مهدی نوروزی
عضو جدید
طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی :
1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.
2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .
و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.
اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.
اساس کار سلولهای خورشیدی :
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:
جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.
همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.
کاربردهای سلولهای خوشیدی :
1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی
2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت
3)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک
4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک
سلول‌هاي خورشيدي1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.
2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .
و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.
اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.
اساس کار سلولهای خورشیدی :
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:
جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.
همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.
کاربردهای سلولهای خوشیدی :
1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی
2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت
3)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک
4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک
يك سلول خورشيدي[1] وسيله‌ايست كه از يك نيمه هادي با اتصال الكتريكي تشكيل شده و انرژي پرتوهاي خورشيد را جذب كرده و مستقيماً به انرژي الكتريكي
تبديل مي‌كند. جذب پرتوهاي نوري موجب آزادسازي باندهاي كووالانت كه نماينده بهم پيوستگي شيميائي اتم‌ها در نيمه هادي‌ها مي‌باشد، مي‌گردد. در اين فرآيند يونيزه شدن هر دو نوع بارهاي متحرك در يك شبكه نيمه هادي با الكترون‌هاي منفي آزاد و حفره‌هاي مثبت آزاد، توليد مي‌شوند. در نتيجه، بارهاي منفي به يك طرف و بارهاي مثبت به طرف ديگر روانه مي‌گردند. در اثر جدا شدن بارها، پتانسيل الكتريكي v در بين دو طرف قطعه نيمه هادي ايجاد مي‌شود. با گذاشتن الكترودهائي در دو طرف نيمه هادي، جريان الكتريكي I را مي‌توان توسط يك بار خارجي از آن دريافت نمود.قدرت الكتريكي P=I*V كه از اين طريق بدست مي‌آيد، به بار داده مي‌شود.
سلول‌هاي خورشيدي را بايد از فتوسل‌ها كه با استفاده از خواص رسانائي نوري مواد، ميزان شدت نور را اندازه‌گيري مي‌كنند، متمايز نمود. فتوسل‌ها نسبت به نور بسيار حساس بوده و رسانائي آنها در نتيجه تغيير بسيار جزئي شدت نور، چندين برابر تغيير مي‌كند. فتوسل‌ها در دوربين‌هاي عكاسي براي اندازه‌گيري نور مورد استفاده قرار مي‌گيرند. آنها ولتاژي ايجاد نمي‌كنند و بهمين دليل بهره‌برداري از آنها تنها با وجود باطري ممکن است.
اولين وسيله و كوچكترين واحد مستقل تمامي سيستم‌هاي فتوولتائيك، سلول خورشيدي مي‌باشد. اندازه آن مي‌تواند با توجه به كاربرد مورد نظر به نحو مطلوب انتخاب گردد. اندازه سلول از چندين ميليمتر مربع براي كاربردهاي الكترونيكي مصرفي از قبيل ماشين‌ها محاسبه جيبي، ساعت مچي و غيره تا اندازه استاندارد فعلي 10 ´ 10 سانتي متر مربع تغيير مي‌كند.
شكل سلول مربع مستطيل مي‌باشد، ولي شكل‌هاي ديگري همچون دايره، نيم دايره و يا ساير اشكال كه داراي هزينه ساخت كمتري را دربر داشته باشند، نيز توليد شده است. نكته مهم اينست كه سلول‌هاي خورشيدي را مي‌توان در شكل‌هاي فيزيكي متفاوت ساخته و توليد نمود ولي بخاطر اينكه بسيار نازك هستند، خاصيت شكنندگي پيدا كرده و در نتيجه از نظر اندازه داراي محدوديت مي‌باشند. سلول‌هاي خورشيدي از زمره دستگاه‌هاي بسيار نازك مي‌باشند. به طور مثال ضخامت سلول 3/0 ميلي متر يعني حدود ضخامت چند صفحه كاغذ معمولي مي‌باشد. در حال حاضر تحقيق و توسعه براي هرچه نازك تر ساختن سلول‌هاي خورشيدي به منظور به حداقل رساندن مصرف مواد نيمه هادي ودر نتيجه هزينه ساخت آنها، در مراكز تحقيقاتي دنيا در جريان است.
يك سلول خورشيدي از يك لايه بسيار نازك (حدود چند ميكرون) از سيليكون نوع N و لايه ضخيم‌تري از سيليكون نوع P تشكيل يافته است. اغلب سلول‌هاي خورشيدي از تك بلور سيليكون ساخته مي‌شوند، ولي از نيمه هادي‌هاي ديگر از جمله سيليكون آمورف، سيليكون چند بلوره، آرسنيد گاليم، سولفيد كادميوم و تركيبات ديگر كه از سيليكون تك بلور ارزان‌تر مي‌باشد، نيز در ساخت سلول‌هاي خورشيدي استفاده مي‌گردد. شايان ذكر است كه هرقدر ميزان خلوص سيليكون در سلول بيشتر باشد، راندمان آن هم افزايش مي‌يابد. يك سلول خورشيدي با اندازه 10 سانتي متر در 10 سانتي متر چنانچه مستقيماً در معرض تابش مستقيم خورشيد قرار گيرد، قدرتي نزديك به 5/1 ولت مي‌تواند توليد نمايد. اگرچه سليكون عنصر فراواني است و درصد زيادي از پوسته زمين را تشكيل مي‌دهد، ولي سلول‌هاي سليكوني قيمت بالائي دارند واين بخاطر فرآيند ساخت و خالص سازي سيليكون مي‌باشد.
به‌منظور طراحي سيستم‌هاي فتوولتائيك، آگاهي از مشخصات و رفتار سلول‌هاي خورشيدي مورد نياز از اهميت ويژه‌اي برخوردار مي‌باشد. با افزايش شدت تابش پرتوهاي خورشيدي، مقدار قدرت الكتريكي خروجي نيز افزايش مي‌يابد. در محاسبات هندسي معمولاً ميزان شدت تابش پرتوهاي خورشيدي بر سطح كره زمين، 1kw/m2 و يا 100mw/cm2 كه واحد مناسب‌تري در رابطه با سلول‌هاي كوچك خورشيدي مي‌باشد، در نظر گرفته مي‌شود. ضمناً با افزايش دما، قدرت خروجي از سلول كاهش پيدا مي‌كند. اين امر يكي از محدوديت‌هاي مهم سلول‌هاي خورشيدي بوده و بايد در طراحي كاربردهاي مختلف، مورد توجه مهندسين قرار گيرد. به منظور كاهش اين محدوديت، معمولاً از روش‌هاي متداول مهندسي براي دفع گرماي توليدي در سلول استفاده مي‌گردد. براي بهره‌وري بيشتر از سلول‌هاي خورشيدي، از متمركز كننده‌هائي كه پرتوهاي خورشيدي را برروي سلول‌ها متمركز مي‌سازنند، استفاده مي‌گردد. در اين موارد دماي سلول‌ها نيز افزايش محسوسي يافته ودر نتيجه اثر معكوس بر قدرت الكتريكي خروجي خواهد داشت، لذا لازم است تا از تكنيك‌هاي دفع گرما استفاده گردد.
يكي از معيارهاي مهم توسعه و ساخت يك سلول خورشيدي به حداكثر رساندن راندمان تبديل نور خورشيد به الكتريسيته مي‌باشد. در سلول‌هاي خورشيدي مكانيزم‌هاي مختلف افت انرژي وجود دارد كه بعضي از آنها غير قابل اجتناب بوده و ذاتاً در سلول وجود دارند ولي برخي ديگر قابل كنترل مي‌باشند و مي‌توان آنها را به حداقل رسانيد و يا بكلي خذف كرد. با توجه به اين امر راندمان ايده‌آل يك سلول در حدود 30 درصد مي‌باشد. راندمان سلول‌هاي خورشيدي تجاري تحت تابش مستقيم خورشيد، در حدود 12 الي 14 درصد مي‌باشد، ولي در سطح آزمايشگاهي به راندمان‌هاي بالاتري نيز دست يافته‌اند. مثلاً راندمان سلول‌هاي خورشيدي منفرد از نوع كريستال‌هاي سيليكون به 23 درصد و راندمان سلول‌هائي كه پرتوهاي خورشيدي بر روي آنها متمركز مي‌شوند تا 32 درصد گزارش شده است.
به منظور كاهش هزينه ساخت سلول‌هاي خورشيدي كه در سطوح مسطح قرار مي‌گيرند، يك روش، توسعه و تعبيه سيستم‌هاي موثر متمركز كننده مي‌باشد. متمركز سازي پرتوهاي خورشيدي، دانسيته قدرت نور خورشيد بر روي سلول‌ها را افزايش داده و بنابراين سطح مورد نياز سلول‌هاي خورشيدي را براي توليد قدرت خروجي كاهش مي‌دهد.
سيستم‌هاي متمركز كننده بايد خورشيد را رديابي كرده تا پرتوهاي آن‌را بر روي يك خط (در مورد ردياب‌هاي يك محوره) و يا بر روي يک نقطه (در مورد ردياب‌هاي دو محوره) متمركز سازند. از آنجائيكه سيستم‌هاي متمركز كننده ردياب آفتاب تنها در مورد تابش مستقيم آفتاب كارائي دارند، بنابراين اين سيستم‌ها براي شرايط آب و هواي مناطقي كه داراي ساعات طولاني تابش مستقيم نور خورشيد مي‌باشند، مناسب هستند.
ميزان متمركز كنندگي پرتوهاي خورشيدي به واحد ”خورشيد (sun)“ سنجيده مي‌شود. هر ”خورشيد“ معادل شدت تابش 100mw/cm2 بوده و بنابراين 10 خورشيد برابر با شدت تابش 1000mw/cm2 مي‌باشد.
سلول‌هاي خورشيدي متمركز شده، معمولاً با توجه به كاربردهاي مشخص از قبيل ميزان متمركز كنندگي، دماي بهره‌برداري پيش‌بيني شده، سيستم متمركز كنندگي خطي و يا نقطه‌اي و يكنواختي نورهاي متمركز شده، طراحي مي‌گردند. در اين رابطه از متمركز كننده‌هاي مختلف از قبيل آينه‌هاي سهموي، بشقاب‌هاي سهموي و غيره با توجه به ميزان متمركز سازي مورد نياز استفاده مي‌گردد.
