گرمایش آب خورشیدی

خانه هوشمند خورشیدی

خانه هوشمند خورشیدی ترکیبی از دو فناوری نوین است: خانه‌های هوشمند و انرژی خورشیدی.

اجزای اصلی خانه هوشمند خورشیدی:

سیستم‌های خورشیدی (پنل‌های فتوولتائیک): این سیستم‌ها پنل‌های خورشیدی هستند که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. در خانه هوشمند خورشیدی، این پنل‌ها انرژی خورشیدی را جذب کرده و برق مورد نیاز خانه را تأمین می‌کنند. این سیستم‌ها معمولاً به سیستم‌های ذخیره انرژی (باتری‌ها) نیز متصل هستند تا در مواقعی که نور خورشید کم است (مانند شب یا روزهای ابری)، انرژی ذخیره‌شده برای مصرف استفاده شود.

سیستم ذخیره‌سازی انرژی (باتری‌ها):

این سیستم‌ها انرژی تولیدشده توسط پنل‌های خورشیدی را ذخیره می‌کنند. در شب یا روزهای ابری که تولید انرژی کمتر است، انرژی ذخیره‌شده در باتری‌ها برای تأمین برق خانه استفاده می‌شود. این سیستم‌ها کمک می‌کنند تا خانه هوشمند همیشه به منبع انرژی پایدار دسترسی داشته باشد.

سیستم‌های مدیریت انرژی هوشمند (EMS):

سیستم مدیریت انرژی هوشمند، قلب خانه هوشمند خورشیدی است. این سیستم به‌طور خودکار مصرف انرژی را نظارت کرده و بهینه‌سازی می‌کند. برای مثال، زمانی که انرژی خورشیدی بیشتری تولید می‌شود، سیستم می‌تواند برخی از دستگاه‌ها را روشن‌تر کند یا سیستم‌های گرمایشی یا سرمایشی را در زمان‌های پربارتر انرژی به‌کار گیرد تا از هدررفت انرژی جلوگیری کند.

دستگاه‌های هوشمند:

دستگاه‌ها و تجهیزات مختلف خانه مانند ترموستات‌ها، لامپ‌ها، سیستم‌های گرمایشی، تهویه مطبوع (HVAC)، لوازم خانگی و حتی سیستم‌های صوتی و تصویری می‌توانند به‌صورت هوشمند کنترل شوند. این دستگاه‌ها از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا دستورات صوتی قابل کنترل هستند و می‌توانند به‌طور خودکار و بر اساس برنامه‌ریزی‌های تعیین‌شده، عملکرد خود را تغییر دهند.

سیستم‌های روشنایی خورشیدی هوشمند:

لامپ‌های خورشیدی و سیستم‌های روشنایی به‌صورت هوشمند در خانه‌های خورشیدی نصب می‌شوند. این لامپ‌ها نه تنها انرژی مورد نیاز خود را از خورشید تأمین می‌کنند، بلکه می‌توانند با استفاده از سیستم هوشمند کنترل شوند تا در ساعات خاصی از شبانه‌روز روشن شوند یا حتی شدت نور آن‌ها با توجه به نیاز کاربران تنظیم شود.

مزایای خانه هوشمند خورشیدی:

صرفه‌جویی در هزینه‌ها:

با استفاده از پنل‌های خورشیدی، هزینه‌های مصرف برق به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. علاوه بر این، سیستم‌های هوشمند می‌توانند مصرف انرژی را بهینه کرده و از هدررفت آن جلوگیری کنند.

کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی:

خانه‌های هوشمند خورشیدی از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده می‌کنند، بنابراین مصرف سوخت‌های فسیلی کاهش یافته و انتشار گازهای گلخانه‌ای کمتر می‌شود. این امر به کاهش تغییرات اقلیمی کمک می‌کند.

کنترل از راه دور و خودکار:

با استفاده از سیستم‌های هوشمند، ساکنان می‌توانند از راه دور و به‌طور خودکار کنترل دستگاه‌ها و تجهیزات خانه را در دست بگیرند. این سیستم‌ها می‌توانند شرایط دما، روشنایی و حتی امنیت خانه را به‌صورت خودکار تنظیم کنند.

افزایش راحتی و رفاه:

خانه‌های هوشمند خورشیدی به ساکنان امکان می‌دهند تا کنترل بیشتری بر محیط زندگی خود داشته باشند. با تنظیم خودکار دما، نور و دیگر عوامل، خانه به محیطی راحت‌تر و کارآمدتر تبدیل می‌شود.

افزایش ارزش ملک:

خانه‌هایی که به سیستم‌های خورشیدی و هوشمند مجهز هستند معمولاً از ارزش بالاتری برخوردارند. به‌ویژه در بازارهای املاک که به سمت پایداری و کارآمدی انرژی پیش می‌روند، خانه‌های خورشیدی هوشمند می‌توانند جذاب‌تر باشند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها:

هزینه اولیه بالا:

هزینه نصب سیستم‌های خورشیدی و همچنین سیستم‌های هوشمند می‌تواند بالا باشد. این هزینه‌ها شامل خرید پنل‌های خورشیدی، نصب باتری‌ها و تنظیم سیستم‌های هوشمند است. با این حال، این هزینه‌ها در طول زمان با صرفه‌جویی در مصرف انرژی جبران می‌شود.

وابستگی به شرایط جوی:

عملکرد سیستم‌های خورشیدی به شدت به تابش نور خورشید وابسته است. در مناطق ابری یا سرد، ممکن است تولید انرژی کمتر باشد و نیاز به ذخیره‌سازی بیشتری داشته باشید.

نیاز به فضای مناسب:

پنل‌های خورشیدی معمولاً نیاز به فضای کافی بر روی سقف دارند. این ممکن است برای خانه‌های با سقف کوچک یا مسطح محدودیت ایجاد کند.

نیاز به تعمیر و نگهداری:

اگرچه سیستم‌های خورشیدی و هوشمند معمولاً به نگهداری کمی نیاز دارند، اما ممکن است بعد از چند سال نیاز به تعمیرات و تعویض باتری‌ها یا دیگر اجزا داشته باشند.

نتیجه‌گیری:

خانه هوشمند خورشیدی یک راه‌حل نوآورانه و کارآمد برای ایجاد محیطی پایدارتر، هوشمندتر و اقتصادی‌تر است. این خانه‌ها نه تنها از انرژی تجدیدپذیر خورشید بهره می‌برند، بلکه از تکنولوژی‌های هوشمند برای بهینه‌سازی مصرف انرژی، افزایش راحتی و رفاه ساکنان و کاهش هزینه‌های انرژی استفاده می‌کنند. با توجه به افزایش آگاهی عمومی نسبت به اهمیت حفظ محیط‌زیست و کاهش هزینه‌های انرژی، خانه‌های هوشمند خورشیدی به‌عنوان یک انتخاب آینده‌نگرانه و سازگار با محیط ‌زیست، در حال محبوبیت بیشتری هستند.

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؟

1-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.

2-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.

3-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!

4-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.

5-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.

نیروگاه حرارتی خورشیدی

نیروگاههای حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم بندی می گردند:

1. نیروگاههای سهموی خطی(Parabolic Trough)
2. نیروگاههای دریافت کننده مرکزی (CRS)
3. نیروگاههای بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
4. نیروگاههای دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
5. نیروگاه کلکتورهای فرنلFresnel Collector))

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.

فناوری های سیستم های حرارتی خورشیدی

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

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.

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.​