پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی و محاسبات و نمودار های مرتبط

پایان نامه کامل در مورد پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی و محاسبات و نمودار های مرتبط (107صفحه word – pdf) – از این مطلب میتوانید در پایان نامه و مقاله سمینار و ارائه طرح توجیهی خود و … خود استفاده بنمایید.

هشدار : دیده شده برخی سایتها مطالب این  صفحه  را از اینجا کپی کرده و به صورت ناقص و غیر کامل در اختیار قرار میدهند. ما هیچ مسئولیتی در قبال آن ها نداریم.

چکیده:

خورشید کره ای به قطرتقریبی  1.39*10⁶  کیلومتر میباشد که در فاصله متوسط  1.49*10⁸  کیلومتری زمین قرارگرفته است.این کره که عمدتا از هیدروژن تشکیل شده است و یک راکتور طبیعی هسته ای بزرگ میباشدکه روزانه حدود 350 میلیارد تن از جرمش براثرگداخت هسته ای به انرژی تبدیل میشود.بیرونی ترین لایه خورشید که ازآن انرژی ساطع میشوددارای دمای  576کلوین میباشد در حالی که دمای قسمت های داخلی آن حدود 8*10⁶  تا  40*10⁶کلوین تخمین زده میشود.میزان انرژی ساطع شده ازخورشید حدود 3.8*1023 کیلووات است که ازاین مقدارفقط یک بخش بسیاراندک آن معادل با 1.7*1014 کیلووات به جوزمین میرسد. حدود  %34 از این انرژی براثر انعکاس مستقیم به فضا باز میگردد حدود %42 از آن پس از رسیدن به سطح زمین بطور مستقیم در دریاها وخشکی ها تبدیل به گرما و حدود %24 از آن صرف چرخه تبخیر وباران کره زمین و ایجاد بادهاجریان های در یایی وامواج وپدیده فتوسنتز میشود. تابش خورشیدمنشا اغلب انرژی های موجوددر زمین نظیر انرژی بادانرژی نهفته در سوختهای فسیلی وغیره میباشد. تنها انرژی هسته ای انرژی زمین گرمایی وانرژی جزرومدازاین قاعده مستثنی میباشند.

چگالی توان حاصل ازانرژی خورشیددرخارج ازجوزمین مطابق اندازه گیریهای انجام شده توسط ماهواره هاحدود1353 وات برمتر مربع میباشد که از میزان آن درهنگام گذشتن از اتمسفر زمین به دلایلی نظیر جذب تشعشع خورشید توسط گازها بخارهای آب وذرات معلق موجود در جو به مقدار نسبتا زیادی کاسته میشود حداکثر چگای توان حاصل از تابش خورشید در سطح زمین 1000 وات بر متر مربع میباشد .

صفحات فوتوولتاییک:

سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمه رسانایی هستندکه انرژی تابشی خورشید رابه انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این موادبه طور کلی به دما،روشنایی  ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیمه رسانابستگی دارد.یک سلول خورشیدی از جنس سیلیکن ،ولتاژی بین 5.0 تا 6.0 ولت تولید میکندو به همین دلیل تعدادزیادی از سلول هارادر یک ماژول خورشیدی به صورت سری متصل می کنند تاسطح ولتاژ بیشتری حاصل شود. سلول خورشیدی که عنصر اصلی تشکیل دهنده یک آرایه فتوولتائیک است از یک پیوند نیمه هادی n-p از جنس سیلیکن ساخته می شود. برخورد فوتون های نور خورشید به سلول خورشیدی سبب تولید الکترون در نیمه هادی گشته و با اتصال بار الکتریکی ، جریان الکتریکی جاری می شود.پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی و محاسبات و نمودار های مرتبط

نیروگاه خورشیدی:

تأسیساتی که بااستفاده ازآنهاانرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شوداین تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• • نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند.

  • نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار داردو نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود.(دریافت کننده مرکزی)

  • نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد.

   مقدمه:

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیارعظیم است، که ماده درآن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شودوهر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش  تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتراز زمین است .  این ستاره‌هااز گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند.این پرتوهااز خورشید بسوی زمین می‌آینددر طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوندو بقیه بصورت انرژی گرماو نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است.از سوی دیگر ،8  دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. دراین مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشیداز دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.در مورد پیدایش خورشید فرضیه‌ای که بیشتر مورد قبول واقع شده، این است که منشاء ایجاد خورشید توده‌ای ابری شکل گازهائی هستند که تشکیل دهنده عمده آنها هیدروژن بوده است. در مرحله اول و در نتیجه نیروی جاذبه مرکزی، ذرات هیدروژن روی هم متراکم شده ودراثر تراکم، تصادم شدیدی بین ذرات هیدروژن بوجود آمده ودر نتیجه افزایش بیش ازحد فشارو دما، تحولات هسته‌ای پدید آمده و حاصل آن آزاد شدن منابع عظیم انرژی بوده است از مجموع انرژی تابشی خورشید که بوسیله زمین و جو آن دریافت می‌شود در حدود 35 درصد آن مجدداً به فضای خارج از جو بازتاب می‌گردد.

قسمت اعظم این بازتابی در جو زمین در برخورداشعه باابرها و غبارهای جوی انجام می‌گیرد و بخش کمتری از آن، در سطح زمین در نتیجه انعکاس اشعه بوسیله آبها– برفها و سنگریزه‌ها حادث می‌شود.قسمتی از باقیمانده انرژی، در حین عبور از جو زمین،دراثر برخورد باذرات هوا و غبارو بخار آب موجود در جو، به دفعات زیاد تغییر مسیر داده و پس از این برخوردها، به صورت تشعشعات پراکنده به سطح زمین و یا فضای خارج تابیده می‌شود. همچنین در حدود10 الی 15 درصدانرژی تشعشعی دریافت شده از خورشید، به وسیله ذرات بخارآّب – کربن دی‌اکسید وازون موجود در جو زمین جذب می‌شود.

قابل توجه است که در طبقات فوقانی جو زمین، گاز ازون تقریباً تمام اشعه ماوراء‌ بنفش را جذب می‌کند و این تصفیه اشعه ازنظر سلامت زندگی انسان ها حائز اهمیت فوق‌العاده ایست زیرا که اشعه ماوراء بنفش در پوست و چشم انسان تأثیرات بسیار نا مطلوب دارد  .بخار آب و کربن دی‌ اکسید در طبقات تحتانی جو زمین،اشعه مادون قرمز را جذب می‌کند.

خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند. گیاهان و جانوران نیزانرژی خورشیدی رالازم دارند تا زنده بمانند.اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتربودوگرمای کمتر به ما می‌رسید،سطح زمین خیلی سردوتاریک می‌شد وهیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه مابه انرژی نیاز داریم، انرژی مانندنیرویی نامرئی دربدن ماوجود داردوآن را بکار می‌اندازد.اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را ازدست  می‌دهیم وپس ازمدتی می‌میریم. ماانرژی رااز غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم.باهرحرکت وکاری که انجام می‌دهیم، بخشی ازانرژی موجوددر بدن صرف می‌شود.حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است.برای همین بایدهرروزغذاهای کافی ومناسبی رابخوریم.گیاهان وجانوران نیزبرای زنده ماندن ورشدوحرکت،به انرژی نیازدارند،که منشأهمه اینهااز خورشیدمی‌باشد . تمام دستگاهها و ماشین های ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند. بسیاری ازاین ماشین ها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاه هایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و … استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاه هااز کارمی‌افتند و بدون استفاده می‌شوند،اماآیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق،سوخت هایی مثل زغال سنگ نفت و گازرامی‌سوزانیم.این نوع سوخت ها را سوخت فسیلی می‌نامند. سوخت های فسیلی ازباقی مانده گیاهان وجانورانی بوجودآمده‌اندکه میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند.وقتی این جانوران و گیاهاناز بین رفتند، سال های زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستنداز یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود.

 تابش خورشید منشأاغلب انرژی هایی است که درسطح زمین دراختیارماقرار دارد:

• باد :  ناشی ازاختلاف دمای هوا وحرکت نسبی اتمسفر زمین است.

• آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.

• چوب ، زغال سنگ ، نفت و … که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.

منبع انرژی خورشیدی

بااندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که درحد 1.8*1011 مگاوات است.البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری ازآن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.

ماده درعالم اساساًازهیدروژن وهلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستاره هاو کهکشان ها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده واین تراکم احتراماابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاددمای داخل ستاره شده وآن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تایک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. باترکیب دوترویم وتریتیوم مقداری انرژی آزادمی‌شود(17.6 MEV)  بنابراین همانطوری که گفته شد،مقدار انرژیی که ازخورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

  ویژگی های ا نرژی خورشیدی:

• انرژی خورشیدی تمام نشدنی است .

• انرژی تمیزی است وهیچ آسیبی به محیط زیست نمی رساند.

• بدلیل عدم وجودقسمت های متحرک، نگهداری واتوماسیون آن آسان است.

• ظرفیت آن رامتناسب با نیاز می توان طراحی کرد.

  نیازهاومحدودیت های انرژى خورشیدى:

برخى انرژیهاى تجدیدپذیرراتنهاامید بقاى کره زمین دانسته‌اند ،درحالى که عده‌اى آنرامنبعى حاشیه‌اى باظرفیت محدودبه حساب مى‌آورند.ازسویى منابع سوخت فسیلى پایان پذیر وتجدیدناپذیراست وبایدازانرژی هاى تجدیدپذیرکه به رغم منابع فسیلى،منافع زیست محیطى فراوانى دربرداردبیشتر بهره جست.انرژى خورشیدى،نتیجه فرآیندپیوسته همجوش هسته‌اى درخورشیداست وهم اکنون کل منبع انرژى خورشیدى 10 هزار برابرمصرف انرژى کنونى بشراست،امااندک بودن شدت این توان وتنوع زمانى وجغرافیایى آن مشکلات عمده‌اى رافراهم کرده که سهم این انرژى رادربرابرکل انرژى محدودمى‌کند.ایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی و محاسبات و نمودار های مرتبط

بااین حال،در کشورهایى که هزینه انرژى معمولى به دلیل مالیات زیاداست ودولت تلاش زیادى براى ترغیب مردم به استفاده ازانرژى خورشیدى مى‌کند،بازاربراى سیستم هاى حرارتى خورشیدى کم دمارونق دارد.با آنکه کل منبع انرژى خورشیدى این امکان بالقوه راداردکه سهم عمده اىدر تأامین انرژى جهانى درآینده داشته باشد،دلایل زیادى وجودداردکه سهم استفاده ازآن رادر 20 سال آینده بسیارمحدود مى‌کند.

اهمیت این محدودیت،همراه باالگوهاى مصرف واولویت هاى ملى تغییرمى‌یابد.یکى ازمحدودیت هاى عمده دراستفاده ازانرژى خورشیدى،عدم کارآیى اقتصادى سیستم هاى خورشیدى اولیه در برابر سیستم هاى تکامل یافته باسوخت فسیلى است که باافزایش قیمت سوخت هاى معمولى واقتصادى ترکردن دستگاه هاى خورشیدى باحجم تولید بیشتر،گرایش به استفاده ازاین گونه انرژى رامى‌توان شتاب بخشید.در کنار محدودیت هاى اقتصادى لازم است انرژى خورشیدى ومزیت هاى استفاده ازآن را با آموزش درمحتواى فرهنگى زندگى مردم وبه منظورارتقاى سطح آگاهى آنان واردساخت که به سرمایه گذارى وتوجه دولت به بخش خصوصى نیازدارد.

محوردیگر معادله اجتماعى انرژى خورشیدى ،توسعه مهارت هاى فنى درمیان طراحان،نصابان وتعمیر کاران بسیارى ازدستگاههایى است که بطوروسیع درسراسرجهان توزیع مى‌شوند.با توجه به دورنماى فراگیرى انرژى خورشیدى وباتوجه به کل سرمایه دردسترس براى سرمایه گذارى درانرژى خورشیدى که در30 سال آینده به 10 درصدکل سهام انرژى جهان محدود خواهد شد،به این نتیجه مى‌توان رسیدکه انرژى خورشیدى دست کم زودتراز سال 2020 نمى‌تواند جانشین اصلى انرژى سوخت هاى فسیلى شود.کشورهانیزدرزمینه سرمایه گذارى دراین بخش با محدودیت روبرو هستند وروشى که براى کاهش این محدودیت ها مى‌توان به آن اشاره کرد.جذب سرمایه بخش خصوصى و ستفاده ازآن بخش از بودجه دولتى است که براى سرمایه گذارى درانرژى خورشیدى اختصاص داده شده است که بسیارى ازکشورهاباکاربست این روش به موفقیت هایى دست یافته‌اندودرکشورما نیزبایدشرایط حضور بخش خصوصى فراهم واقدامهاى لازم براى جذب بخش خصوصى انجام شود.آلمان که باپیامدهاى افزایش شدیدبهاى نفت دست به گریبان بوده وبرنامه تولید انرژى هسته‌اىخودرانیزکنار گذارده است،هم اکنون درصدد گسترش دادن نیروگاههاى بسیار بزرگ است.

اخیرا بزرگترین نیروگاه خورشیدى دراین کشورگشایش یافت. این نیروگاه که درجنوب شهرلایپزیک ودرشرق این کشور قرارداردبا 33 هزارو 500 پانل فتوولتاییک حدود 5 مگاوات ساعت برق تولید مى کند.این نیروگاه قادراست برق 1800 خانوار راتامین کند.براساس ارزیابى سازمان انرژى خورشیدى آلمان،مجموع ظرفیت تولید آماده درسال جارى به 300 مگاوات رسیده که دو برابر ظرفیت تولید پیشین دراین کشور است.هم اکنون نگرانیهاى فراوانى درزمینه توانایى کشورهادر یافتن منابع سرمایه‌اى به منظور تأمین نیازهاى مالى توسعه استفاده ازاین نوع انرژى دردهه‌هاى آینده وجوددارد که این معضل درکشورهاى درحال توسعه شدیدتراست.امابه نظر مى‌رسدبا ایجاد سرمایه گذاریهاى کلان و سریع در این زمینه،مشارکت بخش خصوصى دراین گونه طرح هاو مهم تر از همه ارتقاى سطح فرهنگى کشوربراى استفاده از انرژی هاى جانشین  (تجدیدپذیر) تاچند سال آینده،دستیابى به این هدف مهم چندان دور نباشد.

 کاربرد های ا نرژی خورشیدی  

ازآنجایی که انرژی خورشیدی جزءپیوسته ای اززندگی موجودات برروی کره زمین میباشد بشراز دیر باز سعی کرده است از این منبع عظیم انرژی به نحوی برای اهداف مورد نظر خود استفاده نماید تاریخ استفاده ازانرژی خورشیدی به سال 212 قبل از میلاد میرسددرآن زمان ارشمیدس بااستفاده ازانعکاس وتمرکز نور خورشید برسطح کشتی های رومی آنهارابه آتش کشید ودر سال 1724 در فرانسه یک دستگاه متمرکز کننده نورخورشید ساخته شد که قادر به حرکت در دو بعد مختلف بود.

در سال 1772 نخستین کره خورشیدی باتوان ایجاد درجه حرارتی مغادل 1800 درجه سانتیگرادساخته شد.بعدازجنگ جهانی دوم آرتور کلارک طرح وتورهای خورشیدی برای ماهواره هاراارائه داددر سال 1980 اولین نیروگاه بزرگ حرارتی خورشیدی ساخته شد.در کشورایران مطالعات بسیاری درزمینه استفاده ازانرژی خورشیدی برای کاربرد های مختلف صورت گرفته است. در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود که عبارتنداز:

سیستم‌های فتوبیولوژیک :

تغییراتی که درحیات وزیست گیاهان و جانداران به وسیله نورخورشیدوفتوسنتز ایجادمی‌گردد فرآیندکود حیوانات واستفاده از گاز آن.

 سیستم‌های فتوشیمیایی :

 تغییرات شیمیایی دراثرنور خورشید–الکترولیزرهای نوری – سلول های فتوولتائیک الکتروشیمی– تاسیسات تهیه هیدروژن.

 سیستم‌های فتوولتائیک :

 تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی باسلولهای خورشیدی

  سیستم های حرارتی و برودتی :

 شامل سیستمهای تهیه آب گرم- گرمایش و سرمایش ساختمان ها–تهیه آب شیرین– سیستم های انتقال و پمپاژ– سیستم های تولید فضای سبز (گلخانه‌ ها) – خشک‌کنهاو اجاقهای خورشیدی– سیستمهای سردسازی– برجهای نیرو– خشک‌کن خورشیدی.

 سیستم‌های فتوبیولوژی :

عملکرد فتوسنتزدر گیاهان قدیمی‌ترین روشهااستفاده ازانرژی خورشیدی است گیاهان انرژی خورشید راجذب کرده و با کمک آن گازکربنیک وآب رابه مواد قندی تبدیل می‌کنند.همچنین دراین فعل وانفعالات گیاهان اکسیژن راآزاد و نیتروژن و مواد فسفری راکه برای ادامه حیات و رشد خود لازم دارند جذب می‌کنند. نتیجه این فرآیند،ذخیره‌سازی بیولوژیکی انرژی خورشیدی می‌باشد انرژی ذخیره شده درگیاهان از طریق سوزاندن چوب و یا تهیه سوخت هائی از قبیل الکل ومتان بازیابی می‌شود.

سیستم‌های شیمی خورشیدی:

این سیستم‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.

الف)سیستم‌های فتوشیمیائی که درآنهاازنورخورشیددرعملیات شیمیایی استفاده می‌شود.

ب) سیستم‌های هلیوترمیک درآنهااز حرارت خورشید به عنوان یک منبع حرارتی بهره‌گیری شده وعملیات شیمیایی انجام می‌گیرد. برای تهیه سوختی مثل هیدروژن از روش فتوشیمیایی و یااز روش حرارتی درالکترولیز استفاده می‌شودوهیدروژن ذخیره شده رابرای تولیدانرژی مکانیکی– حرارتی والکتریکی و غیره بکار برد.عملیات فتوسنتزدر گیاهان و تشکیل سوختهای فسیلی در زیرزمین،و ذخیره‌سازی بیولوژیکی انرژی خورشیددر موارد و بالاخره تهیه سوختهائی از قبیل الکل و متان و هیدروژن، همگی تابع یک سری فعل وانفعالات شیمیایی بوده و می‌توان آنها را بخشی از سیستم‌های شیمی خورشیدی به حساب آورد.در سالهای 1969 دو پژوهشگر ژاپنی نتیجه تحقیقات خودرا به عنوان رشته جدیدی از سلول‌های الکترولیز اعلام کردنداین دو پژوهشگر یک صفحه تیتانیوم دی‌اکسید ( Tio ) جریان الکتریکی بین دوقطب کاتدوآند برقرارشده و آب نیز به دوعنصرتشکیل دهنده خودیعنی اکسیژن و هیدروژن استفاده کرد.

تهیه الکتریسته بااستفاده ازسلولهای خورشیدی در رشته شیمی نیزاستفاده ازالکترولیزامکان‌پذیر بوده به علاوه ازسلولهای فتوالکترولیت، برای تجزیه شیمیایی وتهیه وذخیره هیدروژن باروشهای گوناگون استفاده می‌شود.

 سیستم‌های فتوولتائیک:

سیستمی که درآن انرژی خورشیدی بدون بهره‌گیری ازمکانیزم‌های متحرک و شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل شود،راسیستم فتو ولتائیک می‌نامند.

 عاملی که دراین فرآیند بکارمی‌رود سلول خورشیدی نامیده می‌شود. حدود 35 سال پیش برای اولین بارو به عنوان مولد الکتریکی درسفینه‌های فضائی ازاین سلول‌هااستفاده گردید و مدتی است که بهره‌گیری ازآنهادر زمین نیز تداول شده است سلول‌های خورشیدی قادرندانرژی خورشیدی رابا بازدهی معادل 5 تا 20 درصد مستقیماً به الکتریسته تبدیل کنند.اگر چه انرژی الکتریکی نوری هنوز به میزان کافی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشد ولی درسالهای اخیر کاهش چشمگیری در هزینه‌های مربوط به بهره‌برداری ازاین سیستم‌ها مشاهده گردیده وانتظار می‌رود درآینده نیز با تحقیقات لازم در نوع سلولهای نوری، کاهش قیمت ادامه یابد ولی نباید فراموش کرد در مناطق دور و در جاهائی که دسترسی به سوخت و الکتریسته ارزان مقدور نباشداز سیستم‌های فتو ولتائیک استفاده می‌شود.بااستفاده ازانرژی خورشید وسلول‌های خورشیدی وباایجاداختلاف پتانسیل فشارالکتریکی درنیمه‌ هادئی که بطور مناسب ساخته شده‌اندالکتریسته تولید می‌شود.

امروزه مؤثرترین و ارزانترین سلولهای خورشیدی ماده‌ای به نام سیلیسیم می‌باشد. ماسه یکی ازمنابع مهم سیلیسیم بوده که پس ازپالایش آن کریستالهای سیلیسیم بدست می‌آید و پس از بریده شدن بصورت صفحه آماده می‌شود.

سیسلیسیم یک نیمه هادی است که به طور خالص از نظر هدایت الکتریکی هادی ضعیفی است ولی اگردر موقع پالایش به آن فسفراضافه شود بارمنفی (الکترون) پیدا کرده و در صورتیکه بور اضافه شود بار مثبت (حفره) پیدا می‌کند.

نوع اول راسیلیسیم «نوع N » و نوع دوم را سیلیسیم «نوع P » می‌نامند می‌دانیم که سیلیسیم دارای 4 الکترون در مدار خارجی خود می‌باشد.هنگامی که تعدادی اتم فسفر به داخل کریستال سیلیسیم وارد شود باتوجه به اینکه فسفر دارای 5 الکترون درمدارخارجی خود دارد 4 الکترون مدار خارجی فسفر با 4 الکترون مدار خارجی فسفربا 4 الکترون مدارخارجی سیلیسیم یک مداربوجودآورده وبه این ترتیب یک الکترون به صورت آزادباقی مانده یعنی سیلیسیم بابار منفی باردار شده ونیمه‌هادی نوع N بوجود می‌آید.از طرفی اگر بجای فسفرازاتم بورکه سه الکترون درمدارخارجی دارداستفاده شودحفره‌هائی که مثل الکترون قابلیت حرکت دارندایجاد شده وسیلیسیم بطور مثبت باردارمی‌شود یعنی نیمه ‌هادی  نوع P بوجود می‌آید. حال اگر یک طرف یک سیلیسیم نوع P را از نوع N الکترونهای آزاد و اتم‌های فسفر با بار مثبت وجود دارند. حال اگر یک فوتون (ذره‌ای ازنور) به اتصال P-N برخورد کند. الکترون ازاتم سیلیسیم جدا کرده و در نتیجه حفره بوجود آورد. حفره‌های مزبورتحت تأثیر میدان موجودبه سمت ناحیه P والکترون به سوی ناحیه N حرکت کرده واین دو حرکت مخالف بابارهای مختلف، یک جریان الکتریکی بوجود می‌آورند.بااتصال کنتاکتهائی به رویه‌هائی قطعات نیمه هادی، مداری تشکیل می‌شود که اجازه برگشت الکترون‌هارابه اتصال نوع ‌ P ازمیان یک بارخارجی می‌دهد.

 

سیستم‌های حرارتی خورشیدی ( THERMAL SOLAR ENERGY ) :

روش‌های گرما خورشیدی، بااستفاده ا انواع کلکتورهاو روش‌های غیرفعال، جهت جذب کردن و جمع‌آوری انرژی حرارتی خورشید طراحی شده، و برای منظورهائی از قبیل گرم کردن آب و هواو تولید بخار و سرد کردن و… بکاربرده شده‌اند.

سیستم‌های گرمایش خورشیدی رامی‌توان به ترتیب زیر طبقه‌بندی کرد :

 1) سیستم‌های آب گرم خورشیدی                

 2) سیستم‌های گرمایش و سرمایش ساختمانها

 3) سیستم‌های تهیه آب شیرین و آب مقطرگیری

 4) سیستم‌های انتقال پمپاژ 

 5) سیستم‌های تولید فضای سبز 

 6) سیستم‌های خشک‌کنن وخوراک پزخورشیدی

 7) سیستم‌های سردکننده خورشیدی                                             

 8) برجهای نیرو نیروگاههای خورشیدی 

  موقعیت کشورایران ازنظرمیزان دریافت انرژی خورشیدی

کشورایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه‌ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی دربین نقاط جهان در بالاترین رده‌هاقرار دارد. میزان تابش خورشیدی درایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع درسال تخمین زده شده است که ا لبته بالاتراز میزان متوسط جهانی است.درایران به طور متوسط سالیانه بیش از280 روزآفتابی گزارش شده است که بسیار قابل توجه است.

صفحات فوتوولتائیک

فوتوولتائیک  (PV) تکنولوژیی بشمار می‌آید که نورخورشید رامستقیما تبدیل به الکتریسیته می‌نماید.این تکنولوژی برای اولین باردر سال 1839 بوسیله بکورل دانشمند فرانسوی مشاهده گردید.وی تشخیص داد به هنگامی که نور بطورمستقیم ازیکسووارد سلول باطری ساده می‌شود، جریان تولید گشته دارای افزایش خواهد بود.دراواخردهه 1950، یک برنامه فضایی عزم لازم رابرای توسعه سلولهای خورشیدی سیلیکون بلورین بوجودآورد.اولین محصول تجاری مولکولهای PV برای کاربردهای زمینی درسال 1953 بامعرفی کارخانجات تولیدPV اتوماتیک وارد بازار شد.

امروزه،سیستمهای PV درنواحی‌که ازتاسیسات الکتریسیته دورند بکار می‌آید.موارد استعمال آنهاعبارتنداز:تهیه نیروی موتورهای آبی،نور،فریزرهای واکسن،حصار احشام بصورت  الکتریفیلد، ارتباطات ازراه دوروبسیاری ازکاربردهای دیگر. با توجه به نیازهای جهانی درخصوص کاهش میزان انتشاردی‌اکسید کربن،تکنولوژی PV همچنین محبوبیت خاصی رابعنوان جریان اصلی تولیدالکتریسیته بدست آورده است.هم‌اکنون بیش ازدهها هزار موردازآنها تحت استفاده قراردارند.ولی این تعدادبا توجه به میزان وسیع بالقوه‌ای که برای PV بعنوان منبع انرژی می‌تواندوجود داشته باشد، بسیارناچیزواندک می‌باشد.

استفاده ازالکتریسیته PV درکشورهای درحال توسعه

اکثریت کشورهای درحال توسعه درناحیه گرمسیری استوا قرار گرفته‌ان دواز اینرو دارای منبع کافی نور خورشیدی (کل انرژی دریافت شده از خورشیددر ناحیه)می‌باشند.همچنین مناطق گرمسیری حتی درفصول بارانی ازداشتن تغییر و تحول فصلی کوتاه مدت که باعث تابش نور خورشید می‌شودبهره می‌جویند.این بدان معناست که، بغیر از کشورهای صنعتی شمال،انرژی خورشیدرامی‌توان بصورت اقتصادی درکل طول سال بخدمت گرفت.

طبیعت ومهیابودن تابش خورشیدی:

تابش خورشیدی باحداکثر تراکم درحدود یک کیلووات درمترمربع  (2- kWm) به سطح زمین می‌رسد.میزان دقیق این تابش برحسب ناحیه جغرافیایی،پوشش ابر، ساعات تابش درهرروز وغیره تفاوت می‌نماید.بطور واقعی،‌دانسیته یا تراکم جریان خورشیدی(نظیر تراکم نیرو)از 250 تا 2500 کیلووات ساعت در متر مربع در سال(kWhm ²  در سال )متغییر می‌باشد.همانگونه که انتظارمی‌رودمیزان کل تابش خورشیدی درناحیه استوا،  مخصوصا   درنواحی بیابانی آفتابی بیشتر می‌باشد.هندسه زمین، خورشیدو پانلهایاصفحات جمع‌کننده زمین بازاویه 5.23 درجه در حول محور بدور خورشید می‌چرخد.این زاویه باعث بوجودآمدن فصلها می‌شود.نیروی تراکم جریان خورشیدی بستگی به زاویه‌ای داردکه باآن به زمین برخورد می‌نماید. با تغییر این زاویه در خلال سیکل سالیانه تابش اشعه خورشیدی نیز تغییر می‌کند.

 سلول PV ، ماژولها وآرایه ‌ها:

به هنگامی که نور بر روی سطح فعال تابیده می‌شود،الکترونهای داخل سلول خورشیدی دارای انرژی می‌گردند.این انرژی در تناسب باتراکم و طیف توزیع(توزیع طول موج) نور می‌باشد. به هنگامی که سطح انرژی از یک نقطه تجاوز کرد،یک تفاوت بالقوه درطول سلول بوجود می‌آید. بدینوسیله توانایی راندن جریان بسوی بارخارجی مهیا می‌گردد.سلولهای خورشیدی به صورت سری و پشت‌سر هم به یکدیگر متصل می‌شوند تا بتوانند میزان مورد نظرازولتاژ و جریان را بدست‌ آورند. ازآنها بوسیله قرارگیری بین شیشه و یک رزین سخت محافظت بعمل می‌آید.این روندبااستفاده ازاستیل ضدزنگ یا قالب آلومینیومی جهت تشکیل یک ماژول انجام می‌پذیرد.این ماژولها معمولااز 30 سلول  PV   تشکیل شده است.

 سیستمهای PV خورشیدی:

سیستمهای PV معمولا برای کاربردهای مستقل به کارگرفته می‌شوند.آنها می‌توانندجهت تهیه بارالکتریکی مستقیم نظیر پمپهای آب مورداستفاده قرار گیرند.آب به هنگام ساعات وجودنور خورشیدپمپ شده وبرای استفاده غیره می‌گردد و یاآنکه یک باتری می‌تواندازاین روش جهت ذخیره نیروو روشن‌کردن محیط درشب استفاده نماید.

 کاربردهای PV  در کشورهای کمتر توسعه یافته:

برق رسانی به روستاها،سیستمهای پمپ آب ومواردمرتبط،ارتباطات، کمک به حمل و نقل، سیستمهای امنیتی.

 سیستمهای هیبرید:

سیستمهای PV خورشیدی رامی‌توان همراه بادیگر تکنولوژیهای انرژی جهت  مهیا نمودن یک سیستم مجتمع و قابل‌انعطاف برای ژنراتور برق ازراه دوربکار گرفت.این سیستمهابنام سیستمهای مرکب یاهیبرید خوانده می‌شوند. پیکربندیهای مشترک سیستمهای هیبریدمی‌تواند شامل یک آرایه خورشیدی PV، ژنراتور بادی وژنراتور دیزلی باشد، که اجازه تولید نیروراتحت هر شرایط آب وهوایی می‌دهد.

 فانوسهای خورشیدی:

نوآوری جدیددر تکنولوژی خورشیدی فانوس خورشیدی می‌باشد.این فانوسها بطور ابتدایی برای بازار تفریحی در کشورهای  غرب طراحی شده بود.فانوسهای ساده با ماژول ساده)  PV 5 الی   10 وات) کاملا برای استفاده در مناطق روستایی کشورهای در حل توسعه بجای چراغهای نفتی مناسبند.البته هنوزهزینه یک عامل بازدارنده محسوب می‌گردد،امااکنون محدوده‌ وسیعی از  فانوسهای خورشیدی قوی و ساده در حال تولیدوانتشار می‌باشند.

  سلول خورشیدی

سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که  انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل   میکنند.رسانندگی این موادبه طورکلی به دما،روشنایی، میدان مغناطیسی ومقداردقیق ناخالصی موجود درنیم رسانابستگی دارد. سلول خورشیدی که عنصر اصلی تشکیل دهنده یک آرایه  فتوولتائیک است ازیک پیوندنیمه هادی n-p ازجنس  سیلیکن ساخته می شود .

 برخورد فوتون های نورخورشیدبه سلول خورشیدی سبب تولیدالکترون در نیمه هادی گشته وبااتصال بارالکتریکی جریان الکتریکی جاری می شود.از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارداشاره کرد:جای زیادی اشغال نمی کنند قسمت متحرک ندارند،بازده انهاباتغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند نسبتابه سادگی نصب می شوند،به راحتی باسیستمهای به کاررفته درساختمان جورمی شوند. همچنین ازاشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولیدوسایل فتو ولتائیک که هزینه زیادی داردوچگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کردکه در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییرمی کندکه باید ذخیره شودوهمین موضوع بسیار هزینه براست. یک سلول خورشیدی از جنس سیلیکن،ولتاژی بین 5.0 تا 6.0 ولت تولید میکندو به همین دلیل تعدادزیادی ازسلول هارادر یک ماژول خورشیدی به صورت سری متصل می کنندتاسطح ولتاژ بیشتری حاصل شود. برای اینکه سطح ولتاژ و جریان موردنیاز بارالکتریکی تأمین شود, مجموعه ای ازماژول های خورشیدی بصورت سری و موازی متصل می شوندواین مجموعه  , یک آرایه خورشیدی بوجود می آورد.

 

  مبانی فیزیکی سلول های خورشیدی

ساختمان اتمی کلیه موادمتشکل ازالکترونها پروتونهاونوترونهامیباشد.پروتونها بابارهای مثبت ونوترون هابابارهای خنثی تشکیل دهنده هسته اتم هستند والکترونهاباوزن بسیار کم(درمقایسه باوزن هسته)و بارالکتریکی منفی در مدارهای مجاز  (باسطوح انرژی متفاوت)به دورهسته درحال چرخش  میباشند. اگرچه اتم دارای ذرات بارداراست ولی ازنظرالکتریکی خنثی میباشد.چگونگی توزیع وتعدادالکترونهادرسطحی ترین مداراتم که دارای بالاترین سطح انرژی میباشد (مدار یاباندوالانس)تعیین کننده بشترین خواص حرارتی والکتریکی ماده است. دریک عایق الکتروننهای مدارمدار کامل هستندوتفاوت انرژی این مدار تاانرژی مداربعدی(موسوم به مداریاباند هدایت)بسیارزیادمیباشد بطوریکه تحت شرایط عادی اتقال الکترونهای والانس به باند هدایت (حتی بااعمال یک میان الکتریکی  یا مغناطیسی خارجی)امکان پذیر نمی باشد.

 دریک هادی مدارهدایت تکمیل نمیباشدوالکترونهای اینبان بادریافت انرژی قادربه جابجایی ودرنتیجه ایجادجریان الکتریکی میباشند.ساختمان اتمی نیمه هادی هامشابه عایق ها میباشد. بااین تفاوت که اختلتف سطح انرژی باند والانس وباند هدایت آنها کمتراست.مثلا دردرجه حرترت اتاق تفاوت سطح انرژی میان باند والانس وبند هدایت برای آلومینیوم برابر 10ev است در حالی که تفاوت سطح انرژی یک نیمه هادی مانند سیلیکن فقط 1.1ev میباشد.سیلیکون دارای چهار الکترون والانس میباشد وهنگامی که اتمهاب آن به یکدیگر نزدیک میگردند (مانند حالت کریستالی)هریک ازاین الترونهادرمشارکت اتم مجاوقرارمیگیردر وقتی نوربه یک کریستال برخوردمیکنداگرانرژینور  بیشترازتفاوت سطح انرژی تمهای آن درباندهدایت ووالانس باشد برخی ازالکترونهای باندوالانس آزاد میشوندودر نتیجه جفتهای الکترون حفرهدرداخل کریستال ایجاد میگردند این الکترونها میتوانندآزادانه درکریستال حرکت کنندواگر تحت تاثیرعوام دیگری قرارنگیرند پس ازمدت زمان کوتاهی انرژی خودرابه صورت حرارت از دست داده و به بان والانس   مربوطه  باز میگردند.

دریک کریستال سیلیکنی خالص الکترونها یآزاد مشاهده نمیگردندزیراتمام چهار الکترون والانس هراتم بااتم های کجاوردر مشارکت میباشند.فرض کنید تعدادی ازاتم های این کریستال بااتم های فسفر که دارای پنج الکترون والانس است جایگزین شونددراین صورت الکترون پنجم فسفردرحالت آزادقرار گرفته واتم ناخالص حاصله دارای بارمثبت خواهدبود(زیرایک الکترون آزادکرده است )این ناخالصی راکریستال نوع     n  میگویند چون دارای الکترونهای اضافی آزاد میباشد مشابه آن اگر تعدادی ازاتمهای سیلیکن بااتم های بورکه تنها  دارای سه الکترون والانس است جایگزین شوندیکی ازبانهای مشترک بین اتمبورواتم سیلیکن دارای حفره آزادخواهدبود.این ناخالصی راکریستال نوع p میگویندچون دارای حفره اضافی است.اگرکریستال نوع  p وn به یکدیگرمتصل شوندالکترونهای آزاد کریستال نوع    n   به محض مشاهده یک نقطه مناسب خالی ازالکترون ازپیوندعبور و به طرف کریستال نوع p هجوم میآورند(پدیده انتشار).حفره های اضافی کریستال نوع p   نیزبه دلایل مشابه به طرف کریستال نوع n  هجوم می آورند .باگذشت زمان در ناحیه پیوند سمت کریستال نوع ازدیاد بارهای منفی ودر سمت کریستال نوع  n  ازدیادبارهای مثبت خواهیم داشت که منجر به تولید یک میدان الکتریکی میشود.هنگامی که میدان الکریکی به حدی برسد که ازانتشار بیشتر بارهای مثبت ومنفی جلوگیری کند به حالت تعادل میرسیم وپیوندn p- تکمیل شده است.برای ساخت سلول های خورشیدی لایه نازکی از کریستال نوع  n رابرروی لایهای ازکریستال نوع p  رشد میدهند.عمق ناخالصی کمتر یک میکرون درنظر گرفته میشود تاتولیدالکترون- حفره آزادتوسط نورامکان پذیر باشد.باتابش نور خورشیدبرسلول خورشیدی درطی چندمرحله انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی تبدیل میگردد.

این مراحل درذیل تشریح گردیده اند:

مرحله 1:تابش نور برسلول خورشیدی باعث ایجادجفتهای الکترون – حفره درطرف لایه p(ودر طرف لایه n میگردد)

مرحله 2:باتوجه به ماهیت ساختمانی سلول الکترونهاوحفره های آزادشده به طرف پیوند p-n هجوم می آورند و از آن عبور میکنند. به این ترتیب باجدا شدن الکترونها و حفره ها از جفت های خودو قرار گرفتن درمنطقه ای سرشار از الکترون (یاحفره) خطر  ترکیب  مجدد آنها برطرف میگردد.

مرحله3:باتوجه به فرارالکترونهاوحفره های ایجاد شده ازلایه مربوط خوددر لایه p تجمع بارهای مثبت ودرلایه n تجمع بارهای منفی حاصل میگردد.

مرحله 4:بااتصال سلول به یک مدارالکتریکی خارجی مداری برای عبور جریان الکتریکی بوجود می آید. الکترونها و حفرههای ایجادشده که موفق به عبوراز پیوند نمی باشنددرتولید جریان الکتریکی نقشی ایفانمی کنند.

 موادتشکیل دهنده سلول های خورشیدی

متداول ترین سلول های مورداستفاده خورشیدی ازنوع سیلیکون میباشند. دلیل اصلی این امرتوسعه سریع وتولیدصنعتی سیلیکون به صورت انبوه هزینه کم وبازدهی بالای آن درمقایسه باسایرنیمه هادیهامی باشد.در سالهای اخیر سلولهای گالیوم– آرسناید(GaAs) به صورت جدی مطرح ومورد استفاده قرار گرفته اند.کاربرد سلول های جند طبقه ای )متشکل از جند نیمه هادی(در مراحل تحقیقاتی میباشندوهنوزبه صورت صنعتی تولید نشده اند. ازجمله مزایای گالیوم آرسنایددر مقایسه با سلولهای سیلیکونی بازدهی بیشتر وعملکرد بهتردر شرایط تغییرات دماو مقاومت بیشترآنهادر مقابل تشعشعات خورشیدی میباشدوازجمله محدودیت های آن وزن وقابلیت شکنندگی بیشتر میباشد. در حال حاضربه علت تولیدات محدودقیمت سلول های گالیوم آرسنایددر مقایسه با سلولهای سیلیکونی بیشتر میباشد.پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی

استفاده از نانو لوله ‌های کربنی در ساخت پیل‌های خورشیدی  دانشمندان علوم نانوی دانشگاه فناوری کویینزلند استرالیا (QUT) در حال توسعه نسخه جدیدی از پانل‌های فوتوولتائیک خورشیدی بر پایه مواد پلیمری هستندکه ضخامتی درمقیاس نانوداشته و سبک وانعطاف ‌پذیر ‌باشند.این صفحات پلیمری به واسطه انعطاف ‌پذیری و ضخامت بسیار کم می‌توانندبه صورت لوله در آمده وبراحتی به محل مورداستفاده حمل شوند.

این پیل‌ها می‌توانندانرژی لازم برای شارژ باتری‌های تجهیزات با توان کم مانندلپ‌تاپ و تلفن همراه رافراهم کنند.بنابراین پیش  بینی می شودکه این فناوری بیشترین کاربردرادروسایل الکترونیکی قابل حمل داشته باشد.

دکتر واکلاویک ازدانشکده علوم شیمی فیزیک دانشگاه QUT  نشان داد این پلیمر می‌تواند گزینه مناسبی برای پیل‌های خورشیدی سیلیکونی که گران‌قیمت، سنگین و حساس هستند، باشد.گرچه این پیل‌ها بازار قابل توجه وموفقیت تجاری خوبی کسب کرده‌اند،هزینه‌های بالای تولید آنها، ارزش تجاری آنهار محدود کرده است.

پدیده فتوولتائیک

اصطلاح فوتوولتائیک ترکیبی از کلمه Photo ( به معنای نور) باکلمه ی Volt است.فوتوولتائیک علمی است که درمورد تبدیل نوربه الکتریسیته وبه عبارت دیگر تبدیل فوتونهانوری به جریان الکتریکی می پردازد.هردوی مباحث به استفاده ازپرتوهای خورشیدی درفرآیندی هدایتی وتمرکزی می پردازد. تبدیل

نورخورشید به الکتریسیته توسط سلولهای خورشیدی صورت میگیرد.این سلولهاازصفحات سیلیکونی (آمورفوس و پولی کریستالین ویامونو کریستالین)ساخته شده اند. این سلولهابیشترین مواردکاربردرابه عنوان منبع تغذیه ماشین حساب های جیبی وپارکومترهاو موارد کوچکی ازاین قبیل وسایل دارامیباشند.صفحات پنلها یا مودلهای خورشیدی متشکل از تعدادی سلولهای خورشیدی (درمدارهای سری و موازی) می باشندکه درقابهای آلومینیومی وصفحه محافظی شیشه ای مونتاژ شده اند.مجموعه ای ازاین پانلها به انضمام دیگر اجزاءاز قبیل باطری هاوشارژ کنترولرومبدل تشکیل یک سیستم فوتو ولتائیک رامشابه دیاکرام ذیل میدهند.

اثرفوتوولتائیک در سال 1839 توسط الکساندرادموند کشف شد.یک دانشمند فرانسوی ازاین مسئله کنجکاوو متعجب شده بودکه چراوقتی بعضی از مواد درمعرض نور مستقیم قرارمیگیرند تولیدجرقه میکند او بعدها نظریه ی خودراتحت عنوان تبدیل نوربه انرژی الکتریسیته به ثبت رساند. در این برهه اززمان  هنوز ماشین هایی که بتوانند ازالکتریسیته استفاده کننداختراع نشده بودو باعث شداین پدیده درآن زمان کارایی لازم راپیدانکند. درسال 1905 آلبرت انیشتین متوجه شد که نور قابلیت نفوذ به داخل اتم هاداردمیتواند برخورد فوتون هابااتم هاباعث تحریک الکترون های وخروج ایشان از مدارونهایتاالقاء جریان الکتریکی می شود.پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی

  سیستم فتوولتائیک

بخش اصلی یک سیستم فتوولتائیک، پنل فتوولتائیک می باشد.پنل های فتوولتائیک که درمعرض خورشید قرار می گیرند،متشکل ازسلولهای فتوولتائیک هستند.این سلول هااز موادنیمه هادی سیلیکونی ساخته شده اند. پنلی که در شکل دیده می شود شامل 36 واحد( سلول )است که درردیف های 6 تایی کنار هم چیده شده اند.این پنل روی بام خانه أی درلس آنجلس واقع درایالات متحده آمریکانصب شده است.

اصول کار یک پنل فتوولتائیک

پنل های فتوولتائیک ازنیمه هادیها ساخته شده و بااتصال سیلیکون های نوع N   و P  شکل می گیرند.وقتی نورخورشیدبه یک سلول فتوولتئیک می تابد،به الکترون هادرآن انرژی بیشتری می بخشد.باتابش نور خورشید الکترونهادر نیمه هادی پلاریزه شده،الکترونهای منفی در سیلیکون نوع  N  و یونهای مثبت در سیلیکون نوع      P   بوجود می آیند. بدین ترتیب بین دوالکترود، اختلاف پتانسیل بروزکرده و این امرموجب جاری شدن جریان بین آنهامی گردد. شکل (13-2)پروسه تولید برق در یک سلول فتوولتائیک رانشان می دهد.

مشخصه الکتریکی آرایه فتوولتائیک درشرایط استاندارد

  درآرایه فتوولتائیک موردبررسی،ازماژول خورشیدی مدل  MA 36.45 ساخت مجتمع فیبر نوری باپیکر بندی  مطابق شکل زیر استفاده شده است.منحنی مشخصه جریان-ولتاژوتوان- ولتاژاین ماژول خورشیدی درشرایط استاندارد تابش(شدت تابش 1 کیلووات برمترمربع ودمای 25  درجه سانتیگراد) مطابق شکل میباشد. پایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی

باتوجه به اینکه حداکثر توان یک ماژول, 45 وات می باشد حداکثر توان آرایه خورشیدی درشرایط استاندارد تابش 180 وات وباتوجه به پیکربندی شکل و منحنی مشخصه های الکتریکی آرایه دراین شرایط,میباشد. مشخصه توان-ولتاژبدست آمده ازدو آرایه فتوولتائیک متحرک و ثابت درساعت 9 صبح همانگونه که انتظارمیرود آرایه خورشیدی متحرک توان بیشتری تولیدمی کند که دلیل آن تابش مستقیم نور خورشیدبرآرایه است درحالیکه  نور خورشید به صورت زاویه داربر سطح آرایه ثابت می تابد .  در ادامه منحنی های دو آرایه درساعت 10 مشاهده می شود.همانطورکه انتظارمیرود با   بالا آمدن خورشید،توان آرایه ثابت افزایش می یابد که بدلیل کاهش زاویه تابش خورشید به سطح آرایه ثابت است.توان تولید شده توسط آرایه متحرک بدلیل تابش عمودی نور برسطح آن درهر زمان, تغییرات جزئی دارد.

درساعات 11 تا13 میزان تولیدتوان توسط آرایه  متحرک نزدیک می شود و آرایه متحرک نیزدراین ساعات تقریباًرو به جنوب قراردارد.ولی همچنان آرایه متحرک توان بیشتری تولید می نماید.از ساعت 13 که خورشید به سمت غرب حرکت می کندوارتفاع آن ونیز توان تولید شده توسط آرایه ثابت کاهش می یابد.بدلیل کاهش شدت نورخورشید,آرایه متحرک هم بتدریج کاهش توان اندکی رادارد. ولی با توجه به منحنی ها, بالاتر بودن میزان انرژی جذب شده توسط آرایه خورشیدی متحرک بخوبی آشکار است. بگونه ای که درساعت 17, پیک توان تولیدی توسط آرایه متحرک  برابرآرایه فتوولتائیک ثابت است واین نسبت درساعت 18 , به رقم قابل توجه 1. 6   میرسد. بنابراین ملاحظه می شودکه درصورت استفاده ازآرایه فتوولتائیک باسازه متحرک که توانایی تعقیب مسیرحرکتخورشیدرا داشته باشد,میزان انرژی قابل جذب رابصورتچشمگیر افزایش میدهد.

 مشخصه های توان  دوآرایه متحرک وثابت ساعات   مختلف روزجهت مقایسه  مشاهده می شود. منحنیهای مربوط به آرایه متحرک بدلیل اینکه همواره نورخورشیدعمودبرآن می تابد,دارای تغییرات کمی است درحالی که این منحنی هابرای آرایه فتوولتائیک ثابت دارای تغییرات زیادی است که اختلال زیادی درجریان بارایجاد نموده و نیازبه واحدذخیره سازی انرژی (نظیر باتری الکتروشیمیایی)با ظرفیت بیشتر جهت جبران تغییرات انرژی دارد.

پیک توان تولید شده توسط هردوسیستم بافرض جذب  حداکثرتوان ازآرایه درجدول زیر  ذکر شده است وانرژی جذب شده درطول یک روزمحاسبه شده ومیزان  افزایش انرژی برای آرایه متحرک درحدود 36 درصد بدست آمده که بادرنظرگرفتن نمونه برداری دریک روز کامل(از طلوع تاغروب خورشید)این عدد به بیش از40 درصد…..     ایان نامه انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک، نیروگاه خورشیدی و محاسبات و نمودار های مرتبط

امید داریم تا اینجای مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. جهت دریافت این طرح توجیهی به صورت WORD + PDF  کامل به لینک دریافت زیر مراجعه نمایید.

برای دریافت pdf + word بر روی کلیدزیر ،کلیک نمایید . 

قیمت: 15000 تومان

 

همچنین پیشنهاد میگردد برای اطلاعات بیشتر حتما به مطلب زیر سر بزنید.

دانلود طرح توجیهی احداث نیروگاه فتوولتائیک انرژی خورشیدی