مقاله ای در مورد انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي و سلولهاي خورشيدي و استفاده ان براي تامين انرژي در منزل

انرژی خورشید

مقدمه

خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند. گیاهان و جانوران نیز انرژی خورشیدی را لازم دارند تا زنده بمانند. اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد. اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.

ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم. با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود. حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است. برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم. گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.

تمام دستگاهها و ماشینهای ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند. بسیاری از این ماشینها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و ... استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند. اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم. این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.
سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند. وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود. تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در

اختیار ما قرار دارد.

باد : ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.
آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.
چوب ، زغال سنگ ، نفت و ... که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.

خورشید چیست؟

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.

این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.

منبع انرژی خورشیدی

با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود 1.8x1011 مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.
ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستارهها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم احتراما ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.
انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.
در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. با ترکیب دوترویم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می‌شود (17.6 Mev). بنابراین همانطوری که گفته شد، مقدار انرژیی که از خورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

سلول‌ها ي خورشيدي چيست؟

سلول‌ها ي خورشيدي وسائلي هستند كه انرژي خورشيدي را مستقيماً به الكتريسته تبديل مي كنند، يا مستقيماً از طريق اثر فتوولتايي و يا به طور غيرمستقيم انرژي خورشيدي به گرما يا انرژي شيميايي تبديل مي كنند.

متداول‌ترين شكل خورشيدي سلول‌ها مبتني بر اثر فتو ولتايي هستند كه شامل دو لايه نيم رسانا مي باشد يك اختلاف پتانسيل بين لايه‌ها توليد مي شود. اين ولتاژ توليد يك شدت جريان در يك مدار بيروني توليد مي كند و بدين وسيله كار مفيد ايجاد مي شود.

تاريخچه سلولهاي خورشيدي

سلول‌هاي خورشيدي ميانه دهة‌ 1950 در دسترس بوده‌اند ولي، زماني كه دانشمند فرانسوي ، (بكرل) كشف كرد كه با تاباندن نور به برخي محلولهاي شيميايي ويژه يك جريان الكتريكي توليد مي شود. تحقيق علمي اثر فتوولتايي سال 1839 شروع شد،

در 1877 اين تاثير ابتدا در يك جامد فلزي مشاهده‌شد (در فلز سلنيوم). اين فلز سالهاي بسياري براي سنجش نور به كار رفته بود و فقط به مقادير خيلي كم توان داشت. يك درك عميق‌تر علمي، در سال 1905 توسط انيشتين و در سال1930 به وسيله اسكاتكي فراهم شد و لازم بود سلول‌هاي خورشيدي كارآمد ساخته‌شود. در سال 1954 يك سلول خورشيدي سيليسيمي كه 6% از انرژي خورشيد را به الكتريسيته تبديل مي كرد به وسيله پيرسون و فولر ساخته شد، اين نوع باطري از 1958در شاتل هاي فضايي به كار رفت.

امروز سلول‌هاي خورشيدي سيليسيمي به طور تجارتي در حدود 18% از نور خورشيد را به الكتريسته تبديل مي كنند، اكنون انواع روشها براي توليد عملي سلول‌هاي خورشيدي سيليسيمي (بي شكل، تك‌بلوري و چندبلوري) همانند سلول‌هاي خورشيدي ساخته‌شده از مواد ديگر(دي سلنيد مس و اينديوم، تلوريدكادميوم و غيره) تحت بررسي است.

علل احتياج به سلول خورشيدي

توسعه ‌سلولهاي خورشيدي براي مقاصد زير است:

1- احتياج داشتن به منابع الكتريسته مناسب براي مكان‌هاي دور از شبكة‌ برق اصلي

2- پمپ كردن آب

3- فانوس برج‌ها

4- ماشين‌حساب‌ها و دوربين‌هاي عكاسي

5- احتياج داشتن به توان تجديدشدني و قابل حمل

چند نوع سلول خورشيدي ساخته‌شده است؟

سه نوع سلول بلوري وجود دارد: سيليسيم تك بلوري چندبلوري و بي‌شكل.

سلولهاي تك‌بلوري : ( به ضخامت تقريبي 2/1 تا 3/1 ميلي متر) از يك قطعه تك‌بلوري بزرگ در دماي حدود 1400 درجه سانتيگراد تشكيل شده است و اين مرحله بسيار پرهزينه است. سيليسيم بايد خالص بوده و يك ساختار بلوري كامل داشته باشد (تصوير شمارة‌ 1 را ببيند)

اين فرآيند توليد با سطح بازده بالا را ضمانت مي‌كند.

سلول‌هاي چندبلوري: لايه هاي چندبلوري به وسيله فرآيند ريخته‌گري تهيه مي شوند

سيليسيم مذاب را در يك قالب مي ريزندو اجازه مي دهند متبلور شوند. لايه هاي چند بلوري

كه به وسيله ريخته‌گري درست شده‌اند عمدتاً ارزان‌تر هستند و بازده پايين‌تر دارند

( به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرآيند ريخته‌گري)

سيليسيم بي شكل: اگر يك لايه سيليسيم روي شيشه يا يك ماده ديگر قرار گيرد معروف به

سلول لايه بي شكل يا نازك است. ضخامت اين لايه كمتر از يك ميكرومتر است(ضخامت يك

موي انسان: 50 تا 100 ميكرومتر ) بنابراين توليد اين سلولها و هزينه آن پايين‌تر است.

به هر حال، بازده سلول‌هاي بي شكل خيلي پايين‌تر از دو سلول ديگراست. به اين علت است كه

، اساساً آنها در وسائل با توان كم به كاررفته‌اند(مانند ماشين‌حساب‌ها)

مواد	% بازده در آزمايشگاه	% بازده در توليد
سيليسيم تك بلوري	24 حدود	14 تا17
سيليسيم چند بلوري	18 حدود	13 تا15
سيليسيم بي شكل	13 حدود	5 تا 7

لايه‌هاي نازك ديگر:

تعدادي از مواد اميدبخش ديگر از قبيل كادميم تلوريد ( (CdTe و مس اينديم دي سلنيد ((CuInSe2 نيز به عنوان مواد پايه در تهيه سلول هاي خورشيدي به كار مي رود جاذبه اين تكنولوژي‌ ها اين است كه آنها به وسيله روشهاي صنعتي ارزان مي‌توانند ساخته‌شوند ، مطمئناً در مقايسه با سيليسيم بلوري، آنها رابه جاي سيليسيم بي‌ريخت پيشنهاد مي‌كنند.

ساخت سلول خورشيد در ايران

شركت توليد فيبرنوري و برق خورشيدي(متعلق به شركت مخابرات ايران)

در اواخر سال 1367 و بعد از راه اندازی کارخانه توليد کابل نوری يزد طرح توجيهی فنی و اقتصادی توليد فيبر نوری در داخل کشوربه مسئولين امر در وزارت پست و تلگراف و تلفن ارائه شد . اين طرح در سال 1368 به تصويب رسيد و مقرر شد شرکتی به اين منظور تشکيل و اجرای طرح مذکور به عنوان هدف اصلی آن تعيين شود .

شرکت توليد فيبر نوری در سال1368 به ثبت رسيد . در همين سال با کسب اطلاع از علاقه مندی شرکت مخابرات ايران برای استفاده از سيستمهای برق خورشيدی ( فتوولتائيک ) ، امکان ساخت سلول و مدول خورشيدی در کشور مورد مطالعه قرار گرفت و با تهيه طرح توجيهی فنی و اقتصادی آن در سال 1369 مورد تاييد مسئولين وقت وزارت پست و تلگراف و تافن واقع شده و مسئوليت اجرای آن به عهده شرکت توليد فيبر نوری و برق خورشيدی تغيير يافت .

شرکت توليد فيبر نوری و برق خورشيدی در ارديبهشت ماه سال 1373 باحضور رياست محترم جمهوری افتتاح و بهره برداری از کارخانجات توليد فيبر نوری و توليد سلول و مدول خورشيدی ميسر گرديد .

سرمايه‌گذاري :

ميزان سرمايه‌گذاري اين شركت براي كارخانجات توليد فيبرنوري و سلول و مدول خورشيدي 9940 ميليون ريال است كه معادل 20 ميليون دلار هزينه ارزي نيز در مبلغ سرمايه منظور شده است.

ظرفيت توليد :

ماشين‌آلات توليد فيبرنوري در بخش ساخت پيش سازه براي ظرفيت اسمي 50 هزار كيلومتر فيبرنوري استاندارد در سه شيفت كاري طراحي شده‌اند و عملاً مي‌توانند پيش سازه لازم براي ساخت 30 هزار كيلومتر فيبرنوري استاندارد را توليد كنند.

ظرفيت اسمي توليد سلول خورشيدي ، ساخت 2 ميليون و چهارصد هزار عدد سلول خورشيدي در سه شيفت كاري است و با احتساب بازده متوسط براي سلولها كه 5/12 درصد است . معادل 3 مگاوات پيك برق خورشيدي است.

ظرفيت توليد اسمي مدول خورشيدي در سه شيفت كاري 600 و66 دستگاه است كه معادل 3 مگاوات برق خورشيدي است

افزايش بازده سلولهاي خورشيدي در ايران

پژوهشكده سبز يكي از مراكز علمي وابسته به دانشگاه علم و صنعت ايران است. گروه انرژي‌هاي تجديدپذير يكي از سه گروه فعال اين پژوهشكده مي‌باشد (دو گروه ديگر، گروه‌هاي انرژي و محيط زيست هستند). در اين گروه بحث پيدا كردن جايگزين براي سوخت‌هاي فسيلي مطرح مي‌باشد كه هدف از آن پيدا كردن جايگزين مناسب براي انرژي‌هاي فسيلي است.

يكي از فعاليت‌هاي اين گروه، افزايش راندمان سلولهاي خورشيدي مي‌باشد. اين كار با كمك ردياب‌هاي الكترونيكي (Electronicaltrackers) انجام مي‌گيرد. شركت فيبر نوري و برق خورشيدي واردكننده و توليد كننده سلولهاي خورشيدي در ايران است. راندمان اين سلولها در حدود 10 درصد مي‌باشد. پژوهشكده با اضافه نمودن سيستم ردياب الكترونيكي موفق شده است كه راندمان اين سلولها را تا حداکثر 18 درصد افزايش دهد. رسيدن به راندمان 20 و 22 درصد در مراحل بعدي مد نظر متخصصين پژوهكشده مي‌باشد

هزينه توليد هر کيلووات برق از انرژي خورشيدي در کشور

توليد هر کيلووات برق از انرژي خورشيدي در کشور ۵۰۰ تا ۱۹۰۰ ريال، برآورد شد. درحال حاضر تنها يک ژنراتور خورشيدي با ظرفيت ۲۵۰ کيلووات در شيراز وجود دارد.
همچنين استان هاي تهران و فارس داراي نيروگاه هاي فتوولتائيک با ظرفيت ۲مگاوات هستند و ۲ کارخانه، درحال ساخت با همين منظور در طالقان و شيرازوجود دارند.
بر پايه گزارشات "پروژه بازنگري زيست محيطي انرژي در ايران" ساير روش هايتوليد انرژي در کشور کمتر از ۲۰۰ ريال براي هر کيلووات هزينه دربر دارد. اما به رغم پتانسيل بالايي که هزينه توليد انرژي از اين راه دارد بازهمتوليد انرژي از خورشيدي براي مناطق دور از دسترس که از جمعيت اندکيبرخوردار هستند مي تواند يک گزينه موثر باشد.

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند. از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.

اصول كار يك سلول خورشیدی:

سلول های خورشیدی(solar cells) از نيمه هاديها ساخته شده و با اتصال سيليكون هاي نوع N و P شكل مي گيرند. وقتي نور خورشيد به يك سلول خورشیدی مي تابد، به الكترون ها در آن انرژي بيشتري مي بخشد.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. بدين ترتيب بين دو الكترود، اختلاف پتانسيل بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها مي گردد.

در زیر 4 شکل برای درک بهتر این مطلب گنجانده شده اند که همگی بیانگر صعود الکترون ها به سطح نیمه هادی از نوع N و ایجاد حفره هایی در نیمه هادی نوع P و در نتیجه ایجاد اختلاف پتانسیل می باشند.

سلول خورشیدی قاعده بلوك ساختمان يك سيستم pv است.سلول هاي انفرادي مي توانند در اندازه هايي از حدود cm 1 تا cm10 متغیر باشند . با اين وجود تنها توان 1يا 2 وات توليد مي كنند كه انرژي كافي براي بيشتر كار بردها نيست.براي اينكه بازده انرژي را افزايش دهيم ،سلولها بطور الكتريكي در یک مدول به یکدیگر مرتبط می شوند.مدولها مي توانند بيشتر براي شكل گيري يك آرايش مرتبط شوند. اصطلاح آرايش به كل صفحه انرژي اشاره مي كند ،اگر چه آن از يك يا چند هزار مدول ساخته شده باشد

مقاله ای در مورد انرژي خورشيدي

انرژی خورشید

مقدمه

خورشید چیست؟

منبع انرژی خورشیدی

مطالب مشابه :

2984 مقاله ای کامل در مورد کار سلول های خورشیدی

مقاله اي درمورد "سلول خورشيدي" ...

مقاله ای در مورد انرژي خورشيدي

کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان

جنس لایه نازک سلول خورشیدی

تحقیق درباره انرژی خورشیدی (یاهو)

سلول خورشیدی چگونه کار میکند ؟

کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان وراهنمایی رانندگی