انرژی گرمایی خورشیدی

انرژی گرمایی خورشیدی شکلی از انرژی می باشد. از این تکنولوژی برای تحت کنترل درآوردن انرژی خورشیدی استفاده می شود؛ برای مثال جهت تولید انرژی گرمایی یا الکتریکی برای استفاده در صنعت، در بخش های مسکونی و بخش های تجاری.

انرژی گرمایی خورشیدی ۱

تاریخچه

در نمایشگاه جهانی سال ۱۸۷۸ در پاریس، Augustin Mouchot یک کلکتور خورشیدی با یک موتور خنک کننده را نشان داد که بستنی درست می کرد.

راه اندازی تجهیزات انرژی حرارتی خورشیدی برای اولین بار تقریبا در سال ۱۹۱۰ در Sahara (بیابانی در شمال آفریقا) توسط فرنک شومن انجام شد؛ هنگامی که یک موتور بخار با بخار تولید شده توسط آفتاب شروع به کار کرد. از آن جا که موتور های سوخت مایع رشد یافته و مناسب تر به نظر می آمدند، پروژه Sahara رها شد تا چند دهه بعد دوباره بررسی شود.

انرژی گرمایی خورشیدی ۲

سیستم های گرمایشی/سرمایشی

سیستم های بکار گیری انرژی حرارتی خورشیدی با دمای پایین، شامل ابزار هایی برای جذب و جمع آوری گرما می باشند؛ معمولا ذخیره سازی گرما، بطور کوتاه مدت یا فصلی است و در شبکه گرمایی یک سازه یا منطقه توزیع می شود. در بعضی موارد بیش از یکی از این فعالیت ها وابسته به مشخصه واحدی از سیستم است ( برای مثال برخی از کلکتور های خورشیدی گرما را نیز ذخیره می کنند). برخی سیستم ها منفعل هستند و بقیه فعال (یعنی به انرژی خارجی دیگری برای فعالیت احتیاج دارند).

در ایالات متحده، سیستم های گرمایشی و تهویه هوا (HVAC) بیش از ۲۵% انرژی استفاده شده در ساختمان های تجاری (۵۰% در شهرهای شمالی) و تقریبا نیمی از انرژی مصرفی ساختمان های مسکونی را به خود اختصاص می دهند. برای جبران بخشی از این انرژی می توان از تکنولوژی های گرمایش خورشیدی، خنک سازی و تهویه هوا استفاده کرد.

در اروپا، از اواسط دهه ۱۹۹۰ حدود ۱۲۵ نیروگاه حرارتی-خورشیدی گرمایش منطقه ساخته شده است که هر کدام شامل بیش از ۵۰۰ مترمربع کلکتور خورشیدی می باشند. بزرگترین آن ها حدود ۱۰,۰۰۰ متر مربع با ظرفیت گرمایی ۷ MW می باشد. همچنین هزینه گرمای خورشیدی حدود ۴ یوروسنت برای هر کیلووات در ساعت است. ۱۴ کشور اروپایی و کمیسیون اروپا در برنامه گرمایش خورشیدی منطقه ای شراکت دارند. این برنامه درجهت توسعه فنی و بازار کار کرده و کنفرانس های سالانه برگزار می کند.

خنک کننده های خورشیدی

تا سال ۲۰۱۱ در دنیا حدود ۷۵۰ سیستم خنک کننده با پمپ های حرارتی خورشیدی وجود داشت، و رشد سالانه بازار در طول ۷ سال گذشته ۴۰ تا ۷۰ درصد بود. به همین ترتیب، ساعت های سرمایش سالانه حدود ۱۰۰۰ در مدیترانه، ۲۵۰۰ در آسیای جنوبی، و تنها ۵۰ الی ۲۰۰ در اروپای مرکزی ست. با این حال، هزینه های ساخت سیستم حدود ۵۰ درصد بین سال ۲۰۰۷ و ۲۰۱۱ کاهش یافته است.

خشک کن های خورشیدی

انرژی گرمایی خورشیدی می تواند در زمینه خشک کردن چوب در ساخت و ساز مفید باشد؛ همچنین سوخت های چوبی مثل خرده چوب برای احتراق. این انرژی همچنین برای محصولات غذایی مثل میوه ها، غلات و ماهی استفاده می شود. خشک کردن محصولات توسط وسایل خورشیدی با محیط زیست سازگار است و همچنین در عین بهبود کیفیت، مقرون به صرفه می باشد. هرچقدر هزینه تولید یک محصول کمتر باشد، به قیمت کمتری هم به فروش می رسد و باعث رضایت هر دو طرف فروشنده و خریدار می شود.

انرژی گرمایی خورشیدی ۳

تقطیر

در برخی مناطق که دستیابی به آب تمیز آسان نیست، از دستگاه های تقطیر می توان برای تهیه آب آشامیدنی استفاده کرد. تقطیر خورشیدی در این مواقع برای عرضه آب تصفیه شده به مردم ضروری است. انرژی خورشیدی آب را داخل دستگاه تقطیر داغ می کند. سپس آب تبخیر شده و در کف محفظه شیشه ای میعان می شود.

گرمایش فضا

مجموعه ای از فن آوری های تکمیل شده بنام “ذخیره انرژی گرمایی فصلی” (STES) قادر به ذخیره گرما برای ماه هاست؛ بنابراین گرمای خورشیدی ای که در ابتدا در تابستان ذخیره شده است، می تواند برای گرمایش کل سال استفاده شود. تکنولوژی تامین انرژی خورشیدی STES در درجه اول در دانمارک، آلمان و کانادا پیشرفت کرده است و برنامه های کاربردی شامل ساختمان های انفرادی و شبکه های گرمایش منطقه ای می شوند.

کاربرد آب

طرحی که برای چگالش یا خنک سازی به آب احتیاج داشته باشد، ممکن است با مکان نیروگاه های خورشیدی در مناطق بیابانی (دارای تابش خورشیدی خوب اما منابع محدود آب) ناسازگار باشد. این ناسازگاری با برنامه های شرکت آلمانی Solar Millennium شرح داده شده است تا در دره امارگوسا نوادا کارخانه ای احداث کند که ۲۰% آب موجود در منطقه را احتیاج دارد. برخی دیگر از کارخانه های طرح ریزی شده توسط کمپانی های دیگر در صحرای موجاوه کالیفرنیا نیز ممکن است تحت تاثیر دشواری دستیابی به مقادیر مناسب و کافی آب قرار گرفته باشند. درحال حاضر، قانون آب کالیفرنیا استفاده از آب آشامیدنی را برای سیستم های خنک کننده ممنوع کرده است.

طرح های دیگر احتیاج به آب کمتری دارند. مرکز تاسیسات خورشیدی ایوانپا در جنوب شرقی کالیفرنیا توسط تبدیل بخار به آب با استفاده از خنک کننده هوا، آب کمیاب بیابانی را ذخیره می کند. پس از آن، آب در یک فرآیند بسته به دیگ بخار باز می گردد که این امر نیز با طبیعت سازگار است.