کوره خورشیدی چیست
فرآیند متمرکز کردن نور با هدف حاصل کردن دمای بالای انرژی حرارتی، راهبردی است که در اینجا به آن به عنوان فرآیند تمرکز نور در کوره خورشیدی اشاره می‌شود.
برای بهره‌مندی از انرژی گرمایی حاصل از نور خورشید، از فناوری انرژی گرمایی خورشیدی استفاده می‌شود.
انرژی گرمایی خورشیدی یک فناوری ای است که از انرژی خورشید برای به دست آوردن انرژی گرمایی با استفاده از روش‌ها و سیستم‌های خاص بهره‌مند می‌شود.
از نظر اداره اطلاعات انرژی ایالت متحده تدابیر تأمین انرژی حرارتی از خورشید، به سه رده‌بندی دمای پایین، متوسط، و دما بالا تقسیم می‌شوند.
دمای پایین
در دماهای پایین، اغلب از سطوح مسطح در نواحی مسکونی بهره گرفته می‌شود.
دمای متوسط
همچنین، در دماهای متوسط، از سطوح صاف استفاده می‌شود، و با تعداد بیشتر به منظور گرم کردن آب یا هوا در مناطق تجاری و اداری استفاده می‌گردد.
دمای بالا
در دماهای بالا، از تمرکز با نور خورشید با بهره‌گیری از آینه و لنز به منظور تولید برق استفاده می‌شود. همچنین، این تکنیک از تمرکز نور برای فرآیندهایی که نیاز به دما بالا دارند، بهره می‌جوید و در این حالت از متمرکزکننده‌های نوری بهره‌می‌برد.
این رویه را میتوان به عنوان فرآیند تمرکز نور جهت فراهم کردن دمای بالای انرژی حرارتی در کوره خورشیدی توصیف کرد.
کوره خورشیدی نیز به همین صورت از انرژی خورشید برای فراهم کردن گرمای مورد نیاز بهره می‌برد.
کارکرد کوره خورشیدی
در کوره‌های خورشیدی، از اثر گلخانه‌ای برای ایجاد دما استفاده می‌شود. برای تولید این اثر، از یک جمع‌آوری‌کننده ساده با یک لایه شیشه یا پلاستیک استفاده می‌شود که به صورت افقی با ارتفاع دو تا شش متر روی زمین قرار می‌گیرد.
ارتفاع منطقه زیر پوشش کوره به گونه‌ای افزایش یافته که هوا با حداقل اصطکاک، حرکت عمودی را تجربه میکند. این پوشش، امواج کوتاه تابش خورشید را جذب کرده و امواج بلندتر تابش را از زمین گرم شده به دست می‌آورند.
بنابراین، زمین زیر سقف گرم شده و گرما به وسیله جریان هوای بالای آن از منطقه خارجی به داخل کوره خورشیدی منتقل می‌شود.
کوره خورشیدی چگونه کار میکند؟
اگر به طور خلاصه درباره‌ی کوره خورشیدی صحبت کنیم، میتوان گفت که این وسیله از تعداد ریادی آینه تشکیل شده است. این آینه‌ها با هماهنگی دقیق، نور خورشید را به یک نقطه مرکزی متمرکز می‌کنند تا دمای آن نقطه، که همان کوره است، افزایش یابد.
کوره خورشیدی با فرم بشقاب کاو (مقعر)، دارای آینه‌های صیقلی است که نورهای تابیده را به سمت خود بازتاب می‌دهد. این نورها از بی‌نهایت دور موازی هستند و پس از بازتاب، از یک نقطه خاص به نام کانون عبور می‌کنند.
در نقطه کانون، دما و گرما به طور قابل توجهی بیشتر از سایر نقاط است. این افزایش حرارت و گرما برای تولید آب گرم و بخار از آب به منظور فعال‌سازی توربین در یک نیروگاه برق بهره‌مند می‌شود.
فرآیندی که در کوره‌ی خورشیدی رخ می‌دهد، به طور تقریبی مشابه با متمرکز کردن نور با ذره‌بین است. به عنوان مثال، میتوان اجاق خورشیدی را به عنوان نوعی ساده از کوره‌ی خورشیدی در نظر گرفت.
نور خورشید به تنهایی خطر زیادی ندارد، اما در صورت متمرکز شدن با ذره‌بین، ممکن است منجر به افزایش دما به طور زیاد در نقطه کانون شده و باعث سوختن آن ناحیه شود.
میتوان یک کوره خورشیدی را به عنوان منبع انرژی با ظرفیت حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ مگاواتی به صورت پایدار و ۲۴ ساعته به کار برد. تعدادی از این کوره‌های خورشیدی، میتوانند به عنوان جایگزینی موثر برای یک نیروگاه هسته‌ای بزرگ مطرح شوند.
مزایای کوره خورشیدی
کوره‌های خورشیدی فناوری ای قابل اعتماد هستند و در مقایسه با دیگر نیروگاه‌های خورشیدی، هیچ گونه خللی ایجاد نمی‌کنند.
تنها بخش‌های متحرک در کوره خورشیدی، توربین‌ها، انتقال‌دهنده‌ها و ژنراتورها هستند که در تماس با جریان پیوسته هوا قرار دارند. این کوره خورشیدی نه تنها به کمترین هزینه نگهداری نیازمند است، بلکه به هیچ سوخت احتراق‌پذیری نیز احتیاج ندارد.
علاوه بر این، کوره خورشیدی به خنک‌سازی توسط آب نیازی ندارد، که این ویژگی به ویژه برای کشورهایی که از منابع غنی انرژی خورشیدی بهره‌مند هستند اما با مشکلات تأمین آب آشامیدنی مواجه هستند، یک مزیت بسیار مهم است.
با توجه به سیستم ذخیره‌گرمایی که در آن وجود دارد، کوره خورشیدی قادر است به صورت پیوسته و تمام ایام هفته با انرژی خالص خورشید عمل کند.
لوله‌های آب زیر سقف شیشه‌ای، در روز انرژی تابشی را جذب کرده و این انرژی را میتوانند به وسیلهٔ جمع‌آوری‌کننده، شبانه آزاد کنند.
به همین دلیل، کوره‌های خورشیدی قادر به تولید برق به شکل عالی در ساعات شب هستند.
یکی از خصوصیات منحصر به فرد کوره خورشیدی این است که حتی در مجاورت دمای بسیار بالا، به عنوان مثال دمای ۳۸۰۰ درجه سانتیگراد، فرد احساس حرارت نمیکند و میتوان در چند سانتیمتری این منطقه به راحتی کار کرد.
تاریخچه کوره خورشیدی
در قرن هجدهم میلادی، اولین استفاده از کوره خورشیدی به اختراع نوتورا در فرانسه بازمی‌گردد. او با استفاده از این کوره، توانست یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری به آتش بزند.
همچنین، بسمر که به عنوان پدر فولاد جهان شناخته می‌شود، از انرژی خورشیدی برای تأمین حرارت مورد نیاز در فرایند ذوب فولاد خود استفاده می‌کرد.
یکی از سیستم‌های رایج در کوره‌های خورشیدی، دارای دو آینه است؛ یکی تخت و دیگری کروی. نور خورشید ابتدا به آینه تخت می‌رسد و از طریق این آینه به آینه کروی بازتاب می‌یابد.
طبق اصول اپتیک، هر زمان که دسته پرتوی موازی با محور یک آینه برخورد کند، در مرکز کانون متمرکز جمع می‌شود. به این ترتیب، انرژی حرارتی گسترده از نور خورشید در یک نقطه تجمع پیدا میکند که موجب افزایش قابل توجه دما می‌شود.
در حال حاضر، در انواع نقاط جهان، اقدام به طراحی و اجرای پروژه‌های مختلف در زمینه کوره‌های خورشیدی شده است.
بزرگترین کوره خورشیدی تا به حال که در فرانسه تولید شده، کوره خورشیدی اودیو است. این کوره شامل یک متمرکزکننده انعکاسی به ابعاد ۹ در ۱۱ متر با فاصله کانونی ۶ متر است که ۶۳ هلیواستات روی ۸ سکو به صورت پلکانی قرار دارند.
هر یک از هلیواستات‌ها از ۱۸۰ تکه آینه تشکیل شده که ابعاد هر تکه آن ۵۰ در ۵۰ سانتیمتر مربع است و در یک قاب قرار گرفته است.
این آینه‌ها خورشید را ردیابی کرده و نور آن را به سمت متمرکزکننده ارسال می‌کنند.
کوره خورشیدی میتواند انرژی حرارتی به میزان هزار کیلووات شده را تولید کند و دمای ماکزیمم آن به میزان ۳۸۲۵ درجه سانتیگراد می‌رسد.
این کوره به عنوان یک منبع اساسی در فرایندهای به دست آوردن فلزات بسیار خالص مانند تنگستن، ساخت نسوزها، و تولید مواد نسوز و فلزات خاص که با کوره‌های معمولی امکانپذیر نیست، با اثربخشی به کار گرفته می‌شود.
در فرانسه، کوره خورشیدی مونت لوئیز با ظرفیت ۵۰ کیلووات ایجاد شده است که قادر است هر نوع فلزی را ذوب کند. همچنین، در ایالت نیومکزیکو آمریکا، یک کوره خورشیدی با قدرت ۲۳ کیلووات ساخته شده است که در فرآیند تولید زغال اکتیو به کار می‌رود.
در دانشگاه توهوکو ژاپن و در شهر تاشکند ازبکستان، در حال احداث یک مجتمع صنعتی خورشیدی بزرگ هستند که شامل یک کوره خورشیدی با دمای ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد است.
با توجه به شرایط بسیار خوب تابش نور خورشید در کشورمان، بسیاری از مناطق دارای ۳۰۰ روز آفتابی در سال هستند.
همچنین، با عدم نیاز کوره‌های خورشیدی به تاسیسات شهری، میتوان با بهره‌گیری از کوره خورشیدی میتوان سنگ‌های معدنی را به فلزات خالص تبدیل کرده و سپس آنها را به مراکز مصرف ارسال کرد.
این رویه به ما این امکان را می‌دهد که سودآوری بیشتری را به مراکز تولیدی برسانیم.
