انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی
سیستم انعکاسی استرلینگ اداره برق ایالت
آریزونا در آمریکا
به
انرژی تولید شده توسط نور خورشید،
انرژی خورشیدی گویند.
آرایه انرژی خورشیدی در یک مرکز خرید در
آستین، تگزاس
خورشید منبع عظیم
انرژی بلكه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین میگذرد و در هر ثانیه
۲/۴ میلیون تن از
جرم خورشید به انرژی تبدیل میشود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را میتوان بهعنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.
خورشید از گازهایی نظیر
هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهمترین آنها
اکسیژن،
کربن،
نئون و
نیتروژن است تشکیل شدهاست.
میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد میباشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر میشود.
زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول میکشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن میباشد. حتی سوختهای فسیلی ذخیره شده در زمین، انرژیهای باد، آبشار، امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین انرژی دریافتی زمین از خورشید میباشد.
انرژی خورشید به طور مستقیم یا غیر مستقیم میتواند دیگر اشکال انرژی تبدیل شود، همانند گرما و الکتریسیته . موانع اصلی استفاده از انرژی خورشیدی شامل متغیر و متناوب بودن میزان انرژی و توزیع بسیار وسیع آن است.
انرژی خورشید برای حرارت آب، استفاده دینامیکی، حرارت فضایی ساختمانها، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تولید انرژی الکتریسیته مورد استفاده قرار میگیرد .
انرژی فتو ولتیک
انرژی فتو ولتایک
تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طريق یک سلول فتو ولتاتیک (pvs) میباشد، که بطور معمول یک
سلول خورشیدی نامیده میشود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون میشود.
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی ساخته شدهاست. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل میشوند، درست مشابه با طول موجهای متفاوت طيفهای نوری هستند.
وقتی فوتونها به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد میکنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم میکنند .وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا میشوند. (به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرزی فوتون به لایه بالاتر رفته و میتواند از میدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانا حرکت کند.)
رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن باعث میشود سطح جلویی سلول که برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنا براین الکترونها بطور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند.
زمانی که الکترونها موقعیت n را ترک میکنند، سوراخهایی شکل میگیرد. تعداد الکترونها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل میکنند و به طرف جلو سطح سلول پیش میروند، در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی و سطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطبهای مثبت ومنفی یک باطری ایجاد میشود.
وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط میشود، الکتریسیته جریان مییابد.
سلول فتو ولتاتیک قاعده بلوک ساختمان یک سیستم PV است.
سلولهای انفرادی میتوانند در اندازههایی از حدود cm ۱ تا cm۱۰ از این سو به آن سو متغیر باشند .
با این وجود،
توان ۱یا ۲ وات تولید میکند، که برای بیشتر کار بردها این مقدار از انرژی کافی نیست. برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم، سلولها بطور الکتریکی به داخل هوای بسته یک مدول سخت مرتبط میشود .
مدولها میتوانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند.
اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره میکند، اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شده باشد، آن تعداد مدولهای مورد نیاز میتوانند بهم مرتبط شوند برای اینکه اندازه آرایش مورد نیاز (تولید انرژی) را تشکیل دهند. اجرای یک آرایش فتو ولتاتیک به انرژی خورشید وابستهاست .
شرایط آب وهوایی (همانند ابر و مه )تاثیر مهمی روی انرزی خورشیدی دریافت شده توسط یک آرایش pv و در عوض، اجرایی آن دارد .
سلولهای pv که در سال ۱۹۵۴ توسط تحقیقات تلفنی بل bell کشف شد حساسیت یک آب سیلیکونی حاضر به خورشید را به طور خاصی آزمایش کرد .ابتدا در گذشته در دهه ۱۹۵۰،pvs برای تامین انرژی قمرهای فضا در یک مورد استفاده قرار گرفتند.
موفقیت pvs در فضا کار بردهای تجاری برای تکنو لوژی pvs تولید کرد .سادهترین سیستمهای فتو ولتاتیک انرژی تعداد زیادی از ماشین حسابهای کوچک و ساعتهای مچی که روزانه مورد استفاده قرار می گیرد را تأمین می کند.
بیشتر سیستمهای پیچیده الکتریسیته را برای پمپاژ آب، انرژی ابزارهای ارتباطی، وحتی فراهم کردن الکتریسیته برای خانه هایمان فراهم میکنند .
تبدیل فتو ولتاتیک به چندین دلیل مفید است .
تبدیل نور خورشیدبه الکتریسیته مستقیم است، بنابراین سیستمهای تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم نیستند .خصوصیت مدولی انرژی فتو ولتاتیک اجازه میدهد به طور سریع آرایشها در هر اندازه مورد نیاز یا اجازه داده شده نصب شوند .
همچنین، تاثیر محیطی یک سیستم فتو ولتاتیک آب را برای سیستم نیاز ندارد پختن و تولید محصول فرعی نیست .
سلولهای فتوولتاتیک، همانند باتریها، جریان مستقیم (dc)را تولید میکنند که به طور عمومی برای برای راههای کوچکی مورد استفادهاست (ابزار الکترونیک).
وقتی که جریان مستقیم از سلولهای فتوولتاتیک برای کاربردهای تجاری یا لحیم کردن کار بردهای الکتریکی استفاده میشود . راندمان سلولهای فتوولتایک در سال 2010 حدود 17% میباشد و توان آن در تابش مستقیم آفتاب (1000 وات بر متر مربع) به ازای هر متر مربع حدود 170 وات است.
شبکههای الکتریکی بایستی به جریان متناوب (AC)برای استفاده تبدیل کنندهها تبدیل شوند،
Inverterها ابزارهایی هستند که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل میکنند. به طور تاریخی PVS در جاهای دور برای تولید الکتریسیته بکار گرفته شدهاست. با این وجود یک بازار برای تولید از PVS را توزیع کنند ممکن است با بی نظمی قیمتهای تبدیل و توزیع همزمان با بی نظمی الکتریکی توسعه داده شود .
جایگزین ژنراتوهای کوچک مقیاس عددی در تغذیه کنندهای الکتریکی میتوانند اقتصاد واعتبار سیستم توزیع را بهبود بخشد.
تاریخچه :
مهمترین روایتی که درباره
استفاده از خورشید بیان شده داستان
ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم میباشد که
ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید
گفته میشود که
ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینههای کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشتهاست اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیدهاست.
در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمانهای قدیم بودهاست.
با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه
افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدیتری نمایند.