1- سیستم گرمایش خورشیدی غیرفعال
مقدمه
:
انرژی غیر فعال خورشیدی میتواند باعث
كاهش هزینههای جانبی و بدستآوری گرما در دفاتر و ساختمانها
شود بگونهای كه نیاز به جای خاص نداشته و راحتی و آسایش محلی
را نیز سلب نمینماید. ذخیره گرما، كنترل نیروی خورشیدی بصورت
موثر، و سایبانها از اجزای مهم سیستم گرمایش خورشیدی غیر فعال
در یك ساختمان میباشند. استراتژی بكارگیری سیستم گرمایش
خورشیدی معمولا میبایست همراه با دیگر موارد ذخیرهساز انرژی،
نظیر چگونگی نوردهی، سیستم تهویه و خنكسازی، مورد توجه قرار
گیرد. با وجود آنكه، نیاز گرمایی یك ساختمان اداری بصورت متوسط
میباشد، معمولا گرم نمودن یك ساختمان در صبح قبل از آنكه
دیوارهای آن گرم شود ضروری میباشد. انرژی بدست آمده خورشیدی
را میتوان برای این منظور مورد استفاده قرار داد، و بدین صورت
نیاز به ادوات گرمایش جانبی كاهش خواهد یافت. شرایط لازم جهت
استفاده از گرمایش غیر فعال. 1- میزان انرژی بدست آمده از
محدودههای خاص تجاوز نمیكند. 2- آب و هوای ناحیهای كه در
آن ساختمان مورد نظر وجود دارد خود بعنوان یكی از ملزومات
بدستآوری گرمای فضایی بشمار میآید. 3- تابش خورشیدی موجود
باشد. معمولا گفته میشود كه انرژی خورشیدی برای مواردی نظیر
روشنایی، تامین برق كامپیوتر در ساختمانهای تجاری غیر ضروری و
زائد میباشد. با این وجود، برخی از مطالعات نشان داده است كه
چنین اظهاراتی غلو بوده و درست نمیباشد. موارد اندازهگیری
شده نشان میدهد كه برق و ادوات آن معمولا در موارد كمتر از
آنچه تصور میشود به كار میآید. بسیاری از مدلهای جدید
استفاده از برق میتوانند در زمان عدم استفاده مصرف برق را
پایین آورند. علاوه بر این، مصرف الكتریسیته به هنگامی كه نور
خورشید در روز وجود داشته باشد، به میزان قابل توجهی كاهش
مییابد. نیاز برای مصرف الكتریسیته بصورت كاراتر موارد جدیدی
را در استفاده از انرژی خورشیدی، بصورت نور خورشید در روز، و
همچنین منابع گرمای فضایی عنوان نموده است. آب و هوای
ناحیهای كه در آن ساختمان مورد نظر وجود دارد خود بعنوان یكی
از ملزومات بدستآوری گرمای فضایی بشمار میآید. ساختمانهای
اداری در كشورهای كه دارای آب و هوای گرم میباشند دارای نیاز
به یك سیستم گرمایش كمتری در مقایسه با كشورهای كه دارای آب و
هوای سردتر هستند میباشند. با این وجود،حتی در نواحی گرم
ممكن است استفاده از منابع گرمایی در غیاب بده خورشیدی ضروری
باشد. شبیهسازیها در خصوص یك ساختمان مدرن اداری، دارای
عایقبندی مناسب بوده و از آخرین تكنولوژی بهره میبرد. ما این
موارد را در چارچوب
IEA
گرمای خورشیدی و و خنكسازی
XI
به انجام رساندیم. برای این شبیهسازیها از اطلاعات آب و هوایی
اسلو، زوریخ و روم استفاده گردید. با وجود آنكه ساختمانها در
این مناطق به میزان زیادی عایقكاری گردیده بود باز به بده یا
محصول خورشیدی به میزان 6 الی 32% نیاز بود(برحسب منطقه و زمان
سال). چنانچه ساختمان در روم بود، میزان بده خورشیدی برای گرم
كردن آن كافی مینمود. در اسلو، بیشترین میزان بده خورشیدی در
مارس حاصل میگردد. این ماهها برای زوریخ فوریه و برای روم
ژانویه میباشد. تغییرات تعادل انرژی ساختمان از ساعت به ساعت
و ماه به ماه در طول سال. جدول 1/2 نشاندهنده كل مجموع میزان
انرژی مصرف شده در ماه(kWh)
برای یك دفتر 54
m2
بسمت جنوب در لندن میباشد. این اطلاعات براساس مدل انرژی
استفاده شده برای منحنیهای ارائه اطلاعات در روش
LT
بوده كه یك روش دستی براساس روش ریاضی پیچیده میباشد. این روش
به راحتی میتواند ابزاری را برای ساختمانهای غیر مسكونی طراحی
نماید. این ابزار بوسیله گروه معماری اروپا توسعه داده شد و
ستونهای 1و2و3و4 به ترتیب معرف گرمایش، سرمایش و نور و كل مصرف
می باشند. تجمع : به هنگامی كه تابش خورشیدی برروی یك عنصر
شفاف میتابد، این عنصر نور خورشید را انعكاس داده و یا آنكه
بصورت جزئی آنرا جذب مینماید . مقدار جذب شده سپس بصورت موج
بزرگ تابشی بر روی جداره عنصر شفاف بازتابیده میشود. مسیر و
شیب پنجرهها : میزان موجود بودن تابش خورشیدی به یك سطح مشخص
برحسب میزان تابش و شیب آن میباشد. نیروی انتقال خورشیدی : كل
انتقال انرژی، و بنابراین بدههای خورشیدی به سمت عنصر شیشهای
برحسب خصیصههای نوری، ضخامت و تعداد لایههای مواد شیشهای
بكار رفته میباشد. نسبت بكار بردن شیشه : با وجود آنكه شیشه
انرژی خورشیدی را پشتیبانی مینماید، بعنوان یك ماده ضعیف برای
مصارف عایقكاری شناخته شده است. بطور مثال، شیشه دو جداره 10
برابر دارای خاصیت رسانای گرمایی بیشتری در مقایسه با دیوار
ایزوله مات میباشد. میزان از دست رفتن گرما بوسیله پنجره به
هنگامی كه سطح پنجره افزایش مییابد، تا آنكه بتواند میزان
بیشتری از نور خورشید را جذب كند، بیشتر خواهد بود. مقایسه
مصرف انرژی : مصرف در یك روز آفتابی بصورت
kWh
محاسبه گردیده است. مقادیر مثبت معرف نیاز به گرما و منفی معرف
نیاز به سرما میباشد. در كلیه موارد مصرف برای موقعیتهای كه
هیچگونه تهویه مطبوع و یا محافظت از خورشید وجود ندارد محاسبه
گردیده است. گرم نمایی قبلی هوای تهویه : هوای تهویه را
میتوان در صورتی كه هوا در فضاهای تجمعی جمع گردیده باشد و یا
در معرض تابش خورشیدی قرار گرفته باشد را بصورت گرمایش از قبل
در آورد. آتریا : هماهنگی یك اتریوم در ساختمان اداری میتوان
بوسیله گرمای قبلی توسط تهویه مطبوع باعث ذخیره انرژی گردد.
اتریوم یا فضای خورشیدی، بعنوان یك مفهوم، ممكن است، علاوه بر
میزان بدههای خورشیدی چنانچه رو به جنوب قرار گرفته
باشد، بعنوان یك نوآوری فضای باز تلقی گردد كه مهیاكننده نور
طبیعی و تهویه مطبوع در ساختمان اصلی باشد. كلیه این عملكردها
ممكن است در ذخیره انرژی سهم داشته باشد. نوع شیشهكاری و سطح
عایق : چنانچه آتریوم گرم نشود، میبایست با گرم كردن قبلی آن
توسط سیستم تهویه مطبوع دو جداره اقدام نمود. پیكربندی
شیشهها : بیشترین آتریاها دارای پوشش شیشهای در تقریبا كل
سطح بیرونی خود میباشند. بیشتر این شیشهها دارای شیب بوده تا
آنكه حالت سه گوشی، لچكی یا شیروانی را بوجود آورند. این نوع
پیكربندی شیشه باعث بدست آوردن انرژی خورشیدی از سراسر آسمان
میگردد و بدینوسیله نور داخل آتریوم را حتی به هنگام تابش كم
خورشیدی تامین مینماید. ظرفیت گرمایی : شبیهسازیهای
رایانهای یك ساختمان با یك آتریوم خطی جهت دسترسی به تاثیر
افزایش توده در یك محدوده متوسط در كلیه شرایط آب و هوایی مورد
استفاده قرار گرفت. جایگزینی ساختار دارای چارچوب چوبی با
بلوكهای بتونی باعث كاهش بسیار كمی در نیاز به گرما در آتریوم
و یا نواحی مجاور و در هر یك از مناطق مطالعه شده(معمولا كمتر
از 1%) گشته است. ذخیره : هدف از ذخیره گرمایی نگهداری گرما
مازاد بر احتیاج كنونی و رهاسازی آن به هنگام احتیاج میباشد.
تابش خورشیدی كه به مادهای میتابد بوسیله آن جذب گردیده
سپس به گرما تبدیل شده و در اجرام آن ذخیره میگردد. پس از آن
این ماده بوسیله رسانا بتدریج گرم شده و گرمای آن انتشار
مییابد. ذخیره گرمایی در دفاتر اداری : ذخیره انرژی خورشیدی
در ساختمانهای اداری جهت كاهش گرمای بیش از حد و بهترین
استفاده بدههای غیر فعال خورشیدی مهم میباشد. ذخیره بدههای
خورشیدی غیر فعال : نیازمندیهای ذخیره گرمایی در دفاتر(جائیكه
میتوان تنظیم ترموستات را برای ساعت 18 به منظور استفاده از
گرما بكار برد) با نیازمندیهای گرمایی ساختمانهای مسكونی
متفاوت میباشد(جائیكه ترموستات ممكن است تا ساعت 22 عمل
ننماید) كاهش گرمای زیاد : اینترسی همچنین در طی تابستان و یا
در طی دورههای اوج گرم میتواند بسیار مفید باشد. موارد مهم
آن نه تنها برحسب ذخیره بیشتر گرمایی و بنابراین كاهش
پیكهای دما میباشد، بلكه، باعث تهویه مطبوع در شب نیز خواهد
شد. سیستمهای دیوار تودهای : دیوار تودهای یك مفهوم خورشیدی
غیرفعال میباشد كه بطور همزمان 3 تابع مختلف را پوشش میدهد.
پنجرههای داخلی در دیوار توده : پنجرههای داخلی در دیوار
توده اجازه میدهد تا نور مستقیم خورشید و بدههای خورشیدی در
بین توده نمای خارجی نفوذ نماید. با این وجود، ناحیه موثر و
حجم ذخیره كاهش مییابد. دیوار توده منفذدار (دیوار ترومبی) به
هنگامی كه توده دیوار دارای منافذ طبیعی یا مكانیكی باشد،
انرژی خورشیدی سریعتر و با كارایی بیشتری به ساختمان منتقل
میشود. ادوات سایبان : محافظت خورشیدی قابل حمل در جلوی دیوار
اجازه كنترل سیستم جهت ممانعت از گرمای زیاد در روزهای
گرم و كاهش از دست رفتن گرما را در شب میدهد. محافظت خورشیدی
قابل حمل هزینههای كلی را افزایش میدهد، اما برای راحتی لازم
است. دیوار توده ایزوله شده : در مورد دیوار توده
منفذدار(دیوار ترومبی)، دیوار ممكن است جهت كاهش از دست رفتن
گرما ایزوله گردد. توده ذخیره فعال تنها توده در قسمت بیرونی
مواد ایزوله میباشد.
كسب اطلاعات بيشتر
2- نرژی وابسته به حرارت مركزی زمین
گرما شكلی از انرژی میباشد و انرژی
وابسته به حرارت مركزی زمین بطور تحتاللفظی یكنوع انرژی داخل
زمینی میباشد كه باعث ایجاد پدیدههای زمین شناسی در مقیاس
جهانی میگردد. انرژی گرمایی زمین در تكنولوژیهای مدرن از
گرمای طبیعی نشات میگیرد. در نتیجه، زمین مانند یك دیك بخار
میباشد كه در آن سیالات گرمایی زمین میتوانند گرمای بالا و
فشار زیاد مورد نیاز برای پیشرفت تجاری را بدست آورند. معمولا،
این سیالات در مخازنی روی میدهند كه در عمق بیش از 3000 متری
زمین قرار گرفتهاند و میتوان آنها را با استفاده از حفر چاه
بازیافت نمود. تاسیسات سطحی گرمای زمینی را به نوعی مفید از
انرژی، نظیر الكتریسیته و یا گرما برای مقاصد دیگر نظیر گرمای
خانگی، تبدیل میكنند. طبیعت منابع گرمای زمینی : موتور گرمای
زمین. گرمای داخل هسته زمین بطور مداوم بوسیله اضمحلال
ایزوتوپهای اورانیوم رادیواكتیویته، توریم و پتاسیم كه داخل
زمین وجود داشته و دارای عمر بسیار طولانیمیباشند ایجاد
میگردد. به این گرما میتوان منابع گرمایی دیگری نظیر انرژی
اولیه زمینی را اضافه نمود. گرمای تولید شده در داخل زمین و
گرمای انتشار یافته به سطح زمین به نظر غیرمتعادل میباشند
برحسب یك تئوری سیاره ما به سوی سرد شدن در حركت است با این
وجود، فرآیند سرد شدن بسیار آهسته میباشد. دمای پوسته(به
تصویر نگاه كنید) در حدود 3 بیلیون سال تنها به میزان 300 تا
350 درجه كاهش یافته است و در حدود 4000 درجه در مركز آن
باقیمانده است. ارزیابیهای به عمل آمده در بیش از 25 سال پیش
كل مجموع گرمای زمین را محاسبه نموده و میانگین دمای سطح 15
درجه را تخمین زده است، در یك ترتیب 12.6x10E24MJ،
و همچنین ترتیب پوسته 5.4x10E21MJ
. بنابراین انرژی گرمایی زمین بسیار زیاد بوده و تنها انسان
قسمت كوچكی از آن را میتواند مورد بهرهبرداری قرار دهد.
تاكنون این بهرهبرداری از انرژی به مناطقی محدود گردیده كه
شرایط زمینشناختی(آب در فاز مایع یا بخار) اجازه انتقال گرما
از نقاط عمیق گرم به نزدیك سطح را میداده است و از اینرو
منابع زمینشناختی را فراهم مینموده، اما تكنیكهای جدید و
نوآوری شده ممكن است در آیندة نزدیكی دیدگاههای جدیدی را در
این زمینه بوجود آورد. گرادیان زمینشناختی توضیحدهندة افزایش
دما در عمق پوستة زمین میباشد. دسترسی به اعماق زمین كه
بوسیلة حفاری با تكنولوژی جدید حاصل گردیده نشان داده است كه
میانگین گرادیان گرمای زمین در حدود 2.5-30C/100m
میباشد. بطور مثال، چنانچه دما در چندمتر اول زیر سطح
زمین،كه بصورت میانگین مساوی دمای متوسط سالیانة فضای خارجی
یعنی 15 درجة سانتیگراد میباشد، بنابراین ما میتوانیم به طور
منطقی تصور كنیم كه دما در عمق 2000 متر 65 تا 75 درجة
سانتیگراد باشد. در عمق 3000 متر و بیشتر نیز دما در حدود 90
تا 105 درجة سانتیگراد خواهد بود. با این وجود، نواحی وسیعی
وجود دارد كه در آن گرادیان گرمای زمین از مقدار میانگین فاصله
دارد، نواحی مانند صخرههای عمیق كه در زیر زمین فرو رفته و
حوضچههایی كه با رسوباتی كه از نظر زمین شاختی بسیار جوان
میباشند پوشیده گردیده است. گرادیان گرمای زمین ممكن است كمتر
از 10C/100m
باشد. از طرف دیگر، در برخی از نواحی گرمای زمین، گرادیان حتی
بیش از 10 برابر حد میانگین خواهد بود. سیارة ما متشكل از یك
پوسته، با ضخامتی در حدود 20 تا 65 كیلومتر مربع در نواحی
قارهای و 5 تا 6 كیلومتر مربع در نواحی اقیانوسی، یك لایه با
ضخامت 2900 كیلومتر و یك هسته با شعاع در حدود 3470 كیلومتر می
باشد. پوسته، لایه و هسته زمین : ناحیة بالا به راست: یك بخش
به سمت پوسته و بالاترین سطح لایه. خصیصههای شیمیایی و
فیزیكی پوسته، لایه و هسته با سطح و مركز زمین متفاوت میباشد.
بیرونیترین سطح زمین به نام لیتوسفر خوانده میشود كه بالای
سطح پوسته و بالای سطح لایة زمین قرار گرفته است. ضخامت آن از
حداقل 80 كیلومتر در نواحی اقیانوسی تا بیش از 200 كیلومتر در
نواحی قارهای میباشد. خصیصة لیتوسفر داشتن یك بدنة سخت
میباشد. در زیر لیتوسفر ناحیهای به نام استنوسفر ، با 200 تا
300 كیلومتر ضخامت قرار دارد كه دارای سختی كمتر و
انعطافپذیری بیشتر میباشد. به عبارت دیگر، در یك مقیاس
زمینشناختی، جاییكه زمان در حدود میلیونها سال قبل
اندازهگیری شده است، این قسمت از زمین دارای رفتاری مشابه با
یك جریان سیل در برخی از فرآیندهای خود میباشد. بواسطه تفاوت
در دمای بین قسمتهای مختلف استنوسفر، حركتهای رسانای گرمایی و
احتمالاً سلولهای رسانای گرمایی در حدود دهها میلیون سال قبل
تشكیل یافتهاند. حركت كاملاً آهستة آنها(چندین سانتیمتر در
سال) بوسیله تداوم تولید گرما از طریق اضمحلال عناصر
رادیواكتیو و گرمای متصاعد شده از عمیقترین قسمتهای زمین ناشی
گردیده است. حجمهای بسیار بزرگی از صخرههای گرم با تراكم كمتر
و دارای گرمای بیشتری از مواد اطراف، باعث تداوم این حركت به
سوی بالا گشته است. در حالیكه صخرههای سردتر، متراكمتر و
سنگینتر نزدیك سطح زمین تمایلی به فرورفتگی، داشتن گرمای مجدد
و بازگشت به سطح داشتند، كه بسیار مشابه با جوشیدن آب در یك
كتری میباشد. در نواحی كه لیتوسفر نازكتر میباشد، و مخصوصاً
در نواحی اقیانوسی لیتوسفر به سمت بالا آمده و بوسیله مواد
مذاب بسیار داغ كه از استنوسفر ناشی میشود، مترادف با بالا
آمدن قسمتی از سلولهای رسانا، شكسته می گردد. چنین مكانیسمی
باعث تولید برآمدگیهای پراكنده در قدیم و حالحاضر گردیده كه
بیش از 60.000 كیلومتر زیردریا را پوشش داده و در برخی از
نواحی به سطح آب میآید (نظیر جزیره ازورس). این پدیده حتی در
بین قارهها نیز روی میدهد مانند دریای سرخ. قسمت نازكی از
صخرههای مذاب پدیدار شده از استنوسفر نیز باعث بوجود آمدن
پوستههای سخت گردیده و در تماس با آب دریا منجمد شده و پوسته
جدید اقیانوسی را بوجود آورده است. سیستمهای گرمایی زمین :
گرمای زمین را میتوان در مناطقی كه دارای گرادیان زمین گرمایی
معمولی و یا فوق معمول میباشند یافت، مخصوصا در كنارههایی كه
ممكن است گرادیان گرمایی زمین بیشتر از حد میانگین باشد. در
حالت اول سیستم بواسطه گرمای پایین آن مشخص میگردد كه معمولا
بیش از 100 درجه در عمق اقتصادی آن نمیباشد. استفاده از گرمای
مستقیم : استفاده از گرمای مستقیم یك از قدیمیترین،
تطبیقپذیرترین و شایعترین موارد استفاده از انرژی گرمایی زمین
بحساب میآید. گرمای فضا و ناحیه، كاربردهای كشاورزی، آبزیان و
مصارف صنعتی بعنوان شناختهترین نوع بهرهگیری از این سیستم
وجود دارد، اما روشهای دیگری نیز در دست تهیه میباشد. كشاورزی
: كاربردهای كشاورزی سیالات گرمایی زمین شامل كشاورزی میدان -
باز و گرمایش گلخانهای میباشد. آب گرمایی را میتوان در
كشاورزی میادین باز به منظور آبیاری و یا گرم كردن زمین مورد
استفاده قرار داد. بزرگترین اشتباه در خصوص آبیاری با آب گرم
در آن است كه به منظور بدست آوردن هرگونه گوناگونی مفید در
دمای خاك، چنین میزان زیادی از آب در دمایی پایینتر مورد نیاز
بوده تا از بروز هرگونه آسیب به گیاهان بر اثر پوشیده شدن زمین
با آب جلوگیری بعمل آید. كاربردهای صنعتی : كل محدوده دمای
سیالات گرمایی زمین، چه بخار و چه آب، را میتوان برای
كاربردهای صنعتی بكار برد. نمونههای متفاوت و محتمل
بهرهبرداری شامل فرآیند گرمایی، تبخیر، خشككن، تقطیر،
استریل، شستشو، یخ زدایی، استخراج نمك و مواد شیمیایی به همراه
بازیافت روغن میباشد. هم اكنون پردازش صنعتی گرما در 19 كشور
انجام میگیرد، جائیكه بنظر تاسیسات نصب گشته بزرگ بوده و مصرف
نیز زیاد میباشد. چند نمونه از این مثالها عبارتند از: بعمل
آوری بتن، بطر نمودن آب و آشامیدنیهای كربناتدار، تولید
قطعات وسایل نقلیه و كاغذ، بازیافت نفت و روغن، پاستوریزه
نمودن شیر، صنایع چرم، استخراج مواد شیمیایی، استخراج
CO2،
رشد قارچ و موارد استفاده در رختشویی، استخراج نمك و خشكسازی
زمینی جدار سیلیسی، فرآیندهای پردازش خمیر و كاغذ و تولید
بورات و اسید بوریك. پمپهای گرما : سیستمهای تهویه مطبوع(گرما
و سرم) از دهه 1980، در پی معرفی و استفاده گسترده از پمپهای
گرمایی، رشد قابل ملاحظهای یافته است. انواع مختلف پمپهای
گرمایی موجود به ما اجازه میدهند تا بتوانیم از محتویات گرمای
بدنههای كم دما بنحو احسن بهره ببریم، نظیر زمین، حوزههای
كمعمق آب، مخازن و غیره. الكتریسیته گرمایی زمین : انرژی
گرمایی زمین جهت تولید الكتریسیته دارای توان بالقوه زیادی
میباشد. در حدود 8 هزار مگاوات الكتریسیته بوسیله انرژی زمین
در سراسر جهان تولید میگردد. در ابتدا یك ایستگاه نیروی
گرمایی زمین با خروجی 250Kwe
در سال 1904 در ایتالیا تاسیس گردید. آب دمای ـ معتدل : برای
آب در دمای كمتر از 200 درجه سانتیگراد، تكنولوژی سیكل باینری
پرهزینهتر میباشد. در این سیستمها، مایع گرمایی زمین داغ
باعث تبخیر مایع ثانویه و كار با آن شده و موجب چرخاندن توربین
و ژنراتور می گردد. آینده انرژی گرمایی زمین : مخزنهای
هیدروترمال تنها منبع ممكن برای الكتریسیته گرمایی زمین
نمیباشند. صخرههای خشك گرم توانایی بالقوه برای تولید
الكتریسیته را دارا میباشند. انرژی صخرههای خشك داغ از
صخرههای داغی كه نسبتا عاری از آب میباشند در عمقهای مختلف
بدست میآید. یكی از راههای استخراج انرژی چرخش آب در صخرههای
بوجود آمده توسط انسان می باشد. محیط : در گذشته، هنگامی كه
محیط ما در حالت سادهتری در مقایسه با امروز قرار داشت ما
آگاهی كمتری راجع به خطراتی كه ممكن است زمین را تهدید كند
داشتیم. انرژی گرمایی زمین هنوز نیز به عنوان انرژی پاك مطرح
میباشد. هیچ راهی برای تولید و انتقال انرژی بصورتی كه برای
انسانها قابل بهرهبرداری باشد بدون برجای گذاشتن تاثیرات
محیطی مستقیم یا غیرمستقیم وجود ندارد. حتی قدیمیترین و
سادهترین شكل تولید انرژی گرمایی، سوزاندن چوب، دارای
تاثیرات منفی نظیر از بین بردن جنگلها بوده است. منابع آلودگی
: در بیشترین موارد میزان تاثیرات اكتشافات گرمایی زمین
بر روی محیط زیست متناسب با مقیاس این اكتشافات میباشد. تولید
الكتریسیته در تاسیسات سیكل باینری به همان روش بر روی محیط
تاثیر میگذارد كه استفاده از گرمای مستقیم
میتواند تاثیر گذار باشد.
كسب اطلاعات بيشتر
3- كوره خورشیدی
مقدمه : آینده زمین و بشر به میزان
زیادی منوط به توانایی ما در كاهش نرخ افزایش جمعیت در كشورهای
جهان سوم با استفاده از ادوات پیشرفته میباشد. نكته كلیدی
برای این امر افزایش استانداردهای زندگی جهت فایق آمدن بر فقر
غیرانسانی و محرومیت میباشد. دسترسی به این ادوات سنتی بیش از
این كفایت نخواهد نمود. چنانچه برحسب مثال بیان گشته
پاراداكسون كشورهایی كه كشاورزی آنها بیش از 20% محصول ناخالص
ملی را تشكیل میدهد جزء كشورهایی هستند كه با فقر و گرسنگی
دست و پنجه نرم مینمایند! توسعه نیاز به انرژی و مكانیزه شدن
دارد. مصرف انرژی متناسب با محصول ناخالص ملی افزایش مییابد و
یا احتمالا به هنگامی كه رشد جمعیت بطور همزمان و بشكل نمایی
كاهش مییابد(شكل 1). بسیاری از كشورهای در حال توسعه تقریبا
دارای هیچگونه منابع انرژی نبوده و جمعیت آنها در هر 15 الی 30
سال دوبرابر میگردد. نتایج كاملا مشخص میباشد: جنگهای داخلی
و بنیادگرایی. چنانچه به این كشورهای در حال توسعه تنها میزان
حداقل انرژی اختصاص داده شود، مصرف جهانی انرژی به میزان قابل
توجهی افزایش مییابد. چه كسی میتواند چنین میزان زیادی از
انرژی را بدون تخریب اكولوژیكی و ایمنی لازم و همچنین بدون از
دست رفتن سریع منابع طبیعی به منظور حفظ آن برای نسلهای آینده
تامین نماید ؟(چرا كه كشورهای ضعیف قادر به محافظت از محیط
زیست نبوده و آشنایی چندانی با ملزومات ایمنی نیروگاههای
هستهای ندارند). خورشید! بسیاری از این كشورها به میزان كافی
از نعمت انرژی تابشی خورشید در نواحی بیابانی خود برخوردار
هستند. مورد فوقالذكر جزء مواردی میباشد كه در بیست و
یكمین جلسه كنفرانس
Rio-UN
مطرح گشته است. همه تنها براین خصوص صحبت میكنند و هیچكس
اقدامی را انجام نمیدهد. چرا؟ به واسطه آنكه این مسئله به
عنوان یك رمز خوب نگهداشته شده میماند كه استفاده از انرژی
خورشیدی آنهم در مقیاس زیاد امروزه ممكن بوده و قابل
پیادهسازی و رقابت میباشد. استفاده از تكنولوژیهای قدیمی:
انسان فرا گرفت كه چگونه از انرژی خورشیدی در مراحل اولیه
زندگی خود استفاده فعال نماید: گلخانهها، كمك جهت رشد مواد
غذایی، لوله مكش، سیستم تهویه مطبوع و خنكسازی ساختمانها و
آسیابهای بادی، مزارع ذرت و پمپهای آب. سه عنصر مهم
كورهخورشیدی ـ جمعكن شیشهای سقفی، كوره و توربینهای بادیـ
از زمانهای قدیمی شناخته میشدند. هوا به وسیله تابش خورشیدی
در زیر یك استوانه شیشهای كه گوشههای آن باز است گرم میشود.
این امر باعث میشود كه دستگاه و زمین زیر آن به صورت محفظهای
كه گرمای هوا را جمعآوری میكنند درآید. با قرار دادن
لولههای پر شده از آب در زیر سقف، آب گرم 24 ساعته تضمین
میگردد. آب در طول مدت روز گرم شده و گرمای خود را در طول شب
انتشار میدهد. این لولهها تنها یكبار پر میگردد و نیاز به
آب بعدی ندارد. در وسط سقف یك كوره عمودی قرار گرفته كه دارای
وردیهای هوای بزرگی در قسمت پایه آن میباشد. اتصال بین سقف و
قسمت انتهایی كوره غیر قابل نفوذ میباشد. از آنجائیكه هوای
گرم از هوای سرد سبكتر میباشد به سمت بالای كوره حركت
مینماید. عمل مكش از كوره موجب كشش هوای گرم بیشتر از منبع
جمعآوری گردیده و هوای سرد از محیط پیرامون بیرونی وارد
میگردد. از این رو تابش خورشیدی باعث بوجود آمدن یك كوران به
سمت بالا در كوره میگردد. انرژی حاصله با استفاده از مرحله
فشار توربینهای بادی در محل انتهای كوره تبدیل به انرژی
مكانیكی و با استفاده از ژنراتورهای متعارف تبدیل به انرژی
الكتریكی میگردد. یك كوره خورشیدی واحد با ناحیه بزرگ لعابی
بر روی سقف را میتوان به منظور تولید انرژی 100 تا 200
MW
بصورت 24 ساعته بكار گرفت. از این رو حتی تعداد كوچكی از
كورههای خورشیدی را میتوان جایگزین یك نیروگاه بزرگ هستهای
نمود. كورههای خورشیدی دارای عملكرد ساده بوده و مزیتهای چندی
را به شرح ذیل دارند : دستگاه جمعآوریكننده میتواند كلیه
تابشهای خورشیدی را، هم بصورت مستقیم و هم بصورت انتشاری، مورد
استفاده قرار دهد. این خصیصه برای كشورهای گرمسیری جایی كه
آسمان معمولا ابری میباشد بسیار حیاتی است. در این گونه
كشورها انواع دیگری نیروگاههای گرمایی خورشیدی بزرگ،
DCS
و
CRS،
كه از متمركزكنندهها استفاده میكنند و از این رو تنها نیاز
به تابش مستقیم دارند از مزیت چندانی برخوردار نیستند. دمای
گرم برای كوره خورشیدی بوسیله تاثیر گلخانهای تولید میگردد.
برای تولید این تاثیر از یك جمعآوری كننده ساده كه شامل
یك شیشه و یا لایه پلاستیكی است استفاده شده و آن را بصورت
افقی به میزان دو تا شش متر بالای زمین قرار میدهند. یك
ایستگاه برق هیدروالكتریكی برای بیابان : كورههای خورشیدی از
نظر تكنیكی بسیار مشابه ایستگاههای برقی هیدروالكتریكی
میباشند- كه تاكنون جزء تنها منبع تجدیدپذیر انرژی موفق واقعی
با مقیاس بزرگ محسوب گردیده است. طراحی كورههای بزرگ خورشیدی
: موارد اندازهگیری شده از نیروگاه فوقالذكر و برنامههای
شبیهسازی شده رفتار ترمودینامیكی كورههای خورشیدی برای طرحی
كوره خورشیدی با خروجی
MW200
یا بیشتر بكار گرفته شد. بررسیهای بیشتر بهمراه جزئیات آن، با
پشتیبانی از آزمایشات شدید تونل باد، نشان داد كه محاسبات
ترمودینامیكی برای جمعكنندهها، برجها و توربینها برای بسیاری
از نیروگاههای بزرگ نیز كاربرد داشته و قابل اطمینان میباشند.
كسب اطلاعات بيشتر
4- فوتوولتائیكها برای ساختمانها ـ بازار، تكنولوژی، معماری،
مفاهیم انرژی
خلاصه : فوتوولتائیكهای اتصال- شبكهای برای ساختمانها اكنون
بعنوان یك بازار مطرح میباشند. این امر بوسیله تعدادی از
كاربردها، كه بطور پیوسته در سه سال گذشته رشد یافته است، مشخص
گردیده است. استقلال فنی از دیگر سیستمهای تأمین انرژی در یك
ساختمان (گرمایش، سرمایش، آب گرم) منجر به پدیدار شدن یك
تكنولوژی ساده برای فوتوولتائیكها گردیده و آنها را براحتی به
زیرساختارهای فنی یك ساختمان پیوند میزند. ادوات فوتوولتائیك،
بعنوان اجزای ساختمانی، وظایف مختلفی را در محدوده آن انجام
میدهند. در صورتی كه این سیتم بدرستی نصب شده باشد، ساختاری
مثبت هم بر حسب موارد مرتبط با تامین انرژی و هم بر اساس
معماری ساختمان حاصل خواهد شد. متن زیر مقدمهای بر
تكنولوژی زیربنایی شبكه اتصال فوتوولتائیكها در ساختمانها را
عرضه نموده و آنها بصورت ارائه مثالهایی توضیح داده و معرف
هزینهها و بازده انرژی این تكنولوژی در مقایسه با دیگر
فرآیندهای ذخیره انرژی و استفاده از انرژی خورشیدی در
ساختمانها میباشد. بازاری برای فوتوولتائیكها : تولید جریان
خورشیدی بوسیله فوتوولتائیكها (PV)
حوزه كاربرد گستردهای دارد. هنگامیكه بازار جهانی مورد بررسی
قرار گرفت. تأكید واضح بر روی كاربرد به این دلیل قرار گرفت كه
هیچ منبع فوری دیگری برای جریان برق در دسترس نمیباشد.
سیستمهای فوتوولتائیكی به شكل سیستمهای معروف به سیستم خانه
خورشیدی(یك مجموعه متشكل از یك واحد خورشیدی، باطری،
كنترلكننده شارژ و وسایل برقی كوچك) جریان برق را برای
خانهها بدون اتصال به شبكه برق در مناطق روستایی آسیا و
آمریكایی جنوبی تأمین مینماید. در آنطرف این قضیه، كاربردهای
صنعتی برای
PV
كه بطور فزآیندهای در ارتباطات دور برد و تكنولوژی سیگنال
گشایش یافته است قرار گرفته . یك مثال برای این بخش ماشین فروش
با نیروی خورشیدی برای رسیدهای پاركینگمیباشد كه در حال حاضر
در آلمان سهم بازار با بیش از 70 درصد را دارا میباشد. وسایل
برقی كوچك مانند ساعتها و ساعتهای مچی ناحیه دیگری از كاربرد
به همراه تقاضای فزاینده را نشان میدهد. سیستم هیبرید
PV
در مناطق دور دست اغلب ارزانترین تأمین برق را دارا میباشد.
مثالهای خوب شامل كلبههای كوهستانی، تسهیلات توریستی در
محلهای گردشگری و غیره میباشد.
كسب اطلاعات بيشتر
5- سیستم
PVP
مقدمه : در مطالعه جاری تحقیقات تجربی بر روی سیستم
PVP
به صورت دو ویژگی مورد بررسی قرار گرفته است. یكی از این
ویژگیها تعیین خصیصههای فیزیكی اجزای سیستم میباشد تا بدین
وسیله اساس و زیربنای لازم را برای توسعه مدلهای ریاضی دقیق،
كه در شبیهسازی كامپیوتری تشریح گردیده و مورد استفاده قرار
میگیرد، در فصول زیر بوجود آورد. ویژگی بعدی شامل آنالیز جامع
رفتار عملكردی سطوح
PVP
تحت شرایط كاری میباشد تا بدین وسیله تجارب عملی را با چنین
سیستمهایی بدست آورده و همچنین بتوانیم مدلسازی عملكرد سیستم
را مورد پشتیبانی قرار دهیم. اغلب تحقیقات تجربی گزارش شده در
این فصل بر روی تأسیسات پمپ فوتوولتائیك، كه در شرایط فیلد
كاری در دانشگاه اولدنبرگ قرار داشت، انجام پذیرفت. این
آزمایشات با توجه به اندازهگیریهای آزمایشگاهی ثابت خصیصههای
اجزای سیستمها در دانشگاه اولدنبرگ، دانشكده فنی برلین و
دانشگاه نیروهای نظامی آلمان در مونیخ انجام پذیرفت. در زیر
مراحل تجربی و تستهای انجام گرفته بر روی آنها تشریح خواهد شد.
امكانات تست فوتوولتائیك بیرونی : سیستم
PVP
دانشگاه اولدنبرگ در محوطه باز فضای بیرونی نصب گردید و در سال
1994 عمل خود را آغاز نمود. تأسیسات اولیه، معرف وضعیت حقیقی
جدیدترین تكنولوژی
PVP
بود و شامل ادوات ذیل بود: ژنراتور
PV
1.9
kWp،
مبدل، پمپ سانتریفوژ كه بوسیله یك موتور غیر همزمان یا اسنكرون
تأمین میشد و همچنین یك سیستم ارسال آب. آزمایشات :
اندازهگیریهای میدانی : با استفاده از تأسیسات بیرونی تشریح
شده، هر دوی پیكربندیهای سیستمهای
PVP(جدول
1-2 ) به هنگام تابستان تحت شرایط میدانی به كار گرفته شدند.
هدف اصلی تجارب بیرونی بدستآوری داده سریهای زمان تحت شرایط
دینامیك میباشد تا آنكه بتوان مدلهای توسعه یافته برای
سیستمهای
PVP
و قطعات مربوط به آن را مورد بررسی قرار داد. اندازهگیریهای
خصیصههای پمپ : پمپها معمولا بوسیله خصیصههایH(Q,n)
تشریح میگردند.
H
مجموع كل ارتفاع ریزش مایع بوسیله پمپ میباشد.
Q
میزان جریان و
n
سرعت چرخش پمپ است. برای هر پمپ، تركیب هر یك از سه مورد بالا
لازم است تا پمپ دارای عملكرد بهینهای باشد. با این وجود،
برای سیستمهای
PVP
شرایط معمولا متفاوت میباشند. بگونهای كه جهت تشریح عملكرد
پمپ در چنین سیستمهای لازم است تا سریهای منحنیهایH(Q)
برای سرعتهای متفاوت تعیین گردیده باشد. بررسی واكنش تابع –
مرحلهای تاسیسات تست
PVP.
در تابستان 1995 اندازهگیریهای خاص در تاسیسات تست
PV
جهت بررسی واكنش تابع- مرحلهای و یا بطور ویژه برای یافتن
این موضوع كه تا چه اندازه خروجی نیروی پمپ در برابر
تغییرات ناگهانی تابش خورشیدی مقاومت مینماید صورت پذیرفت.
كسب
اطلاعات بيشتر
6- تلمبه آبی(فتو ولتائیك) خورشیدی
مقدمه : تلمبه یا پمپ آبی دارای تاریخچه طولانی میباشد، از
اینرو روشهای بسیاری جهت پمپ نمودن آب با حداقل نیروی بكار
رفته توسعه یافته است. این روشها منابع گوناگون انرژی را مورد
استفاده قرار دادهاند، كه اكثرا انرژی انسانی بوده است، ولی
از منابع دیگری نظیر نیروی حیوانی، نیروی آب، باد، خورشید و
سوختهای فسیلی برای ژنراتورهای كوچك نیز استفاده شده است.
كاربردها : پمپهای خورشیدی بطور اصولی دارای سه كاربرد میباشد
: · تامین آب روستایی · آبدهی به احشام · آبیاری . موارد
كاربرد پمپ خورشیدی برای تامین آب روستایی بطور شماتیكی در شكل
1 نشان داده شده است. با این وسیله تامین آب روستایی مورد نیاز
در طول سال انجام میپذیرد، البته در برخی از مواقع نیاز داریم
تا آب را برای مواقعی كه نور آفتاب كم باشد(تشعشع كم خورشیدی)
ذخیره سازیم. معمولا در سواحل آفریقا میزان ذخیره آب كفاف 3
الی 5 روز تقاضای آب را میدهد. در محیطهایی كه بارندگی بصورت
فصلی روی میدهد،جمع آوری آب میتواند جبران آب كاهش یافته
باشد. بیش از 6000 سیستم پمپ خورشیدی تاكنون نصب گردیده است كه
برای مقاصد تامین آب روستایی و آب احشام مورد استفاده قرار
گرفته است. تكنولوژی : این سیستمها بطور گستردهای به 5 نوع
زیر تقسیم شدهاند: دستگاه موتور مركز گریز(سانتریفوژ) چند
مرحلهای زیر آبی. این نوع احتمالا متداولترین نوع پمپهای
خورشیدی برای تامین آب روستایی میباشد. پیكربندی این نوع از
پمپها مزیت نصب آسان آن میباشد، و بوسیله لولههای نصب گشته و
موتور كه در زیر آب در جاییكه صدمهای به آن نرسد مورد
بهرهبرداری قرار میگیرد. پمپ زیرآبی با موتور نصب شده بر روی
سطح - شكل 4 . این پیكربندی بیشتر با پمپهای توربینی در ناحیه
ساحل غرب آفریقا در دهه 1970 مورد استفاده قرار میگرفت. با
این وسیله دسترسی آسان به موتور برای تعویض زغال آن راحت بود .
پمپ جایگزین مثبت متناوب – شكل 5 . پمپ جایگزین مثبت متناوب(كه
معمولا به عنوان جك شناخته میشود) بسیار مناسب برای كاربردهای
جریان كم میباشد. دستگاههای پمپ موتور شناور – شكل 6 .
تطبیقپذیری دستگاه پمپ شناور آن را به عنوان پمپ آبیاری جهت
كانالها و چاههای باز ایدهآل ساخته است. این پمپ به راحتی
قابل حمل بوده و احتمال آنكه پمپ بدون آب كار كند كم میباشد.
پمپهای كشش سطحی – شكل7. این نوع از پمپها به جز در مواقعی كه
اپراتور همیشه در دسترس باشد پیشنهاد نمیگردند. هزینهها :
سیستم پمپ فوتوولتائیك جهت پمپ كردن
m325
در روز از طریق میزان خروجی 20 متر نیاز به یك آرایه خورشیدی
درحدودwp800.
ارزیابی دسترسی به آب : بسیاری از پارامترهای مربوط به منابع
آب را میبایست بحساب آورد و در صورت امكان آنها را مورد
ارزیابی و محاسبه قرار داد. برخی از این پارامترها عبارتند از:
عمق منبع آب در زیر سطح زمین، بلندی مخزن ذخیره آب و نقطه
خروجی آب بالاتر از سطح زمین و تفاوتهای فصلی در سطح آب. افت
سطح آب پس از پمپ كردن نیز یكی دیگر از فاكتورها میباشد كه
میبایست بدان توجه نمود.
كسب اطلاعات بيشتر
7- انرژی فوتوولتائیك خورشیدی
مقدمه : فوتوولتائیك(PV)
تكنولوژیی بشمار میآید كه نور خورشید را مستقیما تبدیل به
الكتریسیته مینماید. این تكنولوژی برای اولین بار در سال 1839
بوسیله بكورل دانشمند فرانسوی مشاهده گردید. وی تشخیص داد به
هنگامی كه نور بطور مستقیم از یكسو وارد سلول باطری ساده
میشود، جریان تولید گشته دارای افزایش خواهد بود. در اواخر
دهه 1950، یك برنامه فضایی عزم لازم را برای توسعه سلولهای
خورشیدی سیلیكون بلورین بوجود آورد. اولین محصول تجاری
مولكولهای
PV
برای كاربردهای زمینی در سال 1953 با معرفی كارخانجات تولید
PV
اتوماتیك وارد بازار شد. امروزه، سیستمهای
PV
در نواحیكه از تاسیسات الكتریسیته دورند بكار میآید. موارد
استعمال آنها عبارتند از: تهیه نیروی موتورهای آبی، نور،
فریزرهای واكسن، حصار احشام بصورت الكتریفیلد، ارتباطات از راه
دور و بسیاری از كاربردهای دیگر. با توجه به نیازهای جهانی در
خصوص كاهش میزان انتشار دیاكسید كربن، تكنولوژی
PV
همچنین محبوبیت خاصی را بعنوان جریان اصلی تولید الكتریسیته
بدست آورده است. هماكنون بیش از دهها هزار مورد از آنها تحت
استفاده قرار دارند. ولی این تعداد با توجه به میزان وسیع
بالقوهای كه برای
PV
بعنوان منبع انرژی میتواند وجود داشته باشد، بسیار ناچیز و
اندك میباشد. استفاده از الكتریسیته
PV
در كشورهای در حال توسعه . اكثریت كشورهای در حال توسعه در
ناحیه گرمسیری استوا قرار گرفتهاند و از اینرو دارای منبع
كافی نور خورشیدی (كل انرژی دریافت شده از خورشید در ناحیه)
میباشند. همچنین مناطق گرمسیری حتی در فصول بارانی از
داشتن تغییر و تحول فصلی كوتاه مدت كه باعث تابش نور خورشید
میشود بهره میجویند. این بدان معناست كه، بغیر از كشورهای
صنعتی شمال، انرژی خورشید را میتوان بصورت اقتصادی در كل طول
سال بخدمت گرفت. طبیعت و مهیا بودن تابش خورشیدی : تابش
خورشیدی با حداكثر تراكم در حدود یك كیلووات در متر مربع(kWm-2)
به سطح زمین میرسد. میزان دقیق این تابش برحسب ناحیه
جغرافیایی، پوشش ابر، ساعات تابش در هر روز و غیره تفاوت
مینماید. بطور واقعی، دانسیته یا تراكم جریان خورشیدی(نظیر
تراكم نیرو) از 250 تا 2500 كیلووات ساعت در متر مربع در سال(kWhm-2
در سال ) متغییر میباشد. همانگونه كه انتظار میرود میزان كل
تابش خورشیدی در ناحیه استوا، مخصوصا در نواحی بیابانی آفتابی
بیشتر میباشد. هندسه زمین، خورشید و پانلها یا صفحات
جمعكننده : زمین با زاویه 5/23 درجه در حول محور بدور خورشید
میچرخد. این زاویه باعث بوجود آمدن فصلها میشود. نیروی تراكم
جریان خورشیدی بستگی به زاویهای دارد كه با آن به زمین برخورد
مینماید. با تغییر این زاویه در خلال سیكل سالیانه تابش اشعه
خورشیدی نیز تغییر میكند. سلول
PV
، ماژولها و آرایهها : به هنگامی كه نور بر روی سطح فعال
تابیده میشود، الكترونهای داخل سلول خورشیدی دارای انرژی
میگردند. این انرژی در تناسب با تراكم و طیف توزیع(توزیع طول
موج) نور میباشد. به هنگامی كه سطح انرژی از یك نقطه تجاوز
كرد، یك تفاوت بالقوه در طول سلول بوجود میآید. بدینوسیله
توانایی راندن جریان بسوی بار خارجی مهیا میگردد. سلولهای
خورشیدی به صورت سری و پشتسر هم به یكدیگر متصل میشوند تا
بتوانند میزان مورد نظر از ولتاژ و جریان را بدستآورند. از
آنها بوسیله قرارگیری بین شیشه و یك رزین سخت محافظت بعمل
میآید. این روند با استفاده از استیل ضدزنگ یا قالب
آلومینیومی جهت تشكیل یك ماژول انجام میپذیرد. این ماژولها
معمولا از 30 سلول
PV
تشكیل شده است. سیستمهای
PV
خورشیدی : سیستمهای
PV
معمولا برای كاربردهای مستقل به كار گرفته میشوند. آنها
میتوانند جهت تهیه بار الكتریكی مستقیم نظیر پمپهای آب مورد
استفاده قرار گیرند. آب به هنگام ساعات وجود نور خورشید پمپ
شده و برای استفاده ذخیره میگردد و یا آنكه یك باتری میتواند
از این روش جهت ذخیره نیرو و روشنكردن محیط در شب استفاده
نماید. كاربردهای
PV
در كشورهای كمتر توسعه یافته : برق رسانی به روستاها،
سیستمهای پمپ آب و موارد مرتبط، ارتباطات، كمك به
حمل و نقل، سیستمهای امنیتی، سیستمهای هیبرید :
سیستمهای
PV
خورشیدی را میتوان همراه با دیگر تكنولوژیهای انرژی جهت
مهیا نمودن یك سیستم مجتمع و قابلانعطاف برای ژنراتور برق از
راه دور بكار گرفت. این سیستمها بنام سیستمهای
مركب یا هیبرید خوانده میشوند. پیكربندیهای مشترك سیستمهای
هیبرید میتواند شامل یك آرایه خورشیدی
PV،
ژنراتور بادی و ژنراتور دیزلی باشد، كه اجازه تولید نیرو را
تحت هر شرایط آب و هوایی میدهد. فانوسهای خورشیدی : نوآوری
جدید در تكنولوژی خورشیدی فانوس خورشیدی میباشد. این فانوسها
بطور ابتدایی برای بازار تفریحی در كشورهای غرب طراحی شده بود.
فانوسهای ساده با ماژول ساده
PV(5
الی 10 وات) كاملا برای استفاده در مناطق روستایی كشورهای در
حل توسعه بجای چراغهای نفتی مناسبند. البته هنوز هزینه یك عامل
بازدارنده محسوب میگردد، اما اكنون محدوده وسیعی از فانوسهای
خورشیدی قوی و ساده در حال تولید و انتشار میباشند. كسب
اطلاعات بيشتر
8- انرژی خورشیدی چیست؟ خورشید چیست؟
خورشید یك ستاره است و تفاوت عمدهای با بیلیونها ستارهدیگری
كه در كهكشان وجود دارند ندارد. تنها تفاوت اساسی آن است كه
خورشید ستاره ماست. بواسطه آنكه مابسیار به خورشید نزدیك
هستیم، انرژی آن برای ما در مقایسه با ستارههای دیگر بسیار
بیشتر بوده و ما میتوانیم از این انرژی برای برطرف نمودن
نیازهای خود بهره ببریم.
خورشید ستاره ما و دیگر ستارهها همانند راكتورهای هستهای
هستند كه با رهاسازی اتمهای هیدروژن اتمهای هلیوم را تشكیل
میدهند. این فرآیند موجب آزاد شدن میزان زیادی از انرژی شده و
دقیقا همانند انفجار بمب هیدروژنی میماند. انرژی خورشیدی را
میتوان به انفجار هزاران بمب هیدروژنی در یك زمان تشبیه نمود.
ما در حقیقت از آنكه فاصله زمین تا خورشید 930000000 مایل
میباشد میبایست كاملا احساس خوسبختی نمائیم. با توجه به این
فاصله انرژی دریافتی خورشید بسیار ملایمتر گشته و دارای
گستردگی بسیار بیشتری در مقایسه با مركز آن میگردد. انرژی
خورشید بصورت امواج الكترومغناطیسی بسوی ما در حركتند.
به هنگامی كه این انرژی خورشیدی با ماده تماس مییابد، یكی از
3 مورد زیر در خصوص آن روی میدهد:
1- ممكن است از ماده بازتابانده شود، 2-
ممكن است از طریق ماده منتقل شود، 3- ممكن است جذب ماده شود و
به گرما تبدیل شود. این سه پدیده برای طراحی و استفاده از
ادوات جمعكننده خورشیدی(كلكتورها) مورد استفاده قرار
میگیرند. ادوات جمعآوریكننده انرژی خورشیدی ـ سه نوع از
ادوات جمعآوریكننده انرژی خورشیدی وجود دارند كه بترتیب
ادوات جمعآوری كننده كم دما، دمای متوسط و پردما خوانده
میشوند. آنچه شما از این ادوات بدست میآورید تفاوت بین آن
چیزی است كه بداخل این ادوات نفوذ میكند و آن چیزی است كه یك
كلكتور خورشیدی به محیط پیرامون خود عرضه میدارد. ادوات
جمعآوری كننده انرژی خورشیدی كم دما چیزی را برای واگذاری یا
از دست دادن به محیط پیرامون خود ندارند چرا كه در دمایی برابر
یا كمتر از محیط پیرامون خود عمل مینماید. گرما به سه روش
انتقال مییابد. بوسیله هدایت گرمایی ـ به هنگامی كه مولكول یك
ماده در تماس با مولكولهای دیگر قرار گیرد، انتقال گرمایی
بوسیله انرژی جنبشی مولكولها از گرمترین مولكول به سردترین
مولكول صورت میپذیرد. ادوات جمعآوری كننده انرژی خورشیدی با
دمای متوسط : بسیاری از نیازهای گرمایی فراتر از دمای محیط
پیرامون ما میباشند. در این دمای بالاتر، كلكتورهای ساده به
نقطهای میرسند كه همان اندازه دمایی را كه جذب مینمایند را
بسرعت از دست خواهند داد، و بنابراین كارایی به صفر تنزل
مینماید. ادوات جمعآوری كننده انرژی خورشیدی با دمای زیاد :
حال اجازه دهید تا نگاهی به كلكتورهای با دمای زیاد بیندازیم.
ما براستی قادر خواهیم بود تا میزان بیشتری از انرژی خورشیدی
كه بسمت ادوات جمعكننده یا كلكتورها میآیند را ذخیره نمائیم.
ذخیرهسازی انرژی خورشیدی : در صورتی كه انرژی خورشیدی برای ما
بسیار مفید باشد، میبایست روشی را برای ذخیره آن بیابیم. بطور
كلی، خورشید همه روزه نمیدرخشد، و هرگز در شب درخشندگی ندارد.
موارد خاص ـ حال اجازه دهید نگاهی نیز به موارد خاص بیاندازیم.
آب ـ دارای ظرفیت گرمایی بالایی میباشد. دلیل این امر
بواسطه شكل خاص مولكولها میباشد. فلزات ـ یكی از رساناهای
بسیار مناسب گرما فلزات میباشند، چرا كه مولكولها یك نوع
ساختار بلورین خاصی را تشكیل میدهند كه باعث رسانایی بهتر
گرما میشوند. ذخیره گرمایی غیرفعال طولانیمدت جزئیات زیر
میتواند به منظور ذخیره میزان زیادی از گرما مورد استفاده
قرار گیرد:
كسب اطلاعات بيشتر
9- گوناگونی دما
حداكثر دمای اتصال برای ماتریسهای كامپیوتری 85 درجه سانتیگراد
میباشد. بالاتر از این دما از اطمینانپذیری این ماتریسها به
میزان قابل توجهی كاسته میشود. به منظور حفظ تمامیت سیگنال،
گوناگونی یا تفاوت دما در اطراف ماتریس میبایست(-- ) باشد،
ضمن آنكه كوچك بودن نیز مدنظر میباشد. در صورتی كه ماتریس در
یك ناحیه گرمتر از دیگر نواحی باشد، سیگنالها و محاسبات آن
سرعت متفاوتی را خواهند داشت، كه میتواند منجر از فروپاشی
سیستم شود. ماتریس كامپیوتری را نمیتوان بگونهای طراحی كرد
كه گرما را بصورت مساوی و مناسب در تمامی سطوح توزیع نماید و
این امر موجب میشود تا برخی از نواحی گرمتر از دیگر نواحی
گردند. برای مواجه با این مشكل اسپریهای خنككننده سیستم طراحی
شده تا بدینوسیله پیشبینی نمایند كه كدام ناحیه از ماتریسها
گرمتر از ناحیه دیگر میباشد و پس از آن این اسپری بكار گرفته
شده تا تنظیم و تعدیل گرمایی را در آن منطقه بوجود آورد. این
طراحی بسیار پیچیده میباشد. گوناگونی دمایی اطرف ماتریسها یكی
از ملاحظات مهمی است كه به هنگام طراحی اسپری خنككننده سیستم
میبایست مورد توجه قرار گیرد. در خصوص ده طرح افشانكی كه مورد
تست قرار گرفته است، میانگین گوناگونی دمایی بین ماتریسها(-- )
در برابر
CHF
شكل 13/4 و 14/4 ترسیم شد. شكل 13/4 معرف طراحی افشانك
A
میباشد. چهار نوع نرخ جریان متفاوت دیگر برای هر یك از پنج
مورد طراحیهای متفاوت افشانك ترسیم گردید. این شكل نشاندهنده
محدوده گستردهای از -- برای طراحیهای مختلف میباشد. شكل
مذكور همچنین نشاندهنده رفتار متفاوت نیز میباشد. بطور مثال،
طرح 0A
دارای واریانس كاهش دما در اطراف ماتریس همراه با افزایش
نرخهای جریان میباشد. هر چه میزان سیال استفاده شده برای
خنكسازی بیشتر باشد، یكسانی بیشتری در دمای ماتریس مشاهده
خواهد شد. طرح 1A
نشاندهنده تاثیر متضاد میباشد. فاكتور مشاركت در خصوص مقادیر
بالای ضخامت لایه كه در گوشه محاسبه شده است ممكن است مستلزم
این موضوع باشد كه شیب لایه آنقدر بزرگ است كه نمیتوان آن را
نادیده انگاشت. در صورتی كه با نزدیكی به لبه ماتریس لایه ضخیم
شود، شكل 16/4 طرحی از گوناگونیی دمایی اطراف ماتریس در برابر
بار گرمایی برای افشانك 0B
تحت فشارهای مختلف تست میباشد. برای این طراحی افشانك، شیب
خطوط سیر برای تمامی چهار مورد تست یكسان باقی میماند. این
امر نشاندهنده آن است كه رفتار لایه برای بیشترین قسمت آن
بصورت مستقل از نرخ جریان باقی میماند.
كسب اطلاعات بيشتر
10- ارتقا در زمان سنجیهای پرتوی گاما
با استفاده از اسیلوسكوپ سریع دیجیتالی
خلاصه : رزولوشنهای زمانی پوزیترونهای
جدید طیفسنج طولعمر بر مبنای اسیلوسكوپ سریع دیجیتالی با
استفاده از سینتیلیتورها یا فلاشرهای
BaF2 و
پلاستیكی مورد اندازهگیری قرار گرفتند. در این خصوص به این
مسئله پی برده شده كه فلاشرهای پلاستیكی تنها دارای مزیت كمی
در زمان رزولوشن نسبت به BaF2
میباشند. برای تباهی پلهای یا زنجیری 60Co (17/1
و 33/1 MeV) ، رزولوشن
زمانی برای یك جفت فلاشر پلاستیكی BC-422،
كه دارای قطر mm40 و
ضخامت mm20 میباشد، در
حدود 120 ps FWHM خواهد
بود. این میزان بسیار نزدیك به مقدار BaF2
میباشد. با وجود آنكه رزولوشن زمانی 90 ps FWHM
با استفاده از یك جفت فلاشر پلاستیكی BC-422
كوچك (قطر mm30 ، ضخامت
mm10) بدست آمده است، نرخ
شمارش تقریبا به میزان دو مرتبه بزرگی كمتر از نوع BaF2
میباشد. بنابر این نتیجهگیری میشود كه BaF2
بهترین فلاشر در زمان حال برای طیفسنج طولعمر پوزیترون عملی
میباشد. كلمات كلیدی: رزولوشن زمانی، فلاشر BaF2
، فلاشر پلاستیكی، اسیلوسكوپ (نوسان نمای) دیجیتال. مقدمه :
طیف سنج طول عمر انهدام پوزیترون (PAL)
بطور گستردهای در بسیاری از رشتههای علم فیزیك و شیمی بكار
گرفته شده است. رزولوشن زمانی طیف سنج طول عمر پوزیترون متعارف
كه امروزه بكار گرفته میشود، در حدود ps200
پهنای كامل- نیمه ماكزیمم (FWHM)
میباشد. اخیرا رزولوشن زمانی طیف سنج PAL
با استفاده از یك اوسیلوسكپ دیجیتال سریع بجای مدار آنالوگ
ارتقا یافته است كه در امور متعارف طیف سنجی مورد استفاده قرار
میگیرد. ما رزولوشن زمانی یك طیف سنج طول عمر پوزیترون جدید
را بر مبنای یك اسیلسكوپ دیجیتال سریع با استفاده از فلاشرهای
BaF2 و پلاستیكی (BC-422)
مورد بررسی قرار دادیم. در این بررسیها مشخص گردید كه
فلاشر پلاستیكی تنها دارای مزیت اندكی در رزولوشن زمانی در
مقایسه با BaF2
میباشد ولی باعث از دست رفتن میزان قابل ملاحظهای از كارایی
در زمان تشخیص خواهد شد.
كسب اطلاعات بيشتر
