انرژی خورشیدی و کاربردهای آن(۱)

چکیده

مقدار انرژی تابشی خورشید بر روی کره زمین ۶۰۰۰ برابر کل مصرف انرژی های سالیانه بر روی زمین است که این مطلب نشان دهنده اهمیت نوجه به این منبع در تامین نیازهای روزمره بشر است. بسیاری از کشورهای جهان در تلاش اند تا با جایگزینی انرژی خورشیدی در تولید حرارت و الکتریسیته حداکثر استفاده از این منبع انرژی را به دست آورده و زیان های ناشی از مصرف سوخت های فسیلی را کاهش دهند. ایران با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال جزو بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان می‌باشد. استفاده از انرژی خورشیدی شامل دو بخش کلی می گردد۱.تبدیل مستقیم  پرتوهای خورشید به الکتریسته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک ۲.استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی (آبگرمکن های خورشیدی و کولرهای هیبرید خورشیدی) و همچنین بخش نیروگاهی

تاریخچه فتوولتائیک:

عبارت فتوولتائیک(photovoltaic) ترکیبی از کلمه یونانی (photos) به معنی نور با (volt) به معنای تولید الکتریسیته از نور است.کشف پدیده فتوولتائیک به فیزیکدان فرانسوی Edmond Becquerel نسبت داده می شود که در سال ۱۸۳۹ با چاپ مقاله ای تجربیات خود را با باتری تر(wet cell) ارائه نمود.او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می گیرند،افزایش می یابد. در سال ۱۸۸۳ Charles Edgar frits که یک مهندس برق اهل نیویورک بو،یک سلول خورشیدی سلنیومی ساخت که از برخی جهات شبیه به سلولهای خورشیدی سیلیکونی امروزی بود اما سلول او خیلی کم بازده بود.بازده یک سلول خورشیدی عبارت از درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به سطح آن می باشد که به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد با وجود این،سلول های سلنیومی سرانجام در نورسنج های عکاسی به طور وسیعی بکار گرفته شد.

فتوولتائیک

فتوولتائیک(photovoltaic’s) یا به اختصار pv،یکی از انواع سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی می باشد.در این روش با بکارگیری سلول های خورشیدی،تولید مستقیم الکتریسته از تابش خورشید امکان پذیر می شود.سلول های خورشیدی از نوع نیمه رسانا می باشند که از سیلیسیوم یعنی دومین عنصر فراوان پوسته زمین ساخته می شوند.وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتائیک می تابد، با توجه به خواص مواد نیمه هادی در اثر جذب پرتوهایی از  نور که شامل انرژی هستند، الکترون آزاد در سطح سلول ایجاد و سطح بالایی سلول شامل الکترون ها(بار منفی) و سطح پایینی شامل حفره ها(بار مثبت) می شود و در نتیجه بین سطح بالایی و پایینی سلول یک اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان در صورت برقراری بار به سلول می گردد. امروزه موثرترین و ارزان ترین  سلولهای خورشیدی ماده ای به نام سیلیسیوم می باشد ماسه یکی از منابع مهم سیلیسیوم بوده که پس از پالایش آن کریستال های سیلیسیوم بدست می آید .

 

 

پس از بریده شدن به صورت صفحه آماده می شود.به عبارت دیگر سلول های فتوولتائیک از پولک هایی ساخته شده اندکه نور را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می کنند.این پولک ها همانند ترانزیستور معمولا از لایه های نازک یک ماده نیمه هادی مانند سیلیکون با مقادیر کمی افزودنی های خاص بهمنظور ایجاد مازادی از الکترون در یک لایه و کمبودی از الکترون در لایه دیگر ساخته می شوند.فوتون های نور در یک لایه الکترونهای آزاد را بوجود می آورند و یک رشته هادی ،الکترونها را قادر می سازد که در یک مدار خارجی جریان یافته و به لایه هایی که فاقد الکترون است دسترسی پیدا کنند.پنلهای فتوولتائیک از نیمه هادی ها ساخته شده اند و با اتصال سیلیکونهای نوع P و N شکل می گیرند. وقتی نور خورشید به سلول فتوولتائیک می تابد، به الکترون ها در آن انرژی بیشتری می بخشد. با تابش نور خورشید الکترون ها در نیمه هادی پلاریزه شده، الکترون های منفی در سیلیکون نوع N و یون های مثبت در سیلیکون نوع P بوجود می آیند.بدین ترتیب بین آن هااختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر باعث جاری شدن جریان بین آن ها می شود،از آن جا که سلول ها ی PV کوچک و شکننده بوده و تنها مقدار کمی برق تولید می کنند آن ها را بصورت مدول شکل می دهند.مدول ها در اندازه های متنوع عرضه می گردد ولی برای سهولت  جابجایی ابعاد آن ها به ندرت از ۹۰ سانتیمتر عرض و ۱۵۰ سانتیمتر طول تجاوز می کند

  • انواع سامانه های فتوولتائیک

دو نوع اصلی از سامانه های فتوولتائیک (PV) وجود دارند ،سامانه های منفرد و متصل به شبکه  هنگامی که اتصال به شبکه برق ممکن نبوده نیاز به یک سامانه منفرد می باشد در چنین مواردی برای تآمین برق به هنگام شب و یا در روز های ابری نیاز به باتری می باشد. در یک سامانه متصل به شبکه ،برای تغییر جریان مستقیم از آرایه PV به جریان متناوب (AC) با ولتاژ مناسب شبکه نیاز به یک مبدل می باشد.باید توجه داشت که در این حالت نیازی به باتری وجود ندارد و بدین ترتیب صرفه جویی قابل توجهی هم در هزینه و هم در نگهداری سامانه ،ایجاد خواهد شد در سامانه های منفرد،الکتریسیته مازادی که در طول روز تولید شده است برای استفاده در شب و یا روزهای ابری در باتری ها ذخیره می گردد.از آن جا که قیمت مبدل ها و سلول و باتری ها در توان های مصرفی بالا گران می باشد،یک سامانه ترکیبی(هیبریدی) که از نیروی باد استفاده می کند اغلب مکمل ایده آل برای سامانه PV می باشد .

-مزایای استفاده از سیستم های فتوولتائیک:

۱.فناوری فتوولتائیک بالغ،محکم و قایل اعتماد بوده، و هیچگونه اجزای متحرک نداشته و نیاز به نگهداری کمی دارد.

۲.به سوخت یا شبکه تآمین سوخت نیاز ندارد.

۳.نصب سیستم فتوولتائیک نسبتا آسان و سریع است،بخصوص سیستم های متصل به شبکه

۴.اجزاء مورد استفاده در سیستم های فتوولتائیک طی استفاده های طولانی مدت،قابلیت اطمینان خود را ثابت کرده اند

۵.به اشعه ماوراء بنفش و آب و هوا مقاومند و تحمل دمای بالا را دارند.

۶.به صورت ماژولی هستند و سیستم ها می توانند در هر سایزی وجود داشته باشند.

۷.سیستم فتوولتائیک مستقل از شبکه می تواند توان را تقریبا در هر نقطه از سیاره زمین تآمین کند.

۸.سیستم فتوولتائیک تشعشعات گاز گلخانه ای و دی اکسید کربن را کاهش می دهد.

۹.سیستم فتوولتائیک عموما آلودگی را کاهش می دهد.

۱۰.سیستم فتوولتائیک به حفاظت منابع کمیاب کمک می کند.

۱۱.فتوولتائیک تقریبا در هر جایی،یک بازار به سرعت در حال رشد است که تجارتهای مختلف دیگر می توانند خود را در گوشه ای از آم جای دهند.

۱۲.عمر مفید بالایی دارد(بیش از ۱۰۰ سال).

طرح کلی سیستم فتوولتائیک منفرد از شبکه

طرح کلی سیستم فتوولتائیک متصل به شبکه

نوشتهٔ پیشین
لودسل چیست و عملکرد آن چگونه است
نوشتهٔ بعدی
شبکه سیاستی انرژی های تجدید پذیر برای قرن بیست و یکم

پست های مرتبط

نتیجه‌ای پیدا نشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.
برای ادامه، شما باید با قوانین موافقت کنید

فهرست