جستجو در تالارهای گفتگو

ده اصل علمی مرتبط با زمین و انرژی خورشید ترجمه هاله توابی برگرفته از: [Hidden Content] واقعییت 1: با گذشت تنها 2 ساعت از روز، سطح زمین بیش از کل نور خورشیدی را که همه موجودات روی زمین در ظرف یک سال مصرف می کنند را به سمت فضا منعکس می کند. بر اساس فرهنگنامه اینترنتی "ویکی پدیا" ""Wikipedia زمین 174 پتاوات (1.74 x 10بتوان 17 وات) تشعشعات دریافت شده از خورشید را در تمام زمان ها دریافت میکند. تنها 89 پتاواتس بوسیله زمین و اقیانوس جذب میشود. مابقی به طرف فضا برگردانده میشود. در سال 2004, متوسط کل مصرف انرژی سراسر جهان در کره زمین 15 تراواتس (=1.5×10 "13" وات ) بوده است, # (1.74×1017 Watts) – (.89×1017 Watts) = 0.85 x 1017 Watts x 2 = 1.7×1017 Watts # (365 day/year) x (24 hr/day) = 8760 hr = 8.760 x 104 hr/year # (1.5x1013 Watts) x (8.760×104) = 1.314×1017 Watts # 1.7×1017 Watts ≥ 1.314×1017 Watts. این نشان می دهد که انعکاس مقدار کل انرژی خورشید بسیار زیاد است. با درست استفاده کردن از تکنیک فتو ولتاییک, می توانیم از این انرژی نیاز کل جهان را پوشش دهیم. واقعیت 2: هر چند مواد سوختی فسیلی نظیر نفت و ذغال سنگ حاصل میلیون ها سال فرایند شیمیایی انرژی خورشید بوده است، اما روش جذب مستقیم انرژی خورشیدی از نظر زیست محیطی بسیار مناسب تر از روش سنتی سوزاندن انرژی فسیلی است. بسیاری از انسانها توجه عمیقی به حفظ و نگهداری کره زمین دارند. اگر شما یکی از آنها هستید, قطعا استفاده از انرژی خورشیدی برای شما جالب خواهد بود. انرژی خورشیدی کاملا طبیعی است. این انرژی می تواند به راحتی از خورشید گرقته شود. این انرژی را ارگانهای زنده در زمین بطور روزانه برای تکامل زیست مورد استفاده قرار می دهند. انسان نیز برای فعالیت های روزانه خود به طور غیر مستقیم از این انرژی بهره می گیرد. به طور ساده بگوییم, مراحل اولیه جمع آوری انرژی خورشیدی با گیاهان آغاز می شود. گیاهان انرژی خورشید را طی مراحلی که به آن فتوسنتز می گویند جذب می کنند. فتوسنتز آب، دی اکسید کربن و نور خورشید را به گلوکز تبدیل می کند. فرمول شیمی آن عبارت است از: 6H2O + 6CO2 + (sunlight) → C6H12O6 + 6CO2 انسان ها و حیوانات با استفاده از گلوکز تولید شده در گیاهان نیاز روزانه انرژی خور را تامین میکنند. فرمول شیمی برای گلوکز رها شده در گیاه عبارت است از: C6H12O6 + 6O2 --- 6CO2 + 6H2O+ (energy) واقعیت 3 : در سال 1921, آلبرت انیشتین به خاطر پیشنهاد آزمایش انرژی خورشیدی و فتوولتاییک, جایزه توبل را برد. بسیاری از ما انیشتین را نابغه ای می شناسیم که فرمول E=mc2 را مطرح کرد. برخی دیگر او را بعنوان بزرگترین فیزیکدانی که فرمول نسبیت را نوشت می شناسند. اما جالب این است که وی جایزه صلح نوبل را به لحاظ آزمایش بر روی انرژی خورشیدی و فتو ولتاییک گرفت. انیشتین با موفقییت تاثیر فتو ولتاییک را به نمایش گذاشت و نشان داد که نور به صورت ذراتی به نام فتون می آید. واقعیت 4: خورشید اولین منبع انرژی سوخت فسیلی (زغال سنگ, گاز و نفت) است. مراحل انتقالی این انرژی از طریق گیاهان یا حیواناتی که انرژی آنها میلیونها سال پیش از طریق خورشید تامین شده بود، آغاز گردید. انرژی غیر قابل بازیافت به منابعی از انرژی گفته می شوند که به راحتی قابل بازیافت نیستند و روزی به پایان می رسند. این منابع شامل زغال سنگ, نفت, گاز طبیعی و انرژی هسته ای هستند. این منابع نیز مانند انرژی خورشیدی (در کنار انرژی هسته ای) از بقایای سوخت فسیلی بدست می آیند. سوخت فسیلی تشکیل شده از کربن و هیدروژن. این مواد بازمانده های حیوانات و گیاهان میلیون ها سال پیش هستند که به تدریج در اثر فشار و حرارت تبدیل به زغال سنگ, نفت و گاز طبیعی شده اند . تشکیل سوخت فسیلی با گیاهان آغاز و مراحل جمع آوری انرژی آنها از خورشید فتوسنتز نامیده می شود. به همین علت انرژی خورشیدی عامل اصلی تامین سوخت فسیلی به حسابمی آید. واقعیت 5:اگر ما سطح صحرا را کلکتورهای فتو ولتاییک پوشش دهیم, می توانیم همه انرزی مورد نیاز کره زمین را تامین کنیم! فنوولتاییک به تکنولوژی گفته میشود که نور به انرژی الکتریکی تبدیل می یابد. این تکنیک امروزه بعنوان روش گردآوری انرژی با استفاده از کلکتورهای انرژی خورشیدی در مدل های فتولاییک تعریف شده است. این مدل ها غالبا چندین کاربرد دارند, مانند اشعه های خورشیدی فتولاییک که قادرند انرژی خورشیدی را به برق تبدیل کنند. بر اساس ویکیپدیا میزان انرژی خورشید در منطقه صحرای شمال آفریقا : 8.3 kWh/m²/day منطقه غیر مسکونی صحرا 9 کیلومتر مربع وسعت دارد => (8.3 kWh/m²/day) x (9×1012 m²) x (3.6×106 j/kWh) = 2.8682×1020 j/day نیاز روزانه انرژی در زمین معادل: 13.5 TW (13.5 x 1012 W) = 13.5 x 1012 j/s - (13.5 x 1012 j/s) x (60 s/m) x (60 m/h) x (24 h/day) = 1.1664×1018 j/day میزان انرژی قابل برداشت با احتساب مواقع ابری و بارانی: (2.8682×1020 j/day) / 4 = 7.1705×1019 j/day. That is: 7.1705×1019 / 1.1664×1018 j/day = 61.47548 این میزان شصت و یک ونیم برابر نیاز فعلی انسان را با مصرف فعلی تامین می کند. واقعیت 6: بر طبق برآورد شرکت چند ملیتی شل 50% انرژی دنیا تا سال 2040 از انرژی های تجدید پذیر تامین خواهد شد. این ادعا که 50% انرژی دنیا تا سال 2040 از طریق انرژی تجدید پذیر تامین خواهد شد, کمی متحورانه به نظر می آید. بر طبق Wikipedia کل انرژی تجدید پذیر درسال 2004 تنها 7% از کل انرژی را تولید می کرد. این درصد از هیدرو الکتریک گرفته می شود. شاید این 7% گرفته شده از هیدرو الکتریک در آینده افزایش پیدا کند و در طول 36 سال مداوم, ما بالاخره قادر شویم در هر شهر یک سد بسازیم. بهر حال این کار کاملا غیر اصولی خواهد بود. بر اساس یک مقاله در ecotecture.com مشکلات و محدودیت های متعددی با نیروهای سدها وجود دارد. به طور طبیعی, ساختمان آنها با موانع فراوانی روبرو است. محل احداث آنها مناطق طبیعی , مزارع, آثار باستان شناسی را از بین می برند. در بعضی مواقع ایجاد سدها توده زیادی از مردم را ناچار به جابجایی می کند. همچنین هزینه ساخت سد گران است و مخزن سد به سرعت با ماسه و سایر رسوبات پر می شود. بیشر سدها پس از 75-50 سال پر از رسوب می شوند. با توجه به محدودیت هایی که هیدروالکتریک دارد, چرا شرکت نفتی شل چنین پیش بینی شجاعانه ای می کند که در سال 2040 50% از انرژی دنیا از طریق انرژی تجدید پذیر تامین می شود؟ این امر به این دلیل است که انرژی خورشیدی نوعی دیگر از انرژی های تجدید پذیر و حلال مشکل انرژی سوخت جهانی است بویژه زمانی که منابع سوخت فسیلی از بین خواهند رفت. چگونه انرژی خورشیدی می تواند از طریق کلکتور و فتو ولتاییک انرژی کافی برای نیاز روزمره ما فراهم کند؟ پاسخ به این سوال آسان نیست زیرا بهره برداری از انرژی خورشیدی هنوز با محدودیت هایی مواجه است. اولین آنها این است که این منبع انرژی در طول شب و روزهای ابری در دست نیست. دیگر آنکه, مدل های خورشیدی حتی با کاسته شدن قابل ملاحظه هزینه آن طی سالهای اخیر, هنوز گران هستند و در آخر, مخرنهای الکتریسته هنوز محدود هستند و چند سال بیشتر دوام ندارند. با این وجود انرژی خورشیدی به علت رشد قابل تحسین خود بسیار امیدوار کننده است. بر طبق Solarbuzz.com تقاضا برای سولار-الکتریک مرتبا در حال افزایش است. این تقاضا طی 20 سال گذشته رشد 50-20% داشته است. این افزایش بعلت ارتقاء کارآرایی, بهبود صنعت ساخت و کاهش اقتصادی هزینه تولید محصولات در حجم بالا بوده است. به همین علت کمپانی های بزرگ مانند شل, علاقه زیادی به توسعه انرژی تجدید پذیر نشان می دهند. با این حساب, انرژی خورشیدی می تواند منبع اصلی انرژی خانه های ما در چند قرن آتی باشد. واقعیت 7: انرژی خورشیدی می تواند توسط باطری ها جمع، ذخیره، جذب و منتقل شود: انرژی خورشیدی بی دغدغه ترین منبع انرژی موجود برای بشر است. ما هرگز این منبع انرژی را از دست نمی دهیم مگر با فنای خورشید. بر اساس Wikipedia 7.8میلیارد سال دیگر به مرحله ای که خورشید وارد تحول دوباره شود, باقی مانده است. این مرحله ای است که هلیم شروع به تولید کربن و اکسیژن می کند. تا آن زمان, یا نسل انسان منقرض شده و یا بشر راه حلی برای مقابله با این مشکل پیدا کرده است. جمع آوری و ذخیره: مانند بیشتر منابع انرژی, انرژی خورشیدی می تواند جمع آوری و در هر گونه انبار طراحی شده برای ذخیره نیرو نگهداری شود. اگر بخواهیم از انرژی خورشیدی در شیوه جدید زندگی خود برخوردار شویم مخزن انرژی مانند باطری بسیار مهم است. ما تقریبا در تمام اوقات متقاضی انرزی هستیم و انتظار داریم این نیاز فورا بر آورده شود. از آنجا که خورشید تنها در طول روز نور افشانی می کند, ذخیره انرژی آن بسیار مهم است. این امر از طریق فتو ولتاییک محقق می شود , جایی که به طور همزمان انرژی خورشیدی دریافت و ذخیره می گردد. در یک سیستم معمول فتوولتاییک, نور خورشید به دستگاه فتوولتاییک می تابد. سپس کلکتور های خورشیدی انرژی نور را به انرژی الکتریکی تبدیل و تولید جریان مستقیم (DC) می کنند. این جریان در باطری ذخیره می شود. چون ما در خانه هایمان از جریان جاری یا (AC) استفاده می کنیم, یک منتقل کننده به باطری وصل می شود که جریان DC را به AC تبدیل می کند. با این ترتیب, انرژی خورشید به صورت موثر به خانه های ما انرژی می رساند. واقعیت 8: انرژی خورشیدی عامل به وجود آمدن بادها, جریان آب اقیانوسها و دیگر تغییرات آب و هوایی است. حتما شما به این جمله ساده بسنده نمی کنید. در این جا ما از نظر علمی بیشتر به این مسئله می پردازیم: باد ها: هنگامی که انرژی خورشیدی سطح زمین را گرم می کند, سطح زمین هوای بالای خود را گرم می سازد. نتیجه افزایش این انرژی باعث می شود هوای اطراف به دیگر نقاط حرکت کند و این حرکت کم کردن تراکم هوا را موجب می شود. این مسئله فشار هوای پایین در منطقه را موجب می شود. در مقایسه هوای مناطقی که در معرض مستقیم تابش نور خورشید نیستند, بسیار خنک تر است. چون مولوکول هوای خنک به هم نزدیک تر هستند باعث غلظت و سنگینی هوا می شوند. به همین ترتیب, هوای خنک تشکیل هوای پرفشار را می دهد. برای تعادل , جریان هوا از منطقه پرفشار به سوی منطقه کم فشار حرکت می کند. جریان آب: اقیانوس نشان دهنده نوع طبیعی انرژی خورشیدی است. بر اثر تابش نور خورشید, گرمای سطح روی آب افزایش می یابد. این افزایش دما باعث انبساط مولکولهای آب و بالا رفتن سطح آب می شود. افزایش سطح آب ایجاد شیب می کند که باعث حرکت آب می شود. با اضافه شدن تاثیرات باد, آب تمایل به حرکت در مسیر مشخصی پیدا می کند که آن را جریان اقیانوس می نامند. این یک تعریف مختصر و مفید از جریا ن های دریاها و اقیانوس ها است. علاوه بر باد و جریان آب اقیانوس, دیگر تغییرات آب و هوایی نیز توسط انرژی خورشیدی بوجود می آیند. برای مثال, باران, رعد و برق و طوفان نتیجه غیر مستقیم انرژی خورشیدی هستند. مادامیکه خورشید هست, تغییرات آب و هوایی, کره زمین را به مکان جالبی برای زندگی در می آورند. واقعیت 9: تقریبا نیمی از صفحات خورشیدی در ژاپن استفاده می شوند.از آنجا که ژاپن تنها 3 درصد سطح خشکی زمین را در اختیار دارد, این موضوع بسیار جالب است. چندین قرن اخیر, هزینه مصرف الکتریسیته در ژاپن به سرعت بالا رفته است. چنین افزایش هزینه بعلت عوامل مختلف که در رابطه با برنامه های اتمی است بوجود آمده است. برای مثال، در سال 1995 سانحه ای تنها و سریعترین راکتور زاینده را از کار انداخت. در سال 2003, تمام 17 برنامه اتمی که توسط کمپبانی نیروی الکتریکی توکیو اداره می شد نیز از فعالیت باز ایستادند. علت توقف کار این نیروگاه ها به این دلیل بود که دولت دریافت این کمپانی ها مدارک ایمنی را جعل کرده بودند. در نتیجه تولید بییشترین حجم الکتریسیته در ژاپن از منابع زغال سنگ و گاز طبیعی تامین می شود. با توجه به محدودیت منابع زغال سنگ و گاز طبیعی, ژاپن ناچار است این مواد را از کشورهای دیگر وارد کند. این موضوع باعث شده هزینه این سوخت ها بسیار گران تمام شوند، زیرا هزینه حمل آنها مرتبا افزایش می یابد. واقعیت 10: انرژی خورشیدی قدیمی ترین نوع انرژی محسوب می شود. در آینده نه چندان دور, این انرژی مهمترین پاسخ به نیازها ی تامین انرژی ما خواهد شد. از زمان تولد خورشید انرژی خورشیدی همواره وجود داشته است. طبق ویکی پدیا, منظومه شمسی 4.6 میلیون سال پیش تشکیل شده. این منطومه از برخورد جاذبه ای یک ابر مولکولی بزرگ تشکیل شده. این ابر چندین سال نوری دورتر بوده و احتمالا باعث بوجود آمدن ستاره های دیگر نیز شده است. بر طبق مطالعات شهاب سنگی, خورشید از انقجار موج های شدید چندین سوپرنواس بوجود آمده. این انفجار موجب ایجاد مناطق عظیم متراکم نبولا شد که اجازه می دهد نیروهای جاذبه ای بر فشار داخلی گاز غلبه کنند و منلاشی شدن آن خورشیدی را که امروزه ما آن را می بینیم را بیافریند. انرژی خورشیدی قدیمی ترین توع انرژی است که هزاران سال است بشر از آن استفاده می کند. از قرنها پیش، انسان از انرژی خورشید برای خشک کردن مواد غذایی و لباس هایشان استفاده می کند. در اوایل قرن هفتم پیش از میلاد, برخی افراد کشف کردند که وقتی اشعه خورشید به طور مستقیم از شیشه عبور کرده و بر ماده قابل احتراق بتابد, آن ماده آتش می گیرد. حدود 2000 سال پیش یونانی ها اولین ملتی بودند که از انرژی خورشید در خانه هایشان بهره بردند. طراحی پآنان در آن زمان زیرکانه بود چرا که اجازه می دادند نور خورشید فقط در زمستان وارد خانه شود و نه در تابستان. یک ایده هوشمندانه دیگر در آن زمان که فراتر از زمان حال بود. حبس و ذخیره کردن نور خورشید بود. از هزاران سال پیش، رومی ها یاد گرفتند چگونه با ساختن ساختمان های شیشه ای از نور خورشید بیشترین بهره را ببرند. آنها گلخانه های شیشه ای می ساختند که اجازه می داد تولید سالانه میوه و سبزی خود را بالا ببرند. می توان گفت شاید بزرگترین استفاده از انرژی خورشیدی که تا کنون کشف شده است قدرت تبدیل مستقیم این انرژی به برق است. این کار با آزمایشی درباره انرژی خورشیدی با نام "تاثیر فتو الکتریک" آغاز گردید. پیشنهاد انجام این آزمایش را انیشتین در سال 1905 ارائه داد. وی در سال 1921 جایزه توبل را برای پیشنهاد اولیه ای طرح, دریافت کرد. این تئوری می گفت اگر نور خورشید بر فلزی بتابد و جریان خاص این تابش با آن فلز مطابقت کند, جریان تولید خواهد شد. از آنجا که جریان یعنی جاری شدن الکترون, بنابر این الکتریسیته بوجود می آید. در سال 1954 اولین تکنولوژی فنو ولتاییک وقتی بوجود آمد که "دریل چپین" Daryl Chapin, "کالوین فولر" Calvin Fullerو"جرالد پیرسون" Gerald Pearson کلکتور سیلیکن فتو ولتاییک را در آزمایشگاه بل توسعه دادند. اولین کلکتور نور خورشید که اختراع شد قادر بود انرژی کافی برای تامین روزانه چرخش دستگاههای الکتریکی جذب کند. درحال حاضر تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته هنوز کافی نیست. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی, کلکتورهای فتو ولتاییک هر روز کارآمد تر و کم هزینه تر می شوند. امروزه تکنولوژی به نقطه ای رسیده است که کلکتورهای فتو ولتاییک برای مصارف منازل موجود می باشند. با توجه به قدرت قابل تحسین تکنولوژی فتو ولتایک. بسیاری از کمپانی های عظیم مانند بریتیش پترولیم , شل و کمپانی های نفتی در این زمینه سرمایه گذاری کرده اند. با کمک نانوتک., کمپانی های توسعه دهنده مانند نانوسیس, نانوسولار و کونارکا در حال دستیابی به کلکتورهای فنو ولتاییک در سطح پایین هستند. به این ترتیب, آنها امیدوارند کارآیی جمع آوری انرژی را تا نقطه ای افزایش دهند که هزینه استفاده از انرژی خورشیدی با هزینه سوخت فسیلی برابر گردد. شاید, با این کشف شگفت انگیز, انسان کلید دری را که بسوی پاکیزگی و نیک انجامی بدست آورد.