انرژی فتو ولتاتیک

[faridbensaeed]

انرژی فتو ولتاتیک
انرژی فتو ولتایک تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طريق یک سلول فتو ولتاتیک (pvs) می‌باشد، که بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده می‌شود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون می‏شود.
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی ساخته شده‌است. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل می‌شوند، درست مشابه با طول موجهای متفاوت طيفهای نوری هستند.
وقتی فوتونها به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد می‌کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می‌کنند .وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترونها از اتم‌های جسم جدا می‌شوند. (به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرزی فوتون به لایه بالاتر رفته و میتواند از میدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانا حرکت کند.)
رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن باعث می‌شود سطح جلویی سلول که برای الکترون‌های آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنا براین الکترون‌ها بطور طبیعی به سطح مهاجرت می‌کنند.
زمانی که الکترون‌ها موقعیت n را ترک می‌کنند، سوراخ‌هایی شکل می‌گیرد. تعداد الکترونها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل می‌کنند و به طرف جلو سطح سلول پیش می‌روند، در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب‌های مثبت ومنفی یک باطری ایجاد می‌شود.
وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می‌شود، الکتریسیته جریان می‌یابد.
سلول فتو ولتاتیک قاعده بلوک ساختمان یک سیستم PV است.
سلولهای انفرادی می‌توانند در اندازه‌هایی از حدود cm ۱ تا cm۱۰ از این سو به آن سو متغیر باشند .
با این وجود، توان ۱یا ۲ وات تولید می‌کند، که برای بیشتر کار بردها این مقدار از انرژی کافی نیست. برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم، سلولها بطور الکتریکی به داخل هوای بسته یک مدول سخت مرتبط می‌شود .
مدولها می‌توانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند.
اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره می‌کند، اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شده باشد، آن تعداد مدولهای مورد نیاز می‌توانند بهم مرتبط شوند برای اینکه اندازه آرایش مورد نیاز (تولید انرژی) را تشکیل دهند. اجرای یک آرایش فتو ولتاتیک به انرژی خورشید وابسته‌است .
شرایط آب وهوایی (همانند ابر و مه )تاثیر مهمی روی انرزی خورشیدی دریافت شده توسط یک آرایش pv و در عوض، اجرایی آن دارد .بیشتر تکنولوژی مدول‌های فتو ولتاتیک در حدود ۱۰ درصد موثر هستند در تبدیل انرژیخورشید با تحقیق بیشتر مرتبط شوند برای اینکه این کار را به ۲۰ درصدافزایش دهند.
سلولهای pv که در سال ۱۹۵۴ توسط تحقیقات تلفنی بل bell کشف شد حساسیت یک آب سیلیکونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش کرد .ابتدا در گذشته در دهه ۱۹۵۰،pvs برای تامین انرژی قمرهای فضا در یک مورد استفاده قرار گرفتند.
موفقیت pvs در فضا کار بردهای تجاری برای تکنو لوژی pvs تولید کرد .ساده‌ترین سیستم‌های فتو ولتاتیک انرژی تعداد زیادی از ماشین حساب‌های کوچک و ساعتهای مچی که روزانه مورد استفاده قرار می گیرد را تأمین می کند.
بیشتر سیستم‌های پیچیده الکتریسیته را برای پمپاژ آب، انرژی ابزارهای ارتباطی، وحتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه هایمان فراهم می‌کنند .
تبدیل فتو ولتاتیک به چندین دلیل مفید است .تبدیل نور خورشیدبه الکتریسیته مستقیم است، بنابراین سیستم‌های تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم نیستند .خصوصیت مدولی انرژی فتو ولتاتیک اجازه می‌دهد به طور سریع آرایش‌ها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند .
همچنین، تاثیر محیطی یک سیستم فتو ولتاتیک حد اقل است، آب را برای سیستم نیاز ندارد پختن و تولید محصول فرعی نیست .سلولهای فتوولتاتیک، همانند باتریها، جریان مستقیم (dc)را تولید می‌کنند که به طور عمومی برای برای راههای کوچکی مورد استفاده‌است (ابزار الکترونیک).وقتی که جریان مستقیم از سلولهای فتوولتاتیک برای کاربردهای تجاری یا لحیم کردن کار بردهای الکتریکی استفاده می‌شود . راندمان سلولهای فتوولتایک در سال 2010 حدود 17% میباشد و توان آن در تابش مستقیم آفتاب (1000 وات بر متر مربع) به ازای هر متر مربع حدود 170 وات است.
شبکه‌های الکتریکی بایستی به جریان متناوب (AC)برای استفاده تبدیل کننده‌ها تبدیل شوند، Inverterها ابزارهایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کنند. به طور تاریخی PVS در جاهای دور برای تولید الکتریسیته بکار گرفته شده‌است. با این وجود یک بازار برای تولید از PVS را توزیع کنند ممکن است با بی نظمی قیمتهای تبدیل و توزیع همزمان با بی نظمی الکتریکی توسعه داده شود .
جایگزین ژنراتوهای کوچک مقیاس عددی در تغذیه کنندهای الکتریکی می‌توانند اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.
تاریخچه
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می‌گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محرابها را روشن می‌کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می‌شد.
ولی مهم‌ترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می‌باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می‌شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه‌های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته‌است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده‌است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده‌است.
با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدی‌تری نمایند.
کاربردهای انرژی خورشیدی
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف استفاده می‌شود که عبارت‌اند از:
1. استفاده از انرژی حرارتی خورشیدی برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
2. تبدیل مستقیم پرتوهای خورشیدی به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.
استفاده از انرژی حرارتی خورشیدی
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد
مقدمه:
امروزه شش شیوه تولید برق از نور خورشید شناخته شده است که عبارتند از:
1-آینه خورشیدی 2-سهمی گون دریافت کننده مرکزی 3-آیینه های مشجمی (بشقابی- استرینگ) 4-دودکش خورشیدی 5-استخر خورشیدی 6-سلولهای نوری (فتوولتائیک). تولید برق توسط سیکلهای ترکیبی پیوندی (استفاده از سوخت فسیلی و انرژی خورشیدی) نیز مراحل مطالعات امکان سنجی را پشت سر می گذارند. تقریباً 80% از الکتریسیته خورشیدی توسط نیروگاه حرارتی- خورشیدی و 20% بقیه بوسیله نیروگاه برق نوری (فتوولتائیک) تولید می شود. تولید الکتریسیته از چند وات تا به اندازه یک نیروگاه معمولی توسط فن آوریهای برق خورشیدی امکانپذیر است. پیشرفت فن آوری برق خورشیدی در نتیجه فعالیتهای تحقیقاتی، امکان رقابت برق را با سایر روشهای تولید برق پدید خواهد آورد. در این جا در هر بخش 3 روش تولید برق توسط خورشید و مقایسه فنی و اقتصادی روشهای مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته شده است.
روشهای تولید برق خورشیدی:
تولید برق خورشیدی امروزه در حال پیشرفتهای نوید بخشی است. فن آوریهای مربوط به آن به سرعت در حال توسعه بوده و در نتیجه قیمت برق با این روشها به صورت مداوم کاهش می یابد به علاوه توجه روزافزون به اثرات مخرب زیست محیطی سایر انواع انرژی، مزایای برق خورشیدی را آشکار می سازد اگر هزینه های خارجی سوختهای فسیلی (که عبارتست از اثر آنها به محیط زیست) به قیمت این گونه انرژیها اضافه می شود، هزینه تولید برق از روشهای حرارتی- خورشیدی کمتر از هزینه تولید برق در نیروگاه سوخت فسیلی خواهد بود. نیروگاههای برق خورشیدی کمترین اثر را بر محیط زیست دارند این نیروگاهها یا اصلاً گاز مخرب منتشر نمی کنند یا مقدار ناچیزی منتشر می کنند. مهمترین اثر زیست محیطی نیروگاههای خورشیدی، نیاز به زمینی با وسعت زیاد معادل 15 جویب فرنگی (هرجویب فرنگی چهار هزار و چهل و هفت مترمربع است) برای ظرفیتی معادل یک مگاوات برق است البته باید خاطر نشان کرد که این مقدار زمین کمتر از زمین مورد نیاز برای استخراج و حمل زغال سنگ به روباز زغال سنگ به نیروگاههای زغال سوز یا زمین مورد نیاز نیروگاههای آبی با همین توان تولید است. همچنین در مناطقی مانند بیابانها یا کویر کسر زمین ارزش چندانی نداشته و برای تولیدات دیگر مورد نیاز نیست و امکان نصب نیروگاههای خورشیدی وجود دارد.
امروزه شیوه تولید برق توسط آینه های سهمی گون، جایگزینی برای شیوه های معمول تولید برق است. تا پایان قرن جاری میلادی، برج خورشیدی و آیینه های مشجمی، جایگزین جدیدی برای نیروگاههای سوخت فسیلی به حساب خواهند آمد با پیشرفتهای نوید بخش فن آوریهای تولید برق خورشیدی، تا قرن بیست و یکم میلادی (قرن حاضر) شیوه های مختلف تولید برق خورشیدی سهم قابل قبولی از مجموع تولید برق را به خود اختصاص خواهند داد.

[liliy59]

با سلام
میشه لطفا منابعتون را معرفی کنید.