هنرجو | آموزش تخصصی رشته های هنرستان
یكی از بهترین روشها جهت دستیابی به راههایی جهت كاستن از میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای، استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر است. در این راستا برای كشورهای در حال توسعه میتوان فناوری «دودكش خورشیدی» را معرفی كرد.
دودکش خورشیدی سازه‌ای است که با استفاده از اثر دودکش به تهویه‌ی هوا کمک می‌کند. یک دودکش خورشیدی ساده می‌تواند از یک لوله‌ی سیاه‌رنگ (برای جذب بیشتر انرژی خورشیدی) با قطر مناسب تشکیل شده باشد که به اندازه‌ی چند متر از سقف خانه بالاتر است. درون این دودکش‌ها ممکن است یک جرم حرارتی استفاده شود که به حفظ حرارت تا مدتی پس از غروب خورشید کمک می‌کند. به غیر از نصب بر روی بام، چنین دودکشی را میتوان در دیواری از خانه که به سمت خط استوا است، یا روی سطحی جداگانه که از بام ساختمان بلندتر است نصب کرد. هرچه پهنا و ارتفاع دودکش بیشتر باشد، بازدهی آن بالاتر است. در مناطق بسیار گرم که آفتاب در مدت زیادی از روز می‌تابد، ممکن است از دو دودکش خورشیدی یکی در غرب (تهویه در بعد از ظهر) و دیگری در شرق ساختمان (برای تهویه در صبح‌هنگام) استفاده شود.
دودکش خورشیدی یا برج نیرو از سه عنصر اصلی ساخته شده است:
- جمع‌کننده هوا (کلکتور)
- برج (دودکش)
- توربین‌های باد
كلكتور
هوای گرم مورد نیاز برای دودكش خورشیدی توسط پدیده گلخانه‌ای در یك محوطه‌ای كه با پلاستیك یا شیشه پوشانده شده و حدوداً چند متری از زمین فاصله دارد، ایجاد می‌شود. البته با نزدیك شدن به پایه برج، ارتفاع ناحیه پوشانده شده نیز افزایش می‌یابد تا تغییر مسیر حركت جریان هوا بصورت عمودی با كمترین اصطكاك انجام پذیرد. این پوشش باعث می‌شود كه امواج تشعشع خورشید وارد شده و تشعشع‌های با طول موج بالا مجدداً از زمین گرم بازتاب كند. زمین زیر این سقف شیشه‌ای یا پلاستیكی، گرم شده و حرارت خود را به هوایی كه از بیرون وارد این ناحیه شده است و به سمت برج حركت می‌كند، پس می‌دهد.
برج
برج به خودی خود نقش موتور حرارتی نیروگاه را بازی می‌كند و همانند یك لوله تحت فشار است كه به دلیل دارا بودن نسبت مناسب سطح به حجم از اتلاف اصطكاكی كمی برخوردار است. در این برج سرعت مكش به سمت بالای هوا تقریباً متناسب با افزایش دمای هوا در كلكتور و ارتفاع برج است. در یك دودكش خورشیدی چند مگاواتی، كلكتور باعث می‌شود كه دمای هوا بین ۳۵-۳۰ درجه سانتیگراد افزایش یابد و این به معنی سرعتی معادل m/sec 15 است كه باعث حركت شتابدار هوا نخواهد شد. بنابراین برای انجام عملیات تعمیر و نگهداری میتوان براحتی وارد آن شد و ریسك سرعت بالای هوا وجود ندارد.
توربین‌ها
با بكارگیری توربین‌ها، انرژی موجود در جریان هوا به انرژی مكانیكی دورانی تبدیل می‌شود. توربین‌های موجود در دودكش خورشیدی شبیه توربین‌های بادی نیستند و بیشتر شبیه توربین‌های نیروگاههای برقابی هستند كه با استفاده از توربین‌های محفظه‌دار، فشار استاتیك را به انرژی دورانی تبدیل می‌كنند. سرعت هوا در قبل و بعد از توربین تقریباً یكسان است. توان قابل حصول در این سیستم متناسب با حاصلضرب جریان حجم هوا در واحد زمان و اختلاف فشار در توربین است. از نقطه نظر بهره‌وری بیشتر از انرژی، هدف سیستم كنترل توربین به حداكثر رساندن این حاصلضرب در تمام شرایط عملیاتی است.
اصول كار دودکش خورشیدی
هوا در زیر یك سقف شفاف كه تشعشع خورشیدی را عبور می‌دهد، گرم می‌شود. باید توجه داشت كه وجود این سقف و زمین زیر آن بعنوان یك كلكتور یا جمعكننده خورشیدی عمل می‌كند. در وسط این سقف شفاف یك دودكش یا برج عمودی وجود دارد كه هوای زیادی از پایین آن وارد می‌شود. باید محل اتصال سقف شفاف و این برج بصورتی باشد كه منفذی نداشته باشد و اصطلاحاً «هوا بند» شده باشد. هوای گرم چون سبكتر از هوای سرد است به سمت بالای برج حركت می‌كند. این حركت باعث ایجاد مكش در پایین برج می‌شود تا هوای گرم بیشتری را به درون بكشد و هوای سرد پیرامونی به زیر سقف شفاف وارد شود. برای اینكه بتوان این فناوری را بصورت ۲۴ ساعته مورد استفاده قرارداد، میتوان از لوله‌ها یا كیسه‌های پر شده از آب در زیر سقف استفاده كرد. این موضوع بسیار ساده انجام می‌شود یعنی در طول روز آب حرارت را جذب كرده وگرم می‌شود و در طول شب این حرارت را آزاد می‌كند. قابل ذكر است كه باید این لوله‌ها را فقط برای یكبار با آب پر كرده و به آب اضافی نیازی نیست.
بنابراین اساس كار بدین صورت است كه تشعشع خورشیدی در این برج باعث ایجاد یك مكش به سمت بالا می‌شود كه انرژی حاصل از این مكش توسط چند مرحله توربین تعبیه شده در برج به انرژی مكانیكی تبدیل شده و سپس به برق تبدیل می‌شود. برق تولیدی از دودکش‌های خورشیدی جزء انرژی‌های تجدیدپذیر محسوب می‌شود.
توان خروجی
میتوان توان خروجی برجهای خورشیدی را بصورت حاصلضرب انرژی خورشیدی ورودی (Qsolar) در راندمان مربوط به جمعكننده، برج و توربین بیان كرد. توان تولید برق یك دودكش خورشیدی متناسب با حجم حاصل از ارتفاع برج و سطح كلكتور است، یعنی میتوان با یك برج بلند و سطح كم و یا یك برج كوتاه با سطح وسیع به یك میزان برق تولید كرد. البته اگر اتلاف اصطكاكی وارد شود دیگر موضوع فوق صادق نیست.
مزایای نیروگاههای خورشیدی
- عدم آلودگی محیط زیست
- عدم نیاز به نیروی متخصص
- عدم نیاز به آب زیاد
- استهلاک کم و عمر زیاد
- امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای
- تولید برق بدون مصرف سوخت
میتوان از دودکش‌های خورشیدی برای تهویه مطبوع نیز استفاده کرد. در این روش با قرار دادن دودکش‌های خورشیدی در مسیر تابش خورشید و استفاده از لوله‌های انتقال هوایی که با قرار گرفتن در زیر سطح زمین به خنک شدن هوای ورودی می پردازند، میتوان با ایجاد جریان هوا در خانه، هوای گرم را خارج و هوای خنک را از دریچه های ورودی مخصوص وارد خانه کرد و با این کار به خنک شدن خانه کمک کرد.
با افزایش قیمت سوختهای فسیلی معادلات به نفع فناوری‌های مرتبط با انرژی‌های تجدیدپذیر تغییر خواهد كرد. در كشورهایی كه دستمزد نیروی كار پایین است، هزینه تولید برق با این روش كاهش خواهد یافت، چون تقریباً نیمی از هزینه ساخت یك چنین نیروگاهی مربوط به هزینه ساخت كلكتور می‌شود كه با كارگران ارزان و نسبتاً غیر ماهر میتوان بهراحتی آن را ساخت.
