دانلود تحقیق انرژی خورشیدی

محدود بودن سوخت های فسیلی بر روی زمین و همچنین اثرات سوئی که در ارتباط با استفاده از انرژی هسته ای وجود دارد بشر را بر آن داشت تا بدنبال یک منبع انرژی دیگر برای ادامه حیات خود در روی زمین باشد برای ادامه حیات بشر می تواند دو راه را در پیش گیرد اول اینکه به دنبال راهی برای کنترل همجوشی هسته ای باشد و دوم اینکه بتواند از انرژی خورشید که سرچشمه تمام انرژی های روی زمین است استفاده کند.

استفاده از انرژی خورشید سابقه تاریخی زیادی دارد البته این استفاده بیشتر محدود به انرژی گرمایی خورشید بوده است.

در فصل دوم به طور مختصر در این رابطه مطالبی ارائه شده است.

در فصل سوم به طور مختصر در مورد ساختار ملکولی موادی بحث شده است که در مبحث فتوولتائیک استفاده می شوند.

در فصل چهارم کاربردهای انرژی خورشیدی در دنیای امروز آورده شده است.

مبحث های این فصل در مورد فعالیت هایی است که در آنها از انرژی گرمایی خورشید استفاده
می شود.

در فصل پنجم مواردی که در عملکرد یک سیستم خورشیدی مؤثر می باشند مثل تشعشع خورشید، درجه حرارت، رطوبت و حرکت هوا اشاره و توضیح مختصری در رابطه با آنها آورده شده است.

فصل های ششم، هفتم، هشتم و نهم بیشتر به معرفی سلول های خورشیدی پرداخته شده است.

اینکه سلول های خورشیدی چیست نیازهای یک سلول خورشیدی، این سلول ها چگونه ساخته می شوند و این که سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند در فصل دهم اجزای یک مدار فتوولتائیک روش انتخاب آنها و توضیحاتی در مورد آنها آورده شده است.

صفحه های خورشیدی، باتری، تبدیل کننده، شارژ کنترلر، اجزای اصلی این مدار هستند در فصل یازدهم و دوازدهم دسته بندی سلول های PV و انواع مختلف این سیستم ها ارائه شده است در فصل سیزدهم عملکرد این اعضاء در شرایط متغییر توضیح داده شده است شرایط محیط و تابش خورشید بر روی عملکرد این سلول ها تأثیر زیادی دارد.

در فصل بعدی در مورد متمرکز کننده های نور خورشید و تأثیر استفاده از آنها بر روی صفحات خورشیدی آورده شده است.

در فصل های پانزدهم و شانزدهم در مورد صنعت PV و مطالعاتی که در حال حاضر در روی این صفحات در حال انجام است اشاره شده است در فصل نوزدهم مثال هایی از کاربرد فتوولتائیک ها در دنیای امروز آورده شده است.

بیشتر این فعالیت ها منحصر به مکان هایی می شود که از شبکه برق دور هستند و آوردن شبکه برق محلی به این نقاط مقرون به صرفه نیست در فصل بیستم مقاله ای در مورد تحلیل استفاده از انرژی خورشیدی فتوولتائیک در یکی از شهرهای آمریکا آورده شده است که مقرون به صرفه بودن این سیستم را برای استفاده بررسی می کند.

فصل آخر در مورد طراحی و ساخت یک سیستم PV برای تولید برق DC و AC است در این فصل محاسبات لازم برای طراحی با مشخصات دقیق اجزای مدار آورده شده است این که این سیستم برای استفاده مقرون به صرفه است یا نه در فصل نتیجه گیری آورده شده است.

فصل دوم
نیروی خورشیدی در تاریخ









امروزه می‌دانیم که سرچشمه غالب گوناگون شکل‌های گوناگون انرژی مورد استفاده ما انرژی خورشیدی است .

منشأ سوخت‌های فسیلی ، جریان آب ، باد ، جزر و مد همگی از انرژی خورشیدی مایه می‌گیرند .

سوخت‌های فسیلی روبه پایانند .

استفاده از انرژی جریان‌اب و باد و مانند آنها نمی‌توانند تمام انرژی مصرفی جهان را تامین کنند .

استفاده ازسوخت‌های هسته‌ای از طریق واکنش‌های شکافت مواد رادیواکتیو موجود در طبیعت مخاطراتی را در بردارد که ادامه روز افزون آن به مصلحت انسان نیست و مهار واکنش همجوشی هسته‌ای هنوز امکان پذیر نشده است .

انرژی پایان ناپذیری که در اختیار داریم انرژی خورشیدی است .

اما وسایلی که تاکنون برای جمع‌اوری و استفاده از انرژی خورشیدی ساخته شه است هنوز برای ایجاد انرژی مصرفی ما کافی نیست و از طرف دیگر بسیار گران تمام می‌شود .

با این وجود دانشمندان دو راه در پیش رو دارند : یکی کنترل واکنش‌های همجوشی هسته‌ای و دیگر یافتن راه های بهتر و ارزان‌تر از انرژی خورشیدی .

آن مقدار انرژی که از خورشید به زمین می رسد بسیار زیاد است ، مقدار کل این انرژی که در هر سال به صورت نور خورشید به زمین می‌رشد حدود 130 مرتبه بیشتر از مقدارانرژی موجود در زغال سنگ ، نفت ، و گاز همه دنیاست .

رومی‌ها خانه‌های کوچک شیشه‌ای ساخته بودند که می‌توانستند در درون آنها گیاهان را پرورش دهند .

ممکن است هوای بیرون برای رشد گیاهان بسیار سرد باشد .

اما اگر گرمای خورشید در درون این خانه‌های شیشه‌ای گیر بیفتد گیاهان به خوبی درون آنها رشد خواهند کرد .

این ساختمان‌های شیشه‌ای خانه‌های سبز یا گل خانه می‌نامند .

فرایندی که در اثر آن شیشه یا ماده‌ای دیگر گرما را به صورت گفته شده گیر می‌اندازد اثر گلخانه‌ای نامیده می‌شود .

یونانیان و چینیان باستان کشف کرده بودند که پرتوهای بازتابیده نور خورشید از یک قطعه فلز صیقلی کاو متمرکز می‌شوند و همه آنها در مرکز یا کانون به هم می‌رسند.

اولین آینه‌های خمیده‌ای که برای این منظور مورد استفاده قرار گرفتند به شکل نیمکره بودند ، در حدود 230 سال پیش از میلاد ، ریاضی دان یونانی به نام دوسیتئوس نشان داد که آینه‌ای به شکل سهموی برای بازتاباندن پرتوها به یک نقطه بهتر عمل می‌کند .

نورخورشید بازتابیده از سطح درونی یک سهموری در یک کانون به هم می رسند و دما در این نقطه بسیار زیاد خواهد بود .

چنین آینه هایی کوره‌های خورشیدی نامیده می‌شوند .

در سال 1767 هوراس دو سسور دانشمند سوئیسی جعبه‌ای شیشه‌ای را طراحی کرد که یکی درون دیگری بود .

هرکدام از این جعبه‌ها گرمای بیشتری را نسبت به جعبه بیرونی‌اش به دام می‌انداخت و درونی‌ترین جعبه به دمایی می‌رسید که برای جوشاندن آب کافی بود .

هرو مهندس یونانی در زمان نخستین امپراطوران روم دو ظرف طراحی کرد که به وسیله لوله ای به هم مربوط می شدند در یکی از ظرف ها آب بود و لوله ارتباط از ته این ظرف به بالای ظرف دوم متصل می شد.

اگر ظرفی که در ته آن آب بود در برابر خورشید قرار می گرفت هوای درون ظرف منبسط می شد و آب را از میان لوله به ظرف بالایی می راند به این طریق نور خوزشید کار انجام می داد .

در سال 1891 کلارنس م کمپ مخترع امریکایی کپسول های از آب را درون جعبه ای قرارداد که با نمد پوشیده شده بود تا مانع از فرار گرما از جعبه شود.

بالای جعبه از شیشه ساخته شده بود و به این ترتیب او یک جعبه داغ در اختیار داشت.

نور خورشید از میان شیشه عبور می کرد و آب درون جعبه گرم می شد ولی گرما نمی توانست به راحتی از نمد بگذرد.

مردم چنین آبگرم کن های خورشیدی را در پشت بام خانه هایشان قرار دادند .

لوله های آب را به درون خانه ها هدایت کردند.

فصل سوم ساختار اتمی وتولید الکتریسیته بیرون هسته مرکزی اتم ها یک یا چند ذره ریز به نام الکتورن وجود دارد هنگامی که این الکترون ها سست و از اتمی به اتم دیگر رانده می شوند جریان الکتریکی برقرار می شود.

نور خورشید انرژی کافی دارد تاالکترون های بعضی از اتم ها را آزاد کند .

در این حالت اگر موادی که شامل چنین اتم هایی هستند در معرض نور قرار بگیرند جریان الکتریکی ایجادخواهند کرد.

در سال 1873 شیمیدانی به نام ویلوبی اسمیت به طور تصادفی کشف کرد که فلز سلنیم وقتی که نور به ان می تابد جریان الکتریکی هدایت می کند .

در سال 1948 کشف شد که بعضی از مواد که در حالتهای عادی رسانای جریان الکتریکی نیستند می توانند الکترون ها یی از اتمهای خود خارج سازند.

به این ترتیب آنها می توانند جریان را نسبتاً خوب هدایت کنند .

به همین دلیل این مواد را نیمه رسانا می نامند .

اگر نیمه رسانا از مواد بسیار خالصی ساخته شوند الکترون ها می توانند با سهولت خاصی از انها رها شده و تحت کنترل قرار بگیرند.

این وسایل نیمه رسانا را ترانزیستور می نامند .

یکی از موادی که ترانزیستور ها می توانند از آنها ساخته شوند سیلسیم است .

این ماده بسیار فراوان و از این لحاظ دومین ماده روی زمین است .

در سال 1945 ، دانشمندان در آزمایشگاه بل مشغول کار با si بودند.

هنگامی که آن را در معرض نور قرار دادند کاملاً به طور تصادفی متوجه شدند که جریان الکتریکی پدیدار می شود.

si بسیار بهتر از سلنیم عمل می کرد.

حدود4 درصد انرژی نور خورشید که بر si می تابد به الکتروسیته تبدیل می شد.

دانشمندان به کار بر روی si ادامه دادند و سرانجام نمونه ها از si را تولید کردند که 16 درصد انرژی نور خورشید را به الکتروسیته تبدیل می کرد .

اما مشکلی بر سر راه وجود داشت اتم های si که تمام شن و سنگ دینا را می سازند به طور محکم به اتمهای اکسیژن متصلند .

شکستن این پیوند ها و رها ساختن اتم های si کار سختی است و سلسیمی که از این راه به دست می آید بسیار گران است .

هر چند انرژی نور خورشید زیاد است ولی گستردگی مقدار ان در واحد سطح کم است این بزرگترین عیب نور خورشید در مقایسه با سوخت است.

اگر بخواهید مقدار زیادی انرژی از سوخت به دست آورید می توانید مقدار زیادی چوب یا زغال سنگ یا نفت را در یک جا روی هم انباشته کنید ، اما نمی توانید این کار را با نور خورشید انجام دهید شما نمی توانید آن را روی هم انباشته کنید بلکه باید ان را از یک سطح وسیع جمع آوری کنید .

فصل چهارم فعالیت های مرتبط با انرژی خورشیدی برای به کار بردن سیستم های خورشیدی چندین عامل باید شناسایی شده و مورد بررسی قرار بگیرد شناسایی موقعیت جغرافیایی یک نقطه برای تعیین کیفیت و کمیت انرژی دریافتی آن منطقه از خورشید (تعداد ساعات آفتابی و مشخصات تشعشع رسیده) مقداری انرژی رسیده به واحد سطح در نقاط مختلف کره زمین .

فعالیت های مرتبط با انرژی خورشیدی به سه بخش تقسیم می شود : 1- فتوولتائیک 2- کلتورهای تخت 3- دریافت کننده های مرکزی در پانل های فوتوولتائیک انرژی تابشی مستقیم به الکتریستیه تبدیل می شود ولی در دو مورد دیگر تابش خورشیدی بادریافت کننده ها جذب و بخار مورد نیاز سیکل ترمودینامیکی را تامین می کند .

کاربردهای انرژی خورشیدی بسیار متنوع است و سیستم های خورشیدی کاربرد وسیعی دارند از جمله : آب گرم خورشیدی ، استخر خورشیدی ، سرمایش و گرمایش خورشیدی ، تولید نیروی برق .

از میان کاربردها ی حرارتی خورشیدی سیتم های آبگرم و گرمایش چه به لحاظ تکنولوژی و چه به لحاظ برآورد های اقتصادر در مقایسه با سایر کاربردهای حرارتی انرژی خورشیدی در جهان بیشتر مورد توجه قرار گرفته است.

دلیل این ارجحیت این است که سیستم های آبگرم و گرمایش خورشیدی به دمای متوسط نیاز دارند واین دماها با استفاده از گرد آورنده های تخت که هزینه کمتری نسبتً به سایر گرد آورنده هادارند تامین می شود .

4-1 سیستم های گرمایش خورشیدی آبی و هوایی آنچه در طراحی و تولید تجهیزات گرمایش و آبگرم خورشیدی باید مورد توجه قرار بگیرد آن است که ساده و ارزان بوده و به آسانی قابل کوپله شدن با سیستم گرمایش سنتی باشد.

عناصر این سیستم شامل : یک گرد اورنده تخت خورشیدی که یک ورق تیره رنگ است که به وسیله تابش کلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خود را به سیال جذب کننده حرارت که در حال جریان است منتقل می کند این سیال آب و یا هوا است .

سیستم معمولاً دارای یک مخزن ذخیره است تا حرار ت خورشیدی را برای استفاده در شب ممکن نماید .

در مدار گرد آورنده این سیستم معمولاً از محلول آب و گلیکول استفاده می شود.

برای انتقال گرما از تانک ذخیره به ساختمان از یک مبدل گرمایی آب به آب استفاده شده است .

یک گرم کن کمکی برای تهیه انرژی جهت تامین بار گرمایی فضا هنگامی که نتوان آن را از تانک تامین نمود پیش بینی شده است .

زاویه گرد اورنده با افق جهت دریافت بهینه مشخصات خورشیدی طبق جداولی می باشد ولی می تواند به طور کلی در هر منطقه این زاویه را برابر عرض جغرافیایی آن منطقه قرار دارد.

4-2 خشک کردن هوای گرم شده به وسیله تابش خورشید از محیط های بسته حاوی مواد خشک کردنی به روش سیرکولاسیون طبیعی یا اجباری عبور داده می شود تا با این عمل رطوبت مواد موجود در محفظه گرفته و خارج شود .

4- 3 استخر خورشیدی یک استخر خورشیدی یک کلکتور خورشیدی مسطح و افقی برای جذب تابش خورشید در ته یک استخر با عمق 1الی 2 متر برای تولید حرارت در دمای پایین است.

هنگامی که انرژی خورشید وارد استخر می شود طیف مادون قرمز تا عمق چند سانتی متری آب جذب می شود زیرا که آب برای تابش های با طول موج بلند جسم کدر محسوب می شود و طیف مرئی و ماوراء بنفش تا عمق چند متری نفوذ می کند.

این طیف ها توسط سطوح تیره رنگی در قسمت زیرین جذب می شوند و در نتیجه پایین آمدن چگالی میل به بالا رفتن پیدا می کند .

در استخر های خورشیدی آب های زیرین را سنگین تر می سازند.

این عمل را به وسیله حل کردن نمک در آب انجام می دهند و در نتیجه در استخر در صورت متناسب بودن گردایان چگالی این جریان رخ نمی دهد.

با توجه به اینکه آب های ساکن عایق های خوبی هستند می توان از این خاصیت استفاده کرد و از لایه های زیرین برای تهیه آب گرم بهره گرفت.

برای اینکه غلظت آب شور در قسمت بالایی همواره پایین نگه داشته شود آب تازه را از طرفی وارد و آب شور را از طرف دیگر خارج می کنند.

آب گرم را از قسمت زیرین استخر می توان دریافت داشت و پس از مصرف دوباره آن را به ته استخر برگرداند .

4-4 نیروگاه های خورشیدی : در حال حاضر عمدتاً دو نوع نیروگاه حرارتی خورشیدی در جهان مطرح است : نوع اول : سیستم سهوی خطی یا پارابولیک تراف PTC نوع دوم : سیستم برج مرکزی CRS نوع اول از شرایط اقتصادی بهتر و از تکنولوژی جا افتاده تر ی بهره مند است به طوری که تاکنون بیش از 350 مگاوات از آن تاسیس و راه اندازی شده است .

نوع دوم علیرغم مزایای تولید برق بیشتر و نیاز به زمین کمتر ، از تکنولوژی پیچیده تری که ناشی از کارکرد در دمای بالا است سودمی برد و لذا هنوز به کار تحقیقاتی زیادی نیاز دارد .

فصل پنجم عملکرد سیستم خورشیدی عملکرد سیستم خورشیدی به آب و هوای محل نصب سیستم بستگی دارد و تنها با شناسایی کامل آب و هوای منطقه می توان یک سیستم مناسب برای آن محل طراحی کرد .

زمان و شدت تابش خورشید ، باد ، باران ، درجه حرارت ، رطوبت و ....

عامل مشخص کننده آب و هوا در هر نقطه می باشد و در بین انها عامل مهم عبارتند از : تشعشع خورشید ، درجه حرارت ، رطوبت و حرکت هوا .

هر یک از این عناصر شرایط خاصی را در طراحی سیستم های خورشیدی وجود می آورند لذا قبل از طرح سیستم خورشیدی برای یک محل عناصر آب و هوا در آن محل را باید کاملاً بررسی کرد .

5-1 تشعشع خورشید : چشم انسان می تواند اشعه هایی با طول موج بین مادون قرمز و ماوراء بنفش را مخصوصاً بین طول موج 39/ تا 76/ میکرون به عنوان نور خورشید دریافت کند در حالی که تشعشع خورشید عبارت است از اشعه های الکترو مگنتیک با طول موج بین 24/ تا 3 میکرون.

در مبحث تشعشع خورشید 4 مسئله مورد توجه عبارتند از : مقدار ثابت خورشید ، شدت تابش ، انحراف محورزمین و شرایط اتمسفر یک .

1.

مقدار ثابت خورشید : شدت تشعشع در سطح بالای اتمسفر مقدار ثابت خورشید نامیده می شود .به طور خلاصه مقدار ‍ انرژی که از خورشید به یک متر مربع از سطح خارجی اتمسفر می رسد تابش خورشید نامیده می شود .

مقدار شدت تشعشعی که به سطح زمین می رسد کمتر از مقدار ثابت خورشید بوده و در تمام جهات به صورت اشعه های مستقیم (مواز ی) و اشعه های پراکنده می تابد.

تشعش خورشید علاوه بر اشعه های مستقیم و پراکنده به صورت اشعه های منعکس شده از اجسام و زمین مجاور نیز دریافت می شود.

برای ساخت یک سیستم خورشیدی باید از این سه نوع اشعه خورشید بهره گرفت .

2.

شدت تابش : مقدار تابش به یک نقطه به عوامل گوناگون بستگی دارد .

الف : زاویه تابش خورشید با سطح زمین ب : وضعیت اتمسفر( غلظت گاز ازن ، میزان بخار آب ، گرد و غبار و دود ) ج: ارتفاع محل از سطح دریا 3.

انحراف محور زمین : زمین در مسیر 24 ساعت یکبار گرد محور خویش می گردد.

محور این دوران (خطی که شمال و جنوب را به وصل می کند) نسبت به خط عمود از مرکز زمین بر سطح مسیر حرکت انتقالی آن به اندازه 5/23 درجه انحراف دارد.

محور زمین در فضا صرفاً حرکت انتقالی انجام می دهد.

مقدار ماکزیمم شدت تشعشع روی صفحه عمود بر شعاعهای خورشید بدست می آید لذا اگر محور زمین عمود بر مسیر حرکت انتقالی بود منطقه استوایی نسبت به نقاط دیگر سطح زمین ماکزیمم تشعشع خورشید را کسب می کرد ولی به علت انحراف محور زمین نقطعه ای که ماکزیمم تشعشع خورشید را کسب می کند بین مدار راس سرطان( عرض جغرافیایی 5/23 شمالی) و مدار راس الجدی( 5/23 عرض جغرافیای جنوبی) می باشد.

این تغییرات علت اصلی به وجود آمدن فصول سال هستند .

4.

شرایط اتمسفر یک : تغییرات لحظه ای و دائم اتمسفر روی مقدار انرژی فرستاده شده به سطح زمین مستقیماً تاثیر دارد.

ابر ها مقدار زیادی تشعشع را به فضای خارج از اتمسفر منعکس کرده و از سوی دیگر ذرات آب و گرد و خاک و غیره نیز موجب جذب و یا پخش اشعه خورشید می شوند .

5-2 درجه حرارت هوا : درجه حرارت هوا یا درجه سانتی گراد به عنوان مبنای مشخص کننده از دست دادن و یا کسب حرارت یک جسم به کار می رود .

درجه حرارت روزانه : با تعیین تغییرات درجه حرارت روزانه در مقابل مقدار انرژی رسیده از خورشید در دماهای سال می توان به امکانات نسبی در مورد استفاده از سیستم های خورشیدی لازم در نقاط مختلف به کار برد .

تغییرات درجه حرارت : در طرح یک سیستم خورشیدی داشتن تغییرات درجه حرارت هوای محل مربوطه ضروری است.

تغیرات درجه حرارت در طول سال و تغییرات روزانه درجه حرارت میزان نیاز را به سیتم مشخص می کند .

برای آنکه سیستم سرمایش کارا بوده و به طور موثر عمل کند باید تغییرات زیادی در درجه حرارت شب و روز وجود داشته باشد و به همین تریتب اندازه گرد آور ‍ و ظرفیت منبع ذخیره نیز به تغییرات درجه حرارت که تابعی از آب و هوا است بستگی دارد .

5-3 رطوبت : رطوبت هوا را می توان به دو شکل در نظر گرفت : رطوبت مطلق و رطوبت نسبی رطوبت مطلق عبارت است از مقدار آب که در واحد جرم یا واحد حجم از هوا وجود دارد.

مقدار رطوبتی که هوا می تواند جذب کند به درجه حرارت آن بستگی دارد .

رطوبت نسبی عبارت است از رطوبت مطلق هوا به رطوبت ماکزیممی که هوا با درجه حرارت خود می تواند داشته باشد.

رطوبت بدون تعیین درجه حرارت نمی تواند به عنوان نشانه ای از محیط تلقی شود.

در شرایطی که رطوبت و دما هر دو بالا باشند مقدار گرمای موجود در هوا بسیار بیشتر از زمانی است که درجه حرارت بالا اما رطوبت کم است .

در چنین شرایطی سرمایش موثر ترین راه برای ایجاد شرایط مطلوب راحتی انسان است .

به طور کلی رطوبت درجه حرارت های پایین مشکلی ایجاد نکرده و فقط در درجه حرارتهای بالا به صورت یک مشکل پدیدار می شود .

5-4 حرکت هوا : حرکت هوا بر مبنای سرعت و جهت باد اندازه گیری می شود حرکت هوا عامل مهمی در طرح سیستم خورشیدی است وزش باد های سرد به قسمت های شفاف کلکتور موجب ازدیاد میزان افت حرارتی به طریقه جابجایی شده و گاه یک لایه شیشه ای یا پلاستیکی نمی تواند از افت حرارتی به مقدار کافی جلوگیری کند .

فصل ششم سلولهای خورشیدی چه هستند سلولهای خورشیدی وسیله هایی هستند که انرژی خورشیدی را مستقیما به الکتریسیته تبدیل می کنند ، یا مستقیما از طریق تاثیر فوتوولتائیک ، یا غیر مستقیم توسط اولین تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی گرمایی یا شیمیایی .

متداول ترین شکل سلولهای خورشیدی بر اساس تاثیر فوتو ولتائیک (PV) است که در ان نور در یک وسیله نمیه رسانای دولایه یک فوتو ولتاژ یا تفاوت بالقوه ای بین لایه ها ایجاد می کند .

این ولتاژ قادر به عبور دادن یک جریان از طریق یک مدار الکتریکی خارجی است و از این طریق کار مفید ایجاد می کند .

اگر چه سلولهای خورشیدی کاربردی فقط از اواسط دهه 1950 در دسترس بوده اند بررسی علمی تاثیر فوتو ولتائیک در سال 1839 اغاز شد ، وقتی دانشمند فرانسوی ، هنری بکرل کشف کرد که یک جریان الکتریکی می تواند توسط درخشش یک نور در محلول شیمیایی خاص تولید شود .

برای اولین بار تاثیر ان در یک ماده جامد ( فلز سلنیوم ) در سال 1877 مشاهده شد .

این ماده سالها برای اندازه گیریهای نوری استفاده می شد ، که قدرت کمی نیاز داشت .

فهم عمیق تری از اصول علمی که توسط انیشتن در سال 1905 واسکاتی در سال 1930 فراهم شد ، قبل از ساخته شدن سلولهای خورشیدی لازم بود .

سلول خورشیدی سیلیکون که 6% نور خورشیدی آن را به الکتریسته تبدیل می کرد توسط چاپین ، پیرسون و فولر در سال 1954 توسعه داده شد و این نوع سلول در کاربردهای خاصی مثل چرخش ماهواره های فضایی از سال 1958 استفاده شد .

سلولهای خورشیدی سیلیکون که از نظر تجاری امروزه در دسترس است تقریبا 18% نور خورشید در آنها به الکتریسیته در کسری از قیمت نسبت به30 سال پیش تبدیل میشود .

در حال حاضر روشهای متنوعی برای تولید کاربردی سلولهای خورشیدی سیلیکون ( بلور کریستال واحد پلی کریستال ) و همچنین سلولهای خورشیدی ساخته شده ازمواد دیگر (دی سلنید ایندیوم مس ، و ...

) وجود دارد .

فصل هفتم نیازهای سلولهای خورشیدی پیشرفت سلول خورشیدی استفاده شده در استرالیا توسط موارد زیر برآورد شده است: نیاز به نگهداری پایین ، منابع طولانی الکتریسیته مناسب برای محلهایی دور از سیم اصلی الکتریسیته و مردم ، برای مثال ، ماهواره ها ، محل پمپ آب ، ایستگاههای مخابرات و ...

.

نیاز برای هزینه ذخایر موثر برق برای مردم دور از سیستم اصلی الکتریسیته ، برای مثال : استقرار ساکنان اصلی ، ایستگاههای گوسفندان و احشام و بعضی موقعیتهای خانه در نواحی متصل به سیستم .

نیاز برای منابع غیر آلوده و بی صدای الکتریسیته ، برای مثال ، محلهای توریستی، کاروانها و اردو گاهها .

نیاز برای یک منبع انعطاف پذیر و بی دردسر با قدرت کم ، برای مثال ، ماشین حسابها ، ساعتها و دوربین ها .

نیاز برای نیروی قابل حفظ و قابل احیاء ، به عنوان وسیله کاهش گرمای جهانی بنابراین ، این نیازها یک بازار رو به رشد برای فوتوولتائیکها ایجاد می کند که نواوری برآورد شده است .

همانطور که بازار رشد می کند ، هزینه سلولها و سیستم ها کاهش می یابد و کاربردهای جدید کشف می شوند .

فصل هشتم چگونه سلولهای خورشیدی ساخته می شوند سلولهای خورشیدی سیلیکون با استفاده از ویفرکریستال مجزا یا ویفرهای پلی کریستال یا پرده های نازک ساخته می شوند .

ویفرهای کریستال مجزا ( تقریبا 3/1 تا 2/1 میلی متر ضخامت ) از یک شمش بزرگ کریستال مجزا که در حدود 1400 درجه سانتیگراد رشد کرده اند تکه می شوند ، که یک فرایند پر هزینه ای است .

سیلیکون باید خلوص بالا داشته باشد و ساختاری کاملا نزدیک با بلور داشته باشد .

شکل 1- a) سلولهای خورشیدی کریستال مجزا در صفحه شکل b-1) صفحه خورشیدی پلی کریستال شکل c-1 ) صفحه خورشیدی a-si ویفرهای پلی کریستال توسط یک فرایند قالب زدن که در آن سیلیکون مذاب در یک قالب خالص و ثابت می شود ساخته می شوند .

سپس به ویفرها خرد می شوند .

( شکل 1b) .

چون ویفرهای پلی کریستال توسط قالب زدن ساخته می شوند ، به طور قابل ملاحظه ای ارزانتر تولید می شوند ، اما به اندازه سلولهای منوکریستال موثر نیستند .

کارایی کمتر به دلیل نقصهایی در ساختار کریستال است که از فرایند قالب زدن حاصل شده است .تقریبا نصف سیلیکون به دلیل گرد و غبار در دو مرحله ذکر شده بالا از بین می رود .

سیلیکون متبلور ، یکی از تکنولوژیهای پرده نازک توسط رسوب سیلیکون در یک شیشه از یک گاز واکنش پذیر مثل سیلان siH4 ساخته می شوند .

( شکل 1c) .

سیلیکون متبلور یکی از تکنولوژیهای پرده نازک است .

این نوع سلول خورشیدی می تواند به عنوان یک پرده با هزینه گوهر مایه های پایین مثل شیشه یا پلاستیک بکار برده شود.

دیگر تکنولوژیهای پرده نازک شامل سیلیکون مولتی کریستال، دی سلنید مس/ سلولهای سولفید سدیم، لورید سدیم / سلولهای سولفید سدیم وسلولهای آرسنید گالیوم می باشند .

مزایای سلولهای پرده نازک شامل رسوب راحتتر، توانایی رسوب در گوهر مایه های نسبتا ارزان یا ساختمان مواد، سهولت تولید گسترده و مفید بودن زیاد برای کاربردهای گسترده میباشد.

در تولید سلول خورشیدی سیلیکون اتمها ناخالص ساز دارد که برای به وجود آوردن ناحیه از نوع p,n تولید شده اند و یک محل اتصال p-n به وجود می آورد .

این خالص سازی می تواند توسط پراکندگی دمایی بالا انجام شود ، که ویفرها در یک کوره با ناخالص ساز تولید شده به عنوان بخار قرار داده می شوند .

روشهای دیگری برای خالص سازی سیلیکون وجود دارد .

در ساختن بعضی از وسایل پرده نازک تولید ناخالص سازها می تواند در طول رسوب پرده ها یا لایه ها اتفاق افتد .

یک اتم سیلیکون 4 الکترون نسبتا ضعیف دارد که به اتمهای مجاور می پیوندند .

جایگزین کردن یک اتم سیلیکون با یک اتمی که 3 یا 5 الکترون والانس دارد یک فضای بدون الکترون یا یک الکترون آزاد تولید می کند که می تواند آزادانه تراز دیگران حرکت کند ، این اساس خالص سازی است .

خالص سازی نوع p ، ایجاد چاله های زیادی ، با ترکیب در سیلیکون اتمها با 3 الکترون والانس به دست می آید .

اغلب خالص سازی نوع n ، ایجاد الکترونهای آزاد توسط ترکیب یک اتم با 5 الکترون والانس ، اغلب فوسفور به دست می آید (شکل 2) (شکل 2) وقتی یک اتصال p-n ایجاد شد ، تماسهای الکتریکی در جلو و عقب سلول توسط تبخیر کردن یا انتشار دادن صفحه فلز به ویفر ساخته می شوند .

پشت فلز کاملا با ویفر پوشانده می شود ، اما جلو تنها یک نقش شمش یا خطهای نازک فلز دارد و گرنه فلز مانع خورشید از سیلیکون می شود و هیچ داده ای از وقوع فوتونهای نوری نخواهد بود .

فصل نهم سلولهای خورشیدی چگونه کار می کنند برای درک فعالیت pv ، باید طبیعت ماده و طبیعت نور خورشید را در نظر بگیریم .

سلولهای خورشیدی از دو نوع ماده تشکیل شده اند ، سیلیکون نوع p و سیلیکون نوع n.

نور طول موجهای خاص قادر به یونیزه کردن اتمها در سیلیکون و میدان داخلی تولید شده توسط اتصال مجزای بعضی از شارژهای مثبت ( چاله ها ) از شارژهای منفی ( الکترونها ) در وسیله فوتوولتائیک هستند .

حفره ها یا چاله ها در لایه p یا مثبت و الکترونها در لایه n یا منفی امتداد می یابند .

گرچه این شارژهای مثبت به یکدیگر جذب می شوند ، بعضی از آنها تنها می توانند با گذشتن از یک مدار خارجی بیرون ماده به خاطر مانع انرژی بالقوه درونی دوباره ترکیب شوند .

پس اگر یک مدار ساخته شود (شکل 3) برق می تواند از سلولهای تحت روشن سازی تولید شود ، چون الکترونهای آزاد باید از بار بگذرند تا با حفره های مثبت دوباره ترکیب شوند .

میزان برق در دسترس از یک وسیله PV توسط عوامل زیر مشخص می شود : - نوع و محدوده مواد - غلظت و تراکم نور خورشید - طول موج نور خورشید شکل 3- تاثیر فوتوولتایک در یک سلول خورشیدی سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستال مجزاء ، برای مثال نمیتوانند بیشتراز 25 درصد انرژی خورشیدی را به الکتریسته تبدیل کنند ، چون پرتو افکنی در ناحیه اشعه مادون قرمز طیف الکترو مغناطیسی به اندازه کافی برای جدا کردن شارژهای مثبت ومنفی در ماده انرژی ندارد .

سلولهای خورشیدی سیلیکون پلی کریستال کارآیی کمتر از 20% در این زمان دارد و سلولهای سیلیکون متبلور در حال حاضر تقریبا 10% کارآیی دارد که به خاطر از دست دادن انرژی درونی بیشتر نسبت به سیلیکون کریستال مجزاء می باشد .

یک نوع سلول PV سیلیکون کریستال مجزای 2CM100 ، تقریبا 5/1 وات قدرت در 5/0 ولت DC و 3 آمپر تحت نور خورشید تابستان تولید خواهد کرد (2-WM1000) .

بازده قدرت سلول تقریبا به طور مستقیم متناسب با غلظت نور خورشید می باشد .

(برای مثال ، اگر غلظت نور خورشید نصف شود برق هم نصف می شود) .

یک ویژگی مهم سلولهای PV این است که ولتاژ سلول به اندازه آن بستگی ندارد ، و با تغییر تراکم نور ثابت می ماند .

به هر حال ، جریان در یک وسیله به طور مستقیم با تراکم نور و اندازه تطابق دارد .

وقتی افراد می خواهند سلولهای با اندازه متفاوت را مقایسه کنند ، آنها تراکم جریان یا آمپرهای هر سانتیمتر مربع میدان سلول را ثبت می کنند .

بازده برق یک سلول خورشیدی با استفاده از ردیابی یک مکانیسم برای نگهداشتن وسیله PV که مستقیما با خورشید مواجه است .

یا با متمرکز کردن نور خورشید با لنزها یا آینه ها به طور موثر افزایش می یابد .

به هر حال ، محدودیتهایی برای این روش وجود دارد، که به دلیل پیچیدگی مکانیسم ونیاز به سردکردن سلولها می باشد .بازده متداول در دماهای بالاتر نسبتا ثابت است، اما ولتاژ کاهش می یابد که منجر به کاهش قدرت می شود وقتی دمای سلول افزایش می یابد .

اطلاعات بیشتری در مرکزیت PV بعدا در این فایل اطلاعاتی می توان پیدا کرد .

نمونه دیگر مواد PV که توان تجاری را نشان می دهند شامل دی سلنید ایندیوم مس (culnse2) و تلورید سدیم (cdte) و سیلیکون متبلور به عنوان ماده اصلی می باشند .