مقدمه
کوره آفتابی وسیله‌ای است برای تولید گرما بوسیله تجمع و تمرکز نور خورشید در یک نقطه خاص و استفاده از حرارت آن نقطه برای تولید آب گرم و بخار آب گرم. کوره آفتابی به شکل بشقاب کاو (مقعر) و آینه‌ای و صیقلی (که نورهای تابیده شده به طرف خود را بازتاب می‌کند) است. نورهای تابیده شده از بی نهایت دور موازی هستند، بنابراین همه آنها بعد از بازتابش نقطه خاصی به نام کانون می‌گذرند. برای ورود به بحث با چند اصطلاح آشنا می‌شویم.
1. مرکز آینه (C): نقطه‌ای است که فاصله تمام نقاط سطح از آن نقطه ثابت است.
2. کانون (F): نصف فاصله سطح تا مرکز را کانون می‌نامند و فاصله و سطح بشقاب (رأس آینه) تا کانون فاصله کانونی (f) نامیده می‌شود.
3. محور اصلی: خطی فرضی که وسط (رأس) بشقاب را به مرکز وصل کرده و کانون روی آن نیز کانون اصلی نامیده می‌شود.
پرتو نورهای تابیده شده نسبت به محور اصلی در بازتاب تقارن آینه‌ای دارند. پرتو نورهایی که موازی محور اصلی بتابد حتما بازتاب آنها از کانون می‌گذرد (کانون اصلی) ، پس در آن نقطه حرارت و گرما بسیار بالاتر از اطراف است. پس اگر منبع آب در آن نقطه قرار داده شود آب در اثر انرژی دریافتی از خورشید بسیار گرم خواهد شد و این اساس یک کوره آفتابی است.
نمونه کوچک و قدیمی کوره آفتابی ذره‌بین است که از شیشه محدب یا حتی یخ تراشیده شفاف ساخته می‌شد. امروزه از اجسام آینه‌ای با توجه به ویژگی ساختمانی گفته شده برای تولید آب گرم منازل در ابعاد محدود در پشت بامها و در ابعاد بزرگتر ساختمان بلند که نمای بیرونی آن به شکل کاو طراحی شده و در نمای جلویی آن از شیشه‌های رفلکس و آینه‌ای برای بازتاب نور استفاده می‌شود، بطوری که بازتابها در یک نقطه در مقابل یعنی کانون جمع می‌شوند.
در کانون یک منبع آب قرار می‌دهند و با لوله کشیهایی به توربین تولید برق وصل می‌کنند، با توجه به ابعاد ساختمان انرژی گرمایی دریافتی فوق العاده بالاست و بخار آب تولید شده با جریان شدید در لوله‌ها به توربین رسیده و باعث چرخش آن و تولید برق ارزان قیمت در چنین مجموعه نیروگاهی برق - آبی می‌گردد.
با توجه به پیشرفت صنعتی ، نیاز روز افزون به انرژی ، گرانی ، محدودیت منابع ، ناوگان حمل و نقل ، آلودگیهای زیست محیطی برخی منابع انرژی مثل سوختهای فسیلی ، پسماندها و ... . استفاده از انرژی خورشید به عنوان منبع سالم و تجدید پذیر انرژی در زمین راه کار مناسبی برای منازل در جهت کاهش هزینه و آلودگی و ... باشد، بویژه که برخی مناطق به دلیل صعب العبور بودن و هزینه انتقال و تلفات انرژی بالایی دارند.
برای افزایش بهره‌وری در استفاده از بشقابها و نیروگاهها می‌توان موارد زیر را در نظر گرفت. موقعیت جغرافیایی ، اقلیمی ، ویژگیهای آب و هوا با توجه به آفتابی بودن ، طول روز مسیر ظاهری حرکت خورشید در آسمان از طلوع تا غروب و با استفاده از منابع اطلاعاتی در این مورد می‌توان اطلاعات لازم را بدست آورد.
استفاده از مواد مناسب و طراحی آنها در جهت افزایش نسبت بازتاب به نور تابشی و همچنین برنامه رایانه‌ای و یک موتور برای چرخاندن دستگاه و مجموعه برای افزایش کارایی توصیه می‌شود، طوری که بشقاب و مجموعه همواره مسیر حرکت خورشید را تعقیب کرده و متناسب با آن بچرخد. در برنامه رایانه‌ای استفاده از روش و نمودار رویدات و سلرز - مدار میل خورشید بر حسب عرض جغرافیایی ، انرژی رسیده به سطح و توان جذب و بازتاب سطح در منبع فوق سودمند است.
انرژی خورشیدی(1)
برای تبدیل حرارتی می‌توان یا از جمع کننده‌های تخت و یا از آینه‌های متمرکز کننده استفاده کرد. از نظر ترمودینامیکی از جمع کننده‌های تخت ، دمای نسبتا کمتری گرفته می‌شود در صورتی که با آینه‌های سهموی دمای بالاتر و حتی در بعضی شرایط دمای بیشتر از تحمل مواد مورد استفاده بدست می‌آید. روش تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی یا تبدیل انرژی حرارتی به ترموالکتریکی توسط ماشین حرارتی خورشیدی که به مولد الکتریکی ترمو - یونی جفت شده ، انجام می‌پذیرید (هنوز در مرحله آزمایش است). با جریان هوای گرم که توسط انرژی خورشیدی تولید می‌شود، می‌توان یک دستگاه ماشین بادی را بکار انداخت، ولی هنوز مثال عملی در این مورد وجود ندارد.
مولدهای ترموالکتریکی خورشیدی
یک مدار بسته متشکل از دو فلز هادی مختلف که توسط جوش به هم متصل می‌شود، می‌تواند محل یک جریان پیوسته‌ای است، به شرط آنکه بین دو محل اتصال جوش ، اختلاف دما وجود داشته باشد. با استفاده از مواد نیم رسانا می‌توان بازده تبدیل قابل ملاحظه‌ای بدست آورد. یک مولد ترموالکتریکی از تعدادی کوپلها (جفتها) تشکیل شده که هر کدام از آنها از دو عنصر حرارتی تشکیل یافته است: یکی از نوع P و دیگری نوع N توسط پل فلزی که با منبع گرم در تماس است، به هم مربوطند. انتهای دیگر هر دو به یک مقاومت بسته شده و در دمای منبع سرد نگهداری می‌شوند.
منبع گرمای مورد استفاده می‌تواند یک شعله یا انرژی حرارتی یک سیال باشد که به انرژی خورشیدی نیز اندیشیده‌اند. در این مورد می‌توان از یک جمع کننده تخت را که شامل یک یا چند صفحه شیشه‌ای جهت جلوگیری از اتلافهای حرارتی تهیه می‌شود، و یا یک آینه متمرکز کننده را نیز مورد استفاده قرار داد. بهتر است دمای منبع سرد نزدیک به دمای محیط باشد، یا حداقل از آن خیلی دور نباشد؛ مثلا از جریان آب استفاده کرد و برای تأسیسات بزرگ آب گرم بدست آمده برای مصارف خانگی پیشنهاد شده است.
توان ترموالکتریکی یک ترموکوپل با رابطه زیر معین می‌شود:
(e = E/(T2 - T1
که E نیروی الکتروموتوری ترموکوپل در مدار باز بر حسب ولت ، T1 و T2دماهای منبعهای سرد و گرم بر حسب درجه مطلق هستند. اگر n ترموکوپل با همان منبعهای گرم و سرد باشند، نیروی الکتروموتوری دستگاه مساوی با (ne(T2 - T1 است.
ترموکوپلهای تجارتی
ترموکوپلهای تجارتی معمولا توان ترموالکتریکی ضعیف و حدود 63 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد هستند، به شرط آنکه اختلاف دما از 180 درجه سانتیگراد بیشتر نباشد. ترموکوپلی با یک آلیاژ مثبت متشکل از 35 درصد روی و 65 درصد آلومینیوم (شامل 2 درصد قلع ، 0.1 درصد نقره و 6 درصد بیسموت) و یک آلیاژ منفی 91 درصد بیسموت و 9 درصد آنتیموان توان ترموالکتریکی برای اختلاف دمای 80 درجه سانتیگراد به 280 میکرو ولت بر درجه سانتیگراد می‌رسد. متأسفانه به علت ذوب این آلیاژها در دمای 260 درجه سانتیگراد نمی‌توان آن را برای دماهای بالا بکار برد.
برای اصلاح بازده باید موادی با توان ترموالکتریکی بالا را بکار برد و لازم است موادی که مورد استفاده قرار می‌گیرند قابلیت هدایت گرمایی (K) ضعیف و مقاومت مخصوص (r) کمتری داشته باشند. تا به حال بازده 10 درصد با موادی که در اختیار دارند، برای دمای 500 درجه منبع گرم و 20 درجه منبع سرد بدست آمده است و با تکنیک خاصی بازده را به 12 درصد نیز بالا برده‌اند. اولین نمونه مولدهایی با جمع کننده تخت با یک یا دو صفحه شیشه‌ای و بدون متمرکز کردن تشعشع خورشیدی بوده است. بازده حاصل از این نوع تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی حدود 0.5 درصد با جمع کننده‌های تخت بوده است. ترموکوپلهایی با نیمه هادیها تهیه شده و توان ترموالکتریکی آنها بیشتر بوده است.
تولید انرژی از خورشید
چگونه می‌توانیم از گرمای خورشید برای تولید انرژی استفاده کنیم. آیا از نور خورشید نیز می‌توان انرژی بدست آورد. برای اینکار از باتری خورشیدی استفاده می‌شود که نور خورشید را می‌گیرد و برق تولید می‌کند. باتریهای خورشیدی از ماده‌ای بنام سیلیسیوم ساخته می‌شود. هر باتری خورشیدی برق بسیار ناچیزی تولید می‌کند. برای همین معمولا باید از تعداد زیادی باتری کنار هم استفاده شود تا مقدار برقی که بدست می‌آید، مفید و مناسب باشد.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 13 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله کوره آفتابی