برق خورشیدی، یک منبع بی نظیر و لایزال در تولید الکتریسیته محسوب شده و مهار و کنترل آن بسیار ساده و بی دردسر است.
طبیعی است که برق خورشیدی هم فاقد عیب و ایراد و نقطه ضعف نبوده و برای همه ی کاربردها مناسب نمی باشد. شرط لازم برای اخذ بهترین نتیجه از یک سیستم برق خورشیدی، داشتن برنامه ریزی اولیه ی مناسب و دقیق بودن و وسواس به خرج دادن در اجرای جزئیات کار است. فقط در این صورت است که می توانید صاحب سیستمی گردید که کار خود را به صورت مناسبی انجام دهد. در صورتیکه از یک دیدگاه مشتاقانه به طراحی و ساختِ از ابتدا تا انتهای یک سیستم برق خورشیدی نگاه کنیم باید اذعان داشت که این کار، علاوه بر گیرایی و جنبه ی آموزشی که دارد، سرگرم کننده هم هست. اگر فکر می کنید که بدتان نمی آید در این زمینه تجربه ای داشته باشید، برای شروع، از یک پروژه‌ی خیلی مختصر، مثل تأمین روشنائی یک کانکس یا انباری آغاز کنید. شک نکنید که با اجرای آن به این کار علاقمند و معتاد شده و به سراغ ایده ها و پروژه های بزرگتری خواهید رفت!
اگر یک سازنده یا معمار حرفه ای هستید، با مطالعه ی این کتاب به صورت کاملاً شفاف و روشنی با مزایا و معایب بهره گیری از انرژی خورشیدی در پروژه های خود آشنا خواهید شد. وقتی برای اولین بار، خروجی یک پنل خورشیدی را به یک وسیله ی برقی ساده مثل یک لامپ متصل کرده و روشن شدن بی قید و شرط آن را به عینه مشاهده می نمایید، احساس خوشایندی پیدا می کنید. با وجودی که مطمئن هستید که با اتصال آن به خروجی پنل، لامپ باید روشن شود، ولی حس عجیبی پیدا کرده و در فکر فرو می روید که چگونه از هوای خشک و خالی اطراف، برق تولید کرده اید و به خودتان می بالید که «از آب کره گرفته اید !» آموزش نحوه ی عملکرد سیستم های برق خورشیدی به کودکان هم در نوع خود جالب است.
در بازار با کیت های مختصر و مفیدی مواجه می شوید که با برق خورشیدی، فعال شده و مناسب حال کودکان می باشند. وقتی کیت های یاد شده با انگشتان کوچک و ظریف کودکان سر هم می شوند، آن ها اصول کار و نحوه ی عملکرد الکتریسیته و توان بالقوه ی انرژی خورشیدی را با یک روش جالب و سرگرم کننده می آموزند.
فتوولتائیک یا فتوولتائی به مفهوم تولید مستقیم الکتریسیته از نور می باشد. نخستین پایه گذار و مبتکر این پدیده، «ادموند بکرل» فرانسوی است که در سال 1839 ، با چاپ یک مقاله، کشف آن را نوید داد. در ادامه ی راه وی، در سال 1877 ، دو پژوهشگر دیگر به نام های «آدامز» و «دِی»، تحقیقات او را پی گرفته و چند سال بعد یک مهندس آمریکایی به نام «فریتس»، یافته های جدیدی را به اندوخته های محققان قبلی افزود و سرانجام در سال 1948 و با ظهور نیمه هادی ها و بخصوص ابداع ترانزیستور، فصل نوینی در علم الکترونیک پا به عرصه‌ی وجود گذاشت. کمی بعدتر در اوایل سال 1953 ، یک تیم تحقیقاتی متشکل از سه اندیشمند به نام‌های «پیرسون» ،«چاپین» و «فولر»، داشته های محققان پیشین را تکمیل کرده و تولد نخستین سلول های خورشیدی را به جامع هی علمی و صنعتی جهان بشارت دادند. پنج سال پس از ساخت این سلول‌ها، یعنی در سال 1958 ، آن ها بر روی یک ماهواره ی فضایی آمریکا به نام «ونگارد1» نصب شده و عملاً از برق تولیدی شان استفاده کردند.
سلول‌های فتوولتائی یا خورشیدی، کریستال های ظریفی هستند که از لایه های بسیار نازکی از مواد نیمه هادی خاص ساخته شدهاند. خوشبختانه مهم‌ترین عنصری که در ساخت این سلول ها به کار می رود، دومین عنصر فراوان پوسته ی زمین، یعنی سیلیکون است. سلول‌های اشاره شده، برای تولید برق، به تابش نور خورشید نیاز دارند و به این لحاظ، کارآیی و بازدهی آن ها در مناطقی از دنیا که با تابش های شدیدتر و طولانی مدت تری مواجهند، بیشتر است. لازم به ذکر است که انرژی رایگان و لایزال دریافتی از خورشید در کره ی زمین، بالغ بر 10,000 برابر مصرف سوخت های هسته ای و فسیلی فعلی بوده و از این لحاظ هیچ گونه کمبودی احساس نمی شود. به سه دلیل عمده، بهره گیری از انرژی خورشید در تولید برق، در هزاره ی سوم، به صورت جدی تری در دستور کار بسیاری از کشورهای پیشرفته ی صنعتی قرار گرفته است. پیش از همه، این فناوری، فاقد هرگونه آلودگی بوده و هیچ پیامد زیست محیطی خاصی را به دنبال ندارد. دوم، سلول های خورشیدی فاقد قطعات و ساز و کارهای مکانیک یاند و به این لحاظ، عملکرد آن ها با حداقل فرسایش و استهلاک همراه بوده و نیازی به تعویض و سرویس های منظم و دوره ای ندارند و بالاخره، ذخایر سوخت های فسیلی جهان به سرعت رو به اتمام است و بر اساس گزارش های مختلف، در یک قرن آینده و به تدریج به اتمام می رسند.
البته برق تولیدی یک سلول خورشیدیِ واحد، جزئی و مختصر بوده و در نگاه اول به نظر می رسد که توان مزبور، فاقد کارآیی و تأثیر قابل ملاحظه است و نهایتاً از آن میتوان برای فعال سازی وسایل کم مصرفی همچون یک ماشین حساب بهره گرفت. هرچند که این فکر، تصور نادرستی بوده و با اتصال تعدادی از این سلول ها به یکدیگر به راحتی می توان به انرژی موردنظر دست یافت و تنها محدودیت پیش رو، بعد از بالا رفتن قیمت، سنگینی وزن و افزایش فضای مورد نیاز برای جا دادن آن ها می باشد. با اصلاح فناوری ساخت و ابداع روش های جدیدتر و سیر صعودی میزان تولید و همه گیر شدن استفاده از پنل های خورشیدی در کارهای خانگی، تجاری و صنعتی، طبیعتاً قیمت آن ها هم کاهش یافته و این روند نزولی دنبال خواهد شد.
در حال حاضر در بسیاری از نقاط جهان و به ویژه در آمریکا، کانادا و بسیاری از کشورهای اروپائی و کشورهای در حال توسعه و روبه رشد، دولت‌ها شرایطی را مهیا کرده اند که بسیاری از شهروندان و حتی صنایع و مراکز تجاری، به نصب و بهره برداری از پنل های خورشیدی راغب شده و علیرغم در دسترس بودن برق شبکه، لااقل قسمتی از برق مصرفی خود را رأساً تولید نموده و با این اقدام، به اقتصاد خانواده، مؤسسه و کشورشان کمک کرده و مهم تر از همه، در حفاظت از محیط زیست خود سهیم می گردند چون به آن ها تفهیم شده که آلودگی های زیست محیطی ناشی از تولید برق در نیروگاه های حرارتی با سوخت های فسیلی و همچنین نیروگاه های هس..ته ای و عواقب ناشی از دفن زباله های اتمی آنها، به هر حال به صورت مستقیم یا غیر مستقیم، گریبان شان را خواهد گرفت.
به این لحاظ دولت‌ها با سرمایه گذاری های مستقیم و غیر مستقیم و بعضاً پشت پرده، در تولید و اصالح پنل های خورشیدی، موجبات کاهش چشمگیر قیمت آن ها را فراهم کرده و با در نظر گرفتن یارانه ها و اعطای امتیازات تشویقی از جمله تخفیف های ویژه و بخشودگی های مالیاتی، شهروندان و صنایع گوناگون را به نصب و بهره‌برداری بیش از پیش از پنل های خورشیدی تشویق می نمایند.
در این میان نباید فراموش کرد که ایران از لحاظ مصرف مواد نفتی، یکی از 15 کشور پر مصرف جهان بوده و متأسفانه در میان کشورهای عضو اوپک، بیشترین مصرف کننده ی این گونه سوخت های فسیلی محسوب می شود. علت کسب این رتبه را شاید بتوان به تحریم نفتی اعراب در سال 1973 نسبت داد که پیامد آن، بالا رفتن بی سابقه ی قیمت نفت در بازارهای جهانی بود. افزایش قیمت نفت، کشورهای پیشرفته ی صنعتی را بر آن داشت که برنامه های ریاضت کشانه ی بسیار جدی را در دستور کار خود قرار داده و همزمان، کلی هی مراکز عملی و صنعتی خود را بسیج کرده و آن ها را به انجام آزمایش ها و پژوهش های گوناگونی تشویق نمایند تا راهکارهای مناسب و جایگزینی را برای تأمین انرژی مورد نیاز بیابند. در اثر این اقدامات پژوهشی و صرفه جویانه، مصرف سوخت های فسیلی گوناگون، به میزان قابل ملاحظ های کاهش یافت هرچند که در نقطه ی مقابل و با افزایش درآمدهای ارزی ناشی از فروش نفت، افزایش مصرف بی رویه و بی حساب و کتاب انرژی در کشور ما آغاز گردید.
برای مثال، نگاه کوتاهی به آمارهای منتشر شده از طرف سازمان های ذیربط مشخص می کند که 36 % مصرف انرژی در ایران صَرف گرمایش و سرمایش محیط های خانگی شده و 64 % مابقی در بخش صنعت به کار می رود. بررسی دقیق تری در مصارف بخش صنعت نشان می دهد که با استفاده از انرژی های تجدید پذیر، منجمله انرژی های خورشید و باد می توان این میزان که رقم قابل توجهی را تشکیل می دهد، تا حدود زیادی کاهش داد و باز با نگاه موشکافانه تری به آمارهای موجود روشن می شود که بعد از صنعت حمل و نقل که مصرف زیادی را به خود اختصاص می دهد، صنعت مرغداری در رده ی بعدی قرار گرفته و سوخت لازم برای تأمین انرژی مورد نیاز این بخش، حدود 6% از کل هزینه‌ی تولیدات وابسته را در بر می گیرد.
این جاست که نقش کلیدی ارگان های دولتی از جمله وزارت جهاد کشاورزی و دیگر نهادهای مشابه مشخص می گردد. برای مثال، در صورتی که وزارت خانه ی یاد شده با اعطای وام های دراز مدت و کم بهره، مرغداری های قدیمی را به نصب پنل‌های خورشیدی تشویق کرده و با کسب موافقت آن ها، حتی شرک تهای صلاحیتداری را به ایشان معرفی نماید تا در بالای سوله ها و شیروانی های موجود، پنل های متعددی را نصب کرده و لااقل مقداری از برق مورد نیاز خود را از دست‌رنج خودشان تأمین نمایند، در این صورت، با کاهش مصرف برق، علاوه بر پایین آمدن هزینه ی تولید، به سلامت محیط زیست نیز کمک شایانی خواهد شد. به عنوان یک راهکار دیگر میتوان از ارائه ی تشویق های گوناگون منجمله خریداری از پیش تضمین شده ی تولیدات و عرضه ی دان، واکسن و دارو، مواد ضد عفونی کننده، کارتن های مقوایی، ... و مواد مصرفی مشابه به قیمت های یارانه ای و شاید منظور کردن تخفیف های گمرکی در واردات ماشین آلات جدید به این گونه صنایع نام برد و باز در مثال دیگر، اعطای موافقت اصولی برای تأسیس مرغداری های جدید و اخذ مجوز معتبر از اتحادیه های ذیربط را به بازدید کارشناسان آن وزارت خانه و تأیید نصب پنل های خورشیدی در محل های موردنظر و تولید عملی برق، موکول نمود.
در چند ساله ی اخیر، انجام پژوهش های گوناگون و همچنین نصب و بهره برداری از پنل های فتوولتائی و تأسیس نیروگاه های نه چندان بزرگ خورشیدی، در دستور کار بسیاری از نهادها و سازمان های دولتی از جمله دانشگاه‌ها (برای مثال، دانشگاه‌های علم وصنعت ایران و صنعتی امیرکبیر)، شهرداری ها، وزارت نیرو، وزارت راه و ترابری، راهنمایی و رانندگی و سازمان حفاظت از محیط زیست قرار گرفته و اگر نگاهی به محیط پیرامون خود بیاندازید، در بسیاری از نقاط شهرها یا جاده های برون شهری با پنل های بزرگ و کوچکی مواجه می شوید که بر بالای ستون یا دیرکی نصب شده و وظیفه ی تأمین برق مورد نیاز چراغ های روشنایی معابر و همچنین فعال سازی چراغ های راهنمایی و رانندگی یا علایم هشداردهنده ی منور، به عهده ی آن ها گذاشته شده است. در مورد اثرات جنبی پنل های خورشیدی بد نیست اشاره شود که استفاده از آن ها در تقاطع های شلوغ و پر تردد این حُسن را دارد که در صورت قطع برق شبکه، چراغ های مزبور به کار عادی خود ادامه داده و با منظم و گشوده نگهداشتن مسیر چهارراه، از به هدر رفتن وقت راننده ها و همچنین مصرف مقادیر زیادی بنزین و آلایش ناشی از کارکرد در جایِ موتورها، ممانعت به عمل می آورد. گاهی اوقات هم ممکن است در دل کویر و در کنار یک جاده ی بین شهری و حاشیه ی یک پیچ خطرناک، با چراغ چشمک زن یا هشدار دهنده ای روبرو شوید که فاقد هر گونه سیم کشی بوده و به صورت مستقل و به روایتی «تولید به مصرف»، عمل می کند و به هیچ نگهداری و سرکشی نیاز ندارد و چه بسا ممکن است جان سرنشینان بسیاری از وسایط نقلیه‌ی عبوری را نجات دهد. کتاب حاضر که با هدف آشناسازی کاربَران و علاقمندان مبتدی با این فناوری و نحوه ی بهره برداری از پنل های خورشیدی به فارسی برگردانده شده، از جدیدترین نسخه ی انگلیسی آن که در سال 2011 در کشور انگلیس چاپ شده، اخذ گردیده و مهم ترین ویژگی آن این است که در بیان مطالب ضروری، تا حد امکان به فرمول های پیچیده و نکات نظری، تأکید کمتری شده و در عوض، استخوان بندی اصلی بر اساس ریزه کاری‌ها و رهنمودهای عملی و کاربردی پایه گذاری گردیده است. در هنگام تدوین متن فارسی، تغییراتی در روال ارائه ی مطالب منظور شده که به جهت حفظ امانت، بهتر دیدم آن ها را با خواننده در میان بگذارم.
اول، هرجا که با اصطلاح یا موضوع مفهومی خاصی مواجه شدم که احساس کردم ممکن است خواننده را به علت عدم آشنایی با مطلب مزبور، از ادام هی مطالعه ی کتاب باز دارد، با درج یک پاورقی مختصر یا حتی به صورت یک پاراگراف کوتاهِ اضافه شده به متن اصلی، سعی در روشن نمودن آن کردم. دوم، با توجه به آنکه جداول مربوط به تابش‌دهی خورشیدی اکثر شهرهای جهان در سایت پشتیبان کتاب ارائه گردیده اند، برای صرفه جویی در کاغذ و کاهش قیمت کتاب، جداول ذیربط با شهرهای داده شده در متن اصلی که جملگی مربوط به نقاط مختلف آمریکا، کانادا، انگلیس و ... بودند حذف و به جای آن ها، مشخصات تابش دهی خورشید در شهر تهران جایگزین گردید. سوّم، متن انگلیسی کتاب فاقد واژه نامه ی فنی بود و به این لحاظ، به قسمت پایانی آن یک لغت نامه ی انگلیسی به فارسی مختصر و مفید از لغات مرتبط با مقوله ی پنل های خورشیدی افزوده شد تا خوانندگان مشتاق به کمک آن بتوانند مستقیماً از سایر منابع و مراجع مشابه بهره ببرند. و کلام آخر آنکه، هدف غایی و نهایی این کتاب آن است که خواننده را وسوسه کند تا دست به کار نصب و بهره‌برداری از یک مولد برق خانگی ولو کوچک بزند. با توجه به قیمت گزاف پنل‌ها، ممکن است در شرایط حاضر، انجام این کار، هزینه بالایی را بطلبد که کاربَر را از پیگیری آن باز دارد ولی شک نکنید که روند نزولی و پیش روی قیمت ها در جهان، در آینده ای نه چندان دور، این رؤیا و آرزو را به واقعیت مبدل می سازد تا هر شهروند یا صنعتگری بتواند با نصب چند پنل بر بام خانه یا کارگاه خود، مقداری از برق مصرفی‌اش را تأمین نماید. رویایی که به حقیقت پیوستن آن سرمایه گذاری کلان و بلند مدتی را می طلبد و بدون پشتیبانی سازمان ها و نهادهای دولتی، دشوار و بعید به نظر می رسد.
مقدمه :
خورشید که جرم آن 333000 برابر جرم زمین می باشد، در فاصله‌ی 150،000،000 کیلومتری سیاره ی ما واقع شده است. برای اینکه به عظمت خورشید پی ببرید بد نیست بدانید که قطر آن در حدود 1،392،000 کیلومتر، یعنی 109 برابر قطر زمین، دمای پوسته ی بیرونی آن 6000 درجه ی سانتی گراد و دمای هسته ی مرکزی اش چیزی در حدود 15،000،000 درجه ی سانتیگراد می باشد! در واقع، خورشید توده ی عظیمی است که فعالیت ها و فعل و انفعالات هسته ای ثابت و مستمری را دنبال می کند. خورشید ضمن پشتیبانی از گونه‌های مختلف زندگی، تمام توان مورد نیاز ما را به صورت مستقیم یا غیر مستقیم تأمین نموده و موجب رانش و جابجایی آب و هوا و وضعیت های گوناگون جوی می گردد. بدون خورشید، زمین به سیاره ی بلااستفاده و منجمدی مبدل می شود که همه ی قسمت های آن مملو از صخره ها و کو‌‌‌‌‌‌ه‌ها و اراضی یخ زده می گردد. تولید برق از خورشید یا اختصاراً برق خورشیدی، اندیشه ی شگفت انگیزی را در بر گرفته و به کارگیری آن در راه اندازی دستگاه های برقی، فکر محشری است. با انجام این کار نه تنها چشم انتظار و وابسته به شرکت ها و سازمان های تولید کننده ی برق نخواهید بود، بلکه آخر ماه قبضی را هم دریافت نداشته و به اصطلاح «قبض روح»! نمی شوید؛ ضمن اینکه بخاطر آلوده نکردن و زیان نرسانیدن به زمین و محیط زیست، به نوعی آرامش خاطر هم دست می یابید.
البته واقعیت چیز دیگری است و در حال حاضر، تولید برق مورد نیاز از نور خورشید به تنهایی میسر نمی باشد ولی در عین حال نمی توان منکر این حقیقت شد که راهکار جذاب و جالبی است که کاربردها و مزایای بیشماری را در بر می گیرد. ولی راستی این عمل چگونه صورت می پذیرد، به چه دردی می خورد، چه محدودی تهایی وجود دارند، هزینه های انجام آن در چه حدی است و بالاخره، نصب و راه اندازی آن به چه شکلی صورت می پذیرد؟ کتاب حاضر ضمن پاسخگویی به همه ی این پرسش ها، شما را با نحوه ی بهره‌گیری از توان فوق العاده ی خورشید در تولید برق آشنا می سازد.
در این راه با برخی ادعاهای خیالی، رویایی و شاید گمراه کننده درباره ی انرژی خورشیدی هم روبرو گردیده و متذکر خواهم شد که در چه مواردی توان خورشیدی به تنهایی، می تواند جوابگوی قسمتی از نیازهای واقعی باشد.
علاوه بر اینکه برق خورشیدی با مزایا و محاسن بی تردیدی برای محیط زیست همراه است، در جای مناسب به شما نشان می دهیم که برق تولیدی مازاد را به فروش هم میتوان رساند. البته در صورتی که هدف تان از مطالعه‌ی کتاب حاضر این است که از نحوه‌ی تولید برق خورشیدی سر در آورید، یقین کنید که به این مقصود دست پیدا خواهید کرد. و بالاخره در صورتی که منظور اصلی تان دستیابی به اطلاعاتی در زمینه ی نصب یک سیستم برق خورشیدی شخصی است، مطمئن باشید که با مطالعه ی اثر حاضر، با انرژی خورشیدی آشنا شده و به سادگی قادر به طراحی و ساخت و نصب سیستم موردنظر خود می گردید.
البته فراموش نکنید که لازمه ی طراحی و نصب یک سیستم برق خورشیدی، داشتن اندکی مهارت‌های فنی و به قول معروف «دست به آچار بودن» می باشد. با وجودی که بخشی از کتاب حاضر به آشناسازی خواننده با اصول برق اختصاص داده شده ولی بی شک، داشتن اطلاعات و مهارت هایی در زمینه ی سیم کشی برق قابل کتمان نبوده و خواننده را در طراحی و اجرای پروژه های کوچک و به ویژه طرح های بزرگتر، مثل تجهیز یک خانه به برق خورشیدی، یاری می بخشد.
در حین مطرح کردن و توصیف مطالب مختلف تا حد امکان کوشش شده که اطلاعات مورد نیاز به صورت ب یپیرایه و ساده ای در اختیار خواننده قرار داده ش..وند. در این روند با ریاضیات و فرمول‌های فوق العاده آسان و مختصری روبرو خواهید شد که ناگزیر بوده و در طراحی و اجرای موفقیت آمیز پروژه، یاری تان خواهند کرد. مطمئن باشید که روابط لازم با هیچ دشواری و پیچیدگی همراه نبوده و تا حد مقدور، خلاصه و مختصر شده اند.
کتاب با مثال های تمرینی ساده ای همراه است که نحوه ی بهره‌گیری از برق خورشیدی را به شما نشان می دهند. برای نمونه، برخی از این مثال‌ها، شبیه تولید برق برای تأمین روشنایی یک انباری یا گاراژ و یا نصب یک پنل خورشیدی بر روی سقف یک کاروان (خانه های سیاری که به پشت یک خودروی معمولی بسته می شوند) یا قرار دادن آن در قسمتی از یک قایق برای تولید برق لازم، بسیار ساده و بی دردسرند. در مقابل این گونه مثال‌ها، مواردی مثل نصب پنل های خورشیدی در منازل هم وجود دارند که طبیعتاً با پیچیدگی‌های خاصی تؤام می باشند. در کنار این‌ها، به مثال های غیر متداولی مثل ساخت خودروها و موتورسیکلت‌های خورشیدی هم اشاره خواهد شد. موارد اخیر نمونه‌هایی هستند که نشان می دهند با اندکی ابتکار میتوان انرژی خورشیدی را در کارهای گوناگونی مورد استفاده قرار داد.
تکیه و تأکید اصلی این کتاب در تأمین برق خورشیدی برای یک ویلای ییلاقی است که در منطقه ای واقع شده که به برق شهر دسترسی ندارد. علت اصلی طرح این مثال آن بوده که خواننده را با مسایل و موارد غیر منتظره ای که ممکن است در هنگام طراحی و ساخت عملی یک پروژه ی برق خورشیدی با آنها مواجه گردد، آشنا نماید. در جهت تکمیل کتاب، وب سایت خاصی هم برای آن در نظر گرفته شده است. در این سایت به یک سری اطلاعات مفید و فهرستی از تولیدکنندگان قطعات ذیربط اشاره شده و مجموعه ای از محاسبات ضروری در تجزیه و تحلیل هزینه ها و فرآیندهای طراحی نیز به صورت آنلاین ارائه گردیده است. آدرس این وب سایت: www.Solar Electricity Handbook.com می باشد.
جهانِ در حال تحول انرژی خورشیدی :
از نخستین ویرایش این کتاب که در سال 2009 منتشر گردید، زمان زیادی نمی گذرد ولی در یک فاصله ی کوتاه زمانی یعنی تا سال 2011 ، چهارمین ویرایش آن به بازار کتاب عرضه گردیده است. تلاشم این بوده که در هر ویراست جدید، مطالب قبلی را مورد بازبینی و تجدیدنظر کامل قرار داده و نکات از قلم افتاده را به آنها اضافه نمایم و با به روز کردن اطلاعات موجود در وب سایت اشاره شده، سعی کرده ام تحولات سریعی را که در این فاصله زمانی رخ داده اند، منعکس نمایم.
اصلاحات و پیشرفت های رخ داده در فناوری ساخت و اُفت شدید قیمتی که از اوایل سال 2009 آغاز گردیده، این صنعت را متحول کرده است. قیمت بسیاری از سیستم‌هایی که تا دو سال پیش، خارج از استطاعت مالی بسیاری از کاربَران بود، ظرف این مدت کوتاه، آنقدر مناسب و معقول شده که با استقبال چشمگیر مصرف کننده‌ها مواجه گردیده است. در کنار این روند اُفت قیمت، ابعاد پنل ها کوچکتر و کیفیت و استحکام آن ها هم بهتر شده است. به خاطر داشته باشید که در پاره ای از موارد، تنها راه و شاید مقرون به صرفه‌ترین طریقه ی تولید برق، استفاده از انرژی خورشید می باشد.
همه ی شواهد و قراین حکایت از این دارند که در سال های پیشِ رو، فناوری و صنعت در نیل به این تحول و تکامل، با یکدیگر همسو شده و گام های مشابهی را بر خواهند داشت. پیش بینی می شود ظرف سه سال آینده، انرژی خورشید ارزان‌ترین منبع تولید برق تلقی شده و هزینه‌های تولید آن کمتر از مخارج تولید برق با استفاده از نیروگاه‌های حرارتی سنتی با سوخت های فسیلی گردد. همچنین احتمال داده می شود که استفاده از این فناوری در لوازم و دستگاه‌های بیشتری منجمله لپ‌تا‌پ‌ها، تلفن های همراه، کوله پشتی ها و همچنین پوشاک افراد، رایج گردد. در ضمن بعید نیست که انرژی خورشیدی در مناطق وسیعی از آسیا و آفریقا که در حال حاضر طیف وسیعی از جوامع آنها از نعمت دسترسی به برق محروم‌اند، تحولات و دگرگونی‌های چشمگیری را موجب شود. انرژی خورشیدی در سهولت استفاده و همچنین در میان مولدهای مختلفی که با سوخت های فسیلی کار می کنند، بی رقیب است. به نظر می رسد که این پتانسیل و توانایی بالای انرژی خورشیدی، در آینده ای نزدیک، سایر منابع انرژی را شدیداً تحت تأثیر قرار دهد.
برق و گرمایش خورشیدی :
برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدیِ تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می‌گردد. این پدیده با سیستم‌های تأمین آب گرم و یا گرمایش خورشیدی که در آن ها از انرژی خورشید برای بالا بردن دمای آب یا هوا بهره گرفته میشود، کاملاً متفاوت است.با وجودی که کمی بعدتر ملاحظه خواهید کرد که نحوه‌ی مکان‌یابی هر دو سیستم با هم مشابه بوده و به یکدیگر بسیار نزدیک می باشند، ولی عملاً در این کتاب به آن مقوله نمی پردازیم. اگر هدف تان این است که برای تأمین گرمایش از انرژی خورشید استفاده کنید، در نظر داشته باشید که بازده سیستم های گرمایش خورشیدی بسیار بهتر از نمونه های تولید کننده ی برق خورشیدی بوده و برای تأمین یک میزان انرژی مشخص، به پنل‌ها یا به عبارت دیگر، کلکتورهای کوچکتری نیاز خواهید داشت. هرجا صحبت از برق خورشیدی می شود، پای سلول‌های فتوولتائی (یا اختصاراً pv) که در قالب پنل‌های خورشیدی به تولید برق می پردازند هم به میان کشیده می شود. به هر حال توجه داشته باشید که در تمام صفحات این کتاب، هر جا که به پنل‌های خورشیدی اشاره می شود، منظور، مجموعه یا سیستم هائی است که با داشتن سلول‌های فتوولتائی قادر به تولید برق از انرژی خورشید بوده و با سیستم های گرمایش خورشیدی هیچ سنخیتی ندارند.
منشأ توان خورشیدی :
در اعماق خورشید و قسمت مرکزی این کره ی سوزان، واکنش های هسته ای عظیمی رخ می‌دهند که موجب انتشار تابش‌های شدیدی از آن می گردد. این تابش‌ها به نوبه ی خود باعث ایجاد فوتون ها یعنی حامل های انرژی نوری می گردند. فوتون ها فاقد جرم فیزیکی بوده ولی مقادیر قابل توجهی از انرژی را با خود حمل کرده و بالطبع، از تکانه یا اندازه‌ی حرکت بالایی برخوردارند. فوتون‌های مختلف، حامل انرژی های نوری با طول موج های گوناگونی می باشند. برخی از آنها حامل نور نامرئی (مادون قرمز و ماوراء بنفش) بوده و گروهی دیگر نورهای مرئی (سفید) را انتقال می دهند. فوتون‌ها به تدریج و از مرکز خورشید، راهی سطح خارجی آن می شوند. گاهی اوقات این نقل و انتقال و جابجایی ممکن است چیزی در حدود یک میلیون سال به طول بیانجامد! ذرات یاد شده پس از رسیدن به سطح خارجی خورشید با سرعتی در حدود یک میلیارد کیلومتر بر ساعت در فضا منتشر می شوند. با همه ی این ها، هر فوتونی که از سطح خورشید در فضا پراکنده می شود، در حدود هشت دقیقه بعد به سطح سیاره ی ما، یعنی زمین می رسد.
در این مسیر طولانی، یعنی فاصله ی خورشید تا زمین، پاره ای از فوتون ها به سایر ذرات موجود در فضا برخورد کرده و از مسیر خود منحرف می شوند و در تصادم با هر چیزی که جاذب تابش‌های خورشیدی باشد، گرما تولید می کنند. علت این که در یک روز آفتابی گرم تان می شود این است که بدن شما فوتون‌های ساطع شده از خورشید را جذب می‌نماید. آتمسفر یا جو زمین، بسیاری از این فوتون‌ها را قبل از رسیدن به سطح خود، جذب می نماید. این، یکی از دو علتی است که باعث می شود در اواسط روز، خورشید را گرم تر احساس کنیم. در این ساعات، خورشید تقریباً در بالای سرمان واقع شده و فوتون‌ها برای رسیدن به سطح زمین، مسیر کوتاه تر یا به عبارت دیگر، لایه‌ی نازک تر و رقیق تری از جو اطراف سیاره‌ی ما را می پیمایند، در حالی که در حوالی غروب و ساعات پایانی روز، چون خورشید در حال غروب کردن بوده و اشعه‌ی آن به صورت مایل به زمین می تابد، فوتون‌ها مسیر طولانی‌تر، غلیظ تر و متراکم تری را طی میکنند (شکل 1- 1).
برهان مزبور درباره ی سرد بودن نسبی یک روز آفتابی زمستانی در قیاس با یک روز آفتابی تابستانی نیز صادق است. در این حالت و با توجه به آنکه در فصل زمستان، به خاطر انحراف محور گردش زمین از وضعیت عمودی، از خورشید دور می شود، فوتون ها ناچارند مسیر طولانی تر و به تبع آن، غلیظ تری را طی نمایند (شکل 1- 1).
![]()
دلیل دیگری که در توجیه گرم‌تر بودن خورشید در ساعات میانی روز نسبت به ساعات پایانی میتوان ارائه داد این است که شدت و میزان تراکم فوتون ها در میانه ی روز بسیار بیشتر است. وقتی به دلیل زاویه ی موقعیت شما در روی زمین نسبت به خورشید، خورشید در ارتفاع پایین تری قرار می گیرد، فوتون ها در فواصل طولانی تری پراکنده می گردند.
مبانی برق خورشیدی :
یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده‌ای که اثر فتوولتائی نامیده می شود، استفاده می کند. این پدیده در اوایل قرن نوزدهم و به توسط دانشمندانی کشف گردید که با تحقیقات مستمر و گوناگون متوجه شدند که مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند، باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند. برای خلق این پدیده، دو لایه از مواد نیمه هادی خاص را باید با یکدیگر تلفیق نمود (شکل 2- 1).
یکی از این لایه ها باید با کمبود الکترون ها مواجه باشد. لایه های مزبور در مواجهه با نور خورشید، فوتون‌ها را جذب می کنند. با این عمل، الکترون ها تحریک شده و برخی از آن ها از یک لایه به لایه بعدی جهیده و با این کار خود، باعث ایجاد یک جریان الکتریکی می گردند.
![]()
![]()
ماده‌ی نیمه هادی که در ساخت سلول خورشیدی به کار می‌رود، سیلیکون بوده و به صورت پولک‌های بسیار نازکی بریده و آماده سازی می شود. برای ایجاد یک حالت عدم توازن الکترونی در این لایه‌ها، به برخی از آن ها یک ناخالصی شیمیایی اضافه می گردد. پس از ایجاد این لایه ها، آن ها با نظم خاصی در کنار هم قرار گرفته و از مجموعه ی شان، یک سلول خورشیدی ایجاد می گردد. وقتی این مجموعه در معرض تابش نور خورشید واقع می شود، جریان الکتریسیته ای در آن تولید می گردد که از سرسیم‌های ظریفی که به دو طرفش متصل شده، قابل دریافت می باشد (شکل 3- 1).