تكنولوژي انرژي خورشيدي و طراحي و محاسبه آن در دستگاه‌هاي خانگي و صنعتي

مقدمه
تحقيقات و اختراعات و بهره گيري از انرژي هاي مختلف، از اساسي ترين و مهمترين گامهايي هستند كه انسانها در طول تاريخ در راه پيشرفت جوامع خود برداشته اند. رشد علم و صنعت و فن آوري در جهان امروز، روشهاي مختلف استفاده از انرژي را كه در دوران قبل از انقلاب صنعتي معمول بوده دگرگون كرده، و شناخت منابع انرژي هاي جديد، تحولي عظيم در توسعه صنعتي و تكامل اجتماعي بشر به وجود آورده است.
خورشيد عامل و منشأ انرژي هاي گوناگوني است كه در طبيعت موجود است از جمله: سوختهاي فسيلي كه در اعماق زمين ذخيره شده اند، انرژي آبشارها و باد، رشد گياهان كه بيشتر حيوانات و انسان براي بقاي خود از آنها استفاده مي كنند، مواد آلي كه قابل تبديل به انرژي حرارتي و مكانيكي هستند، امواج درياها، قدرت جزر و مد كه براساس جاذبه و حركت زمين بدور خورشيد و ماه حاصل مي شود، اينها همه نمادهايي از انرژي خورشيد هستند. انرژي هسته اي را مي توان يك استثناء كلي دانست، با اينكه امروزه يكي از منابع مهم توليد انرژي در جهان شناخته شده است. انرژي اتمي احتياج به فن آوري بسيار پيشرفته و پرهزينه دارد كه در موقع استفاده از آن، خطرات احتمالي و مضرات آنرا نيز بايد مدنظر داشت. با مطالعه در تاريخ انسانها، مشاهده مي شود كه انرژي قابل استفاده براي انسان نخستين، تنها قدرت بدني او بود. مدتها گذشت تا توانست با رام كردن حيوانات و به خدمت گرفتن ساير انسانها و همچنين سوزاندن درختان، احتياجات خود را برطرف كند. بالاخره انسان با دستيابي به منابع سوختهاي فسيلي مثل ذغال سنگ و نفت و گاز قدرت مادي خويش را به طرز بيسابقه اي افزايش داد.
استفاده از قدرت باد در آسيابها و توربين ها، و كشتيراني و بكارگيري انرژي آب در چرخها و توربينهاي آبي، پس از گسترش معمولمات علمي و فن آوري بشر امكان پذير شد.
دستيابي به قوانين فيزيكي و اصول علمي انرژي هاي مختلف و نحوه استفاده هاي گوناگون از آنها، زندگي بشر را راحت تر و طرز فكر او را متوجه ماديات ساخت.
وابستگي شديد جوامع صنعتي به منابع انرژي بخصوص سوختهاي نفتي و بكارگيري و مصرف بي رويه آنها، منابع عظيمي را كه طي قرون متمادي در لايه هاي زيرين زمين تشكيل شده است تخليه مي نمايد. با توجه به اينكه منابع انرژي زيرزميني با سرعت فوق العاده اي مصرف مي شوند و در آينده اي نه چندان دور چيزي از آنها باقي نخواهد ماند، نسل فعلي وظيفه دارد به آندسته از منابع انرژي كه داراي عمر و توان زيادي هستند روي آورده و دانش خود را براي بهره برداري از آنها گسترش دهد.
خورشيد يكي از دو منبع مهم انرژي است كه بايد به آن روي آورد زيرا به فن‌آوري‌هاي پيشرفته و پرهزينه نياز نداشته و مي تواند بعنوان يك منبع مفيد و تأمين كننده انرژي در اكثر نقاط جهان بكار گرفته شود. بعلاوه استفاده از آن برخلاف انرژي هسته اي، خطر و اثرات نامطلوبي از خود باقي نمي گذارد و براي كشورهائيكه فاقد منابع انرژي زيرزميني هستند، مناسبترين راه براي دستيابي به نيرو و رشد و توسعه اقتصاد مي باشد.
ايران با وجود اينكه يكي از كشورهاي نفت خيز جهان بشمار مي رود و داراي منابع عظيم گاز طبيعي نيز مي باشد، خوشبختانه بعلت شدت تابش خورشيد در اكثر مناطق كشور، اجراي طرحهاي خورشيدي الزامي و امكان استفاده از انرژي خورشيد در شهرها و شصت هزار روستاي پراكنده در سطح مملكت، مي تواند صرفه جويي مهمي در مصرف نفت و گاز را به همراه داشته باشد.
فن آوري ساده، آلوده نشدن هوا و محيط زيست و از همه مهمتر ذخيره شدن سوختهاي فسيلي براي آيندگان،‌ يا تبديل آنها به مواد و مصنوعات پر ارزش با استفاده از تكنيك پتروشيمي، از عمده دلايلي هستند كه لزوم استفاده از انرژي خورشيد را براي كشور ما آشكار مي سازند.
تبديل انرژي خورشيد بهر شكلي مطلوب مي باشد ولي امكانات اقتصادي طرحهاي مختلف بايد دقيقاً سنجيده شوند. امروزه استفاده از انرژي حرارتي خورشيد براي گرم كردن منازل، از لحاظ فن آوري امكانپذير مي باشد. از نظر اقتصادي نيز بعلت افزايش روزافزون قيمت سوختهاي فسيلي و ساير منابع انرژي و تلاش متخصصين در كاهش هزينه مواد اوليه و لوازم مورد نياز براي جمع آوري حرارت و پرتوهاي خورشيدي محققين و دانشمندان را در جهت مطالعه و بهينه سازي سيستمهاي خورشيدي تشويق نموده و به پيشرفتهاي مهمي نيز دست يافته اند. مراكز و سازمانهاي معتبر علمي و پژوهشي جهان نيز همه ساله سمينارها و كنفرانسهاي مختلفي را در رابطه با مسائل انرژي، بخصوص انرژي خورشيدي تشكيل داده و تبادل اطلاعات از پژوهشهاي جديد را ممكن مي سازند. اميد است در ايران نيز تشكيل چنين سمينارها و سخنرانيها، مردم را با روشهاي استفاده از انرژي خورشيدي آشنا ساخته و كاربرد آنها را ميسر سازد.

فهرست مطالب :

مقدمه          1
تاريخچه          4
زمين و انرژي خورشيدي       9
وضعيت انرژي در ايران       15
زواياي خورشيدي        20
وسايل اندازه گيري تابش خورشيدي      41
انرژي خورشيدي و مقايسه‌ي آن با انرژي هاي ديگر    46
انواع تكنولوژي هاي انرژي خورشيدي      53
تابش خورشيد         60
عملكرد سلول هاي خورشيدي       73
ذخيره سازي انرژي        85
سيستم هاي گرما خورشيدي       106
آبگرمكن خورشيدي براي گرمايش ساختمان و مصرف   113
آبگرمكن خورشيدي براي گرمايش و سرمايش    116
سيستم هاي تهيه‌ي آب شيرين خورشيدي     118
طراحي و محاسبات آبگرمكن خورشيدي     143
محاسبات دستگاه آب شيرين كن خورشيدي     161
سيستم هاي خشك كن خورشيدي      165
سيستم هاي سرد كننده خورشيدي      179
اولين ساختمان خورشيدي در ايران       184
منابع و مآخذ         197