انرژی های تجدید پذیر [ انرژی خورشیدی ]

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
  • طبیعت انرژی خورشیدی
  • تاریخچه کاربرد انرژی خورشیدی در جهان
  • پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران
  • فناوری های سیستم های حرارتی خورشیدی
  • کاربرد های غیر نیروگاهی حرارتی خورشید
  • کاربردهای نیروگاهی حرارتی خورشید
  • فناوری های سیستم های فتوولتاییک
  • کاربرد سیستمهای فتوولتائیک
  • پروژه های انجام شده و در دست انجام
  • آمار جهانی انرژی خورشیدی


منبع : سازمان انرژی های نو

 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
طبیعت انرژی خورشید

خورشید، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژی های دیگر زمین است. تقریبا تمامی منابع انرژی روی زمین بوسیله خورشید تامین می گردد. فقط انرژی اتمی، انرژی داخل زمین و آن قسمتی از انرژی جذر و مد که بوسیله نیروی جاذبه ماه می باشد بوسیله خورشید تامین نمی شود.



انرژی خورشید به واسطه واکنش های ترکیبی اتمی در اعماق هسته آن تامین می شود. در یک واکنش ترکیبی دو هسته اتم با یکدیگر همراه شده و هسته ای جدید را به وجود می آورند.
ترکیب هسته ای در مرکز خورشید به دلیل دما و تراکم فوق العاده زیاد می تواند صورت پذیرد. از آنجائیکه بار ذرات مثبت است، تمایل به دفع یکدیگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشید به قدری زیاد است که می تواند آنها را در کنار یکدیگر نگاه دارد.رایج ترین ترکیب هسته ای در مرکز خورشید زنجیره پروتون-پروتون نام دارد. این فرایند زمانی انجام می گیرد که ساده ترین شکل از هسته های هیدروژن (دارای یک پروتون) در یک آن کنار هم قرار می گیرند. نخست، هسته ای متشکل از دو ذره به وجود می آید، سپس هسته ای با سه ذره و در نهایت هسته ای با چهار ذره شکل می گیرد. در این فرایند همچنین یک ذره الکتریکی خنثی به نام نوترینو پدیدار می گردد.هسته نهایی شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هلیوم می باشد. جرم این هسته به مقدار بسیار اندکی کمتر از جرم چهار پروتونیست که هسته از آن تشکیل شده است. جرم از دست رفته به انرژی تبدیل شده است. این مقدار از انرژی به کمک فرمول مشهور فیزیکدان آلمانی، آلبرت انیشتین،E=mc[SUP]2[/SUP] قابل محاسبه است. در این معادله E به معنای انرژی، m به معنای جرم و c به معنای سرعت نور می باشد.


خورشید کره ای است که به طور کامل از گاز تشکیل شده و بخش بیشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است که دانشمندان به آن پلاسما می گویند.
شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود 695.500 کیلومتر، تقریبا 109 برابر شعاع زمین است.دمای سطح خورشید 5800 درجه کلوین و دمای هسته خورشید بیش از 15میلیون درجه کلوین می باشد.جرم خورشید 99.8 درصد از جرم کل منظومه شمسی و 333.000 برابر جرم زمین است.میانگین چگالی آن حدود 90 پوند در هر فوت مکعب و یا 1.4 گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد. این مقدار تقریبا معادل 1.4 برابر چگالی آب و کمتر از یک سوم میانگین چگالی زمین است.بیشتر اتمهای خورشید، مانند اغلب ستارگان، اتمهای عنصر شیمیایی هیدروژن می باشند. بعد از هیدروژن، عنصر هلیوم در خورشید بسیار یافت می شود و بقیه جرم خورشید از اتمهای هفت عنصر دیگر تشکیل شده است. به ازای هر 1 میلیون اتم هیدروژن در کل خورشید، 98.000 اتم هلیوم، 850 اتم اکسیژن، 360 اتم کربن، 120 اتم نئون، 110 اتم نیتروژن، 40 اتم منیزیوم، 35 اتم آهن و 35 اتم سیلیکون وجود دارد. بنابراین حدودا 94 درصد از اتمها، هیدروژن و حدود 0.1 درصد اتمهایی غیر از هیدروژن و هلیوم می باشند.و اما از لحاظ جرمی هیدروژن که سبک ترین عنصر است 73.46 درصد، هلیوم 24.85 درصد، اکسیژن 0.77 درصد، کربن 0.29 درصد، آهن 0.16 درصد، گوگرد0.12 درصد، نئون 0.12 درصد، نیتروژن 0.09 درصد، سیلیکون 0.07 درصد و منیزیوم 0.05 درصد از کل جرم خورشید را به خود اختصاص داده اند.طبق برآوردهای علمی در حدود 4.5 بیلیون سال از تولد این گوی آتشین می گذرد و تا 5 میلیارد سال آینده همچنان می توان آن را به عنوان یک منبع عظیم انرژی به حساب آورد.

در هر ثانیه تقریباٌ 1/1 در 10 به توان 20 کیلووات ساعت انرژی از خورشید ساطع می شود.تنها یک دو میلیاردم این انرژی به سطح بیرونی جو زمین برخورد می کند.این انرژی معادل 1/5 در 10 به توان 18 کیلووات ساعت در سال است.بدلیل بازتاب، تفرق و جذب توسط گازها و ذرات معلق در جو تنها 47% از این انرژی به سطح زمین می رسد.بدین ترتیب انرژی تابیده شده به سطح زمین سالانه حدوداً معادل 7 در 10 به توان 17 کیلووات ساعت است.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
تاریخچه انرژی خورشیدی

تاریخچه انرژی خورشیدی

کاربرد انرژی خورشیدی به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح باز می گردد. از انرژی خورشیدی برای گرمایش، پخت و پز، روشنائی و روشن نمودن آتش استفاده می کردند. یونانیان و رومیان باستان معماری هایی را برای استفاده از نور و گرمایش انرژی خورشیدی در داخل ساختمان خود داشته اند.



قرن هفتم قبل از میلاد مسیح: مردمان باستان از ذره بین برای تمرکز نور خورشید جهت روشن نمودن آتش استفاده می کردند.
قرن سوم قبل از میلاد مسیح: رومیان و یونانیان با استفاده از آینه مشعلهای خود را روشن می نمودند.
قرن دوم پیش از میلاد مسیح: ارشمیدس دانشمند یونانی با استفاده از بازتابش نور خورشید از سپری برنزی و متمرکز نمودن نور خورشید توانست کشتی های چوبی دشمنان را آتش بزند.
بیست سال بعد از میلاد مسیح: مردمان چین از آینه برای روشن نمودن مشعلهای خود استفاده کردند.
قرن یک تا چهارم میلادی: رومیان حمامهای خانه های خود را به گونه ای طراحی نمودند که از نور خورشید برای گرم شدن آب بهره ببرند.
قرن سیزدهم میلادی: اجداد پوئبلو در آمریکای شمالی خانه های صخره ای خود را رو به جنوب ساختند تا از گرمای خورشید در زمستان بیشتر بهره ببرند.
در سال 1767 میلادی: دانشمندی سوئیسی اولین کلکتور خورشیدی را ساخت.
در سال 1816 میلادی: رابرت استرلینگ وزیر اسکاتلندی اختراع خود را برای پیش گرمکن موتور حرارتی به ثبت رساند. بعدها از این اختراع او در تولید الکتریسیته بوسیله حرارت انرژی خورشیدی بهره گرفتند.
در سال 1839 میلادی: ادموند بکرل دانشمند فرانسوی اثر فتوولتائیک را کشف نمود. او هنگام کار با پیل الکترولیز که با دو الکترود فلزی در محلول الکترولیت خود بود به این نتیجه رسید که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد میزان تولید برق افزایش می یابد.
در سال 1860 میلادی: ریاضیدان فرانسوی August Mouchet کار بر روی موتور بخار خورشیدی را آغاز کرد. بعد از 20 سال او و دستیارش Abel Pifre موتورهایی را ساختند که نمونه های مدرن آن در حال حاضر در کلکتورهای سهموی خطی استفاده می گردد.
سال 1873 میلادی: Willoughby Smith قابلیت هدایت نور سلنیوم را کشف نمود.
سال 1876 میلادی: William Grylls Adams و Richard Evans Day کشف کردند که وقتی سلنیوم در مقابل نور خورشید قرار می گیرد برق تولید می کند.
سال 1880 میلادی: Samuel P. Langley بولومتر را اختراع نمود که نور ستاره های دور دست را به خوبی اشعه های حرارتی خورشید اندازه گیری می نمود.
سال 1883 میلادی: Charles Fritts آمریکایی به ایده ساخت سلولهای خورشیدی از ویفر سلنیوم فکر کرد.
سال 1887 میلادی: هاینریش هرتز کشف کرد که اشعه ماورا بنفش کمترین ولتاژ را برای جرقه زدن بین دو الکترود لازم دارد.
سال 1891 میلادی: اولین آب گرمکن خورشیدی توسط کلارنس آمریکایی ثبت اختراع گردید.
سال 1904 میلادی: Wilhelm Hallwachs کشف کرد که مس و اکسید مس در کنار یکدیگر حساسیت نسبت به نور نشان می دهند.
سال 1905 میلادی: آلبرت انیشتین همراه با تئوری نسبیت خود اثر فوتوالکتریک را مطرح نمود.
سال 1908 میلادی: ویلیام جی بیلی یک کلکتور با سیم پیچ مسی و یک جعبه عایق ساخت. این طرح تقریبا شبیه همان طرحی است که امروزه برای کلکتورهای خورشیدی استفاده می شود.
سال 1914 میلادی: دانشمندان متوجه یک بند الکترونی در دستگاههای فتوولتائیک شدند.
سال 1916 میلادی: دانشمندان اثر فوتوالکتریک را به صورت تجربی اثبات کردند.
سال 1918 میلادی: دانشمند لهستانی Jan Czochralski کشف نمود که چگونه یک تک کریستال سیلیکون را رشد دهد.
سال 1921 میلادی: آلبرت انیشتین به خاطر نظریه اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل را دریافت کرد.
سال 1932 میلادی: اثر فتوولتائیک در سولفید کادمیوم کشف شد.
سال 1947 میلادی: ساختمانهای خورشیدی در طول جنگ جهانی دوم بسیار نادر شدند.
سال 1954 میلادی: سه دانشمند آمریکایی اولین سلول فتوولتائیک سیلیکونی را توسعه دادند، اولین سلول خورشیدی توانائی این را داشت که برق کافی را از طریق خورشید برای تجهزات الکترونیکی فراهم نماید.
اواسط دهه 1950 میلادی: اولین ساختمان اداری تجاری در جهان که با آبگرمکن خورشیدی کار می کرد طراحی شد.
سال 1958 میلادی: سلولهای فتوولتائیک جدید در مقابل اشعه خورشید مقاوم تر شدند و این ویژگی برای استفاده سلولهای فتوولتائیک در فضا بسیار حائز اهمیت بود.
سال 1963 میلادی: ژاپن یک پنل 24 واتی را بر روی یک فانوس دریایی نصب نمود.
سال 1964 میلادی: ناسا اولین ماهواره ای که با سلولهای فتوولتائیک به ظرفیت 470 وات تغذیه می گردید توسط سفینه فضایی به فضا پرتاب نمود.
سال 1969 میلادی: کوره خورشیدی با استفاده از 8 آینه سهموی در Odeillo فرانسه ساخته شد.
دهه 1970 میلادی: دکتر الیوت برمن و اکسون کرپ سلول خورشیدی ارزان تری را طراحی نمودند و این عامل باعث استفاده گسترده تر از سلولهای فتوولتائیک گردید.
سال 1972 میلادی: دانشگاه دلاور موسسه تبدیل انرژی را تاسیس نمود و اولین آزمایشگاه جهان را برای تحقیق و توسعه سلولهای فتوولتائیک اختصاص داد. در سال بعد این موسسه یک سیستم هیبرید حرارتی فتوولتائیک با نام Solar One را ساخت.
سال 1976 میلادی: مرکز تحقیقات لوئیس ناسا برای اولین بار شروع به نصب 83 سیستم فتوولتائیک در سرتاسر جهان نمود که برای روشنائی درمانگاهها، پمپاژ آب و تلویزیون کلاس ها و موارد دیگر به کار می رفت.
سال 1977 میلادی: دولت آمریکا موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی را راه اندازی کرد.
سال 1981 میلادی: اولین هواپیمای خورشیدی از فرانسه تا انگلستان به پرواز درآمد.
سال 1982 میلادی: یک استرالیایی اولین خودرو خورشیدی که فاصله بین سیدنی تا پرت که بالغ بر 2800 مایل است، پیمود.
سال 1986 میلادی: بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی آن زمان در کالیفرنیا راه اندازی شد.
سال 1994 میلادی: اولین بشقابک سهموی خورشیدی با استفاده از موتور استرلینگ با پیستون آزاد به شبکه متصل گردید.
سال 2001 میلادی: تین فیلم فتوولتائیک ساخته شد.
سال 2002 میلادی: بزرگترین سیستم خورشیدی پشت بامی در کالیفرنیا نصب گردید.
سال 2008 میلادی: بزرگترین پارک خورشیدی در آلمان بوسیله سیستمهای تین فیلم راه اندازی گردید.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران

پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران

انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژیهای تجدیدپذیر و از مهمترین آنها می باشد. میزان تابش انری خورشیدی در نقاط مختلف جهان متغیر بوده و در کمربند خورشیدی زمین بیشترین مقدار را داراست. کشور ایران نیز در نواحی پرتابش واقع است و مطالعات نشان می دهد که استفاده از تجهیزات خورشیدی در ایران مناسب بوده و میتواند بخشی از انرژی مورد نیاز کشور را تأمین نماید.ایران کشوری است که به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5.5 – 4.5 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است. برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی گام را فراتر نهاده و در حالتی آرمانی ادعا می‌کنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانه‌های دریافت انرژی تابشی می‌تواند انرژی مورد نیاز بخش‌های گسترده‌ای از منطقه را نیز تأمین و در زمینه‌ صدور انرژی برق فعال شود.با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتی بیش از 2000 کیلومترمربع، امکان نصب بیش از MW 60000 نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.اگر مساحتی معادل 100×100 کیلومترمربع زمین را به ساخت نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک اختصاص دهیم، برق تولیدی آن معادل کل تولید برق کشور در سال 1389 خواهد بود.

 
  • Like
واکنش ها: EM2

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
فناوری های سیستم های حرارتی خورشیدی

فناوری های سیستم های حرارتی خورشیدی

سیستم های حرارتی خورشیدی شامل سیستم هائی می شود که بر پایه گردآورنده های حرارتی با دمای پایین عمل می نماید. این سیستم ها از منبع خورشیدی برای مصرف نهائی حرارتی استفاده می کنند. این سیستم ها خود شامل 2 گروه گردآورنده های تخت(کلکتورهای تخت) و گردآورنده های با تمرکز کم(کلکتورهای متمرکز کننده) می شوند. سیستم های حرارتی دارای یک بخش ذخیره هستند تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نمایند. اکثر سیستم های حرارتی خورشیدی برای گرمایش آب بطور تجاری، استخرهای شنا یا آب مصرفی خانه های ویلائی، آپارتمانی و هتل ها و ...، و همچنین بخش بزرگی از تقاضا برای گرمایش فضای ساختمان و برای تامین انرژی مدارهای پمپ حرارتی جذبی و نظایر آن به منظور تامین سرمایش فضای ساختمان ها نیز بکار می رود. برخیمفاهیم اولیه در سیستمهای حرارتی به شرح زیر می باشد:

سیال عامل :
در اغلب سیستم ها، حرارت جذب شده توسط کلکتور برای اینکه به نقاط دیگر منتقل شده و مورد استفاده مناسب قرار گیرد به یک سیال انتقال حرارت که ممکن است روغن، آب ، هوا و ... باشد منتقل می شود این سیال را سیال عامل می نامند.

سطوح جاذب:
سطوح تیره دارای قابلیت جذب بهتر اشعه های تابیده شده خورشید هستند در سیستم های خورشیدی، جائی که نور خورشید تابیده شده یا متمرکز می شود، سطوح جاذب در معرض آن قرار می گیرند. این سطوح با روشهای مختلف صنعتی ساخته می شوند که بتوانند حداکثر جذب انرژی حرارتی را داشته باشند.

سیستم ذخیره حرارتی:
برای اینکه در طول شب یا در ساعات ابری بتوان از انرژی خورشید استفاده نمود لازم است مقداری از انرژی حرارتی خورشید در منابعی ذخیره شود. در آبگرمکنهای خورشیدی از مخازن ذخیره آب گرم استفاده می شود و در سیستم های نیروگاهی، انرژی حرارتی در مخازنی که حاوی روغن و شن هستند ذخیره می شود تا در هنگام عدم تابش خورشید، مورد استفاده قرار گیرد.

گرد آورنده ها:
بصورت تخت یا دارای انحنا می باشند.

انواع گردآورنده ها:
گردآورنده های تخت از جذب حرارت خورشید توسط یک ورقه فلزی تیره که حرارت را توسط یک سیال جاذب حرارت( مثل آب یا هوا) منتقل می کند استفاده می کنند. یک کلکتور تخت شامل اجزاء زیر می باشد:

  1. صفحه شفاف که ممکن است یک یا چند لایه شیشه و یا پلاستیک شفاف باشد.
  2. لوله ها و یا گذرگاههائی برای عبور سیال انتقال حرارت
  3. صفحه جاذب که می تواند صاف، موجدار، شیاردار باشد که معمولا به رنگ تیره بوده و لوله ها و گذرگاهها به آن متصل می شوند.
  4. منیفولد یا هدرهائی برای عبور و تخلیه سیال ناقل حرارت که معمولا در قسمت بالا و پائین کلکتور نصب شده اند.
  5. عایق بندی دستگاه برای کاهش اتلاف حرارتی که معمولا اطراف و پشت کلکتور و لوله ها را شامل می شود.
  6. قاب مخصوص که اجزاء کلکتور را در خود جای داده و آنها را از غبار و رطوبت و دیگر عوامل خارجی مصون می دارد.
کلکتورهای تخت از نظر نوع سیال عامل، ساختمان و عملکرد به 3 دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:
  1. کلکتور با آب چکه
  2. کلکتور با هوا
  3. کلکتور با مایع

کلکتور صفحه تخت


کلکتور با آب چکه که از صفحات فلزی تیره رنگ کنگره ای ساخته می شود اولین بار در سال 1959 توسط دکتر Harry Tamason برای بام خانه ای در مریلند ساخته و نصب شد. در این نوع کلکتورها آب از لوله ای در قسمت فوقانی، بر روی شیارهای صفحه کنگره ای می چکد. آب در حین عبور با جذب حرارت از صفحه تیره رنگ کنگره ای گرم شده و در پائین جهت مصرف و یا ذخیره در یک ناودانی جمع می شود.

کلکتور با هوا
، یکی دیگر از گردآورنده هایی هستند که در آنها از هوا یا گاز به عنوان سیال برای انتقال حرارت استفاده می شود. نگهداری آسان و عدم یخ زدگی هوا از مزایای این نوع کلکتورها نسبت به دیگر انواع مایعی آنهاست. بعلاوه در این نوع گردآورنده ها هوای گرم مستقیما وارد ساختمان یا محفظه ذخیره می شود. از معایب آن می توان به موارد زیر اشاره کرد: مشکل گرم کردن آب مصرفی بوسیله هوای گرم تولید شده، لزوم ساخت و نصب کانالهائی با سطح مقطع مناسب که فضای زیادی از ساختمان را اشغال می کند، احتیاج به هوا رسان با قدرت الکتریکی لازم برای انتقال هوای گرم از کلکتور به محل ذخیره.

کلکتور با مایع
، که در این نوع کلکتور، سیال عامل یک نوع مایع مثل آب، روغن و یا مایعی با نقطه انجماد پائین انتخاب می شود زیرا که یخ زدن آب در کلکتور و خورندگی از مشکلات اساسی در این نوع گردآورنده هاست. سیال عامل از قسمت پائین وارد و هنگام عبور از لوله های صفحه جذب کننده، گرم شده و از قسمت فوقانی با پمپ یا بدون آن بطرف مخزن ذخیره جریان پیدا می کند. یک نوع از این کلکتورهای مایع متشکل از چندین لوله گرمائی است که هر کدام از آنها شامل یک لوله شیشه ای، صفحه جاذب و لوله گرمائی می شود. برای جلوگیری از اتلاف حرارتی از روی سطح جاذب و حفظ خواص اپتیکی لایه برگزیده خوابانده شده بر روی سطح جاذب، داخل لوله شیشه ای خلاء ایجاد شده است.
کلکتورهای تخت پرتوهای تابش مستقیم و پراکنده خورشید را جمع آوری می کنند و احتیاج به سیستم ردیابی ندارند. کلکتورهای تخت در یک روز صاف با زاویه انحراف عرض جغرافیایی محل، قادرند 25345 کیلوژول بر مترمربع انرژی خورشیدی را جذب کنند، اتلاف حرارتی زیادی دارند و با وجود سطح جاذب بزرگتر دمای پائین تر و حرارت کمتری تولید می کنند. برای گرم کردن آب و هوا مناسب هستند و هزینه کمتری نسبت به متمرکز کننده ها دارند.

گردآورنده های متمرکز کننده

گردآورنده های متمرکز کننده تابش مستقیم خورشید و بخشی از تابش پراکنده را با کمک طراحی های هندسی پیشرفته(سهموی و ...) متمرکز می نمایند. در این نوع کلکتورها از سطوح منعکس کننده جهت افزایش پرتوهای خورشیدی استفاده می شود. متمرکز کردن پرتوهای خورشیدی در کانون، بمنظور دست یابی به درجه حرارت بالا می باشد.
کلکتورهای متمرکز کننده جهت دستیابی به حرارت بالا در کانون می بایستی قادر به ردیابی خورشید در مدت تابش روزانه باشند. این نوع کلکتورها در یک روز صاف 36252 کیلوژول بر مترمربع از انرژی خورشید را جمع آوری می کنند. تمرکز در ناحیه کانونی باعث افزایش انرژی دریافت شده در واحد سطح می گردد. در متمرکز کننده ها بعلت کاهش سطح جذب کننده ها، اتلاف حرارتی کاهش یافته و دمای بالاتر و حرارت بیشتری تولید می شود. برای مناطق ابری مناسب نیستند و نیازی به پوشش شیشه ای ندارند. نسبت به کلکتورهای تخت هزینه بیشتری لازم دارند. از نظر راندمان در دماهای پائین از کلکتورهای تخت کم تر بوده ولی در دماهای بالا، دارای راندمان خوبی هستند. میزان دریافت شدت تابش خورشیدی در متمرکز کننده ها می تواند در حدود 70-80 برابر نسبت به کلکتورهای تخت باشد. نیازی به عایق بندی ندارند در صورتی که در کلکتور های تخت، عایق بندی نکته حائز اهمیتی است.​
 
  • Like
واکنش ها: EM2

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
کاربرد های غیر نیروگاهی حرارتی خورشید

کاربرد های غیر نیروگاهی حرارتی خورشید

1. آب گرمکن خورشیدی(Solar Water Heater)

آبگرمکن ها اصلی ترین سیستم مورد استفاده در کاربردهای غیرنیروگاهی خورشیدی می باشند. همانطور که از نام آن پیداست برای گرم کردن آب مورد استفاده قرار می گیرد. طرز کار یک آبگرمکن خورشیدی : آبگرمکنها از سه بخش اصلی تشکیل می شوند که شامل: کلکتور، مدار لوله کشی، مخزن ذخیره حرارتی می باشند. در اغلب آبگرمکنهای امروزی سیال عامل که محلول آب و ضد یخ است در یک سیکل بسته بین مخزن و کلکتور توسط مدار لوله کشی در جریان است. کلکتور انرژی حرارتی خورشید را جذب کرده و به سیال عامل منتقل می کند. سیال گرم شده به سمت منبع ذخیره حرکت کرده و در آنجا پس از عبور از یک مبدل حرارتی، گرمای خود را به آب داخل مخزن منتقل می کند و پس از سرد شدن به کلکتور باز می گردد و بدین ترتیب بدون اینکه با آب مصرفی مخلوط شود، دائماً در یک سیکل بسته در حال حرکت است. آبگرمکنهای خورشیدی به دو دسته، آبگرمکنهای مدار باز و مدار بسته طبقه بندی می شوند که هر یک به دو صورت ترموسیفونی(جریان طبیعی) یا پمپی(اجباری) می توانند کار نمایند. بخش اصلی یک آبگرمکن خورشیدی کلکتور آن است که خود شامل ورقی است که به‌وسیله تابش کلی خورشید حرارت یافته و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده که داخل لوله در حال جریان است، منتقل می‌کند. رنگ این ورق همیشه تیره انتخاب می‌شود و دارای پوشش خاصی است که بتواند ضریب جذب انرژی را به حداکثر و ضریب پخش را به حداقل برساند. برای رسیدن به دمای بالا مجموعه ورق و لوله‌ها را در داخل یک جعبه عایق با روکش شیشه قرار می‌دهند تا از اثر گلخانه‌ای بتوان استفاده کرد.



2. گرمایش و سرمایش ساختمان (Solar Heating & Cooling)


از آنجا که روزانه انرژی بسیاری صرف گرمایش و سرمایش ساختمان ها می شود، طراحی و اجرای ساختمانهایی که بتواند از انرژی خورشیدی حداکثر استفاده را ببرد بسیار حائز اهمیت و مفید است. تامین نیاز حرارتی ساختمانها با استفاده از خورشید به 2 طریق پسیو(Passive) و فعال (Active) قابل دسترسی است. کیفیت و چگونگی معماری ساختمان به دریافت و ذخیره انرژی خورشیدی در حالت پسیو بستگی کامل دارد در صورتیکه گرمایش خورشید بصورت فعال، مستلزم استفاده از گردآورنده های خورشیدی و یک منبع انرژی دیگر جهت انتقال سیال گرم شده به داخل ساختمان می باشد.

  • سیستم گرمایش خورشیدی پسیو
در این سیستم گرم کردن ساختمان بطور طبیعی و با استفاده از عوامل طبیعی مثل خورشید انجام می گیرد. بدین معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم می سازد که ساختمان بدون نیاز به انرژی فسیلی و در نهایت با مصرف انرژی بسیار کمی کار کند. در مورد سیستم های گرمایش پسیو ساختمان ها روشهای مختلفی وجود دارد: 1. ورود مستقیم نور خورشید به داخل اطاق از طریق پنجره ها(Direct Gain Method) 2. استفاده از دیوار ذخیره کننده انرژی خورشیدی(دیوار ترومب) و دیوار آبی(Drum Wall)
3. استفاده از گیرنده مسطح قائم با جریان طبیعی هوا(Solar Chimney Design)
4. استفاده از گلخانه مجاور(Attached Green House)
5. استخر یا حوضچه روی بام

  • سیستم گرمایش خورشیدی فعال(Active Solar Heating)
در سیستم های فعال بر خلاف سیستم های پسیو از المانهای متفاوتی برای گرمایش ساختمان استفاده می شود. اجزائی که در این سیستم ها به کار می روند عبارتند از: گردآورنده ها(کلکتورها)، سیستم ذخیره انرژی گرمائی، کانالهای عبور سیال، پمپها، لوله کشی، شیرآلات، دمپرها، سیستم های کنترل دستی یا اتوماتیک، سیستم سوخت کمکی و مبدل های حرارتی.


  • سیستم سرمایش خورشیدی(Solar Cooling System)
برخلاف گرمایش خورشیدی که عملی نسبتا آسان و ارزان است، تولید سرما با استفاده از انرژی خورشیدی کاری نسبتا مشکل و گران می باشد.

بطور کلی دو راه حل برای سرمایش خورشیدی وجود دارد:
o تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی مکانیکی و یا الکتریکی و استفاده از آنها در بکار انداختن دستگاههای تبرید تراکمی
o تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی حرارتی و استفاده از آن در بکار انداختن دستگاههای تبرید جذبی.


3. آب شیرین کن خورشیدی(Solar desalinization)
اصول کار دستگاه تصفیه آب خورشیدی ساده بوده و سرپوش پلاستیکی یا شیشه ای در سطح فوقانی دستگاه نقش عمده و کلیدی را در عملکرد سیستم ایفا می کند. با عبور اشعه خورشید کف حوضچه آب شور که معمولا برای جذب بالاتر گرما سیاه رنگ می باشد، آب دریا یا آب شور داخل خود را گرم و درجه حرارت بالا می رود، سپس بخار آب ایجاد شده و پس از برخورد به سطح داخلی سرپوش شیشه ای که دمای آن پائین تر از دمای داخل آب شیرین کن است، شروع به تقطیر می کند که با جمع آوری این آب مقطر، آب شیرین به دست می آید. سیستم آب شیرین کن از نظر نحوه عملکرد به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شود. در روش مستقیم فقط از انرژی حرارتی خورشیدی استفاده می شود در حالی که در روش غیر مستقیم از انرژی برق به عنوان انرژی کمکی استفاده می شود. طراحی آب شیرین کن های خورشیدی با توجه به شرایط اقلیمی و جوی در منطقه مورد نظر بایستی صورت پذیرد.







4.
خشک کن خورشیدی(Solar dryer)

عملکرد خشک کن های خورشیدی بدین ترتیب است که مواد خشک شدنی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی حرارتی خورشید استفاده کرده و هوا نیز بطور طبیعی و یا اجباری جریان یافته و باعث خشک شدن محصول می گردد. خشک کن مستقیم: کاربرد آن آسان و ارزان است ولی در این سیستم راهی برای کنترل درجه حرارت وجود ندارد، در این روش اگر سبزی ها و میوه ها زیاد در معرض تابش خورشید باشند تغییر رنگ داده و مقدار زیادی از ویتامین های خود را از دست می دهند. خشک کن غیر مستقیم: در این روش درجه حرارت قابل کنترل است و مواد غذایی به طور مستقیم با اشعه خورشید در تماس نیستند در نتیجه رنگ آنها ثابت می ماند. این وسیله متناسب با نیاز روستاها در امر خشک کردن میوه و سبزیجات و همچنین در صنعت خشک کردن برنج و تولید سبزی خشک بوسیله انرژی خورشیدی طراحی شده است.



5.
اجاق خورشیدی(Solar cooker)

اجاقهای خورشیدی در 3 نوع رایج شلجمی، لوله های حرارتی و جعبه ای ساخته شده است. نوع شلجمی آن به صورت یک بشقاب سهموی می باشد که برای پختن غذا بوسیله آن باید ماده غذایی مورد نظر را در کانون این بشقاب قرار داده و با تنظیم و متوجه نگاه داشتن(focusing) سهموی می توان غذا را پخت. چون در این نوع متمرکز کننده ها می توان دماهای بالاتر از 100 درجه سانتیگراد بدست آورد بنابراین سرخ کردن سبزی و گوشت و... در آنها کاملا امکان پذیر است. در پخت غذا با استفاده از لوله های حرارتی می توان در گیرنده های مسطح مخصوص تولید بخار نموده و این بخار را با استفاده از مکانیسم لوله های حرارتی با برگشت طبیعی به داخل آشپزخانه( که بالاتر از گیرنده قرار دارد) منتقل نمود. بخار به محفظه ای که در آن ظرف حاوی غذا قرار دارد وارد شده و دور ظرف غذا تقطیر شده و حرارت تبخیر خود را به مواد غذایی جهت پخت غذا می دهد. بخار تقطیر شده با استفاده از نیروی ثقل به گیرنده خورشیدی بر می گردد. از این نوع سیستم نمی توان جهت سرخ کردن سبزی و گوشت استفاده نمود. در اجاق خورشیدی از نوع جعبه ای( آرام پز خورشیدی ) که اولین بار توسط شخصی به نام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه ای سیاه رنگ و در پوش شیشه ای بود. اشعه خورشید با عبور از میان در پوش شیشه ای وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به 88 درجه افزایش می داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می باشد.






6.
کوره خورشیدی(Solar Furnace)
کوره خورشیدی با استفاده از انرژی خورشید گرم می شود (در کوره‌های دیگر ، نوعی سوخت را می‌سوزانند تا گرمایش به کوره منتقل شود.) معمولا با استفاده از تعداد زیادی آینه ، پرتوهای نور خورشید را جمع آوری و پرقدرت می‌کنند و مجموعه آنها را بر روی کوره می‌تابانند تا دمایش خیلی بالا رود . ذره بین وسیله‌ای است که همین کار را انجام می‌دهد. شاید دیده باشید که وقتی ذره بین را مقابل خورشید می‌گیریم و مجموعه پرتوهای آنرا به صورت یک نقطه مثلا روی پوست یا کاغذ می‌تابانیم، آن قدر حرارت ایجاد می‌شود که پوست می‌سوزد و یا کاغذ آتش می‌گیرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از 2 آئینه یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آئینه به آئینه کروی بازتابیده می شود. طبق قوانین اپتیک هرگاه دسته پرتوی موازی با محور آئینه برخورد نماید در محل کانون متمرکز می شود، به این ترتیب انرژی حرارتی خورشید در این نقطه جمع شده و این نقطه به دمای بالائی می رسد.


 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
کاربردهای نیروگاهی حرارتی خورشید

کاربردهای نیروگاهی حرارتی خورشید

نیروگاههای حرارتی خورشیدی به 5 دسته تقسیم بندی می گردند:

  • نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
  • نیروگاههای دریافت کننده مرکزی (CRS)
  • نیروگاههای بشقابک سهموی (Parabolic Dish)
  • نیروگاههای دودکش خورشیدی(Solar Chimney)
  • نیروگاه کلکتورهای فرنل Fresnel Collector))
  • نیروگاههای سهموی خطی (Parabolic Trough)
نیروگاههای حرارتی خورشیدی از نوع سیستم کلکتور سهموی خطی شامل ردیفهای موازی و طولانی از متمرکز کننده¬ها می باشند. بخش متمرکز کننده شامل سطوح انعکاسی سهموی است که از جنس آینه های شیشه ای تشکیل شده و روی یک مادۀ سازه نگهدارنده قرار می¬گیرند. دریافت کننده از لوله های جاذب با پوشش مخصوص تشکیل شده که بوسیله شیشه پیرکس پوشانده می شوند و در طول خط کانونی قرار می گیرند. بخش دریافت کننده در قسمتهای انتهایی روی دو تکیه‌گاه، قرار گرفته‌اند که این مجموعه روی تیرکهای اصلی سازه سوار است. سیستم ردیابی خورشید در این دستگاهها تک محوره بوده و ردیابی خورشید از شرق به غرب انجام می گیرد. بگونه ای که پرتورهای خورشید در تمام مدت ردیابی بر روی لوله های جاذب منعکس شوند. یک سیال انتقال حرارت روغن با دمای حدود 400 درجه سانتیگراد از میان لوله های جاذب در جریان می باشد و روغن داغ در مبدلهای حرارتی آب را به بخار تبدیل و بخار سوپرهیت طی عبور از توربین ژنراتور، انرژی الکتریکی تولید می کند. این نوع نیروگاهها با ذخیره حرارت قابلیت تولید برق را حتی در مواقعی که خورشید غروب نموده است را دارا هستند.


اجزاء اصلی نیروگاههای سهموی خطی


  • منعکس‌کننده از نوع آینه‌های سهموی
  • دریافت‌کننده تابش خورشیدی که پرتوهای منعکس شده را جذب کرده و موجب گرمایش سیال انتقال دهنده گرما می شود
  • مکانیزم حرکت دهنده (تک محوری) کلکتورهای سهموی به منظور ردیابی خورشید و کنترل کننده ها
  • اسکلت فلزی نگهدارنده و فونداسیون
  • سیستمهای مربوط به تولید قدرت الکتریکی
  • تجهیزات مربوط به انتقال گرما
  • تجهیزات مربوط به تولید الکتریسیته و دفع گرمای تلف شده به محیط خارج







نیروگاههای دریافت کننده مرکزی (CRS)

این سیستم شامل مجموعه ای از آینه هایی است(هلیوستات) که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را متمرکز و به برج دریافت کننده مرکزی منتقل می کنند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می شود جذب می‌شود. در آن جا آب به بخار سوپر هیت تبدیل شده و این بخار توربین ژنراتور را که در پائین برج نصب شده به حرکت در آورده و تولید برق می نماید.اجزاء اصلی نیروگاههای دریافت کننده مرکزی
هلیوستات: سیستم گردآورنده پرتوهای خورشیدی شامل مزرعه ای از هلیوستات ها از نوع شیشه ای یا غشایی
دریافت‌کننده مرکزی: که گرمای پرتوهای خورشیدی را جذب و قابل استفاده می نماید.
سیستم انتقال انرژی گرمائی: که گرمای وارده به گیرنده را جذب نموده و به گردش وا می‌دارد. در طرحهای اولیه از آب و بخار بعنوان سیال جذب کننده وانتقال دهنده انرژی گرمائی استفاده می گردید و در طرحهای توسعه یافته تر از سیالاتی چون نمکهای سدیم و پتاسیم مذاب استفاده می‌گردد.





نیروگاههای بشقابک سهموی(Parabolic Dish)
پرتوهای خورشید تابیده شده بر روی سطح متمرکز کننده سهموی در کانون آن جمع می شود. برای اینکه چنین سیستمی پر بازده باشد لازم است که این گردآورنده همواره بطرف خورشید ردیابی شود و در نتیجه به یک مکانیسم ردیابی دو محوره نیاز دارد. در این سیستم، نور خورشید در یک نقطه کانونی متمرکز می‌شود و یک موتور استرلینگ انرژی حرارتی این تشعشع تمرکز یافته را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند و به کمک یک آلترناتور از این انرژی مکانیکی، الکتریسیته تولید می‌گردد.

اجزاء اصلی نیروگاههای بشقابک سهموی
سطح متمرکزکننده : وظیفه آن متمرکز کردن شعاعهای نور خورشید در نقطه کانونی است.
موتور استرلینگ: انرژی گرمایی تمرکز یافته نور را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده که توسط یک آلترناتور از آن الکتریسیته تولید میگردد. این موتورها با سیستمهای دما بالا و پرفشار با انتقال حرارت خارجی هستند که گاز هلیوم یا هیدروژن بعنوان سیال عامل آنها عمل می‌کند. بهترین عملکرد انواع این موتورها در دماهای بالای 700 درجه سانتی‌گراد و فشارهایی تا 20 مگاپاسکال انجام می‌شود.

ردیاب و سیستم کنترل : سیستم ردیاب همواره سطح متمرکز کننده را در مقابل خورشید قرار می دهد تا نور دقیقاٌ در دریافت کننده موتور استرلینگ تمرکز یابد. بعلاوه سیستم کنترل با دریافت اطلاعات از سنسورهای مختلف و همچنین موتور استرلینگ، در هر وضعیت فرمان مناسبی برای کنترل سیستم ارسال می نماید.

سازه و فونداسیون: برای نگه داشتن سطح متمرکزکننده، موتور استرلینگ و سایر اجزاء سیستم و تحمل بارهای اینرسی، باد و زلزله وجود یک فونداسیون و سازه ای سبک و با استحکام ضروریست.



نیروگاههای دودکش خورشیدی (Solar Chimney)
نیروگاه دودکش خورشیدی، یک نیروگاه خورشیدی است که از ترکیب کلکتورهای هوای خورشیدی و برج هدایت کننده هوا برای تولید جریان هادی القائی هوا استفاده می‌کند و این جریان هوا موجب چرخش توربین‌های پله‌ای فشار و در نهایت تولید برق توسط ژنراتور می‌شود.

نحوه عملکرد نیروگاههای حرارتی دودکش خورشیدی
تابش خورشید موجب گرم شدن هوا در زیر سقف هادی نور (شفاف) که برج مرکزی را احاطه کرده است، می شود. در مرکز این سقف یک برج عمودی با دهانه ورودی عریض واقع شده است. محل اتصال این برج با سقف شیشه‌ای باید به نحوی ساخته شود که در مقابل نفوذ هوا مقاوم باشد. هوای گرم سبک‌تر از هوای سرد است لذا از برج بالا خواهد رفت. با مکش هوای گرم به بالای برج، هوای سرد مجدداً از فضای خارجی سقف وارد آن خواهد شد. این جریان مداوم هوا را با استفاده از توربین‌های پله‌ای فشار تبدیل به انرژی مکانیکی و سپس توسط ژنراتورهای مرسوم برق تولید می‌کند. شکل 1 نمایی از شماتیک عملکرد این نوع نیروگاههای خورشیدی را نشان می‌دهد. برای تولید 24 ساعته برق در این نیروگاه می‌توان از لوله‌های حاوی آب و یا محفظه‌های آب در زیر سقف استفاده نمود. این لوله‌ها یا محفظه‌ها تنها یک بار از آب پر می‌شوند و هیچ نیازی به آب‌گیری مجدد ندارند.


شماتیک عملکرد نیروگاههای حرارتی دودکش خورشیدی
اجزاء اصلی یک دودکش خورشیدی
• سقف نیمه شفاف (مثلاً شیشه‌ای) که در ارتفاع چندمتری زمین نصب می‌گردد.
• دودکش مرتفع که درمرکز سقف شیشه‌ای قرار می‌گیرد.
• توربین های بادی که در پایة دودکش قرار می‌گیرند.
• زمین که با روکش مناسبی پوشانده می‌شود.




نیروگاه کلکتورهای فرنل Fresnel Collector))
در این گونه نیروگاهها از کلکتور فرنل برای متمرکز کردن نور خورشید روی لوله گیرنده استفاده می شود.
در این نیروگاه همانند نیروگاههای سهموی خطی، کلکتورها به صورت خطی و در جهت شمال جنوب نصب می شوند. کلکتورهای آن تعداد زیادی آینه تخت با پهنای کم و طول زیاد هستند که کنار هم دیگر قرار می گیرند. زاویه قرار گیری هر کدام از آینه ها بصورتی است که بازتاب نور خورشید را روی بخش دریافت کننده متمرکز کنند.
در بخش دریافت کننده یک بازتاب دهنده ثانویه از نوع جفت سهموی قرار دارد که بازتاب آینه ها را جمع آوری کرده و روی لوله گیرنده می تاباند با گرم شدن لوله گیرنده سیال داخل آن گرم می شود.
برای نیروگاههای خورشیدی از این دست عملکرد ممکن است به دو صورت باشد در سیستم های متدوال سیال عامل داخل لوله گیرنده روغن است که پس از داغ شدن به مبدلهای حرارتی منتقل شده و سپس موجب تولید بخار می شود اما در نوع دیگر که نوع بخار مستقیم (direct steam) نامیده می شود طول کلکتورها بیش از یکصد متر می باشد. از یک طرف لوله دریافت کننده آب وارد شده و از طرف دیگر بخار خارج می شود و نیازی به سیستم های جانبی اضافی نیست.

 
آخرین ویرایش:
  • Like
واکنش ها: EM2

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
فناوری های سیستمهای فتوولتائیک

فناوری های سیستمهای فتوولتائیک

سلول فتوولتائیک نور خورشید را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی پدیده ” فتوالکتریک “ است که اولین بار توسط انیشتین مطرح گردید."فتو" به معنای نور و "ولتائیک" به معنای الکتریسیته می باشد. عنصر اصلی در ساخت سلولهای خورشیدی، نیمه هادیهایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید می باشد. اساس کار سلولهای خورشیدی بر مبنای تئوری الکترونهای مدارات اتم قابل توجیه است.در سطح خارجی تراز انرژی اتم دو سطح تراز مشخص وجود دارد. سطح تراز ظرفیت اتم(والانس) که در عملیات شیمیایی دخالت دارد و سطح تراز هدایت اتم(لایه هدایت) که در هدایت الکتریکی نقش دارد. همان طور که میدانید هر اتم برای اینکه از تراز ظرفیتی خود به تراز هدایت انتقال یابد، احتیاج به مقدار مشخصی انرژی دارد که به آن انرژی گپ می گویند. علت استفاده از نیمه هادی های هم دقیقا به این خاطر است که این عناصر نیاز به انرژی گپ بسیار پائین دارند تا به تراز هدایت منتقل گردند و با حرارتی کم در حد حرارت محیط می توانند این انرژی را تامین نمایند. در نیمه هادیها با اضافه کردن ناخالصی به کریستال خالص آنها می توان میزان انرژی گپ را بیش از پیش کاهش داد. اگر به سیلیسیم که یک نیمه هادی است فسفر اضافه شود دارای بار منفی و اگر ( بر ) اضافه شود دارای بار مثبت می گردد.حال اگر به الکترونی که در تراز ظرفیت است انرژی بیش از مقدار انرژی گپ داده شود به تراز هدایت منتقل شده و باعث ایجاد الکترون و حفره ای آزاد می گردد. لذا از همین خاصیت برای ساخت نیمه هادی های نوع N و P استفاده می گردد.در اثر برخورد نور به سطح نیمه هادی نوع PN و کسب انرژی گپ، حاملهای بار(الکترون – حفره) بوجود آمده که می توانند در داخل نیمه هادی حرکت نموده و تولید الکتریسیته نمایند.

مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلول های خورشیدی استفاده شده اند که بازده و هزینه-های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج های نور خورشید را که به سطح زمین می رسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند. موادی که برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می شوند را می توان در سه نسل طبقه بندی نمود.

نسل اول فنآوریهای فتوولتائیک: سلولهای کریستالی

سیلیکون یکی از فراوان ترین عناصر حال حاضر کره زمین می باشد. این عنصر یک نیمه هادی بسیار مناسب برای استفاده در سیستمهای فتوولتائیک می باشد. سلولهای کریستالی سیلیکون بسته به این که ویفرهای سیلیکونی به چه روش ساخته می شوند به 2 دسته کلی تقسیم بندی می شوند: مونو کریستال سیلیکونی و پلی کریستال سیلیکونی. دسته دیگر از سلولهای کریستالی شامل گالیم آرسناید می باشد.

نسل دوم فنآوریهای فتوولتائیک: سلولهای خورشیدی تین فیلم

پس از بیش از 20 سال تحقیق و توسعه، سلولهای خورشیدی تین فیلم شروع به گسترش نمودند. تین فیلم ها به طور قابل ملاحظه ای در هزینه تولید الکتریسیته نسبت به ویفرهای سیلیکونی کاهش ایجاد نمودند.سه نوع اصلی سلولهای خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل:
  • سیلیکونهای آمورف (a-Si و a-Si/μc-Si)
  • کادمیوم تلورید (Cd-Te)
  • مس- ایندیم- سلنید (CIS) و مس – ایندیم – گالیم- دیسلنید (CIGS)






مقایسه ای از ضخامت سیلیکون مورد نیاز در تین فیلم ها و سلولهای کریستالی​


نسل سوم فنآوریهای فتوولتائیک

فنآوری های این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند. فنآوری های نسل سوم به دسته های زیر تقسیم می شوند:
  • CPV
  • سلول های خورشیدی ارگانیک
  • سلول های خورشیدی حساس به رنگ
  • سلول های خورشیدی پلیمری
  • سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

پیوست : انواع فناوری های سلولهای خورشیدی به همراه بازده و هزینه های مربوطه (pdf 66kb)
 

پیوست ها

  • 2266_orig.pdf
    66.5 کیلوبایت · بازدیدها: 0
  • Like
واکنش ها: EM2

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
کاربردها و چگونگی بکارگیری سیستم های فتوولتاییک

کاربردها و چگونگی بکارگیری سیستم های فتوولتاییک

سیستم‌های فتوولتائیک جهت مصارف عمومی و کشاورزی، بصورت نیروگاههای مستقل از شبکه سراسری یا سیستمهای متصل به شبکه سراسری با ساختار نصب ثابت و یا متحرک در واحدهای کوچک باتوان پائین جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب‌های کوچک تا سیستم‌های بزرگ نیروگاهی، به کار می رود.
در خصوص سیستم های متحرک می بایست متذکر شد که، مزیت آن امکان ردیابی خورشید و افزایش انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید درطی روز می باشد. باوجود این مطلب، بدلیل افزایش احتمال خرابی درسیستم مکانیکی، نیاز به انرژی الکتریکی جهت به حرکت درآوردن سازه درکاربردهای کوچک و پراکنده توصیه نمی گردند. تنها درتعدادی از نیروگاه های برق خورشیدی(فتوولتائیک) در جهان از این نوع سازه استفاده شده است.


روش های بکارگیری سیستم های فتوولتائیک
1- متصل به شبکه سراسری برق ( Grid Connected )
در این روش، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و ...) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل ازسیستم فتوولتائیک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و... شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می گردد. با استفاده از نیروگاههای فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری بصورت متمرکز و یا غیرمتمرکز (ضمن تقویت انرژی جاری در شبکه توزیع)، بدلیل تزریق ولتاژ و جریان مانع افت ولتاژ شبکه توزیع گردیده و در نتیجه از فشار بر روی نیروگاه ها در طی روز جلوگیری نمود. این امر به مثابه این است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود بعنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک (DG)، بصورت نیروگاهی کوچک عمل نماید. دراین روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود.



2- مستقل از شبکه سراسری برق سیستمهای مستقل از شبکه ( Stand Alone )

تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند. این بخش سهم بالایی از سیستم های مستقل ازشبکه را در جهان به خود اختصاص داده است. در بسیاری از کشورهای جهان (بویژه درحال توسعه جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز روستاهای فاقد برق ازاین سیستم استفاده می گردد، بطور مثال در سال 2007 کشور اندونزی برق رسانی به 15000 خانوارروستایی را از این طریق آغاز نموده است). عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبوروعدم نیاز به تعمیر ونگهداری مداوم وطول عمر مناسب از جمله عمده مزایایی است که در رشد و توسعه این سیستم‌ها بویژه در نقاط محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد.


اهم کاربردهای سیستم های فتوولتائیک

1. سیستم های تأمین برق مستقل از شبکه (تأمین برق خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطق فاقد شبکه سراسری برق می باشند)

2. پمپاژخورشیدی (آب شرب، آبیاری، دامپروری، پرورش ماهی، جنگلها، مراتع، آبشخورحیوانات، آبنماها و…) یکی از کاربردهای موفق سیستم های فتوولتائیک، پمپاژ آب خورشیدی می باشد. افزایش تقاضا در این بخش نشان گر توانمندی و قابلیت کارکرد این سیستم میباشد. بطورمثال درسال 2006 در کشور مکزیک بیش از 800 عدد پمپ با توان تجمعی 33 کیلووات و در بنگلادش بیش از 5000 عدد پمپ در سال 2005 و 2006 با مبلغ تجمعی 21 میلیون دلار نصب و راه اندازی گردید و یا 6/6% از سیستم های فتوولتائیک نصب شده در کشور هند را سیستم های پمپ فتوولتائیک تشکیل می دهد.

3. روشنایی خورشیدی (منازل مسکونی و مدارس، ایستگاههای بین راهی، تونلها، فانوسهای دریایی، چراغ های پارکی و ...) میزان روشنایی درشب یک امتیاز برای شهرهای بزرگ و صنعتی می باشد و بدون دسترسی به برق، تامین روشنایی به لامپ های دینامی و یا چراغ های نفتی محدود می گردد. یکی از راه حل های مناسب جهت تامین روشنایی مناسب جهت مناطق فاقددسترسی به برق، استفاده از چراغ های خورشیدی می باشد که سالانه ده ها هزار نمونه ازاین سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد. این سیستم در تامین روشنایی منازل مسکونی و مدارس، ایستگاههای بین راهی، چراغ های راهنمایی و رانندگی، فانوس های دریایی و ... موثر واقع شده است. بگونه ای که تعداد بسیارزیادی از آن ها در کشور ما نیز درشهرها (بویژه تهران) و جاده های کشور نصب گردیده است.




4. سیستم تغذیه کننده پرتابل (قابل حمل و نقل) همچون خودروهای خورشیدی، مصارف الکتریکی غیرصنعتی در ابزارهایی مانند، اسباب بازی ها، ماشین حساب های خورشیدی و... .قابلیت حمل و نقل سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستمها می باشد که در رشد و توسعه آن نقش بسزایی دارد.






حفاظت کاتدیک
بمنظورجلوگیری از پوسیدگی لوله های انتقال مواد اولیه، شیمیایی، نفت و گاز، نشت مواد مذکور از لوله‌ها و جلوگیری از آلودگی محیط زیست استفاده از حفاظت کاتدیک فتوولتائیک یک راه حل مناسب و ساده جهت جلوگیری از این مسئله می باشد.
 
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
آمار جهانی انرژی خورشیدیسیستمهای فتوولتائیک

آمار جهانی انرژی خورشیدیسیستمهای فتوولتائیک


حدود 30 گیگاوات از ظرفیت فتوولتائیک جدید در سراسر جهان در سال 2011 عملیاتی شده است و با افزایش 74 درصدی در کل دنیا به میزان 70 گیگاوات رسیده است. نصب و راه اندازی واقعی در طول سال 2011 نزدیک به 25 گیگاوات بوده است چراکه بعضی از ظرفیتهای متصل شده به شبکه در سال 2010 نصب شده بوده اند.

ظرفیت عملیاتی سیستمهای فتوولتائیک در آخر سال 2011 در حدود 10 برابر میزان کل نصب شده جهانی در 5 سال قبل بوده است و بدین وسیله به طور متوسط نرخ رشد سالانه 58 درصدی را در بازه زمانی 2006 تا 2011 به ارمغان آورده است. سهم بازار تین فیلم از 16% در سال 2010 به 15% در سال 2011 افت داشته است.
کشورهای پیشرو در بیشترین ظرفیت نصب شده تا انتهای سال 2011 آلمان، ایتالیا، ژاپن، اسپانیا و آمریکا بوده اند.بار دیگر اتحادیه اروپا به خاطر وجود کشورهای آلمان و ایتالیا بازار سیستمهای فتوولتائیک را در دست خود گرفت. این دو کشور با هم 57% از ظرفیت عملیاتی جدید را در سال 2011 به خود اختصاص دادند. اتحادیه اروپا تقریبا 17 گیگاوات ظرفیت نصب شده داشته و نزدیک به 22 گیگاوات ظرفیت را متصل به شبکه نموده است. مجموع ظرفیت نصب شده سیستمهای فتوولتائیک تا انتهای سال 2011 در اتحادیه اروپا 51 گیگاوات بوده که این میزان در حدود سه چهارم از کل ظرفیت نصب شده جهانی می باشد. این میزان تقاضای برق بیش از 15 میلیون خانوار اروپائی را پاسخ گو خواهد بود.در کشور آلمان کل ظرفیت نصب شده به میزان 24.8 گیگاوات رسیده که میزان 3.1% از برق تولیدی کشور آلمان را به خود اختصاص می دهد(در سال 2010 این میزان 1.9% بوده است).ایتالیا رکورد جدیدی را ثبت نموده است، 9.3 گیگاوات سیستم فتوولتائیک وارد شبکه نمود که تا آخر سال به میزان 12.8 گیگاوات رسید.از دیگر بازارهای برتر در اروپا می توان به بلژیک(نزدیک 1 گیگاوات)، انگلستان(0.9 گیگاوات)، یونان(بیشتر از 0.4 گیگاوات)، اسپانیا(نزدیک به 0.4 گیگاوات که از مقام دوم جهانی به مقام چهارمی نزول کرد)، اسلوواکی(0.3 گیگاوات) اشاره نمود.




در زمینه سیستمهای BIPV جذابیتها رو به افزایش می باشد. در حدود 1.2 گیگاوات در طول سال 2010 ظرفیت اضافه شده است به گونه ای که بازار جهانی در حال تجربه یک رشد متوسط سالانه 56 درصدی می باشد.
امروزه اکثریت قریب به اتفاق ظرفیت نصب شده سیستمهای فتوولتائیک، متصل به شبکه می باشند به طوری که بخش مستقل از شبکه در حدود 2% از ظرفیت جهانی را به خود اختصاص داده است. با این وجود جذابیتها در سیستمها مستقل از شبکه و سیستمهای مقیاس کوچک در کشورهای در حال توسعه به چشم می خورد(در بخش برقرسانی روستائی).سیستمهای فتوولتائیک متمرکز هنوز بازار بسیار کوچکی را به خود اختصاص داده است. بیشتر پروژه های CPV در مرحله پایلوت یا نمونه اولیه می باشند. اما اولین پروژه جهانی چند مگاواتی در سال 2011 نصب شده است و در حدود 33 مگاوات در اوایل سال 2012 تخمین زده شده که به بهره برداری برسد. اسپانیا و آمریکا (که در آنها 10 پروژه جدید به ظرفیت کل 12 مگاوات در سال 2011 وارد شبکه شده اند) بزرگترین بازارهای بروز شده را به خود اختصاص داده اند. هر چند پروژه های CPV در حداقل 20 کشور از استرالیا گرفته تا عربستان صعودی، عملیاتی شده اند.

سیستمهای
CSP

رشد سیستمهای CSP در سال 2011 مانند چند ساله گذشته، همچنان ادامه داشته است. بیش از 450 مگاوات از ظرفیت CSP در این سال نصب شده که ظرفیت کل جهانی را نزدیک به 35% افزایش داده و میزان آن را به 1760 مگاوات رسانده است. در بازه زمانی سالهای 2011-2006 کل ظرفیت جهانی سالانه به طور متوسط نرخ رشدی معادل 37% داشته است.
سیستمهای سهموی خطی همچنان تسلط بازار را در دست داشته و در حدود 90% از نیروگاههای جدید و عملیاتی شده از این نوع می باشند ولی رشد سرمایه گذاری بیشتر بر روی انواع دیگری از تکنولوژیهای حرارتی خورشیدی بوده است. در آمریکا و اسپانیا نیروگاههای دریافت کننده مرکزی و فرنل جدیدی دایر گردیده و انواع دیگر نیروگاههای حرارتی خورشیدی نیز در دست ساخت می باشند.بیشتر ظرفیت سیستمهای CSP در کشور اسپانیا می باشد که این کشور بازار جهانی سال 2011 را در دست خود داشته است. این کشور در سال 2011 در حدود 420 مگاوات به ظرفیت خود افزوده و تا انتهای این سال کل ظرفیت عملیاتی خود را به میزان 1150 مگاوات رسانیده است.طبق آمارهای جهانی، کشور اسپانیا نقش حاکمیت سیستمهای سهموی خطی را در جهان بر عهده داشته است. در حال حاضر تا به امروز کشور اسپانیا تنها کشوری است که بازار تکنولوژی دریافت کننده مرکزی در مقیاس نیروگاهی را عملیاتی نموده است.

نیروگاه Gemasolar به ظرفیت 19.9 مگاوات در سال 2011 به بهره برداری رسید که آخرین نیروگاه از مجموع سه نیروگاه دریافت کننده مرکزی به شبکه وارد شده می باشد.
همچنین این نیروگاه، اولین نیروگاه CSP است که قابلیت تولید 24 ساعته را در شرایط خاص داشته و قابلیت ذخیره سازی تا 15 ساعت را دارا می باشد.در اسپانیا 1.1 گیگاوات از ظرفیت اضافه شده CSP تا آخر سال در مرحله ساخت بوده که پیش بینی می گردد که بیشتر آن در سال 2012 وارد شبکه گردد.آمریکا با 507 مگاوات ظرفیت عملیاتی تا پایان سال 2011 در مقام دوم بیشترین ظرفیت نصب شده قرار گرفته است. با وجود اینکه ظرفیت نصب شده جدیدی در این سال نداشته ولی در حدود 1.3 گیگاوات تا انتهای سال در دست ساخت داشته است.در سراسر دنیا حداقل 100 مگاوات تا انتهای سال 2011 به بهره برداری رسیدند. مصر مانند کشور مراکش در حدود 20 مگاوات تا انتهای سال 2010 وارد شبکه نموده است. الجزایر در حدود 25 مگاوات، تایلند 9.8 مگاوات و هند 2.5 مگاوات که همه آنها برای اولین بار نیروگاه CSP را در سال 2011 راه اندازی کرده اند.تمامی برنامه ها در منطقه خاورمیانه و شمال آفریقا(MENA) روی سیستمهای سیکل ترکیبی با خورشیدی(ISCC) و یا ادغام شده خورشیدی با نیروگاههای فسیلی می باشد.کشور هند اولین نیروگاه دریافت کننده مرکزی را در راجستان به ظرفیت نهایت 10 مگاوات در دستور ساخت دارد که انتظار می رود تا اوایل سال 2013 به بهره برداری برسد. بقیه کشورها از جمله ایتالیا، ایران و استرالیا در زمینه CSP در طول سال 2011 ظرفیتی اضافه ننموده اند.



انتظار می رود رشد CSP با پروژه های در دست ساخت یا توسعه پروژه ها در چندین کشور از جمله استرالیا(250 مگاوات)، چین(50 مگاوات)، هند(470 مگاوات) و ترکیه و حداقل 100 مگاوات ظرفیت در دست ساخت در منطقه MENA، سرعت بخشی زیادی در سطح بین المللی داشته باشد.
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
چگونگی عملکرد یک سیستم کامل خورشیدی(Solar System)

چگونگی عملکرد یک سیستم کامل خورشیدی(Solar System)

چگونگی عملکرد یک سیستم کامل خورشیدی(Solar System)


روز به روز با توسعه جوامع و کشورها نیاز به انرژی رشد یافته است و بودجه های کلانی صرف تهیه دستگاه های مولد انرژی می‌شود. با این وجود انرژی‌های سازگار با محیط زیست از دیگر انواع انرژی‌ها محبوب‌تر بوده و دانشمندان تلاش می‌کنند با تولید مبدل‌های ارزان قیمت از این نوع ، استفاده از نوع انرژی را رواج دهند. اولین سلول خورشیدی کاربردی در سال ۱۹۵۴ در آزمایشگاه بِل توسط سه نفر به نامهای Daryl Chapin ، Souther Fuller Calvin ، Gerald Pearson ساخته شد. بازده این مبدل در حدود شش درصد بود و درمقایسه با مبدل‌های قبلی‌اش که درصد تبدیل حدود یک درصد و حتی کمتر داشتند، پیش رفت چشم گیری به حساب می‌آمد. اگرچه بازده مبدل‌های خورشیدی بهبود یافته بود ،ولی قیمت تمام شده تولید انبوه این مبدل‌ها هم چنان به عنوان چالشی در برابر دانشمندان و مهندسان قرار داشت. برای مثال : قیمت تولید یک وات انرژی برای اولین مبدل کاربردی ساخته شده در آزمایشگاه بِل دویست وپنجاه دلار بود و این در مقایسه با قیمت دو یا سه دلاری زغال سنگ بسیار زیاد بود. امروز با توسعه روش‌های تولید ارزان قیمت مبدل‌های خورشیدی توسط دانشمندان مختلف در سرتاسر جهان این نوع انرژی جای خود را در زندگی مردم باز کرده است و می‌توان به جرآت گفت تا الان به خوبی توانسته به نیاز های مردم پاسخ مناسبی دهد. قیمت تمام شده متوسط برای تولید یک وات انرژی الکتریکی توسط این مبدل‌ها به یک یا دو دلار رسیده است که موجب جذب سرمایه گذاران دولتی و غیر دولتی مختلف شده است و در نتیجه این بخش با پیشرفت چشم گیری در حال توسعه هست.
در این گزارش به نحوه عملکرد یک سیستم کامل خورشیدی (solar system) که هدف آن تولید انرژی برای مصرف کننده‌ی خانگی می‌باشد پرداخته شده است. در یک سیستم کامل چندین بخش اصلی وجود دارد که به ترتیب عبارتند از: سلول‌های خورشیدی ، مبدل‌های الکترونیکی قدرت، و باطری‌های ذخیره کننده‌ی انرژی که در اینجا به هریک به طور مفصل خواهیم پرداخت.

تعداد صفحات: ۲۷
حجم فایل: ۱۶۲۰ کیلوبایت
مرجع: دانشگاه سراسری تبریز- دانشکده مهندس برق و الکترونیک
نتهیه و تنظیم :پیمان سلیمان نژاد

 

پیوست ها

  • solar-energy.pdf
    1.6 مگایابت · بازدیدها: 0
آخرین ویرایش:

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
همه پیشرفت‌های بزرگ سلول‌های خورشیدی

همه پیشرفت‌های بزرگ سلول‌های خورشیدی

همه پیشرفت‌های بزرگ سلول‌های خورشیدی
(از سال ۱۹۷۵ تا کنون)


مرکز ملی فتوولتائیک (NCPV) که قسمتی از آزمایشگاه انرژی‌های تجدیدپذیر ملی (NREL) در آمریکا است، نموداری را فراهم کرده است که نشان دهنده‌ی رکوردهای بازده ثبت شده از تمامی تکنولوژی‌های خورشیدی-شامل فیلم نازک، سلول‌های تک پیوندی و چند پیوندی، سلول‌های ارگانیک، سلول‌های نقطه کوانتومی و غیره) – می‌باشد. نسخه‌ای که در این مطلب به شما معرفی شده، آخرین نسخه در آ پر یل ۲۰۱۳ می‌باشد.در این نمودار می‌توانید روند پیشرفت بازده سلول‌های خورشیدی مختلف و همچنین اختلاف بازده سلول‌های خورشیدی مختلف با دیگر تکنولوژی‌ها را مشاهده نمایید. البته، اکثر این سلول‌های رکورد شکن برای تولید، احتمالاً بسیار پر هزینه بوده‌اند و مقدار کمی از آن‌ها ساخته شده است بنابراین انتظار نداشته باشد که چنین بازده‌هایی را در نمونه‌ پنل‌های فتوولتائیک تجاری مشاهده کنید ولی این را نیز مد نظر داشته باشید که رکورد شکن‌ها دیروز، محصولات تجاری امروز و فردا برای تولید انبوه خواهند شد پس این تلاش‌ها فقط برای شکست رکورد‌های قبل نیست.
منبع
http://www.nrel.gov
 

EM2

New member
سلام دوست عزیز، بابت اطلاعات جامع دستت دردنکنه ;)
من دنبال ابزاری هستم که بتونم انرژی تولیدشده خورشیدی(هم سیستم فتوولتائیک هم CSP) رو محاسبه کنم، شما نرم افزار یا کتابی رو برای این کار میشناسید؟
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
سلام دوست عزیز، بابت اطلاعات جامع دستت دردنکنه ;)
من دنبال ابزاری هستم که بتونم انرژی تولیدشده خورشیدی(هم سیستم فتوولتائیک هم CSP) رو محاسبه کنم، شما نرم افزار یا کتابی رو برای این کار میشناسید؟
سلام
خواهش میکنم.
تا اینجا که من اطلاع دارم با نرم افزار PVSYSt میشه .. یعنی توی این نرم افزار توع سلول ها رو مشخص میکنیم، مساحت سطح و زاویه تابش خورشید رو میدیدم .. بعد اون به ما میده که در طور شبانه روز چه مقدار به ما برق میده. و حتی نوع باتری و میزان زخیره اون برای تامین نیاز در شبانه روز رو به ما پیشنهاد میده.
 

EM2

New member
نظر میرسه جامع ترین نرم افزار تحلیل PV، نرم افزار PVsyst باشه... همه ی پارامترهای موردنیازو میشه ازش بدست آورد، محیط کاربریشم خیلی سختی نیست. یک ماه هم میشه رایگان باهاش کرد.
تنها ایرادش اینه که تو database اطلاعات جغرافیایی ایران رو فعلن نداره.
مرسی از پوریا بابت معرفی این نرم افزار. ;)
درضمن برای تحلیل توان خورشیدی، تو این وبسایت هم میشه چیزای خوبی پیدا کرد. www.photovoltaic-software.com
 

Similar threads

بالا