انرژی خورشیدی چیست؟ – پتانسیل تابش خورشید در ایران و جهان

پرتو خورشید حاوی انرژی است، انرژی خورشیدی همان فوتون های انرژی می باشند که همراه با با پرتوهای خورشید به سمت زمین حرکت می کنند و هر کدام از این میلیون ها فوتون دارای طول موج مشخصی هستند که در مجموع یک طیف کامل با طول موج های مختلف را تشکیل می دهند.

آیا این میزان انرژی در طول یک روز از زمان طلوع تا زمان غروب خورشید یکسان است؟ آیا این انرژی در طی 365 روز یک سال مقدار ثابتی است؟ آیا این انرژی در نقاط مختلف در یک کشور و یک قاره یکسان است؟ همانطور که می دانیم پاسخ هر سه سوال خیر می باشد. برای یافتن دلایل تفاوت در مقدار انرژی رسیده به سطح زمین و همچنین چگونگی بیشترین مقدار جذب این انرژی رایگان و پاک، بایستی به بررسی و تحلیل رفتار خورشید بپردازیم.

خورشید به عنوان یک منبع عظیم انرژی 

ابتدا به بررسی مختصر فرآیند تابش و توان تابشی خورشید می پردازیم. انرژی تولید شده در هسته خورشید از طریق هم جوشی اتم های هیدروژن به هلیم خواهد بود. بخشی از جرم هیدروژن به انرژی تبدیل می شود. به بیان دیگر، خورشید یک راکتور هم جوشی هسته ای عظیم تلقی می شود. از آنجایی که خورشید تا زمین فاصله بسیار زیادی دارد، لذا مقدار کمی از این انرژی به سطح زمین می رسد.

شدت (توان) تابش و انرژی تابشی خورشید

شدت تابش خورشیدی خارج از اتمسفر زمین بسته به فاصله میان خورشید و زمین متفاوت می باشد. در طی یک دوره یک ساله، فاصله میان زمین و خورشید بین 10⁵ × 1.47 کیلومتر و 10⁸ × 1.52 کیلومتر متغیر می باشد.

شدت یا توان تابشی خورشید را با W/m² نشان می دهند. اگر شدت تابش را در پارامتر زمان ضرب کنیم به انرژی تابشی خورشید می رسیم و واحد آنرا با Wh/m² یا Kwh/m² نشان می دهند. این مقدار بسته به موقعیت جغرافیایی تغییر می کند.

ثابت خورشیدی چیست 

به عنوان یک نتیجه، شدت تابش خورشیدی بین 1325 وات بر متر مربع و 1412 وات بر متر مربع خواهد بود که میانگین این دو عدد تحت عنوان متوسط شدت تابش خورشید یا ثابت خورشیدی که با Eq نشان می دهند.

ثابت خورشیدی : Eq = 1367 W/m²

این میزان از تابش انرژی خورشیدی هیچگاه به سطح زمین نمی رسد چرا که این عدد فوق در خارج از جو زمین است و مقداری از این انرژی به دلایل زیر هیچ گاه به سطح زمین نمی رسد :

• تغییر جایگاه زمین در فضا
• چرخش زمین
• اتمسفر زمین مثل گازها، ابرها، ریزگردها

مقدار شدت تابش خورشید بر روی سطح زمین در آب و هوای صاف به هنگام ظهر به 1000 وات بر متر مربع می رسد. این مقدار به طور نسبی مستقل از مکان و موقعیت جغرافیایی است. بیشترین شدت تابش در روزهای نیمه ابری رخ می دهد چرا که بازتابش از سطح زمین با برخورد به ابرها دوباره به زمین می رسد و می تواند شدت انرژی تا 1400 وات بر متر مربع فقط و فقط برای یک زمان کوتاه برسد. 

پتانسیل انرژی خورشیدی در ایران و جهان

وب سایت globalsolaratlas.info یک مرجع معتبر جهانی می باشد که اطلاعات بسیار خوبی در حوزه تابش خورشیدی در اختیار ما قرار می دهد، نقشه های زیر از سایت فوق برداشت شده اند.

در نقشه زیر، انرژی تابشی سالیانه خورشید را بر روی سطح افق در نقاط مختلف دنیا را مشاهده می کنیم، می بینیم که بازه تقریبی انرژی تابشی سالیانه در دنیا بین 800 تا حوالی 2700 کیلووات ساعت بر متر مربع می باشد.

همانگونه که در شکل فوق مشخص است، انرژی تابشی سالیانه خورشید بر روی سطح افق در برخی مناطق استوایی به بیش از Kwh/m² 2400 می رسد در حالیکه بیشترین انرژی تابشی سالیانه در جنوب اروپا به 1700 Kwh/m² و این رقم در آلمان 1040 Kwh/m² می باشد. در اروپا تغییرات فصلی قابل توجهی وجود دارد که سبب تغییرات زیادی در تابش می شود.

نقشه پتانسیل انرژی تابشی کل خورشید در ایران

طبق نقشه فوق ملاحظه می کنید که انرژی تابش خورشید بصورت سالیانه در کشورمان ایران بین بازه تقریبی 1300 تا 2200 Kwh/m² متغیر می باشد و ایران جزو مناطق پر پتانسیل به لحاظ تابش انرژی خورشیدی در دنیا می باشد. انرژی خورشیدی کاربرد های حرارتی و الکتریکی فراوانی دارد که در زیر به آن اشاره می کنیم.

کاربرد های حرارتی انرژی خورشیدی 

• گرمایش آب مصرفی در روستاها
• کاربرد در حمام های عمومی
• گرمایش آب مصرفی در ساختمان های بدون دسترسی به سوخت فسیلی
• گرمایش آب استخر
• گرمایش آب مصرفی و گرمایش فضا
• گرمایش آب یا سیال دیگر در کارخانجات و پروسه های صنعتی
• گرمایش هوا
• خشک کن خورشیدی
• آب شیرین کن خورشیدی
• سرمایش خورشیدی
• و غیره

کاربرد های الکتریکی انرژی خورشیدی 

• تولید برق به منظور فروش به شرکت برق
• تولید برق به منظور استفاده مصارف شخصی 
• تولید برق به منظور استفاده در روستاهای دور از شبکه برق
• سیستم های هیبریدی
• چراغ های روشنایی معابر و پارک ها 
• چراغ های راهنمایی و رانندگی
• پمپ های آب خورشیدی 
• و غیره