انرژی خورشیدی: چگونه از نور و گرمای خورشید برای زندگی خود استفاده کنیم؟
انرژی خورشیدی همان گرمایی است که صورت ما را در روز آفتابی گرم میکند و نوری که همه جا را روشن میسازد. با استفاده از صفحههای خورشیدی و خورشیدگرمکن میتوانیم برق بسازیم و آب را گرم کنیم. این انرژی تمامنشدنی است و به محیط زیست آسیب نمیزند. در این مقاله میآموزیم خورشید چگونه به ما کمک میکند تا خانهها و مدارس خود را روشن و گرم نگه داریم.
خورشید؛ یک کارخانهٔ بزرگ انرژی در آسمان
خورشید مانند یک توپ آتشین غولپیکر است که هر روز صبح از خواب بیدار میشود و نور و گرما را به زمین میفرستد. دمای سطح خورشید حدود 5500 درجهٔ سلسیوس است! این داغی باعث میشود که نور بسیار شدیدی تولید شود. زمین تنها مقدار بسیار کمی از این انرژی را دریافت میکند، اما همان مقدار کم هم برای روشن کردن همهٔ خانهها، خیابانها و مدرسههای جهان کافی است. انرژی خورشیدی$ (Solar\;Energy) $ از دو راه به ما میرسد: یکی به شکل نور و دیگری به شکل گرما. هر دوی اینها را میتوانیم ذخیره و استفاده کنیم. مثل وقتی که لباس سیاه را زیر آفتاب میگذاریم و میبینیم گرم میشود؛ این همان گرمای خورشید است.
تبدیل نور خورشید به برق با صفحههای خورشیدی
شاید دیده باشید که روی پشت بام بعضی خانهها یا چراغهای پارک، صفحههای تخت و آبی رنگی نصب شده است. این صفحهها صفحهٔ خورشیدی$ (Solar\;Panel) $ نام دارند. وقتی نور خورشید به آنها میتابد، مواد مخصوص داخل صفحه شروع به حرکت میکنند و جریان برق تولید میشود. برای درک بهتر، مثل یک آسیاب بادی کوچک فکر کنید که باد آن را میچرخاند و برق میسازد. در صفحهٔ خورشیدی، به جای باد، نور خورشید ذرات ریز داخل صفحه را به حرکت درمیآورد. این برق میتواند یک لامپ را روشن کند، تلویزیون را کار بیندازد یا حتی یخچال را خنک نگه دارد. برای یک مدرسهٔ کوچک، حدود 20 تا 30 صفحهٔ خورشیدی میتواند برق تمام کلاسها را تأمین کند.
گرم کردن آب و هوا با کمک خورشید
خورشید نه تنها برق میسازد، بلکه میتواند آب را هم گرم کند. روی پشت بام بسیاری از ساختمانها، لولههای سیاه رنگی میبینید که پشت شیشه قرار دارند. به این دستگاه آبگرمکن خورشیدی$ (Solar\;Water\;Heater) $ میگویند. آب سرد از لولههای درون این جعبه عبور میکند و گرمای خورشید را جذب میکند، سپس آب گرم به داخل حمام یا شیرهای آب مدرسه میرود. به همین سادگی! برای گرم کردن هوای یک اتاق هم میتوان از دریچههای مخصوص استفاده کرد که هوای سرد را از داخل میگیرند، آن را پشت یک صفحهٔ سیاه که زیر آفتاب داغ شده است عبور میدهند و هوای گرم را به اتاق برمیگردانند. این کار هم انرژی کمتری مصرف میکند و هم هوا را تمیز نگه میدارد.
| نوع کاربرد | تجهیز اصلی | مثال ساده برای دانشآموز |
|---|---|---|
| تولید برق | صفحهٔ خورشیدی | روشن کردن لامپ حیاط مدرسه |
| گرم کردن آب | آبگرمکن خورشیدی | آب گرم برای استخر تابستانی |
| گرم کردن هوا | بادگیر خورشیدی یا دیوار ترومب[1] | گرم کردن کلاس در زمستان |
مثال واقعی: یک مدرسه با انرژی خورشیدی
فرض کنید مدرسهٔ شما در منطقهای آفتابی قرار دارد. مدیر مدرسه تصمیم میگیرد 10 صفحهٔ خورشیدی روی پشت بام نصب کند. این صفحهها در یک روز آفتابی حدود 3 کیلووات برق تولید میکنند. با این برق میتوان 30 لامپ کممصرف، 5 کامپیوتر و یک آبگرمکن کوچک را روشن نگه داشت. همچنین یک آبگرمکن خورشیدی روی پشت بام دیگر نصب میشود که آب گرم دستشوییها را تأمین میکند. در زمستان، هوای سرد کلاس از یک صفحهٔ سیاه که شیشه روی آن است عبور میکند و گرم میشود، بدون اینکه نیاز به بخاری برقی یا گازی باشد. این مدرسه هر سال مقدار زیادی پول قبض برق و گاز خود را ذخیره میکند و هوای پاکتری هم دارد.
چالشهای مفهومی دربارهٔ انرژی خورشیدی
پرسش ۱: اگر هوا ابری باشد، صفحهٔ خورشیدی هنوز برق تولید میکند؟
بله، اما مقدار آن کمتر میشود. صفحههای خورشیدی میتوانند از نور غیرمستقیم (نوری که از ابرها عبور میکند) هم برق تولید کنند. در روز ابری، تولید برق ممکن است به 10 تا 25 درصد روز آفتابی برسد. برای اینکه همیشه برق داشته باشیم، از باتری$ (Battery) $ استفاده میکنیم که انرژی روزهای آفتابی را ذخیره کند.
پرسش ۲: آیا میتوان شب ها از انرژی خورشیدی استفاده کرد؟
خورشید که شب ها نیست، پس صفحه مستقیماً برق نمیسازد. اما راه حل داریم: در روز برق اضافی را در باتریهای بزرگ ذخیره میکنیم. شب که شد، برق ذخیره شده در باتری را مصرف میکنیم. مثل این میماند که یک قمقمه آب گرم را پر کنیم و بعداً از آن بنوشیم. بعضی سیستمهای خورشیدی هم به شبکهٔ برق شهر متصل هستند؛ روز برق میفروشند و شب از شبکه برق میخرند.
پرسش ۳: چرا همهٔ خانهها از صفحهٔ خورشیدی استفاده نمیکنند؟
دلیل اصلی هزینهٔ اولیه است. صفحههای خورشیدی و باتریها نسبتاً گران هستند. همچنین همهٔ مناطق به اندازهٔ کافی آفتاب ندارند. بعضی پشت بامها هم جهت مناسبی رو به خورشید ندارند یا سایهٔ درختان و ساختمانهای دیگر روی آن میافتد. ولی با پیشرفت فناوری، قیمت صفحهها هر سال ارزانتر میشود و روزبهروز خانههای بیشتری از این انرژی پاک استفاده میکنند.
انرژی خورشیدی یک منبع بیپایان و پاک است که هم نور و هم گرمای خود را در اختیار ما میگذارد. با صفحههای خورشیدی میتوانیم برق بسازیم و با آبگرمکنهای خورشیدی میتوانیم آب گرم مصرف کنیم. این انرژی به طبیعت آسیب نمیزند، هوا را آلوده نمیکند و صدایی ندارد. حتی در روزهای ابری هم مقداری برق تولید میشود. اگر هر مدرسه و خانهای از انرژی خورشیدی استفاده کند، زمین ما جای تمیزتر و سالمتری برای زندگی خواهد بود.
پاورقی
[1]دیوار ترومب (Trombe wall): یک دیوار سنگی یا بتنی ضخیم با رنگ تیره که پشت شیشه نصب میشود. نور خورشید از شیشه عبور میکند، دیوار را گرم میکند و دیوار به آرامی این گرما را در طول شب به داخل اتاق میدهد.
[2]انرژی خورشیدی (Solar Energy): به تمام انرژی گرمایی و نوری گفته میشود که از خورشید به زمین میرسد و میتوان آن را به برق یا گرمای مفید تبدیل کرد.
[3]یاختهٔ خورشیدی (Solar Cell): کوچکترین جزء یک صفحهٔ خورشیدی که نور را مستقیماً به برق تبدیل میکند. جنس آن معمولاً از سیلیسیوم (نوعی مادهٔ نیمهرسانا) است.
[4]باتری (Battery): وسیلهای برای ذخیرهٔ انرژی الکتریکی. در سیستمهای خورشیدی، باتری برق تولیدشده در روز را برای استفاده در شب نگه میدارد.