت خود داشتند تا پره ها را به سمت جهت باد بچرخانند ولی برخی از آنها برجهایشان را در مسیر باد برپا می کردند. مهمترین رویداد در آسیابهای بادی استفاده از پره های فولادی در سال 1870 در آمریکا بوده است، چراکه پره های فولادی سبکتر و به شکل کارآمدتری ساخته می شدند. بین سالهای 1850 تا 1970 در حدود 6 میلیون سیستم بادی کوچک (در حدود 1 اسب بخار و یا کمتر) تنها در آمریکا نصب گردید. استفاده اولیه آنها برای پمپاژ آب برای تهیه آب مورد نیاز آبیاری مزارع و خانه ها بوده است.

7

8

آسیابهای بادی از سال 1888 تا کنون در اواخر قرن 19 میلادی اولین آسیاب بادی برای تولید برق طراحی گردید. این آسیاب بادی در سال 1888 میلادی در کلیولند اوهایو توسط Charles F. Brush ساخته شد. روتورهای این آسیاب بادی به قطر 17 متر بوده که یک اهرم جانبی برای چرخاندن آن به سمت باد داشته است. و اولین آسیاب بادی بوده که گیربکسی با نسبت 50:1 و ژنراتور جریان مستقیم با RPM 500 داشته است. با وجود موفقیت نسبی این آسیاب بادی در مدت 20 سال ولی محدودیتهایی در سرعت کم و استحکام بالای روتور برای تولید برق وجود داشت. میزان برق تولیدی این آسیاب بادی 12 کیلوواتی با روتور 17 متری در مقابل توربینهای بادی مدرن با این قطر روتور و ظرفیت 70 تا 100 کیلوواتی بسیار ناچیز می باشد. از این زمان بود که نام توربینهای بادی جایگزین آسیاب های بادی شدند.

در سال 1891 میلادی فردی دانمارکی اولین سیستم بادی با پره های آیرودینامیکی را طراحی نمود و در بهترین برج آسیاب بادی به کار گرفت. سرعت بالاتر حرکت پره ها باعث تولید برق بیشتری گردید. با پایان جنگ جهانی دوم استفاده از سیستمهای بادی 25 کیلوواتی در سرتاسر دانمارک رواج پیدا کرد ولی قیمت ارزان تر سوختهای فسیلی در نیروگاههای بخاری باعث شد تا استفاده از این آسیابهای بادی از رونق بیفتد. اولین توربینهای بادی کوچک برای تولید برق جریان مستقیم مورد استفاده قرار می گرفتند. این توربینها توسط دو شرکت Parris-Dunn و Jacobs Wind-electric برای استفاده در مناطق روستایی ساخته می شدند. کاربرد اولیه این سیستمها برای روشنائی مزارع و شارژ باتری ها برای استفاده در رادیو به کار می رفته است. در سال 1922 توربینهای محور عمودی savonius توسط مهندس فنلاندی اختراع گردید. این توربینها با نیروی درگ کار می کردند و راندمانهای آنها پایین بوده است. در سال 1927 میلادی توربینهای محور عمودی Darrieus طراحی گردید. در این توربینها از نیروی لیفت به جای درگ استفاده می گردید و دو یا سه پره آیرودینامیکی به محور مرکزی متصل می شده است. راندمان این توربینها نیز پایین است چرا که نیاز به سرعت بالای باد برای شروع به چرخش دارد. توربینهای بادی با ظرفیت بیشتر برای اولین بار در سال 1931 در روسیه توسعه یافتند. به طوری که توربینی 100 کیلوواتی در سواحل دریای خزر در طول 2 سال در حدود 200 هزار کیلووات ساعت برق تولید نمود. پس از آن نیروگاههای بادی در آمریکا، دانمارک، فرانسه، آلمان و انگلستان در طول سالهای 1935 تا 1970 با توربینهای بادی در مقیاس بزرگ راه اندازی شدند. در سال 1931 توربینهای بادی Darrieus معروف به egg beate توسط مهندسی فرانسوی اختراع گردید. بزرگترین توربین بادی به ظرفیت 1.25 مگاوات در سال 1941 در ورمونت نصب گردید. این توربین از نوع محور افقی و با 2 پره با قطر 175 فوت رو به باد ساخته شده بود. روتور آن از جنس فولاد ضد زنگ و به وزن 16 تن بوده و سیستم کنترل آن روی 28 دور در دقیقه تنظیم شده بود. در سال 1945 تنها بعد از چند صد ساعت کار مداوم یکی از پره ها شکست و علت آن فقط به خاطر فرسودگی و خوردگی فلز آن بوده است.

10

و اما توربینهای مدرن امروزی بیشتر از نوع محور افقی و با سه پره می باشند. پره های این توربینها بسیار شبیه به بال هواپیما طراحی گردیده و از نیروی لیفت استفاده میکنند. میزان برق تولیدی آنها به ظرفیت توربین و محل قرار گیری آن مربوط می باشد. اکثر توربینهای تجاری بین 1 تا 2.5 مگاوات می باشند. با توجه به شرایط وزش باد و میزان برق مصرفی خانوارها توربینهای 1 مگاواتی برق مورد نیاز تقریبا 500 خانه را تامین می کنند.

اگرچه طراحی های مختلفی برای توربین بادی موجود می باشد ولی به طور عمده به دو دسته کلی بر اساس جهت محور چرخش تقسیم بندی می شوند:

محور افقی: (Horizontal Axis Wind Turbines(HAWTS که نوع رایج آن می باشد.
محور عمودی: (Vertical Axis Wind Turbines(VAWTS

جریان هوا بر روی هر سطحی دو نوع نیروی ایرودینامیکی با نام های درگ و لیفت به وجود می آورد که نیروی درگ در جهت جریان باد است و نیروی لیفت عمود بر جریان باد می باشد. یکی از این نیروها یا هر دو می توانند نیروی مورد نیاز برای چرخش پره های توربینهای بادی را تامین نمایند.
توربینهای محور افقی
ویژگی روتورهای توربینهای محور افقی جدید بسیار شبیه ملخ هواپیما می باشد. جریان هوا روی مقطع ایرودینامیکی شکل پره هاحرکت می کند و نیروی لیفت را به وجود آورده که باعث چرخش روتور می گردد. ناسل توربینهای محور افقی محلی برای گیربکس و ژنراتور می باشد. مساحتی که هر کدام از پره ها جاروب می کنند از این فرمول بدست می آید:

که در آن D قطر روتور می باشد. این مساحت جاروب شده باید مستقیما روبروی وزش باد باشد تا ماکزیمم برق تولیدی را داشته باشیم. پس توربینهای محور افقی باید سیستمی برای تنظیم در مقابل باد قرار گرفتن داشته باشند که به آن مکانیزم yawing می گویند. به طوری که کل ناسل می تواند به سمت باد بچرخد. در توربینهای کوچک دنباله بادنما این کنترل را بر عهده دارد. ولی در سیستمهای متصل به شبکه سیستم کنترل یاو فعال می باشد که به وسیله سنسورهای تعیین کننده جهت باد و موتورها، ناسل به سمت باد می چرخد.

توربینهای محور عمودی

این توربینها به دو نوع اصلی تقسیم بندی می شوند: Savnoius و Darrieus.

Savnoius مانند یک چرخ آب با نیروی درگ کار می کند در حالی کهDarrieus از تیغه هایی مشابه توربینهای محور افقی استفاده می کند. توربینهای محور عمودی بسیار نزدیک به زمین قرار می گیرند که از مزیتهای آن قرار دادن تجهیزات سنگین آن از جمله گیربکس و ژنراتور نزدیک به سطح زمین می باشد، هرچند که شدت باد در سطح زمین کمتر است و در نتیجه برق کمتری تولید خواهد نمود. از دیگر مزایای این نوع توربینها می توان به نیاز نداشتن سیستم یاو اشاره کرد چراکه این نوع توربینها، باد را از هر جهت مهار می کنند و این مزیت برتری بسیاری نسبت به کمبودهای آن دارد. از کمبودهای آن می توان به این مورد اشاره نمود که این نوع توربینها به طور خودکار مانند توربینهای محور افقی شروع به کار نمی کنند.

توربین کلاسیک Darrieus از نوع تخم مرغی شکل

توربین 5 پره ای از نوع H-type از انواع توربینهای Darrieus

انواع روتورهای Darrieus

توربین از نوع Savnoius
این نوع توربین در سال 1922 میلادی توسط مهندسی فنلاندی اختراع گردید و در سال 1929 این اختراع به ثبت رسید. این توربین از حداقل 2 نیم استوانه تشکیل شده است.

چرخش توربینهای بادی برپایه نیروی درگ

توربینهای بادی برپایه نیروی درگ مانند یک بادبان باز عمل می کنند و نیروی باد سطح مورد نظر را جلو می برد. اولین توربینهای بادی که در ایران باستان مورد استفاده قرار می گرفت با این رویکرد کار می کردند. روتور Savonius یک نمونه بسیار ساده از آسیابهای بادی بر پایه نیروی درگ می باشد. این توربینها به چرخش در می آیند چراکه نیروی درگ در ناحیه باز و مقعر این روتورها بسیار بزرگتر و بیشتر از قسمت بسته و محدب آنها می باشد.

چرخش توربینهای بادی بر پایه نیروی لیفت
با استفاده از نیروی لیفت انرژی بیشتری نسبت به نیروی درگ بدست می آید. ولی تنها نیاز آن سطحی ایرودینامیکی شکل می باشد شبیه چیزی که در بالهای هواپیما استفاده می شود. این مقطع ایرودینامیکی برای ایجاد اختلاف فشار بین سطح بالا و پایین و ایجاد یک نیروی خالص عمود بر جهت باد می باشد.

اجزاء اصلی توربینهای بادی محور افقی

روتور:روتور توربین باد شامل پره، هاب، دماغه و یاتاقانهای پره می باشد. روتور یک توربین بادی محور افقی بطور خلاصه متشکل از تعدادی پره می باشد که بطور شعاعی در اطراف یک شفت که موازی باد قرار می گیرد نصب شده اند و بدین ترتیب روتوری را تشکیل می دهند که عمود بر جهت باد دوران می کند.معمولا روتور توسط بک برج در ارتفاع مناسبی نسبت به زمین قرار می گیرد و البته پیش بینی های لازم برای هم جهت شدن امتداد شفت با جهات مختلف باد و همچنین برای کنترل سرعت آن صورت می گیرد و قدرت جذب شده توسط این روتور مستقیما و یا توسط یک سیستم مکانیکی به ماشینی که قرار است رانده شود منتقل می گردد. تعداد پره ها معمولا متغیر بوده و پهنای پره (کورد) ممکن است در تمام طول پره ها ثابت و یا آنکه متغیر باشد و پره از هاب به سمت نوک باریک شود.ضمنا پره ممکن است در امتداد محور طولی تاب داشته باشد یا اصطلاحا پیچیده باشد و بالاخره گام پره ممکن است ثابت و یا متغیر باشد.

پره:یکی از مهمترین بخشهای توربین بادی بوده و وظیفه آن تولید نیروی لازم برای چرخاندن شفت اصلی توربین باد است. پره به گونه ای ساخته می شود که استحکام و استقامت بسیار بالا در برابر نیروهای دینامیکی و آیرودینامیکی داشته باشد.

برج:سازه های مشبک فولادی- برجهای استوانه ای فولادی یا بتنی و همچنین ستونهای مهار شده توسط کابل از رایج ترین برجهای نگهدارنده محسوب می شوند. ارتفاع برج معمولا بین یک تا یک ونیم برابر قطر روتور در نظر گرفته می شود. انتخاب نوع برج وابستگی به شرایط سایت دارد. همچنین سفتی برج فاکتور مهمی در دینامیک سازه توربین باد محسوب می گردد چرا که احتمال کوپل شدن ارتعاشات بین برج و روتور که منجر به خطر رزونانس می گردد وجود دارد.

ناسل: شامل پوشش خارجی مجموعه توربین، شاسی و سیستم دوران حول محور برج می باشد که روتور به آن متصل است. ناسل در بالای برج قرار دارد.بعضی از ناسل ها آنقدر بزرگند که تکنسین ها می توانند داخل آن باستند.

سیستم انتقال قدرت:سیستم انتقال قدرت شامل اجزاء گردنده توربین باد است. این اجزاء عمدتاً شامل محور کم سرعت (سمت روتور)، گیربکس و محور سرعت بالا ( در سمت ژنراتور) می باشد. سایر اجزاء این سیستم شامل یاتاقانها، یک یا چند کوپلینگ، ترمز مکانیکی و اجزاء دوار ژنراتور می باشد. در این مجموعه وظیفه گیربکس افزایش سرعت نامی روتور از یک مقدار کم (در حد چند ده دور در دقیقه) به یک مقدار بالا (در حد چند صد یا چند هزار دور در دقیقه) که مناسب برای تحریک یک ژنراتور استاندارد است، می‌باشد. عمدتاً دو نوع گیربکس در توربین‌های بادی مورد استفاده قرارمی‌گیرد: گیربکس‌های با شفت‌های موازی و گیربکس‌های سیاره‌ای. برای توربین‌های سایز متوسط به بالا (بزرگتر از KW 500) مزیت وزن و سایز در گیربکس‌های سیاره‌ای نسبت به نوع دیگر یعنی گیربکس‌های با شفت موازی کاملاً بارزتراست. بعضی از توربین‌های باد از یک طرح خاص برای ژنراتور استفاده می کند (ژنراتور با تعداد قطب بالا ) که در آن نیازی به استفاده از گیربکس نمی‌باشد.

ژنراتور: پره های توربین بادی انرژی جنبشی باد را به انرژی دورانی درسیستم انتقال تبدیل می کنند و در قدم بعدی ژنراتور، انرژی توربین را به شبکه برق منتقل می نماید. بطور معمول از سه نوع ژنراتور در توربینهای بادی استفاده می شود. – ژنراتور جریان مستقیم – آلترناتور یا ژنراتور سنکرون – ژنراتور القایی یا آسنکرون

گیربکس(جعبه دنده) :از آنجائی که محور توربین دارای دور کم و گشتاور بالا و بر عکس آن محور ژنراتور دارای دور بالا و گشتاور کم است، سیستم انتقال قدرت باید به نحوی این دو محور را به یکدیگر متصل نماید.

ترمز: در توربینهای بادی با ظرفیت بسیار پایین ( 1 الی 5 کیلووات) معمولا از سیستم های ترمز کفشکی استفاده می شود، زیرا جهت متوقف نمودن پره ها، نیروی زیادی مورد نیاز نیست. در توربینهای بادی با ظرفیت بالا، از ترمزهای دیسکی استفاده می شود.

سیستم کنترل: برای بدست آوردن حداکثر راندمان از یک توربین بادی، باید بتوان همواره صفحه دوران توربین را عمود بر جهت وزش باد قرار داد. برای این منظور از سیستم هایی برای تغیر جهت توربین بادی و قرار دادن سیستم در مسیر باد استفاده می شود. این سیستم (yaw system) یک سیستم ترکیبی الکتریکی- مکانیکی است که هدایت آن توسط واحد کنترل انجام میشود. در توربین های بادی سایز کوچک به جای چرخ انحراف (yaw system) از بالچه استفاده می کنند. همچنین سیستم هایی جهت کنترل و تنظیم سرعت دورانی در توربین بادی مورد استفاده قرار می گیرند. چنین سیستمهایی علاوه بر کنترل دور روتور، مقدار قدرت تولیدی و نیروهای وارده بر روتور در بادهای شدید را نیز محدود می کنند.

سیستم هیدرولیک: سیستم های هیدرولیک به مجموعه جک و یونیت هیدرولیکی و اتصالات جانبی آنها اطلاق می شود. جک هیدرولیکی از یک سیلندر و پیستون دو طرفه تشکیل شده است و با انتقال سیال به هر ناحیه از آن، جک به سمت مخالف حرکت می کند. یونیت هیدرولیکی از الکتروموتور، پمپ، مخزن تامین فشار اولیه، شیرهای هیدرولیکی، شیلنگهای انتقال سیال به دو ناحیه داخل سیلندر جک، مخزن روغن، روغن مخصوص و تجهیزات جنبی تشکیل شده است. پس از دریافت فرمان، پمپ مقداری روغن را از داخل مخزن به محفظه جلو یا عقب سیلندر جک پمپ می کند تا جک بتواند به مقدار مورد نیاز محور تراورس را در جهت مورد نیاز حرکت دهد. محور تراورس محوری است که از سوراخ داخل شفت اصلی عبور می کند و یک سمت آن با جک هیدرولیکی و طرف دیگر آن با مکانیزم مثلثی واقع درون هاب مرتبط است. وظیفه این محور انتقال حرکت جک هیدرولیکی و در واقع فرمان کنترلر به مکانیزم مثلثی است که باعث چرخش پره ها می گردد. مکانیزم مثلثی درون هاب باعث تبدیل حرکت انتقالی محور تراورس به حرکت چرخشی و نتیجتا چرخش پره ها به دور محورشان می گردد.

نیروگاههای حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم بندی می گردند:

• نیروگاههای سهموی خطی(Parabolic Trough)
• نیروگاههای دریافت کننده مرکزی (CRS)
• نیروگاههای بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
• نیروگاههای دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
• نیروگاه کلکتورهای فرنلFresnel Collector))
• نیروگاههای سهموی خطی(Parabolic Trough)

نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیفهای موازی و طولانی از متمرکز کننده¬ها می باشند. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای تشکیل شده و روی یک مادۀ سازه نگهدارنده قرار می¬گیرند. دریافت کننده از لوله های جاذب با پوشش مخصوص تشکیل شده که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده می شوند و در طول خط کانونی قرار می گیرند. بخش دریافت کننده در قسمتهای انتهایی روی دو تکیه‌گاه، قرار گرفته‌اند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است. سیستم ردیابی خورشید در این دستگاهها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب انجام می گیرد. بگونه ای که پرتورهای خورشید در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جاذب منعکس شوند. یک سیال انتقال حرارت روغن با دمای حدود 400 درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان می باشد و روغن داغ در مبدلهای حرارتی آب را به بخار تبدیل و بخار سوپرهیت طی عبور از توربین ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند. این نوع نیروگاهها با ذخیره حرارت قابلیت تولید برق را حتی در مواقعی که خورشید غروب نموده است را دارا هستند.

اجزاء اصلی نیروگاههای سهموی خطی

منعکس‌کننده از نوع آینه‌های سهموی
دریافت‌کننده تابش خورشیدی که پرتوهای منعکس شده را جذب کرده و موجب گرمایش سیال انتقال دهنده گرما می شود
مکانیزم حرکت دهنده (تک محوری) کلکتورهای سهموی به منظور ردیابی خورشید و کنترل کننده ها
اسکلت فلزی نگهدارنده و فونداسیون
سیستمهای مربوط به تولید قدرت الکتریکی
تجهیزات مربوط به انتقال گرما
تجهیزات مربوط به تولید الکتریسیته و دفع گرمای تلف شده به محیط خارج

نیروگاههای دریافت کننده مرکزی (CRS)

این سیستم شامل مجموعه ای از آینه هایی است(هلیوستات) که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را متمرکز و به برج دریافت کننده مرکزی منتقل می کنند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می شود جذب می‌شود. در آن جا آب به بخار سوپر هیت تبدیل شده و این بخار توربین ژنراتور را که در پائین برج نصب شده به حرکت در آورده و تولید برق می نماید.

اجزاء اصلی نیروگاههای دریافت کننده مرکزی

هلیوستات: سیستم گردآورنده پرتوهای خورشیدی شامل مزرعه ای از هلیوستات ها از نوع شیشه ای یا غشایی

دریافت‌کننده مرکزی: که گرمای پرتوهای خورشیدی را جذب و قابل استفاده می نماید.

سیستم انتقال انرژی گرمائی: که گرمای وارده به گیرنده را جذب نموده و به گردش وا می‌دارد. در طرحهای اولیه از آب و بخار بعنوان سیال جذب کننده وانتقال دهنده انرژی گرمائی استفاده می گردید و در طرحهای توسعه یافته تر از سیالاتی چون نمکهای سدیم و پتاسیم مذاب استفاده می‌گردد.

سیستم تبدیل قدرت

سیستم ذخیره انرژی

نیروگاههای بشقابک سهموی (Parabolic Dish)

پرتوهای خورشید تابیده شده بر روی سطح متمرکز کننده سهموی در کانون آن جمع می شود. برای اینکه چنین سیستمی پر بازده باشد لازم است که این گردآورنده همواره بطرف خورشید ردیابی شود و در نتیجه به یک مکانیسم ردیابی دو محوره نیاز دارد. در این سیستم، نور خورشید در یک نقطه کانونی متمرکز می‌شود و یک موتور استرلینگ انرژی حرارتی این تشعشع تمرکز یافته را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و به کمک یک آلترناتور از این انرژی مکانیکی، الکتریسیته تولید می‌گردد.

اجزاء اصلی نیروگاههای بشقابک سهموی

سطح متمرکزکننده : وظیفه آن متمرکز کردن شعاعهای نور خورشید در نقطه کانونی است.

موتور استرلینگ: انرژی گرمایی تمرکز یافته نور را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده که توسط یک آلترناتور از آن الکتریسیته تولید میگردد. این موتورها با سیستمهای دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجی هستند که گاز هلیوم یا هیدروژن بعنوان سیال عامل آنها عمل می‌کند. بهترین عملکرد انواع این موتورها در دماهای بالای 700 درجه سانتی‌گراد و فشارهایی تا 20 مگاپاسکال انجام می‌شود.

ردیاب و سیستم کنترل : سیستم ردیاب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشید قرار می دهد تا نور دقیقاٌ در دریافت کننده موتور استرلینگ تمرکز یابد. بعلاوه سیستم کنترل با دریافت اطلاعات از سنسورهای مختلف و همچنین موتور استرلینگ، در هر وضعیت فرمان مناسبی برای کنترل سیستم ارسال می نماید.

سازه و فونداسیون: برای نگه داشتن سطح متمرکزکننده، موتور استرلینگ و سایر اجزاء سیستم و تحمل بارهای اینرسی، باد و زلزله وجود یک فونداسیون و سازه ای سبک و با استحکام ضروریست.

نیروگاههای دودکش خورشیدی (Solar Chimney)

نیروگاه دودکش خورشیدی، یک نیروگاه خورشیدی است که از ترکیب کلکتورهای هوای خورشیدی و برج هدایت کننده هوا برای تولید جریان هادی القائی هوا استفاده می‌کند و این جریان هوا موجب چرخش توربین‌های پله‌ای فشار و در نهایت تولید برق توسط ژنراتور می‌شود.

نحوه عملکرد نیروگاههای حرارتی دودکش خورشیدی

تابش خورشید موجب گرم شدن هوا در زیر سقف هادی نور (شفاف) که برج مرکزی را احاطه کرده است، می شود. در مرکز این سقف یک برج عمودی با دهانه ورودی عریض واقع شده است. محل اتصال این برج با سقف شیشه‌ای باید به نحوی ساخته شود که در مقابل نفوذ هوا مقاوم باشد. هوای گرم سبک‌تر از هوای سرد است لذا از برج بالا خواهد رفت. با مکش هوای گرم به بالای برج، هوای سرد مجدداً از فضای خارجی سقف وارد آن خواهد شد. این جریان مداوم هوا را با استفاده از توربین‌های پله‌ای فشار تبدیل به انرژی مکانیکی و سپس توسط ژنراتورهای مرسوم برق تولید می‌کند. شکل 1 نمایی از شماتیک عملکرد این نوع نیروگاههای خورشیدی را نشان می‌دهد. برای تولید 24 ساعته برق در این نیروگاه می‌توان از لوله‌های حاوی آب و یا محفظه‌های آب در زیر سقف استفاده نمود. این لوله‌ها یا محفظه‌ها تنها یک بار از آب پر می‌شوند و هیچ نیازی به آب‌گیری مجدد ندارند.

شماتیک عملکرد نیروگاههای حرارتی دودکش خورشیدی

اجزاء اصلی یک دودکش خورشیدی

• سقف نیمه شفاف (مثلاً شیشه‌ای) که در ارتفاع چندمتری زمین نصب می‌گردد.
• دودکش مرتفع که درمرکز سقف شیشه‌ای قرار می‌گیرد.
• توربین های بادی که در پایه دودکش قرار می‌گیرند.
• زمین که با روکش مناسبی پوشانده می‌شود.

کاربردها و چگونگی بکارگیری سیستم های فتوولتاییک

سیستم‌های فتوولتائیک جهت مصارف عمومی و کشاورزی، بصورت نیروگاههای مستقل از شبکه سراسری یا سیستمهای متصل به شبکه سراسری با ساختار نصب ثابت و یا متحرک در واحدهای کوچک باتوان پائین جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب‌های کوچک تا سیستم‌های بزرگ نیروگاهی، به کار می رود.

در خصوص سیستم های متحرک می بایست متذکر شد که، مزیت آن امکان ردیابی خورشید و افزایش انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید درطی روز می باشد. باوجود این مطلب، بدلیل افزایش احتمال خرابی درسیستم مکانیکی، نیاز به انرژی الکتریکی جهت به حرکت درآوردن سازه درکاربردهای کوچک و پراکنده توصیه نمی گردند. تنها درتعدادی از نیروگاه های برق خورشیدی(فتوولتائیک) در جهان از این نوع سازه استفاده شده است.

روش های بکارگیری سیستم های فتوولتائیک
1- متصل به شبکه سراسری برق ( Grid Connected )

در این روش، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و …) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل ازسیستم فتوولتائیک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و… شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می گردد. با استفاده از نیروگاههای فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز (ضمن تقویت انرژی جاری در شبکه توزیع)، بدلیل تزریق ولتاژ و جریان مانع افت ولتاژ شبکه توزیع گردیده و در نتیجه از فشار بر روی نیروگاه ها در طی روز جلوگیری نمود. این امر به مثابه این است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود بعنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک (DG)،بصورت نیروگاهی کوچک عمل نماید. دراین روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود.

-2 مستقل از شبکه سراسری برق سیستمهای مستقل از شبکه ( Stand Alone )

تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند. این بخش سهم بالایی از سیستم های مستقل ازشبکه را در جهان به خود اختصاص داده است. در بسیاری از کشورهای جهان (بویژه درحال توسعه جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز روستاهای فاقد برق ازاین سیستم استفاده می گردد، بطور مثال در سال 2007 کشور اندونزی برق رسانی به 15000 خانوارروستایی را از این طریق آغاز نموده است). عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبوروعدم نیاز به تعمیر ونگهداری مداوم وطول عمر مناسب از جمله عمده مزایایی است که در رشد و توسعه این سیستم‌ها بویژه در نقاط محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد.

اهم کاربردهای سیستم های فتوولتائیک

.1 سیستم های تأمین برق مستقل از شبکه (تأمین برق خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطق فاقد شبکه سراسری برق می باشند)
.2پمپاژخورشیدی (آب شرب، آبیاری، دامپروری، پرورش ماهی، جنگلها، مراتع، آبشخورحیوانات، آبنماها و…) یکی از کاربردهای موفق سیستم های فتوولتائیک، پمپاژ آب خورشیدی می باشد. افزایش تقاضا در این بخش نشان گر توانمندی و قابلیت کارکرد این سیستم میباشد. بطورمثال درسال 2006 در کشور مکزیک بیش از 800 عدد پمپ با توان تجمعی 33 کیلووات و در بنگلادش بیش از 5000 عدد پمپ در سال 2005 و 2006 با مبلغ تجمعی 21 میلیون دلار نصب و راه اندازی گردید و یا 6/6% از سیستم های فتوولتائیک نصب شده در کشور هند را سیستم های پمپ فتوولتائیک تشکیل می دهد.
.3 روشنایی خورشیدی (منازل مسکونی و مدارس، ایستگاههای بین راهی، تونلها، فانوسهای دریایی، چراغ های پارکی و …) میزان روشنایی درشب یک امتیاز برای شهرهای بزرگ و صنعتی می باشد و بدون دسترسی به برق، تامین روشنایی به لامپ های دینامی و یا چراغ های نفتی محدود می گردد. یکی از راه حل های مناسب جهت تامین روشنایی مناسب جهت مناطق فاقددسترسی به برق، استفاده از چراغ های خورشیدی می باشد که سالانه ده ها هزار نمونه ازاین سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد. این سیستم در تامین روشنایی منازل مسکونی و مدارس، ایستگاههای بین راهی، چراغ های راهنمایی و رانندگی، فانوس های دریایی و … موثر واقع شده است. بگونه ای که تعداد بسیارزیادی از آن ها در کشور ما نیز درشهرها (بویژه تهران) و جاده های کشور نصب گردیده است.

.4سیستم تغذیه کننده پرتابل (قابل حمل و نقل) همچون خودروهای خورشیدی، مصارف الکتریکی غیرصنعتی در ابزارهایی مانند، اسباب بازی ها، ماشین حساب های خورشیدی و… .قابلیت حمل و نقل سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستمها می باشد که در رشد و توسعه آن نقش بسزایی دارد.
حفاظت کاتدیک
بمنظورجلوگیری از پوسیدگی لوله های انتقال مواد اولیه، شیمیایی، نفت و گاز، نشت مواد مذکور از لوله‌ها و جلوگیری از آلودگی محیط زیست استفاده از حفاظت کاتدیک فتوولتائیک یک راه حل مناسب و ساده جهت جلوگیری از این مسئله می باشد.

سلول فتوولتائیک نور خورشید را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی پدیده ” فتوالکتریک “ است که اولین بار توسط انیشتین مطرح گردید.”فتو” به معنای نور و “ولتائیک” به معنای الکتریسیته می باشد. عنصر اصلی در ساخت سلولهای خورشیدی، نیمه هادیهایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید می باشد. اساس کار سلولهای خورشیدی بر مبنای تئوری الکترونهای مدارات اتم قابل توجیه است.

در سطح خارجی تراز انرژی اتم دو سطح تراز مشخص وجود دارد. سطح تراز ظرفیت اتم(والانس) که در عملیات شیمیایی دخالت دارد و سطح تراز هدایت اتم(لایه هدایت) که در هدایت الکتریکی نقش دارد. همان طور که میدانید هر اتم برای اینکه از تراز ظرفیتی خود به تراز هدایت انتقال یابد، احتیاج به مقدار مشخصی انرژی دارد که به آن انرژی گپ می گویند. علت استفاده از نیمه هادی های هم دقیقا به این خاطر است که این عناصر نیاز به انرژی گپ بسیار پائین دارند تا به تراز هدایت منتقل گردند و با حرارتی کم در حد حرارت محیط می توانند این انرژی را تامین نمایند. در نیمه هادیها با اضافه کردن ناخالصی به کریستال خالص آنها می توان میزان انرژی گپ را بیش از پیش کاهش داد. اگر به سیلیسیم که یک نیمه هادی است فسفر اضافه شود دارای بار منفی و اگر ( بر ) اضافه شود دارای بار مثبت می گردد.

حال اگر به الکترونی که در تراز ظرفیت است انرژی بیش از مقدار انرژی گپ داده شود به تراز هدایت منتقل شده و باعث ایجاد الکترون و حفره ای آزاد می گردد. لذا از همین خاصیت برای ساخت نیمه هادی های نوع N و P استفاده می گردد.

در اثر برخورد نور به سطح نیمه هادی نوع PNو کسب انرژی گپ، حاملهای بار(الکترون – حفره) بوجود آمده که می توانند در داخل نیمه هادی حرکت نموده و تولید الکتریسیته نمایند.

1

مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلول های خورشیدی استفاده شده اند که بازده و هزینه-های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج های نور خورشید را که به سطح زمین می رسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند. موادی که برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شوند را می توان در سه نسل طبقه بندی نمود.

نسل اول فنآوریهای فتوولتائیک: سلولهای کریستالی

سیلیکون یکی از فراوان ترین عناصر حال حاضر کره زمین می باشد. این عنصر یک نیمه هادی بسیار مناسب برای استفاده در سیستمهای فتوولتائیک می باشد. سلولهای کریستالی سیلیکون بسته به این که ویفرهای سیلیکونی به چه روش ساخته می شوند به 2 دسته کلی تقسیم بندی می شوند: مونو کریستال سیلیکونی و پلی کریستال سیلیکونی. دسته دیگر از سلولهای کریستالی شامل گالیم آرسناید می باشد.

نسل دوم فنآوریهای فتوولتائیک: سلولهای خورشیدی تین فیلم

پس از بیش از 20 سال تحقیق و توسعه، سلولهای خورشیدی تین فیلم شروع به گسترش نمودند. تین فیلم ها به طور قابل ملاحظه ای در هزینه تولید الکتریسیته نسبت به ویفرهای سیلیکونی کاهش ایجاد نمودند.

سه نوع اصلی سلولهای خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل:

سیلیکونهای آمورف (a-Si و a-Si/μc-Si)
کادمیوم تلورید (Cd-Te)
مس- ایندیم- سلنید (CIS) و مس – ایندیم – گالیم- دیسلنید (CIGS)
2

نسل سوم فنآوریهای فتوولتائیک

فنآوری های این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند. فنآوری های نسل سوم به دسته های زیر تقسیم می شوند:

CPV
سلول های خورشیدی ارگانیک
سلول های خورشیدی حساس به رنگ
سلول های خورشیدی پلیمری
سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

فناوری های سیستم های حرارتی خورشیدی

297-5

سیستم های حرارتی خورشیدی شامل سیستم هائی می شود که بر پایه گردآورنده های حرارتی با دمای پایین عمل می نماید. این سیستم ها از منبع خورشیدی برای مصرف نهائی حرارتی استفاده می کنند. این سیستم ها خود شامل 2 گروه گردآورنده های تخت(کلکتورهای تخت) و گردآورنده های با تمرکز کم(کلکتورهای متمرکز کننده) می شوند.

سیستم های حرارتی دارای یک بخش ذخیره هستند تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نمایند. اکثر سیستم های حرارتی خورشیدی برای گرمایش آب بطور تجاری، استخرهای شنا یا آب مصرفی خانه های ویلائی، آپارتمانی و هتل ها و …، و همچنین بخش بزرگی از تقاضا برای گرمایش فضای ساختمان و برای تامین انرژی مدارهای پمپ حرارتی جذبی و نظایر آن به منظور تامین سرمایش فضای ساختمان ها نیز بکار می رود. برخی

مفاهیم اولیه در سیستمهای حرارتی به شرح زیر می باشد:

سیال عامل :در اغلب سیستم ها، حرارت جذب شده توسط کلکتور برای اینکه به نقاط دیگر منتقل شده و مورد استفاده مناسب قرار گیرد به یک سیال انتقال حرارت که ممکن است روغن، آب ، هوا و … باشد منتقل می شود این سیال را سیال عامل می نامند.

سطوح جاذب:سطوح تیره دارای قابلیت جذب بهتر اشعه های تابیده شده خورشید هستند در سیستم های خورشیدی، جائی که نور خورشید تابیده شده یا متمرکز می شود، سطوح جاذب در معرض آن قرار می گیرند. این سطوح با روشهای مختلف صنعتی ساخته می شوند که بتوانند حداکثر جذب انرژی حرارتی را داشته باشند.

سیستم ذخیره حرارتی:برای اینکه در طول شب یا در ساعات ابری بتوان از انرژی خورشید استفاده نمود لازم است مقداری از انرژی حرارتی خورشید در منابعی ذخیره شود. در آبگرمکنهای خورشیدی از مخازن ذخیره آب گرم استفاده می شود و در سیستم های نیروگاهی، انرژی حرارتی در مخازنی که حاوی روغن و شن هستند ذخیره می شود تا در هنگام عدم تابش خورشید، مورد استفاده قرار گیرد.

گرد آورنده ها:بصورت تخت یا دارای انحنا می باشند.

انواع گردآورنده ها:گردآورنده های تخت از جذب حرارت خورشید توسط یک ورقه فلزی تیره که حرارت را توسط یک سیال جاذب حرارت( مثل آب یا هوا) منتقل می کند استفاده می کنند. یک کلکتور تخت شامل اجزاء زیر می باشد:

صفحه شفاف که ممکن است یک یا چند لایه شیشه و یا پلاستیک شفاف باشد.
لوله ها و یا گذرگاههائی برای عبور سیال انتقال حرارت
صفحه جاذب که می تواند صاف، موجدار، شیاردار باشد که معمولا به رنگ تیره بوده و لوله ها و گذرگاهها به آن متصل می شوند.
منیفولد یا هدرهائی برای عبور و تخلیه سیال ناقل حرارت که معمولا در قسمت بالا و پائین کلکتور نصب شده اند.
عایق بندی دستگاه برای کاهش اتلاف حرارتی که معمولا اطراف و پشت کلکتور و لوله ها را شامل می شود.
قاب مخصوص که اجزاء کلکتور را در خود جای داده و آنها را از غبار و رطوبت و دیگر عوامل خارجی مصون می دارد.

کلکتورهای تخت از نظر نوع سیال عامل، ساختمان و عملکرد به 3 دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:

کلکتور با آب چکه
کلکتور با هوا
کلکتور با مایع

00001

کلکتور صفحه تخت

کلکتور با آب چکهکه از صفحات فلزی تیره رنگ کنگره ای ساخته می شود اولین بار در سال 1959 توسط دکتر Harry Tamason برای بام خانه ای در مریلند ساخته و نصب شد. در این نوع کلکتورها آب از لوله ای در قسمت فوقانی، بر روی شیارهای صفحه کنگره ای می چکد. آب در حین عبور با جذب حرارت از صفحه تیره رنگ کنگره ای گرم شده و در پائین جهت مصرف و یا ذخیره در یک ناودانی جمع می شود.

کلکتور با هوا، یکی دیگر از گردآورنده هایی هستند که در آنها از هوا یا گاز به عنوان سیال برای انتقال حرارت استفاده می شود. نگهداری آسان و عدم یخ زدگی هوا از مزایای این نوع کلکتورها نسبت به دیگر انواع مایعی آنهاست. بعلاوه در این نوع گردآورنده ها هوای گرم مستقیما وارد ساختمان یا محفظه ذخیره می شود. از معایب آن می توان به موارد زیر اشاره کرد: مشکل گرم کردن آب مصرفی بوسیله هوای گرم تولید شده، لزوم ساخت و نصب کانالهائی با سطح مقطع مناسب که فضای زیادی از ساختمان را اشغال می کند، احتیاج به هوا رسان با قدرت الکتریکی لازم برای انتقال هوای گرم از کلکتور به محل ذخیره.

کلکتور با مایع، که در این نوع کلکتور، سیال عامل یک نوع مایع مثل آب، روغن و یا مایعی با نقطه انجماد پائین انتخاب می شود زیرا که یخ زدن آب در کلکتور و خورندگی از مشکلات اساسی در این نوع گردآورنده هاست. سیال عامل از قسمت پائین وارد و هنگام عبور از لوله های صفحه جذب کننده، گرم شده و از قسمت فوقانی با پمپ یا بدون آن بطرف مخزن ذخیره جریان پیدا می کند. یک نوع از این کلکتورهای مایع متشکل از چندین لوله گرمائی است که هر کدام از آنها شامل یک لوله شیشه ای، صفحه جاذب و لوله گرمائی می شود. برای جلوگیری از اتلاف حرارتی از روی سطح جاذب و حفظ خواص اپتیکی لایه برگزیده خوابانده شده بر روی سطح جاذب، داخل لوله شیشه ای خلاء ایجاد شده است.

00002

کلکتورهای تخت پرتوهای تابش مستقیم و پراکنده خورشید را جمع آوری می کنند و احتیاج به سیستم ردیابی ندارند. کلکتورهای تخت در یک روز صاف با زاویه انحراف عرض جغرافیایی محل، قادرند 25345 کیلوژول بر مترمربع انرژی خورشیدی را جذب کنند، اتلاف حرارتی زیادی دارند و با وجود سطح جاذب بزرگتر دمای پائین تر و حرارت کمتری تولید می کنند. برای گرم کردن آب و هوا مناسب هستند و هزینه کمتری نسبت به متمرکز کننده ها دارند.

گردآورنده های متمرکز کننده

گردآورنده های متمرکز کننده تابش مستقیم خورشید و بخشی از تابش پراکنده را با کمک طراحی های هندسی پیشرفته(سهموی و …) متمرکز می نمایند. در این نوع کلکتورها از سطوح منعکس کننده جهت افزایش پرتوهای خورشیدی استفاده می شود. متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی در کانون، بمنظور دست یابی به درجه حرارت بالا می باشد.

کلکتورهای متمرکز کننده جهت دستیابی به حرارت بالا در کانون می بایستی قادر به ردیابی خورشید در مدت تابش روزانه باشند. این نوع کلکتورها در یک روز صاف 36252 کیلوژول بر مترمربع از انرژی خورشید را جمع آوری می کنند. تمرکز در ناحیه کانونی باعث افزایش انرژی دریافت شده در واحد سطح می گردد. در متمرکز کننده ها بعلت کاهش سطح جذب کننده ها، اتلاف حرارتی کاهش یافته و دمای بالاتر و حرارت بیشتری تولید می شود. برای مناطق ابری مناسب نیستند و نیازی به پوشش شیشه ای ندارند. نسبت به کلکتورهای تخت هزینه بیشتری لازم دارند. از نظر راندمان در دماهای پائین از کلکتورهای تخت کم تر بوده ولی در دماهای بالا، دارای راندمان خوبی هستند. میزان دریافت شدت تابش خورشیدی در متمرکز کننده ها می تواند در حدود 70-80 برابر نسبت به کلکتورهای تخت باشد. نیازی به عایق بندی ندارند در صورتی که در کلکتور های تخت، عایق بندی نکته حائز اهمیتی است.​

خورشید، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژی های دیگر زمین است. تقریبا تمامی منابع انرژی روی زمین بوسیله خورشید تامین می گردد. فقط انرژی اتمی، انرژی داخل زمین و آن قسمتی از انرژی جذر و مد که بوسیله نیروی جاذبه ماه می باشد بوسیله خورشید تامین نمی شود.

Sakhtarekhorshid

انرژی خورشید به واسطه واکنش های ترکیبی اتمی در اعماق هسته آن تامین می شود. در یک واکنش ترکیبی دو هسته اتم با یکدیگر همراه شده و هسته ای جدید را به وجود می آورند.

ترکیب هسته ای در مرکز خورشید به دلیل دما و تراکم فوق العاده زیاد می تواند صورت پذیرد. از آنجائیکه بار ذرات مثبت است، تمایل به دفع یکدیگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشید به قدری زیاد است که می تواند آنها را در کنار یکدیگر نگاه دارد.

رایج ترین ترکیب هسته ای در مرکز خورشید زنجیره پروتون-پروتون نام دارد. این فرایند زمانی انجام می گیرد که ساده ترین شکل از هسته های هیدروژن (دارای یک پروتون) در یک آن کنار هم قرار می گیرند. نخست، هسته ای متشکل از دو ذره به وجود می آید، سپس هسته ای با سه ذره و در نهایت هسته ای با چهار ذره شکل می گیرد. در این فرایند همچنین یک ذره الکتریکی خنثی به نام نوترینو پدیدار می گردد.

هسته نهایی شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هلیوم می باشد. جرم این هسته به مقدار بسیار اندکی کمتر از جرم چهار پروتونیست که هسته از آن تشکیل شده است. جرم از دست رفته به انرژی تبدیل شده است. این مقدار از انرژی به کمک فرمول مشهور فیزیکدان آلمانی، آلبرت انیشتین،E=mc2 قابل محاسبه است. در این معادله E به معنای انرژی، m به معنای جرم و c به معنای سرعت نور می باشد.

0002

خورشید کره ای است که به طور کامل از گاز تشکیل شده و بخش بیشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است که دانشمندان به آن پلاسما می گویند.

شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود 695.500 کیلومتر، تقریبا 109 برابر شعاع زمین است.

دمای سطح خورشید 5800 درجه کلوین و دمای هسته خورشید بیش از 15میلیون درجه کلوین می باشد.

جرم خورشید 99.8 درصد از جرم کل منظومه شمسی و 333.000 برابر جرم زمین است.

میانگین چگالی آن حدود 90 پوند در هر فوت مکعب و یا 1.4 گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد. این مقدار تقریبا معادل 1.4 برابر چگالی آب و کمتر از یک سوم میانگین چگالی زمین است.

بیشتر اتمهای خورشید، مانند اغلب ستارگان، اتمهای عنصر شیمیایی هیدروژن می باشند. بعد از هیدروژن، عنصر هلیوم در خورشید بسیار یافت می شود و بقیه جرم خورشید از اتمهای هفت عنصر دیگر تشکیل شده است. به ازای هر 1 میلیون اتم هیدروژن در کل خورشید، 98.000 اتم هلیوم، 850 اتم اکسیژن، 360 اتم کربن، 120 اتم نئون، 110 اتم نیتروژن، 40 اتم منیزیوم، 35 اتم آهن و 35 اتم سیلیکون وجود دارد. بنابراین حدودا 94 درصد از اتمها، هیدروژن و حدود 0.1 درصد اتمهایی غیر از هیدروژن و هلیوم می باشند.

و اما از لحاظ جرمی هیدروژن که سبک ترین عنصر است 73.46 درصد، هلیوم 24.85 درصد، اکسیژن 0.77 درصد، کربن 0.29 درصد، آهن 0.16 درصد، گوگرد0.12 درصد، نئون 0.12 درصد، نیتروژن 0.09 درصد، سیلیکون 0.07 درصد و منیزیوم 0.05 درصد از کل جرم خورشید را به خود اختصاص داده اند.

طبق برآوردهای علمی در حدود 4.5 بیلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و تا 5 میلیارد سال آینده همچنان می توان آن را به عنوان یک منبع عظیم انرژی به حساب آورد.

0003

در هر ثانیه تقریباٌ 1/1 در 10 به توان 20 کیلووات ساعت انرژی از خورشید ساطع می شود.

تنها یک دو میلیاردم این انرژی به سطح بیرونی جو زمین برخورد می کند.

این انرژی معادل 1/5 در 10 به توان 18 کیلووات ساعت در سال است.

بدلیل بازتاب، تفرق و جذب توسط گازها و ذرات معلق در جو تنها 47% از این انرژی به سطح زمین می رسد.

بدین ترتیب انرژی تابیده شده به سطح زمین سالانه حدوداً معادل 7 در 10 به توان 17 کیلووات ساعت است.

انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژیهای تجدیدپذیر و از مهمترین آنها می باشد. میزان تابش انری خورشیدی در نقاط مختلف جهان متغیر بوده و در کمربند خورشیدی زمین بیشترین مقدار را داراست. کشور ایران نیز در نواحی پرتابش واقع است و مطالعات نشان می دهد که استفاده از تجهیزات خورشیدی در ایران مناسب بوده و میتواند بخشی از انرژی مورد نیاز کشور را تأمین نماید.

ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5.5 – 4.5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است. برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی گام را فراتر نهاده و در حالتی آرمانی ادعا می‌کنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانه‌های دریافت انرژی تابشی می‌تواند انرژی مورد نیاز بخش‌های گسترده‌ای از منطقه را نیز تأمین و در زمینه‌ صدور انرژی برق فعال شود.

با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتی بیش از 2000 کیلومترمربع، امکان نصب بیش از MW 60000 نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.

اگر مساحتی معادل 100×100 کیلومترمربع زمین را به ساخت نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک اختصاص دهیم، برق تولیدی آن معادل کل تولید برق کشور در سال 1389 خواهد بود.

کاربرد انرژی خورشیدی به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح باز می گردد. ازانرژی خورشیدی برای گرمایش،پخت و پز،روشنائی وروشن نمودن آتش استفاده می کردند. یونانیان و رومیان باستان معماری هایی را برای استفاده از نور و گرمایش انرژی خورشیدی در داخل ساختمان خود داشته اند.

قرن هفتم قبل از میلاد مسیح:مردمان باستان از ذره بین برای تمرکز نور خورشید جهت روشن نمودن آتش استفاده می کردند.

قرن سوم قبل از میلاد مسیح:رومیان و یونانیان با استفاده از آینه مشعلهای خود را روشن می نمودند.

قرن دوم پیش از میلاد مسیح:ارشمیدس دانشمند یونانی با استفاده از بازتابش نور خورشید از سپری برنزی و متمرکز نمودن نور خورشید توانست کشتی های چوبی دشمنان را آتش بزند.

بیست سال بعد از میلاد مسیح:مردمان چین از آینه برای روشن نمودن مشعلهای خود استفاده کردند.

قرن یک تا چهارم میلادی:رومیان حمامهای خانه های خود را به گونه ای طراحی نمودند که از نور خورشید برای گرم شدن آب بهره ببرند.

قرن سیزدهم میلادی:اجداد پوئبلو در آمریکای شمالی خانه های صخره ای خود را رو به جنوب ساختند تا از گرمای خورشید در زمستان بیشتر بهره ببرند.

در سال 1767 میلادی:دانشمندی سوئیسی اولین کلکتور خورشیدی را ساخت.

در سال 1816 میلادی:رابرت استرلینگ وزیر اسکاتلندی اختراع خود را برای پیش گرمکن موتور حرارتی به ثبت رساند. بعدها از این اختراع او در تولید الکتریسیته بوسیله حرارت انرژی خورشیدی بهره گرفتند.

در سال 1839 میلادی:ادموند بکرل دانشمند فرانسوی اثر فتوولتائیک را کشف نمود. او هنگام کار با پیل الکترولیز که با دو الکترود فلزی در محلول الکترولیت خود بود به این نتیجه رسید که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد میزان تولید برق افزایش می یابد.

در سال 1860 میلادی:ریاضیدان فرانسویAugust Mouchetکار بر روی موتور بخار خورشیدی را آغاز کرد. بعد از 20 سال او و دستیارشAbel Pifreموتورهایی را ساختند که نمونه های مدرن آن در حال حاضر در کلکتورهای سهموی خطی استفاده می گردد.

سال 1873 میلادی:Willoughby Smithقابلیت هدایت نور سلنیوم را کشف نمود.

سال 1876 میلادی:William Grylls AdamsوRichard Evans Dayکشف کردند که وقتی سلنیوم در مقابل نور خورشید قرار می گیرد برق تولید می کند.

سال 1880 میلادی:Samuel P. Langleyبولومتر را اختراع نمود که نور ستاره های دور دست را به خوبی اشعه های حرارتی خورشید اندازه گیری می نمود.

سال 1883 میلادی:Charles Frittsآمریکایی به ایده ساخت سلولهای خورشیدی از ویفر سلنیوم فکر کرد.

سال 1887 میلادی:هاینریش هرتز کشف کرد که اشعه ماورا بنفش کمترین ولتاژ را برای جرقه زدن بین دو الکترود لازم دارد.

سال 1891 میلادی: اولین آب گرمکن خورشیدی توسط کلارنس آمریکایی ثبت اختراع گردید.

سال 1904 میلادی:Wilhelm Hallwachsکشف کرد که مس و اکسید مس در کنار یکدیگر حساسیت نسبت به نور نشان می دهند.

سال 1905 میلادی: آلبرت انیشتین همراه با تئوری نسبیت خود اثر فوتوالکتریک را مطرح نمود.

سال 1908 میلادی: ویلیام جی بیلی یک کلکتور با سیم پیچ مسی و یک جعبه عایق ساخت. این طرح تقریبا شبیه همان طرحی است که امروزه برای کلکتورهای خورشیدی استفاده می شود.

سال 1914 میلادی: دانشمندان متوجه یک بند الکترونی در دستگاههای فتوولتائیک شدند.

سال 1916 میلادی: دانشمندان اثر فوتوالکتریک را به صورت تجربی اثبات کردند.

سال 1918 میلادی: دانشمند لهستانیJan Czochralskiکشف نمود که چگونه یک تک کریستال سیلیکون را رشد دهد.

سال 1921 میلادی: آلبرت انیشتین به خاطر نظریه اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل را دریافت کرد.

سال 1932 میلادی: اثر فتوولتائیک در سولفید کادمیوم کشف شد.

سال 1947 میلادی:ساختمانهای خورشیدی در طول جنگ جهانی دوم بسیار نادر شدند.

سال 1954 میلادی:سه دانشمند آمریکایی اولین سلول فتوولتائیک سیلیکونی را توسعه دادند، اولین سلول خورشیدی توانائی این را داشت که برق کافی را از طریق خورشید برای تجهزات الکترونیکی فراهم نماید.

اواسط دهه 1950 میلادی:اولین ساختمان اداری تجاری در جهان که با آبگرمکن خورشیدی کار می کرد طراحی شد.

سال 1958 میلادی:سلولهای فتوولتائیک جدید در مقابل اشعه خورشید مقاوم تر شدند و این ویژگی برای استفاده سلولهای فتوولتائیک در فضا بسیار حائز اهمیت بود.

سال 1963 میلادی:ژاپن یک پنل 24 واتی را بر روی یک فانوس دریایی نصب نمود.

سال 1964 میلادی:ناسا اولین ماهواره ای که با سلولهای فتوولتائیک به ظرفیت 470 وات تغذیه می گردید توسط سفینه فضایی به فضا پرتاب نمود.

سال 1969 میلادی:کوره خورشیدی با استفاده از 8 آینه سهموی درOdeilloفرانسه ساخته شد.

دهه 1970 میلادی:دکتر الیوت برمن و اکسون کرپ سلول خورشیدی ارزان تری را طراحی نمودند و این عامل باعث استفاده گسترده تر از سلولهای فتوولتائیک گردید.

سال 1972 میلادی: دانشگاه دلاور موسسه تبدیل انرژی را تاسیس نمود و اولین آزمایشگاه جهان را برای تحقیق و توسعه سلولهای فتوولتائیک اختصاص داد. در سال بعد این موسسه یک سیستم هیبرید حرارتی فتوولتائیک با نامSolar Oneرا ساخت.

سال 1976 میلادی: مرکز تحقیقات لوئیس ناسا برای اولین بار شروع به نصب 83 سیستم فتوولتائیک در سرتاسر جهان نمود که برای روشنائی درمانگاهها، پمپاژ آب و تلویزیون کلاس ها و موارد دیگر به کار می رفت.

سال 1977 میلادی: دولت آمریکا موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی را راه اندازی کرد.

سال 1981 میلادی: اولین هواپیمای خورشیدی از فرانسه تا انگلستان به پرواز درآمد.

سال 1982 میلادی: یک استرالیایی اولین خودرو خورشیدی که فاصله بین سیدنی تا پرت که بالغ بر 2800 مایل است، پیمود.

سال 1986 میلادی: بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی آن زمان در کالیفرنیا راه اندازی شد.

سال 1994 میلادی: اولین بشقابک سهموی خورشیدی با استفاده از موتور استرلینگ با پیستون آزاد به شبکه متصل گردید.

سال 2001 میلادی: تین فیلم فتوولتائیک ساخته شد.

سال 2002 میلادی: بزرگترین سیستم خورشیدی پشت بامی در کالیفرنیا نصب گردید.

سال 2008 میلادی: بزرگترین پارک خورشیدی در آلمان بوسیله سیستمهای تین فیلم راه اندازی گردید.