از آنجائيكه انرژی خورشيدی جزء پيوسته ای از زندگی روزانه در روی كره زمين است، بشر از طلوع عصر تكنولوژی سعی كرده است كه توان اين انرژی را برای اهداف مفيد مهار نمايد.
روش های فني گوناگوني بوجود آمده و تكميل شده اند و طرحهاي بسياری با درجات موفقيت متفاوت آزمايش گرديده اند و صنايع جديد و اقتصادي تاسيس گرديده اند. اگر چه كه هدف ما در اين بخش بحث مبسوطي از اين روشهاي تكنيكي نيست ( زير كه مراجع عالي بيشماري در اين مورد موجود دارند كه گزارش كميته انرژي خورشيدي WEC در سال 1989 و كتاب نيروگاه هاي خورشيدي از winter از آنجمله اند امابايستي بازنگري مختصري از اساس اين موضوع، وضعيت فعلي و آهنگ پيشرفت آن انجام گيرد و درس هاي مبهمي كه در اين فرآيند آموخته شده اند، شناخته شوند. در اين بخش نگرش كلي اي از تكنولوژي هاي مختلف و وضعيت توسعه آنها عرضه مي شود و پايه اي براي بحث ايجاد مي گردد.
بحث بر مبناي گروه هاي تكنولوژي ترتيب داده شده است و شامل بحث در مورد كاربردهاي مربوطه هر تكنولوژی نيزمی گردد. جدول 3-2 كلياتی از مشخصات فنی مهم هر يك از گروه ها و همينطور موقعيت فعلي صنايع توليدي موجود را نمايش مي دهد. در مورد هر يك از انواع تكنولوژي ها، مثال مشخصي از يك سيستم كامل بكار گرفته شده است تا هزينه محاسبه شده و ارقام معرف كارآیی سيستم بدست آيند و هرجایی كه لازم بوده است بجاي يك رقم، دامنه ارقام داده شده است تا اندازه تغييرات مورد انتظار نشان داده شود. برخی از اعدات تخمينی هستند و بر پايه بهترين اطلاعات در دسترس تخمين زده شده اند.
سيستم های حرارتی خورشيدی
اين گروه سيستم هایی را در بر می گيرد كه بر پايه گردآورنده هاي حرارتی با دمای پايين عمل مي نمايند. اين سيستم ها ازمنبع خورشيدي براي مصرف نهايي حرارتي استفاده مي كنند.
گردآورنده های تخت
از اين نوع گردآورنده خورشيدي بيش از هر نوع گردآورنده خورشيدي ديگر استفاده مي شود. عنصر اصلي آنها يك ورق است كه بوسيله تابشي كلي خورشيد حرارت مي يابد و حرارت خورد را به يك سيال جذب كننده حرارت كه در حال جريان است منتقل مي كند. اين سيال معمولا آب يا هوا است. رنگ اين ورق هميشه تيره است و ممكن است كه داراي پوشش خاصي باشد كه ضريب جذب انرژی خورشيدي را به حداكثر برساند. از ورق هاي لاستيكي، پلاستيكي و فلزي براي خروجي هایی با دمای فزاينده استفاده مي شود. ممكن است كه ورق تنها تشكيل دهنده گردآورنده باشد امابراي رسيدن به دمای بالا معمولا ورق را در داخل يك جعبه عايق شده كه روكش شفاف آن داراي كارآيي بالايي است قرار مي دهند تا از اثر گلخانه اي استفاده شود. تابش مرئي خورشيد از طريق اين پوشش نيمه شفاف وارد می شد ولي جزئی از تابش طول موج بلندتر مادون قرمز كه بوسيله ورق حرارت ديده داخل جعبه ساطع می شود در درون جعبه به دام مي افتد و نمي تواند خارج شود.
كاربردهاي سيستم
سيستم معمولا داراي يك بخش ذخيره است تا حرارت خورشيد را براي استفاده در شب ممكن نمايد. اگر سيال سيستم يك مايع باشد كه بخش ذخيره يك مخزن عايق دارا است و اگر سيال هوا باشد از مقداری سنگ يا بتون استفاده مي شود كه اين راه حل جاگير است و موادي كه تغيير فاز ميدهند راه حل بهتري بحساب می آيند اماحتی با اين مواد پيشرفته هنوز هم ذخيره كردن حرارت برای مدتهاي طولاني عملی نيست و در نتيجه سيستم هاي حرارتي خورشيدي از سيستم هاي ثانويه اي كه با انرژي فسيلي كار مي كنند بعنوان مكمل سيستم استفاده می كنند.
در سيستم هاي تك گردآورنده ازگردش طبيعي بر پايه اثر اختلاف دما بين گردآورنده و بخش ذخيره استفاده می شود، اما در سيستم هاي بزرگتر به گردش اجباري تحت فشار با كمك پمپ يا فن نياز است اينگونه سيستم ها اغلب براي گردش سريع و ثابت سيال كه بوسيله اختلاف دماي بين بخش ذخيره و گردآورند انجام مي گيرد، اما سيستم هاي جديد متناسب با گردش كند و متغير سيال كه متشابه تابش خورشيدي انجام مي گيرد ساخته شده اند و بدين ترتيب از كارآئي بيشتر و هزينه كمتري برخوردار هستند. اين شيوه طبيعي براي عملكرد سيستم هاي اختلاف دمایی كوچک است و در سيستم هاي بزرگتر با كمك پمپ هاي سرعت متغير و فن هائي كه با انرژي يك مدول كوچك فوتوولتائي تغذيه مي شوند انجام مي گيرد.
سيستم هاي گرما خورشيدي بيشتر براي گرمايش اب بطور تجاري بكار مي روند. استخرهاي شنا يا آب مصرفي خانه هاي ويلائي، آپارتماني، هتل ها يا ساير ساختمان ها در بخش هاي خدماتي يا تجاري به آساني مي توان با كمك انرژي خورشيدي گرم نمود و اين كار با زمان بازپرداخت كوتاه سرمايه گذاري انجام مي گيرد. با استفاده از يك راندمان ساليانه ميانگين 40% تنها به 2 متر مربع سطح گردآورنده نياز هست تا 80% تقاضاي براي آبگرم يك خانواده در شرايط آب و هواي مديترانه اي تامين شود. در نواحي اي كه از هواي آفتابي كمتري برخوردار هستند به سطح گردآوري بزرگتري (اماهنوز متعادل) نياز خواهد بود.
اين سيستم ها هم چنين مي توانند بخش بزرگي از تقاضا براي گرمايش فضاي ساختمان را تامين كنند لكن سطوح بزرگتري براي گردآوري انرژي خورشيدي مورد لزوم خواهد بود كه بلحاظ زيبائي ساختمانها و جنبه هاي اقتصادي زيان بار خواهد بود. موفقيت هاي تجاري تنها در بخش هاي با گرمايش كمتر خورشيدي و بدون ذخيره حاصل شده است. بنابر اين صرفه جوئي در انرژي به سه طريق بدست مي آيد ( با گرم كردن هوا، كاهش اتلاف حرارتي هوا از ديوارها و با مخلوط كردن هوا در ساختمان هاي جديدي كه از عايق بندي بهتري برخوردار هستند ازنسبت هزينه به كارآئي كم تري در مقايسه با ساختمان هاي معمولي سود مي برند.
گرمائي كه از گردآورنده هاي گرماي خورشيدي بدست مي آيد را مي توان با تامين انرژي مدارهاي پمپ حرارتي جذبي يا امثالهم بمنظور تامين سرمايش فضاي ساختمان ها بكار برد. با استفاده از دماي بالائي كه در گرآورنده هاي متمركز كننده بدست مي آيد آسانتر مي توان مورد بالا را به اجرا در آورد ولي قيمت بالاتر اين گردآورنده ها و هزينه افزوده و پيچيدگي دستگاههاي سرمايش باعث شده است كه هنوز يك بازار تجاري براي سيستم هاشكل نگرفته باشد. تحقيقات اكنون درجهت افزايش كارآئي سيستم هاي خنك كننده است تا امكان استفاده از گردآورنده هاي تخت را كه ارزان تر مي باشند فراهم مي آورد.
گرماي فرآيندي براي صنايع
اين يكي ديگر از كاربردهاي ممكن براي سيستم هاي گرما خورشيدي است. گردآورنده هاي تمركزي طيف وسيع تري از كاربردهاي بالقوه در اين زمينه را در مقايسه با گردآورنده هاي تخت فراهم مي كنند زيرا اين گردآورنده ها دماي بالاتري را توليد مي كنند. اما صنايع بسيار انرژي بر هستند و عدم فضاي كافي براي نصب گردآورنده هاي خورشيدي اغلب يك مانع رفع نشدني است. همانند كاربرد گرمايش فضا كه قبلا به آن اشاره شد در اين مورد هم موفقيت تجاري محدودي كسب گرديده است آنهم فقط با سيستم هائي كه ذخيره ندارند و براي تامين بخش كوچكي از بار حرارتي مورد نياز فرآيند توليد، طراحي شده اند.
سيستم هاي گرما خورشيدي هم چنين مي توانند گرماي فرآنيدي مورد نياز كشاورزي را تامين كنند. گلخانه ها ميتوانند برداشت محصول را بطور قابل توجهي افزايش دهند و فصل رشد گياهان را در اب و هواي سرد طولاني تر نمايند. خشك كردن با كمك خورشيد كيفيت محصولات را افزايش داده و باعث مي شود كه محصولات از عمر ذخيره طولاني تري پيش از فساد پيدا كنند و بدين ترتيب ارزش بازاري بالاتري را طلب نمايند. هر دو تسهيلات گلخانه اي و خشك كني را مي توان به آساني با كمك تابش مستقيم خورشيدي فعال نمود اما افزودن گردآورنده هاي ( هوا ) تخت باعث خواهد شد كه از بخش بمراتب بزرگتري از انرژي خورشيدي استفاده شده و عمليات مستقل تري از شرايط هوا داشته باشيم. اين سيستم ها امكانات بالقوه فني قابل توجهي را در اختيار مي گذارند اما مقدار محدود سرمايه اي كه در بسياري از نواحي روستائي در دسترس است باعث محدوديت عمده اي در گسترش بازار باي اين سيستم ها شده است.
با ورود گردآورنده هاي تخت مجهز به سيال كند و متغير، كنترل سيستم احتمالا با بحال به تكامل تمام رسيده است. اما R&D بر روي مواد پيشرفته هنوز ادامه دارد بطوريكه در آينده گردآورنده هاي الياف پليمري و تركيبي به درجه اي از كارآئي مي رسند كه امروزه تنها از گردآورنده هاي فلزي بر مي آيد. كاهش هزينه ها يا توليد انبوه مواد جديد براحتي ميسر است بطوريكه اگر بازار نسبتا بزرگي شكل پيدا كند آنگاه قيمت هاي پائين تر ممكن خواهند شد.
محدوديت عمده اي كه توسعه بازار با آن روبروست سرمايه گذاري مورد نياز براي سيستم خورشيدي است. حتي با اينكه قيمت هاي كنوني انرژي هاي معمولي پايين هستند، باز هم زمان هاي بازپرداخت سرمايه فقط در چند سال معمول مي باشد. اگر چه از اين زمان بسيار كوتاهي براي بازپرداخت سرمايه، براي يك شركت توليد انرژي محسوب مي شود ولي اغلب براي مشتريان فردي بالقوه، زماني طولاني تلقي مي شود.