تابش خورشیدی
سلام
ویژگی های کلی تابش خورشیدی
ابتدا کلیاتی درباره تابش خورشیدی مطرح می شود: از زمانی که کره زمین به دور خورشید می چرخیده همواره انرژی خورشیدی وجود داشته است. برای مدت طولانی از قرن هفتم قبل از میلاد، زمانیکه از شیشه به عنوان ذره بین استفاده می شد، انسان تلاش می کرده از این انرژی بهره ببرد. در این عصر با پیشرفت تکنولوژی الکتریسیته، نور و گرما در اختیار بشر قرار گرفته است ولی نکته مورد اهمیت این است که ما برای سود خود، بهتر است از تابش سخاوتمندانه خورشید بهره برداری کنیم.
ریشه کلمه سولار (خورشیدی) از کلمه رومی برای خدای خورشید، سول (sol)گرفته شده. بنابراین کلمه سولار به خورشید و انرژی خورشیدی به انرژی آمده از خورشید مربوط می شود.
انرژی خورشیدی چیست؟
پاسخ کوتاه: نور و گرما توسط خورشید بدست میآید.
پاسخ کاملتر: نور خورشید پس از عبور از حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر و گذشتن از لایه های متعدد جو زمین و (ابر، آلودگی، خاک و دیگر ذرات) حدود نیمی از انرژی خود را به جذب زمین و اقیانوسها می رساند و نیمی دیگر دوباره به فضا منعکس و برگردانده می شود. انرژی ای که در اقیانوسها، سطح زمین و گیاهان جذب شده در اقیانوس ها تولید گرما و جریان آب، در هوا حرکت باد ایجاد می کند. درسطح زمین، حاصل این فرایند گرمایی عمل فتوسنتز گیاهان است. خورشید ستاره منظومه شمسی و یکی از بزرگترین ستاره های اطراف نزدیک کهکشان راه شیری است. منبع انرژی خورشید در هسته ی آن است. جایی که هیدروژن با واکنش های گرما هسته ای به هلیم تبدیل می شود. این انرژی به دو صورت نور و گرما به زمین می رسد.
بنا به گفته وزارت نیروی ایالات متحده امریکا در هر ساعت، انرژی نور خورشیدی به اندازه تامین کل نیاز انرژی دنیا به مدت یکسال می باشد.
مقدار انرژی سالانهای که از خورشید به زمین می رسد، ۱۸ ۱۰×۴ ژول است.
۱۰۱۸×۴ ژول / سال ÷ ۳۶۵ روز/ سال۱۰۱۶×۱= ژول/ روز.
۱۰۱۶×۱ژول / روز÷۲۴ ساعت / روز ۱۰۱۴×۴ ژول/ ساعت.
مقدار انرژی که سالانه توسط جمعیت کره زمین مصرف می شود حدود ۱۰۱۴×۳ ژول است.
انرژی تابش خورشیدی بیش از هزاران سال توسط بشر استفاده شده. برای مثال، در تمدن باستانی از خورشید برای روشن کردن آتش و گرم کردن خود استفاده میکرده اند. آنها همچنین با طراحی صحیح از این انرژی، خانه های خود را گرم نگه می داشتند. طراحی خانه ها به شکلی بود که دیوارها و کف در طول روز انرژی خورشید را جذب و شب هنگام آن را آزاد می ساختند و بدین ترتیب آنها را گرم نگه می داشت. وقتی شما برای گرم کردن خود زیر نور آفتاب ایستاده اید شما هم از انرژی گرمایی خورشیدی استفاده کرده اید.
کشف فتوولتاییک در سال ۱۸۳۹ وقتی روی داد که فیزیکدان فرانسوی، ادموند بکوئرل فعالیت های فتوولتاییک را نمایش داد. ادموند متوجه شده بود که جریان الکتریسیته در مواد بخصوصی در اثر تابش نور می تواند افزایش پیدا کند. اما، در سال ۱۹۰۵، وقتی آلبرت انیشتین فیزیکدان معروف بوضوح اثرات فتوالکتریک، اصولی که فتوولتاییک بر آن استوار است را شرح داد، متوجه کار ادموند شدیم. در سال ۱۹۲۱ انیشتین برای طرح تئوری خود درباره فتوولتاییک، جایزه صلح نوبل را از آن خود کرد.
از اواسط سال ۱۹۵۰ وقتی که آزمایشگاههایAT&T اولین کلکتورهای سیلیکن با کیفیت ۶% را تولید کردند این صورت از انرژی عملاً مورد استفاده قرار گرفتند. در سال ۱۹۶۰ هافمن الکترونیک کارآرایی کلکتورهای تجاری را به ۱۴% افزایش داد و امروزه محققان کلکتورهایی با بیش از ۲۰% کارآیی را تولید کردهاند. ۲۰% درصد کارآیی یعنی از کل انرژی که به سطح کلکتور می تابد، حدود ۲۰% آن تبدیل به الکتریسیته قابل استفاده می شود.
مشکلات حاد انرژی و تحریم های نفتی سال ۱۹۷۰ بسیاری از کشورها را متوجه وابستگی آنان به منابع انرژی غیرقابل تجدید کرد و این امر موجب شد که با همت بیشتری به دنبال کشف منابع کمکی انرژی شوند. این موضوع شامل تحقیقات بیشتر در مورد منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشید، انرژی باد و انرژی زمین گرمایی شد.
خورشید زمین را با دو نوع اصلی انرژی، گرما و نور تغذیه میکند. بعضی از سیستمهای انرژی خورشیدی از انرژی گرمایی برای تولید گرما استفاده می کنند در حالیکه بعضی دیگر نور خورشید را به انرژی الکتریکی (الکتریسیته) تبدیل میکنند.
امروزه انرژی خورشیدی کاربردهای عملی بسیاری دارد. خانه های خورشیدی طراحی شده اند برای استفاده از انرژی گرمایی در این خانه ها با ساختن پنجره های شیب دار که رو به جنوب کار گذاشته می شوند انرژی گرمایی خورشید که به خانه می تابد را می توان کنترل کرد. در زمستان هنگامی که خورشید مایل می تابد، نور آن از پنجره های شیب دار وارد خانه شده و گرما و نور آن را تامین می کند.
تابش خورشیدی
خورشید را می توان جسم سیاهی در نظر گرفت که پیوسته پرتوافکنی می کند. مقدار کل انرژی تابشی جسم سیاه بر اساس قانون استفان بولتزمان محاسبه می شود. دمای سطح خارجی خورشید را حدود ۶ هزار کلوین محاسبه کرده اند و بر این اساس، مقدار انرژی تابشی آن را محاسبه می نمایند. گسیل انرژی خورشیدی در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی صورت می گیرد و نشر و انتقال این انرژی به هر دو حالت موجی و ذره ای (تشکیل شده از ذرات ریز انرژی به نام کوانتوم) انجام می شود. نظریه موجی تابش الکترومغناطیسی را ماکسول در اوایل قرن نوزدهم عرضه کرد. بر اساس این نظریه، انرژی خورشید به صورت امواج پیوسته و پیدرپی منتشر می شود. امواج انرژی الکترومغناطیسی طول موجهای متفاوتی از خیلی کوچک تا خیلی بزرگ دارند که طیف الکترومغناطیسی را به وجود می آورند. سرعت انتشار این امواج ثابت و برابر با ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه است. مقدار انرژی تابشی امواج کوتاه بیش از امواج بلند است. اگرچه تابش خورشید در سرتاسر طیف الکترومغناطیسی صورت می گیرد، بیشتر انرژی این تابش در محدوده خاصی از حدود ۲/۰ میکرون تا ۴ میکرن قرار دارد. در مجموع ۹ درصد این انرژی در باند ماورای بنفش، ۴۵ درصد آن در باند مرئی و ۴۶ درصد آن در باند مادون قرمز توزیع می شود. طول موج حداکثر تابش خورشیدی از قانون جابه جایی یا انحراف وین محاسبه می شود.
تابش خورشید منبع اصلی انرژی سیاره زمین و عامل اصلی کنترل حیات و آب و هوا در سطح زمین به شمار می آید. انرژی خورشید، با کنترل حرارت سطح زمین، پراکندگی زمانی و مکانی رطوبت و فشار را نیز تعیین می کند. بنابراین، بررسی همه جانبه آن برای درک آب و هوای کره زمین ضروری است.
انرژی تابشی دریافت شده از خورشید، گستره ای از طول موج هاست که به نام طیف خورشیدی معروف است. در این طیف وسیع، بلندترین امواج (امواج رادیویی) حدود ۱۲۱ برابر امواج کوتاه (گاما) میباشند، ولی حداکثر انرژی و مقدار زیادی از کل انرژی تابشی در محدوده کم عرض قسمت مرئی واقع است (جعفرپور،۱۳۷۰).
عوامل موثر در تابش خورشیدی
مقدار کل انرژی خورشیدی که در مدتی معین، به یک سطح مشخص می رسد، تحت تاثیر چهار عامل تغییر می کند که عبارتند از مقدار انرژی تابشی گسیل شده از خورشید، فاصله خورشید تا زمین، ارتفاع خورشید(یا زاویه تابش خورشید) و سرانجام مدت تابش.
- مقدار انرژی تابش خورشیدی
در نتیجه فعالیتهای دوره ای معین، لکه های تیره رنگی بر سطح خورشید ظاهر می شود و پرتوافکنی آن را هر چند ناچیز، تغییر می دهد. لکه های خورشیدی اصولاً هر ۱۱ سال یک بار ظاهر می شود و در نتیجه، ارسال انرژی تابشی خورشید را نیز دستخوش تغییر قرار می گردد.
- فاصله خورشید تا زمین و نقش آن در تابش خورشیدی
زمین در گردش انتقالی خود به دور خورشید، مداری بیضی شکل را می پیماید که خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد. فاصله زمین تا خورشید در انقلاب زمستانی به حداقل آن که ۱۴۷ میلیون کیلومتر است میرسد و در انقلاب تابستانی به حداکثر خود که ۱۵۲ میلیون کیلومتر است می رسد.
این تغییر فاصله بیانگر این حقیقت است که چرا ثابت خورشیدی در حداقل حضیض آن، حدود ۷ درصد بیشتر از مواقع اوج آن است. از این رو ظاهراً دمای دی ماه باید حدود ۴ درجه سانتیگراد بیشتر از دمای تیرماه و زمستانهای نیمکره شمالی گرمتر از زمستانهای نیمکره جنوبی باشد، اما در عمل، به دلیل کجی محور زمین و وجود خشکیهای وسیع در نیمکره شمالی، همیشه تابستان گرمتر از زمستان و نیمکره شمالی سردتر از نیمکره جنوبی است.
- ارتفاع خورشید و نقش آن در تابش خورشیدی
ارتفاع خورشید شدت انرژی رسیده به واحد سطح را مشخص می کند. هر قدر ارتفاع خورشید بیشتر باشد، امواج تابش عمودی تر می تابند و مساحت کمتری در معرض تابش قرار می گیرد، بنابراین دمای تولید شده در واحد سطح بالا میرود. عوامل مهم در تعیین ارتفاع خورشید در یک محل عبارتند از : عرض جغرافیایی محل، فصل سال و ساعت روز.
درباره آسام
آکادمی سامانه اطلاعات مکانی یک مرجع تخصصی و کاربردی برای آموزشهای GIS و RS است.
نوشته های بیشتر از آسام
دیدگاهتان را بنویسید