سيستم فتوولتائيك

[عرفان سلیم زاده]

بخش اصلي يك سيستم فتوولتائيك، پنل فتوولتائيك مي باشد. پنل هاي فتوولتائيك كه در معرض خورشيد قرار مي گيرند، متشكل از سلولهاي فتوولتائيك هستند. اين سلول ها از مواد نيمه هادي سيليكوني ساخته شده اند. پنلي كه در شكل (1) ديده مي شود شامل 36 واحد ( سلول ) است كه در رديف هاي 6 تايي كنار هم چيده شده اند. اين پنل روي بام خانه أي در لس آنجلس واقع در ايالات متحده آمريكا نصب شده است


http://azenasanatparsian.com/images/stories/0.jpg

شكل 1- پنل فتوولتائيك نصب شده روي بام خانه اي در لس آنجلس
سيستم فتوولتائيك شامل تجهيزات ديگري از جمله مبدل هايي براي تبديل جريان مستقيم به جربان متناوب نيز مي باشد.

اصول كار يك پنل فتوولتائيك

پنل هاي فتوولتائيك از نيمه هاديها ساخته شده و با اتصال سيليكون هاي نوع N و P شكل مي گيرند. وقتي نور خورشيد به يك سلول فتوولتئيك مي تابد، به الكترون ها در آن انرژي بيشتري مي بخشد[2]. با تابش نور خورشيد الكترونها در نيمه هادي پلاريزه شده، الكترونهاي منفي در سيليكون نوع N و يونهاي مثبت در سيليكون نوع P بوجود مي آيند[3]. بدين ترتيب بين دو الكترود، اختلاف پتانسيل بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها مي گردد. شكل (2) پروسه توليد برق در يك سلول فتوولتائيك را نشان مي دهد.



http://azenasanatparsian.com/images/stories/00.gif
شكل 2- پروسه توليد برق بوسيله يك سلول فتوولتائيك
-ميزان توليد انرژي الكتريكي بوسيله يك سيستم فتوولتائيك

ميزان توليد برق بوسيله يك سيستم فتوولتائيك معمولا" از 2 تا 50 كيلووات مي باشد. يك سيستم فتوولتائيك كه براي نصب روي بام ساختمان ها در شهر لوس آنجلس ساخته شده است با ظرفيت توان 2 كيلووات، 3600 كيلووات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين ميزان توليد انرژي باعث 3/4 تن صرفه جويي در سوخت زغال سنگ براي توليد برق شده و همچنين مانع ورود lbs 5000 گاز به اتمسفر مي گردد. يك سيستم PV ديگر كه با ظرفيت 10 كيلو وات نصب شده، بطور متوسط در حدود 16500 كيلو وات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين ميزان انرژي كمي بيش از نياز مصرف برق يك خانه متوسط در ايالات متحده است.

سايت هاي خورشيدي جهت نصب پنل هاي فتوولتائيك چگونه انتخاب مي شوند؟

سايت ها بايد با معيارهاي لازم فيزيكي همخواني داشته باشند، از جمله اينكه جهت آنها رو به جنوب باشد، به خوبي در معرض آفتاب قرار داشته باشند( آفتاب گير باشند) و فضاي لازم و همچنين ساختار مناسبي براي نصب پنل هاي فتوولتائيك داشته باشند.

آيا سيستم هاي فتوولتائيك بطور مداوم الكتريسيته توليد مي كنند؟ در شرايط ابري و آب و هواي سرد چطور؟

توليد برق بوسيله سيستم هاي PV به فصول بستگي ندارد، اما در طول شبانه روز از ساعات اوليه صبح تا غروب مي توانند برق توليد كنند. پيك توليد آنها در ساعات ظهر مي باشد.

واحدهاي فتوولتائيك در صورت ابري بودن هوا نيز مي توانند برق توليد كنند، هر چند خروجي آنها كاهش مي يابد. در يك روز بسيار ابري كم نور، يك سيستم فتوولتائيك ممكن است 5 تا 10 درصد نور خورشيد در روزهاي عادي را دريافت دارد، به طبع خروجي آن نيز به همان ميزان كم خواهد شد.

پنل هاي خورشيدي در دماي پايين تر، برق بيشتري توليد مي كنند. اين تجهيزات همچون ساير دستگاههاي الكتريكي در صورتي كه هوا خنك باشد، بهتر كار مي كنند. البته سيستم هاي PV در روزهاي زمستاني كمتر از روزهاي تابستاني انرژي توليد مي كنند كه علت آن نه برودت هوا، بلكه كاهش ساعات روز و پايين تر بودن زاويه تابش خورشيد است.

آسيب پذيري دستگاههاي فتوولتائيك
پنل هاي خورشيدي طوري ساخته شده اند كه در برابر همه سختي هاي محيط مانند سرماي شديد قطبي، گرماي بيابان، رطوبت استوايي و بادهاي با سرعت بيش از 125 مايل در ساعت مقاومت مي كنند. با اينحال جنس اين وسايل از شيشه بوده و در اثر ضربات سنگين ممكن است بشكنند.

بهره برداري از سيستم هاي فتوولتائي براي استفاده از انرژي خورشيدي در سطح جهان
استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع به دليل ويژگيهايي كه در آغاز اين مقاله ذكر شد، كاملا" فراگير شده است. شركت هاي متعددي در كشورهاي مختلف نسبت به نصب اين سيستم ها اقدام كرده اند و كار بهينه سازي اين سيستم ها، همچنان ادامه دارد.

اداره آب و برق لوس آنجلس براي نصب سيستم هاي خورشيدي روي بام ساختمانها شرايطي به قرار زير وضع كرده است :

* ساختمان يك طبقه و سقف آن تخته كوبي شده باشد.
* عمر ساختمان كمتر از 10 سال باشد.
* فضاي آزاد آن حداقل 300 متر مربع و شيب سقف آن بين 10 تا 25 درجه باشد.
* ترجيحا" سوي شيب بام ساختمان به سمت جنوب يا جنوب غربي بوده و در ساعات بين 11قبل از ظهر تا 4 بعد از ظهر سايه نخورد.




http://azenasanatparsian.com/images/stories/000.jpg
شكل 3- سايت انرژي خورشيدي در موزه علوم كامبرلند واقع در ايالت تنسي آمريكا
ميزان انرژي توليد شده در سايت كامبرلند روز/m /Kwh 7/5 مي باشد. ميزان انرژي توليد شده در اين سايت، 146 كيلو وات ساعت و ظرفيت توليد آن Kwac 25 است. ميزان انرژي الكتريكي توليدي در اين سايت در شكل (4) نشان داده شده است.


http://azenasanatparsian.com/images/stories/0000.gif
شكل 4- منحني توان دريافتي از خورشيد و توان توليد شده توسط سايت انرژي



- تحقيق در زمينه كاربرد عملي سيستم برق با استفاده از پنل هاي فتوولتائيك بصورت متصل در شبكه برق اكيناواي ژاپن نيز ادامه دارد. اين تحقيقات شامل بررسي ويژگيهاي عملكرد سيستم و تأثير باتري ها بر شبكه و همينطور راندمان و تداوم برق رساني شبكه مي باشد. در مياكو، مصرف برق به هنگام شب، تقريبا" با پيك روز برابر است . بنابراين از انرژ ي خورشيدي براي تا"مين بخشي از نياز برق روزانه بطور مستقيم و برق شبانه از طريق باطري ها استفاده مي شود. شكل (5) عملكرد توليد برق خورشيدي را در سيستم برق مياكو در ژاپن نشان مي دهد[3].



http://azenasanatparsian.com/images/stories/000000.gif
شكل 5 – منحني بار و عملكرد سيستم توليد برق خورشيدي در شبكه برق مياكو-ژاپن

مراجع

1- پايگاه اطلاعاتي مركز تحقيقات برق آمريكا ( EPRI ) http://www.epri.com/

2- آمريكا TVA پايگاه اطلاعاتي شركت http://www.tva.org/

3- پايگاه اطلاعاتي شركت برق اكيناوا - ژاپن http://www.okiden.co.jp/

4- پايگاه اطلاعاتي اداره آب و برق لس آنجلس - آمريكا http://www.ladwp.com/
منبع:http://azenasanatparsian.com/articles/1390-11-04-19-46-29/81-1390-02-28-17-46-35.html