انرژی خورشیدی چیست و چگونه به زمین می رسد؟

انرژی خورشیدی چیست و چگونه به زمین می رسد؟

فناوری نانو/ همان طور که می دانید، یکی از راه های انتقال انرژی حرارتی، تابش است. یک جسم با دمای معین، می تواند انرژی خود را از طریق تابش به سایر اجسام منتقل کند. مثال روزمره این پدیده، گرم شدن بیش از حد فضای اطراف یک لامپ پر مصرف (!!) است. بخاری های برقی که با استفاده از یک المنت، موجب گرم شدن محیط اطراف می شوند، گرما را از طریق مکانیزم تابش به اطراف منتقل می کنند.
خورشید کره ای متشکل از گازهای داغ است. انرژی خورشید با واکنش های هم جوشی هسته ای رخ داده در مرکز آن ایجاد می شود. تخمین زده می شود که دمای مرکز خورشید در حدود 20 میلیون درجه باشد. بر اساس آنچه در درس فیزیک مطالعه کرده اید، گرما همیشه از جسم گرم تر به جسم سرد تر منتقل می شود. در فضای منظومه شمسی، خورشید جسم گرم تر محسوب می شود و فضای پیرامون آن جسم سردتر؛ لذا حرارت از خورشید به محیط اطراف آن منتقل می شود. به موجب این امر دمای سطح خورشید به حوالی 6000oC می رسد. در واقع سطح خورشید در تعادل با فضای سردتر اطراف آن است و بنابراین دمای کمتری خواهد داشت. انرژی حرارتی خورشید، از طریق تابش امواج الکترومغناطیسی منتشر می شوند. طبق قوانین فیزیک، میزان انرژی حرارتی تابیده شده از خورشید بر واحد زمان، متناسب با توان چهارم دمای آن است. بنابراین خورشید مقدار بسیار زیادی تابش الکترومغناطیس دارد. مقدار توان تابیده شده از سطح خورشید برابر با 1023 ×3.83 یا به عبارتی دیگر 383000000000000000000000000W (!!!!) است. تصویری از خورشید که واکنش های هم جوشی هسته ای در آن در حال رخ دادن است، در شکل 1 نشان داده شده است.
هم جوشی هسته ای یکی از انواع واکنش های هسته ای که می تواند انرژی بسیار زیادی تولید کند.

همانگونه که گفته شد، انرژی حرارتی جسم داغی مانند خورشید، از طریق امواج الکترومغناطیسی (مانند نور مرئی و یا امواج فرابنفش) منتقل می شود. هر موج الکترومغناطیس مشخصه های مخصوص به خود را دارد. یکی از مهمترین ویژگی های یک موج، طول موج آن است. همان طور که می دانید، طول موج عبارتست از فاصله بین دو قله متوالی موج. طبق آنچه در فیزیک خوانده اید، هر چه انرژی یک موج بیشتر باشد، طول موج آن کمتر خواهد بود. امواج تولید شده در سطح خورشید، از طریق تابش، انرژی خورشید را به سایر اجسام و کرات اطراف آن منتقل می کنند. این امواج الکترومغناطیسی سرعت بسیار زیادی (برابر با سرعت نور) دارند. این امواج بر خلاف امواج صوتی یا اکوستیک، می توانند در خلاء نیز منتشر شوند. در نور خورشید گستره ای از امواج الکترومغناطیس در نواحی فرابنفش، مرئی و فروسرخ وجود دارد. برای مثال، اگر در نقطه ای خاص به مساحت یک متر مربع از زمین میزان انرژی کل رسیده از خورشید 1004w در هر متر مربع باشد، 527w آن فرو سرخ، 445w آن مرئی و 32w آن فرابنفش است.

پارامترهای مؤثر بر طیف نور خورشید
در صورتیکه از تغییرات ناشی از گردش زمین به دور خورشید در مدار خاص آن صرف نظر کنیم، نشان داده شده است که میزان توان تابشی خارج از اتمسفر زمین، که با D0 نشان داده می شود، برابر با 1.353kW/m2 است. این پارامتر به عنوان ثابت خورشیدی شناخته می شود. به عبارت دیگر، ثابت خورشیدی، مقدار میانگین نور خورشید در بالای اتمسفر زمین است.
گفته می شود که میزان انرژی رسیده به سطح زمین، حداقل %15 کمتر از انرژی خورشیدی موجود در بالای اتمسفر است. جزئی از این میزان تابش، در حین عبور از اتمسفر زمین و قبل از رسیدن به سطح زمین، پراکنده و یا جذب می شود. نحوه ی توزیع انرژی رسیده به بالای جو زمین در شکل 2 نشان داده شده است.

عوامل متعددی بر میزان انرژی رسیده از خورشید به سطح زمین اثرگذار هستند. این عوامل عبارتند از:
1) بخار آب و سایر گازهای موجود در هوا می توانند نور خورشید را در بخش های مختلف از طیف آن جذب کنند. امواجی که در ناحیه فروسرخ طیف خورشید قرار دارند توسط آب و دی اکسید کربن موجود در هوا جذب می شوند. در حالی که جذب امواج مربوط به ناحیه مرئی طیف خورشید، توسط اکسیژن و جذب امواج مربوط به ناحیه فرابنفش طیف خورشید توسط ترکیب اوزون رخ می دهد.
2) ذرات کوچک و همچنین قطرات موجود در هوا می توانند به صورت قابل توجهی نور خورشید را جذب کرده و یا باعث پراکنده شدن و برگشتن آن به فضا شوند.
3) ابرها از تعداد بسیار زیادی قطرات کوچک آب یا یخ تشکیل شده اند و می توانند نور خورشید را جذب یا پراکنده کنند.
4) چرخش زمین باعث می شود که نور خورشید مسیر طولانی تری نسبت به حالت تابش عمود را از میان اتمسفر طی کند. در واقع بسته به زاویه ای که نور وارد اتمسفر می شود، برای رسیدن به سطح زمین، باید مسیر متفاوتی را از درون اتمسفر عبور کند. این امر باعث می شود که این پرتوها مقادیر متفاوتی از عوامل جذب کننده یا پراکنده کننده نور را بر سر راه خود مشاهده کنند. این امر موجب می شود که مقدار نوری که به زمین می رسد، متفاوت باشد.
همانگونه که اشاره شد، میزان انرژی تابیده شده از خورشید به ازای هر طول موج، مقدار متفاوتی است. برای مثال این میزان برای طول موج‌های محدوده مرئی (تقریبا بین 500 تا 750nm) بسیار بیشتر از محدوده بین طول موج‌های 1500 تا 1750nm است. علاوه بر این، میزان انرژی تابیده شده از خورشید (در سطح خورشید) با میزان انرژی رسیده از خورشید به بالای اتمسفر زمین و همچنین با میزان انرژی رسیده از خورشید به سطح دریاها نیز متفاوت است. همانگونه که گفته شد، مولکول‌های موجود در اتمسفر زمین می‌توانند بخش‌هایی از نور خورشید را جذب نمایند. به منظور بررسی دقیق‌تر، تمام این تفاوت‌ها را می‌توان با استفاده از یک نمودار به نام «طیف توزیع انرژی خورشید» نشان داد. شکل 3 طیف توزیع انرژی خورشید را نشان می‌دهد. محور عمودی این نمودار توان بر واحد سطح به ازای طول موج و محور افقی این نمودار نشان دهنده طول موج است. همان طور که می دانید انرژی هر موج را می توان بر حسب طول موج آن بیان کرد. در این شکل، طول موج هایی که برخی ترکیبات موجود در اتمسفر باعث جذب نور خورشید و افت آن می شوند، نشان داده شده است. برای مثال، در طول موج حدود 750nm، عامل افت شدت نور خورشید، ترکیب O2 است. در شرایط جوی مختلف، نوع این ترکیبات و میزان هریک در اتمسفر متفاوت خواهد بود. همچنین وجود ابر و سایر پدیده های آب و هوایی نیز می تواند در تغییر طیف خورشید رسیده به زمین اثر گذار باشد. همچنین بسته به اینکه در چه ساعتی از شبانه روز هستیم، ممکن است بیشترین شدت طیف خورشید یا کمترین آن (یعنی صفر در شب!) را داشته باشیم.
در رابطه با میزان نور خورشید رسیده به زمین، عبارتی تحت عنوان AM وجود دارد که مخفف کلمه Air Mass و یا جرم هوا است و بیانگر زاویه تابشی خورشید به زمین است و به نوعی میزان انرژی تابیده شده به زمین را بیان می کند. مقدار AM0، بیان کننده میزان تابش رسیده به جسم خارج از جو زمین است که برای ماهواره هایی که خارج جو زمین هستند، کاربرد دارد. مقدار AM1 بیان کننده میزان تابشی است که به صورت عمودی بر زمین می تابد و عبارت AM1.5 میزان استاندارد تابش است که در عمل 1.5برابر AM1 است. نشان داده می شود که شرایط تابشی AM1.5 در حالتی رخ می دهد که زاویه تابش خورشید با محور عمودی زمین 8.41o باشد.

برای تحقیقات، توسعه و بازاریابی سلول های خورشیدی، یک طیف استاندارد مورد نیاز است. زیرا طیف واقعی رسیده به زمین به دلیل پارامترهای مختلفی چون آب و هوا، تغییرات فصل، زمان روز و موقعیت تغییر می کند. داشتن یک طیف استاندارد، خواص اندازه گیری شده در سلول های مختلف را با یکدیگر قابل مقایسه می کند و امکان داوری بین نتایج گروه های مختلف تحقیقاتی را فراهم می سازد؛ زیرا همه سلول ها، تحت شرایط یکسان تابشی قرار می گیرند. به همین دلیل، برای فتوولتائیک های سطح زمین، شرایط استاندارد جهانی AM1.5 به صورت قراردادی مورد توافق قرار گرفته است. در شرایط آزمایشگاهی و تحقیقاتی، شبیه سازهای انرژی خورشیدی وجود دارند که با استفاده از لامپ هایی که توسط فیلترهای مشخص، خروجی کنترل شده دارند، این شرایط تابشی را ایجاد می کنند.
در نهایت....
در این مقاله، مروری بر انرژی خورشید، مکانیزم تولید و راه های انتقال آن داشتیم. همچنین طیف خورشید را در شرایط مختلف بررسی کرده و عوامل مهم اثر گذار بر روی شدت نور خورشید را مطالعه نمودیم. در نهایت مبنایی را برای قابل مقایسه شدن تحقیقات صورت گرفته بر روی سلول های خورشیدی معرفی کردیم. این معیار بیانگر یک شدت معین از طیف خورشید در شرایط استاندارد است. در مقاله‌های بعدی، مکانیزم کارکرد سلول‌های خورشیدی را مورد توجه قرار خواهیم داد.

*توضیح شکل– نحوه توزیع نور خورشیده رسیده به بالای جو زمین

انرژی خورشیدی چیست و چگونه به زمین می رسد؟

[ منبع این خبر سایت خبر ایرونی می باشد، برای مشاهده متن اصلی خبر می توانید روی این قسمت کلیک کنید ]

برای نمایش تمام اخبار مرتبط با عنوان «انرژی خورشیدی چیست و چگونه به زمین می رسد؟» اینجا کلیک کنید. شفاف سازی:
خبر فوق در سایت خبر ایرونی منتشر شده و صرفا در این سایت بازنشر شده است. چنانچه به خبر فوق اعتراض دارید برای حذف آن روی این قسمت کلیک کنید.

نکته: با توجه به جمع آوری خودکار مطالب از سطح وب در صورت مشاهده هرگونه تخلف و یا اخبار غیر مجاز و یا اعتراض به انتشار مطالب سایت ها با ایمیل khabargroup.info@gmail.com در تماس باشید

تبلیغات





جدیدترین اخبار منتشر شده

تبلیغات