انرژی خورشیدی

 

انرژي خورشيدي وسيع ترين منبع انرژي در جهان است. انرژي نوري كه از طرف خورشيد در هر ساعت به زمين مي تابد، بيش از كل انرژي است و ساكنان زمين در طول يك سال مصرف مي كنند. عنوان مثال، نوري كه ساليانه بر يك سايت آزمايشي در آمريكا مي تابد اگر بارندمان 15% به الكتريسته تبديل بشود ، دو برابر انرژي توليدي ساليان ايالات متحده آمريكا خواهد شد. با وجود گسترده بودن اين انرژي، چگالي آن زیاد پايينی است. براي بهره گيري از اين منبع بايد راهي جست تا انرژي پراكنده آن با راندمان بالا و هزينه كم به انرژي قابل مصرف الكتريكي تبديل بشود.

 

روش تبديل انرژي خورشيد به انرژي برق

 

با استفاده از تكنولوژي خاص، انرژي حاصل از نور خورشيد را به انرژي برق تبديل مي كند. اين تكنولوژي ها را به دو دسته مي توان تقسيم كند:

سيستم فتوولتائيك و عموما تجهيزاتي جامد و بي حركت هست  جز در مورد انواع مجهز به سيستم رديابي خورشيد.

 

سيستم هاي گرمايي خورشيد كه از نور متمركز شد خورشيد براي گرم كردن مايع كه بخار آن يك توربين را به حركت در مي آورد، استفاده مي شود.

 

ويژكي هاي انرژي خورشيدي

 

انرژي خورشيدي تمام نشدني است .

انرژي تميزي است و هيچ آسيبي به محيط زيست نمي رساند.

به دليل نبود وجود قسمت هاي متحرك، نگهداري و اتوماسيون آن آسان می باشد.

ظرفيت آن را متناسب با نياز مي توان طراحي كرد.

 

تعریف سيستم ولتائيك

 

بخش مهم يك سيستم فتوولتائيك، پنل فتوولتائيك مي باشد. پنل فتوولتائيك كه در معرض خورشيد قرار مي گيرد، متشكل از سلول هاي فتوولتائيك هست. اين سلول ها از مواد نيمه هادي سيليكوني ساخته شده و پنلي كه 36 واحد  سلول و كه در رديف هاي 6 تايي كنار هم چيده شده و اين پنل روي بام خانه در لس آنجلس واقع در ايالات متحده آمريكا نصب شده می باشد.

سيستم فتوولتائيك شامل تجهيزات ديگر از جمله مبدل براي تبديل جريان مستقيم به جریان متناوب نيز باشد.

 

تعریف عملکرد پنل فتوولتائيك

 

پنل هاي فتوولتائيك از نيمه هادي ساخته شده و با اتصال سيليكون هاي نوع N و P شكل مي گيرد. وقتي نور خورشيد به سلول فتوولتئيك مي تابد، به الكترون ها در آن انرژي بيشتر مي بخشد. با تابش نور خورشيد الكترون در نيمه هادي پلاريزه شده، الكترون منفي در سيليكون نوع N و يون مثبت در سيليكون نوع P به وجود مي آيد و بين دو الكترود، اختلاف پتانسيل بروز كرد و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آن گردد. روش توليد برق در يك سلول فتوولتائيك را نشان مي دهد.

 

 

اندازه توليد انرژي برق به وسيله سيستم فتوولتائيك

 

توليد برق به وسيله يك سيستم فتوولتائيك معمول از 2 تا 50 كيلووات مي باشد. يك سيستم فتوولتائيك كه براي نصب روي بام ساختمان در لوس آنجلس ساخته شده که ظرفيت توان 2 كيلووات، 3600 كيلووات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين توليد انرژي باعث 3/4 تن صرفه جويي در سوخت زغال سنگ براي توليد برق شد و مانع ورود lbs 5000 گاز به اتمسفر گردد. يك سيستم PV ديگر كه با ظرفيت 10 كيلو وات دره تنسي در ايالات متحده آمريكا نصب شده، به طور متوسط در حدود 16500 كيلو وات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين ميزان انرژي بيش از نياز مصرف برق يك خانه متوسط در ايالات متحده می باشد.

 

انتخاب سايت خورشيدي برای نصب پنل فتوولتائيك

 

سايت  بايد با معيارهاي لازم فيزيكي هم خواني داشته باشد، از جمله اين كه جهت آن  رو به جنوب باشد، به خوبي در معرض آفتاب قرار داشته باشد آفتاب گير باشد و فضاي لازم و همچنين ساختار مناسب براي نصب پنل هاي فتوولتائيك داشته باشد.

 

آيا سيستم فتوولتائيك ،مداوم الكتريسيته توليد مي كند؟ در شرايط ابري و آب و هواي سرد چه؟

 

توليد برق به وسيله سيستم هاي PV به فصل بستگي ندارد، اما در طول شبانه روز از ساعات اول صبح تا غروب مي توانند برق توليد كند. پيك توليد آن ها در ساعات ظهر باشد.

 

واحد فتوولتائي در صورت ابري بودن هوا نيز مي توان برق توليد كند، هر چند خروجي آن كاهش مي يابد. در يك روز  ابري كم نور، يك سيستم فتوولتائيك ممكن است 5 تا 10 درصد نور خورشيد در روزهاي عادي را دريافت دارد، به خروجي آن نيز به همان ميزان كم خواهد شود.

 

پنل هاي خورشيدي در دماي پايين تر، برق بيشتر توليد مي كند. اين تجهيزات هم چون ساير دستگاهها الكتريكي در صورتي كه هوا خنك باشد، بهتر كار مي كند. البته سيستم هاي PV در روزهاي زمستان كم تر از روزهاي تابستان انرژي توليد مي كند كه علت آن نه برودت هوا، بلكه كاهش ساعات روز و پايين تر بودن زاويه تابش خورشيد می باشد.

 

آسيب پذير بودن دستگاه فتوولتائيك

 

پنل خورشيدي طوري ساخته شده كه در برابر همه سختي محيط مثل سرماي شديد قطبي، گرما بيابان، رطوبت استوايي و باد با سرعت بيش از 125 مايل در ساعت مقاومت مي كند. با اين حال جنس اين وسايل از شيشه بود و در اثر ضربات سنگين ممكن است بشكند.

 

بهره گیری سيستم هاي فتوولتائيک براي استفاده از انرژي خورشيد در سطح جهان

 

استفاده از انرژي خورشيد به عنوان يك منبع به دليل ويژگي ها كه ذكر شد، كامل فراگير شده و شركت هاي متعددي در كشور مختلف نسبت به نصب اين سيستم ها اقدام كرده و كار بهينه سازي اين سيستم ، هم چنان ادامه دارد.

 

آب و برق لس آنجلس در نظر دارد برنامه را براي نصب سيستم برق خورشيدي روي سقف ساختمان اين شهر به مورد اجرا گذارد. به موجب اين طرح تا سال 2010 ، 100000 سيستم فتوولتائيك روي سقف ساختمان مسكوني و تجاري نصب خواهد شد. اين سيستم ها در اتصال با شبكه كار مي كند. طبق اين برنامه، هر ساختماني برق خويش را تأ مين كرد. در صورتي كه ميزان توليد برق ساختمان كمتر از نياز مصرف آن باشد و همين طور در شب، كمی برق از سوي شبكه سراسري جبران شود و بر عكس اگر ساختمان بيش از مصرف خود برق توليد كند، اين انرژي اضافه به شبكه برق جاري خواهد شد. اداره آب و برق لوس آنجلس براي نصب سيستم هاي خورشيد روي بام ساختمان شرايطي به قرار زيراست :

 

ساختمان يك طبقه و سقف آن تخته كوب شده باشد.

عمر ساختمان كمتر از 10 سال باشد.

فضاي آزاد آن حداقل 300 متر مربع و شيب سقف آن بين 10 تا 25 درجه باشد.

ترجيحی طرف شيب بام ساختمان به جنوب يا جنوب غربي بوده و در ساعات بين 11قبل از ظهر تا 4 بعد از ظهر سايه نخورد.

 

در ايالت تنسي آمريكا نيز اقدام به استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع  انرژي سبز شده  است. براي نمايش توليد برق خورشيد و به  جهت تشويق مشتركين خود برای مصرف از آن در سايت انرژي خورشيدي، يكي در موزه علوم كامبرلند و ديگري در يك گردشگاه توريستي در داليورد داير كرده و سابت مستقر در مزه كامبرلند را نشان مي دهد.

 

 

 

اندازه انرژي توليد شده در سايت كامبرلند روز/m /Kwh 7/5 مي باشد. ميزان انرژي توليد شده در اين سايت، 146 كيلو وات ساعت و ظرفيت توليد آن Kwac 25 است. ميزان انرژي برق توليدي در اين سايت در منحني توان دريافتي از خورشيد و توان توليد شده توسط سايت انرژي

 

خورشيدي مستقر در موزه كامبرلند در ايالت تنسي آمريكا

 

تحقيق در زمينه كاربرد عمل سيستم برق با استفاده از پنل  فتوولتائيك به صورت متصل در شبكه برق اكيناواي ژاپن نيز ادامه  و اين تحقيقات شامل بررسي ويژگي هاي عملكرد سيستم و تأثير باتري بر شبكه و همين طور راندمان برق رساني شبكه باشد. در مياكو، مصرف برق به هنگام شب، تقريبا با پيك روز برابر است  از انرژی خورشيدي براي تامين بخشي از نياز برق روزانه بطور مستقيم و برق شبانه از طريق باطري استفاده مي شود. توليد برق خورشيد را در سيستم برق مياكو در ژاپن نشان مي دهد.