انرژی گرمایی خورشید

انرژی گرمایی خورشید

خورشید یکی از منابع اصلی و بزرگ برای کره خاکی بوده و بطور مستقیم و یا قیر مستقیم روی فعل و انفعالات پدیده های فیزیکی آن مؤثر می باشد، خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. تابش خورشید در رشد نباتات و زندگی انسان و حیوانات اتی بسیار مهمی داشته و در کشاورزی و صنعت به وجود نور بیش از پیش نیاز است.

در این صفحه اطلاعات اولیه خود را در مورد خورشید مرور کرده و در ادامه نوع تابشهای خورشیدی را بهتر میشناسیم.

تاریخ تولد خورشید : طبق برآوردهای علمی در حدود 6۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین میگذرد.

میزان توانایی تولید انرژی

در هر ثانیه، 2/4میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می شود و تا ۵ میلیارد سال تداوم خواهد داشت.

وزن خورشید : وزن خورشید حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است.

قطر خورشید : ۰۰۰ ۳۹۰۰۰ (سی و نه میلیون ) کیلومتر است.

ترکیبات : 86/8درصد هیدروژن و ۳ درصد هلیوم و ۶۳ عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن، کربن، نئون و نیتروژن است. دمای خورشید : در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترومغناطیسی در فضا منتشر می شود.

فاصله زمین تا خورشید : زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می کشد تا امور خورشید ( با سرعت ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه ) به زمین برسد و همانطور که میدانیم این تابشها با برخورد به زمین اثرات گرمایی بیشتری خواهند داشت . جذب انرژی تابشهای خورشیدی توسط جو زمین به نوبه خود منبعی برای تابش می شود.

کاربردهای انرژی خورشید

از انرژی خورشیدی توسط سیستمهای مختلف و برای مقاصد متفاوت بهره گیری می شود مانند:

۱) استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی ،

۲) تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک، به پدیلهای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزمهای محرک، الکتریسینه تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیدهها استفاده کند. سیستم فتوولتائیک گویند. ماشین حساب ، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیلهای که با باتری خشک کار می کند، از کاربردهای این سیستم می باشد.

تابشهای خورشیدی

انرژی خورشید:

به انرژی تولید شده توسط تور خورشید، انرژی خورشیدی گویند. این انرژی بصورت پرتوهای تابشی به زمین می رسد تابشهای خورشید به سه شکل مختلف تنها منشاء گرمای زمین است، این شکلهای مختلف مطابق تصویر ۲۹ عبارتند از:

ACتابش مستقیم خورشید :

بخشی از تابش خورشید که بدون تفرق یا جذب در مسیری مستقیم به طرف زمین تابیده می شوند.

1K تابش پخشی خورشید:

بخشی از تابش است که توسط اجزاء اتمسفر جذب ودر تمام جهات ویا بطرف زمین تابیدہ میشود.

EDBFتابشی بازتابی خورشید :

بخشی از تابشهای خورشیدی که پس از برخورد با موانع و اجسام به اطراف گسیل می شود.

عوامل موثر بر تابشهای خورشیدی

تشعشعات خورشیدی به هر شکلی که به زمین میرسند در هر صورت کمتر از مقداری هستند که از خورشید جدا شده اند. مطابق آنچه که در صفحه بعد نیز آمده، میزان تابش های خورشیدی به طول مسیر پیموده شده در جو و همچنین ترکیبات جوی اعم از ابرها، رطوبت، گردوغبار، دودومه که در طول مسیر تابش قرار دارند بستگی دارد. حتی زمانیکه هوا کاملاً صاف بنظر می رسد مولکولهای هوا باعت تفرق تابش ها در طول موج کوتاه و در محدوده آبی شده و رنگ آسمان آبی رنگ جلوه می کند

مثالی از بررسی عددی یک تابش مستقیم

براساس یک تحقیق بعمل آمده در عرض جغرافیایی 8/41 درجه در سطح دریا و طی یک روز روشن ، مطابق شکلی ، کل انرژی تابشی خورشیدی رسیده شده به شکل مستقیم شامل ۳ درصد اشعه فرابنفشی ۳8 درصد نور مرئی و۵۹درصد تابش مادون قرمز است .

تابش در هوای ابری و آلوده

در این شرایط کلی تابش رسیده به زمین که باعث گرمایشی می شود و ۵۹مادون قرمز ۶ بصورت تابش بخشی است

بررسی عددی تابش بازتابی

سطوحی مانند چمن، درختتان، سنگ ها و بتن حدود ۲۰ درصد تشعشعاத دریافتی را منعکس و ۸۰ درصد انرژی را جذب می کنند وسطوحی روشن شفاف و براق ، مانند برف، ۷۰ درصد تشعشات را منعکس و تنها ۳۰ درصد آنها را جذب می کند.

رفتار زمین و اتمسفر آن در برابر خورشید

بیش از شناخت لایه های مختلف در این صفحه به شکلی عمومی رفتار زمین را در برابر گرمای خورشید مرور می کنیم .

گرمای اتمسفر زمین از کجاست ؟

با شناخت انواع تابشهای خورشیدی در صفحه قبل به زبان ساده می توان گفت که گرمایش مستقیم هوا از طریق جو زمین بوده و گرمایش جو زمین هم از طریق تابشی خورشیدی فقط به صورت غیر مستقیم و از طریق انرژی جذب شده توسط سطح زمین صورت میگیرد (در تصویر ۳۴ بمیزان ۴۶ درصد) و میزان آن به سطح زمین و طبیعت آن از نظر اقلیمی بستگی دارد. راههای مختلف گرمایش اتمسفر زمین و جزییات بیشتر در این زمینه در دو صفحه بعد آمده است.

انرژی موثر جذب شده توسط زمین

در شرایط آسمان صاف ، تابش مستقیم خورشید غالب می باشد تابش طول موج کوتاه به سهولت توسط مولکولهای گاز، بخار اب ، قطرات ریز آب ، غبار و ذرات معلق دیگر و به ویژه توسط ابر پخش یا منعکس می شود. حدود 50 درصد مقدار تابش پخش یا منعکس شده در جو ، به زمین رسیده و باقیمانده به فضا بر میگردد.هم وضعیت جوی و هم ضخامت جو که اشعه خورشید باید از آن عبور کند، اثر شدیدی بر مقدار تابش خورشیدی که عملاً به سطح میرسد، می گذارند.

به علت عبور اشعه از جو با ضخامت زیاد، مقدار تابشی که نهایتا به سطح زمین میرسد بسیار کاهش پیدا می کند.اگر چه تابشی تورشیدی نقش اصلی را در گرم کردن سطح زمین ایفا می کند، ولی اثر مستقیم آن در گرم کردن جو کم است.

فرایند مهم اقلیمی گرم کردن هوای اطراف ما، عمدتا از طریق سطح زمین که بواسطه جذب انرژی خورشید گرم شده و خود منبعی برای تابش است ، انجام می گیرد . محدوده طول موج آن از 3/0 میکرومتر تا 100 میکرومتر بوده ولی بیشترین قسمت انرژی بین طول موج 4/0 میکرومتر تا 5/0 میکرومتر می باشد . امواج در این طول موجها به آسانی توسط بخار آب و گاز کربنیک موجود در جو جذب می شوند .

خدمات پکیج/تعمیرکار پکیج/تعمیر پکیج...