توضیح تکنولوژی جاری خورشیدی

[* v e n o o s * مهمان]

از آنجائیکه انرژی خورشیدی جزء پیوسته ای از زندگی روزانه در روی کره زمین است، بشر از طلوع عصر تکنولوژی سعی کرده است که توان این انرژی را برای اهداف مفید مهار نماید. روش های فنی گوناگونی بوجود آمده و تکمیل شده اند و طرحهای بسیاری با درجات موفقیت متفاوت آزمایش گردیده اند و صنایع جدید و اقتصادی تاسیس گردیده اند. اگر چه که هدف ما در این بخش بحث مبسوطی از این روشهای تکنیکی نیست ( زیر که مراجع عالی بیشماری در این مورد موجود دارند که گزارش کمیته انرژی خورشیدی WEC در سال ۱۹۸۹ و کتاب نیروگاه های خورشیدی از winter از آنجمله اند امابایستی بازنگری مختصری از اساس این موضوع، وضعیت فعلی و آهنگ پیشرفت آن انجام گیرد و درس های مبهمی که در این فرآیند آموخته شده اند، شناخته شوند. در این بخش نگرش کلی ای از تکنولوژی های مختلف و وضعیت توسعه آنها عرضه می شود و پایه ای برای بحث ایجاد می گردد.

 

بحث بر مبنای گروه های تکنولوژی ترتیب داده شده است و شامل بحث در مورد کاربردهای مربوطه هر تکنولوژی نیزمی گردد. جدول ۳-۲ کلیاتی از مشخصات فنی مهم هر یک از گروه ها و همینطور موقعیت فعلی صنایع تولیدی موجود را نمایش می دهد. در مورد هر یک از انواع تکنولوژی ها، مثال مشخصی از یک سیستم کامل بکار گرفته شده است تا هزینه محاسبه شده و ارقام معرف کارآئی سیستم بدست آیند و هرجائی که لازم بوده است بجای یک رقم، دامنه ارقام داده شده است تا اندازه تغییرات مورد انتظار نشان داده شود. برخی از اعدات تخمینی هستند و بر پایه بهترین اطلاعات در دسترس تخمین زده شده اند.

 

 

 

سیستم های حرارتی خورشیدی

 

این گروه سیستم هائی را در بر می گیرد که بر پایه گردآورنده های حرارتی با دمای پایین عمل می نمایند. این سیستم ها ازمنبع خورشیدی برای مصرف نهایی حرارتی استفاده می کنند.

 

 

 

گردآورنده های تخت

 

از این نوع گردآورنده خورشیدی بیش از هر نوع گردآورنده خورشیدی دیگر استفاده می شود. عنصر اصلی آنها یک ورق است که بوسیله تابشی کلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خورد را به یک سیال جذب کننده حرارت که در حال جریان است منتقل می کند. این سیال معمولا آب یا هوا است. رنگ این ورق همیشه تیره است و ممکن است که دارای پوشش خاصی باشد که ضریب جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر برساند. از ورق های لاستیکی، پلاستیکی و فلزی برای خروجی هائی با دمای فزاینده استفاده می شود. ممکن است که ورق تنها تشکیل دهنده گردآورنده باشد امابرای رسیدن به دمای بالا معمولا ورق را در داخل یک جعبه عایق شده که روکش شفاف آن دارای کارآیی بالایی است قرار می دهند تا از اثر گلخانه ای استفاده شود. تابش مرئی خورشید از طریق این پوشش نیمه شفاف وارد می شد ولی جزئی از تابش طول موج بلندتر مادون قرمز که بوسیله ورق حرارت دیده داخل جعبه ساطع می شود در درون جعبه به دام می افتد و نمی تواند خارج شود.

 

 

 

کاربردهای سیستم

 

سیستم معمولا دارای یک بخش ذخیره است تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نماید. اگر سیال سیستم یک مایع باشد که بخش ذخیره یک مخزن عایق دارا است و اگر سیال هوا باشد از مقداری سنگ یا بتون استفاده می شود که این راه حل جاگیر است و موادی که تغییر فاز میدهند راه حل بهتری بحساب می آیند اماحتی با این مواد پیشرفته هنوز هم ذخیره کردن حرارت برای مدتهای طولانیعملی نیست و در نتیجه سیستم های حرارتی خورشیدی از سیستم های ثانویه ای که با انرژی فسیلی کار می کنند بعنوان مکمل سیستم استفاده می کنند.

 

در سیستم های تک گردآورنده ازگردش طبیعی بر پایه اثر اختلاف دما بین گردآورنده و بخش ذخیره استفاده می شود، اما در سیستم های بزرگتر به گردش اجباری تحت فشار با کمک پمپ یا فن نیاز است اینگونه سیستم ها اغلب برای گردش سریع و ثابت سیال که بوسیله اختلاف دمای بین بخش ذخیره و گردآورند انجام می گیرد، اما سیستم های جدید متناسب با گردش کند و متغیر سیال که متشابه تابش خورشیدی انجام می گیرد ساخته شده اند و بدین ترتیب از کارآئی بیشتر و هزینه کمتری برخوردار هستند. این شیوه طبیعی برای عملکرد سیستم های اختلاف دمائی کوچک است و در سیستم های بزرگتر با کمک پمپ های سرعت متغیر و فن هائی که با انرژی یک مدول کوچک فوتوولتائی تغذیه می شوند انجام می گیرد.

 

سیستم های گرما خورشیدی بیشتر برای گرمایش اب بطور تجاری بکار می روند. استخرهای شنا یا آب مصرفی خانه های ویلائی، آپارتمانی، هتل ها یا سایر ساختمان ها در بخش های خدماتی یا تجاری به آسانی می توان با کمک انرژی خورشیدی گرم نمود و این کار با زمان بازپرداخت کوتاه سرمایه گذاری انجام می گیرد. با استفاده از یک راندمان سالیانه میانگین ۴۰% تنها به ۲ متر مربع سطح گردآورنده نیاز هست تا ۸۰% تقاضای برای آبگرم یک خانواده در شرایط آب و هوای مدیترانه ای تامین شود. در نواحی ای که از هوای آفتابی کمتری برخوردار هستند به سطح گردآوری بزرگتری (اماهنوز متعادل) نیاز خواهد بود.

 

این سیستم ها هم چنین می توانند بخش بزرگی از تقاضا برای گرمایش فضای ساختمان را تامین کنند لکن سطوح بزرگتری برای گردآوری انرژی خورشیدی مورد لزوم خواهد بود که بلحاظ زیبائی ساختمانها و جنبه های اقتصادی زیان بار خواهد بود. موفقیت های تجاری تنها در بخش های با گرمایش کمتر خورشیدی و بدون ذخیره حاصل شده است. بنابر این صرفه جوئی در انرژی به سه طریق بدست می آید ( با گرم کردن هوا، کاهش اتلاف حرارتی هوا از دیوارها و با مخلوط کردن هوا در ساختمان های جدیدی که از عایق بندی بهتری برخوردار هستند ازنسبت هزینه به کارآئی کم تری در مقایسه با ساختمان های معمولی سود می برند.

 

گرمائی که از گردآورنده های گرمای خورشیدی بدست می آید را می توان با تامین انرژی مدارهای پمپ حرارتی جذبی یا امثالهم بمنظور تامین سرمایش فضای ساختمان ها بکار برد. با استفاده از دمای بالائی که در گرآورنده های متمرکز کننده بدست می آید آسانتر می توان مورد بالا را به اجرا در آورد ولی قیمت بالاتر این گردآورنده ها و هزینه افزوده و پیچیدگی دستگاههای سرمایش باعث شده است که هنوز یک بازار تجاری برای سیستم هاشکل نگرفته باشد. تحقیقات اکنون درجهت افزایش کارآئی سیستم های خنک کننده است تا امکان استفاده از گردآورنده های تخت را که ارزان تر می باشند فراهم می آورد.

[* v e n o o s * مهمان]

گرمای فرآیندی برای صنایع

 

این یکی دیگر از کاربردهای ممکن برای سیستم های گرما خورشیدی است. گردآورنده های تمرکزی طیف وسیع تری از کاربردهای بالقوه در این زمینه را در مقایسه با گردآورنده های تخت فراهم می کنند زیرا این گردآورنده ها دمای بالاتری را تولید می کنند. اما صنایع بسیار انرژی بر هستند و عدم فضای کافی برای نصب گردآورنده های خورشیدی اغلب یک مانع رفع نشدنی است. همانند کاربرد گرمایش فضا که قبلا به آن اشاره شد در این مورد هم موفقیت تجاری محدودی کسب گردیده است آنهم فقط با سیستم هائی که ذخیره ندارند و برای تامین بخش کوچکی از بار حرارتی مورد نیاز فرآیند تولید، طراحی شده اند.

 

سیستم های گرما خورشیدی هم چنین می توانند گرمای فرآنیدی مورد نیاز کشاورزی را تامین کنند. گلخانه ها میتوانند برداشت محصول را بطور قابل توجهی افزایش دهند و فصل رشد گیاهان را در اب و هوای سرد طولانی تر نمایند. خشک کردن با کمک خورشید کیفیت محصولات را افزایش داده و باعث می شود که محصولات از عمر ذخیره طولانی تری پیش از فساد پیدا کنند و بدین ترتیب ارزش بازاری بالاتری را طلب نمایند. هر دو تسهیلات گلخانه ای و خشک کنی را می توان به آسانی با کمک تابش مستقیم خورشیدی فعال نمود اما افزودن گردآورنده های ( هوا ) تخت باعث خواهد شد که از بخش بمراتب بزرگتری از انرژی خورشیدی استفاده شده و عملیات مستقل تری از شرایط هوا داشته باشیم. این سیستم ها امکانات بالقوه فنی قابل توجهی را در اختیار می گذارند اما مقدار محدود سرمایه ای که در بسیاری از نواحی روستائی در دسترس است باعث محدودیت عمده ای در گسترش بازار بای این سیستم ها شده است.

 

با ورود گردآورنده های تخت مجهز به سیال کند و متغیر، کنترل سیستم احتمالا با بحال به تکامل تمام رسیده است. اما r&d بر روی مواد پیشرفته هنوز ادامه دارد بطوریکه در آینده گردآورنده های الیاف پلیمری و ترکیبی به درجه ای از کارآئی می رسند که امروزه تنها از گردآورنده های فلزی بر می آید. کاهش هزینه ها یا تولید انبوه مواد جدید براحتی میسر است بطوریکه اگر بازار نسبتا بزرگی شکل پیدا کند آنگاه قیمت های پائین تر ممکن خواهند شد.

 

محدودیت عمده ای که توسعه بازار با آن روبروست سرمایه گذاری مورد نیاز برای سیستم خورشیدی است. حتی با اینکه قیمت های کنونی انرژی های معمولی پایین هستند، باز هم زمان های بازپرداخت سرمایه فقط در چند سال معمول می باشد. اگر چه از این زمان بسیار کوتاهی برای بازپرداخت سرمایه، برای یک شرکت تولید انرژی محسوب می شود ولی اغلب برای مشتریان فردی بالقوه، زمانی طولانی تلقی می شود.

 

 

معماری خورشیدی

 

در معماری خورشیدی ساختار یک ساختمان شامل یک سیستم گردآوری انرژی خورشید و یک سیستم ذخیره و توزیع انرژی که در نتیجه برای ساکنین ساختمان آسایش حرارتی و روشنائی طبیعی تامین می نماید، می گردد. گرمایش فضای درونی ساختمان از طریق ورود انرژی خورشیدی از پنجره های بزرگ یا فضای خورشیدی و یا از طریق گردآورنده های حرارتی که با بام یا نمای ساختمان یکپارچه هستند بدست می آید. سرمایش فضای درونی بوسیله سایبان ها، تجهیزات تهویه و خنک کننده های تبخیری، تابشی یا جریان هوای خنک – تازه سطحی انجام می گیرد. روشنائی طبیعی با استفاده از هدایت نور خورشید از طریق کانال های ویژه به عمق ساختمان انجام می گیرد.

 

بیشتر کارهای اولیه در زمینه معماری خورشیدی برای گرمایش فضای خانه های خصوصی با اتکای مطلق به انتقال طبیعی گرما انجام گرفته است. بنابر این واژه خورشیدی غیر فعال برای این سیستم ها ابداع وهنوز بکار برده می شود. اما بسیاری از طرح های امروزی متکی به کنترل های الکترونیکی و یا حتی گردآورنده های خورشیدی فعال هستند تا توزیع گرما بهتر انجام گرفته و انرژی خورشیدی بیشتری جمع آوری شود.

 

با توجه به اینکه تکنیکهای ساختمانی از منطقه به منطقه خیلی متفاوت هستند، و نیازهای نسبی گرمایش، سرمایش، و نورگیری در روز بشدت تحت تاثیر هوا قرار دارد. طراحی معماری خورشیدی مناسب تمایل به تاثیر پذیری از شرایط خاص محل را دارد. با وجود این می توان اظهار نمود که هزینه افزایشی جهت استفاده از طراحی کاملا غیر فعال در مناطقی که دیوارها و پارتیشن های با جرم زیاد از قبیل بتون و آجر مرسوم است، حداقل می باشد. هزینه شیشه های بزرگ با کارآیی زیاد که درمقابل آفتاب قرار دارند ( با سایبان درست و امکانات تهویه عرضی جهت اجتناب از گرمایش بیش از حد در تابستان ) تا حدودی توسط سطح کاهش یافته دیوارهای خارجی جبران می شود، و بخشی ازجرم حرارتی ساختمان می تواند بسادگی از طریق تهویه به ذخیره حرارت تبدیل گردد بدین صورت که حرارت خورشیدی زمستانی برای استفاده در شب ذخیره می شود و هوای شب خنک تابستان برای استفاده در روز ذخیره می گردد.

 

لذا با طراحی خوب می توان بار حرارتی سالیانه را درنواحی سرد و آفتابی به میزان ۸۰% و در نواحی ابری تر به میزان ۵۰% کاهش داد. برای دستیابی به همان میزان گرمایش خورشیدی در ساختمانهای سبک،‌گردآورنده های حرارتی خورشیدی همراه با ذخیره مربوطه لازم است، که هزینه بیشتری را در بر دارد. استراتژی صحیح سایبا ن و تهویه در ساختمان هی با جرم حرارتی زیاد می تواند ۸۰% از بار سرمایشی سالیانه را اگر شبها به اندازه کافی خنک باشند کاهش دهد، اما درغیر اینصورت تکنولوژی های پیچیده تری بر مبنای تبخیر آب با تونلهای خنک کننده زیرزمینی، نیز مورد نیاز می باشد، نور دهی در روز که از طریق شیشه های بزرگ با راندمان بالا حاصل می شود سبب صرفه جوئی اندک انرژی در منازل می گردد اما می تواند برای دفاتر که کاهش نیاز به نور حاصل از الکتریسیته در کاهش بار سرمایشی اثر دارد، بسیار مهم است.

 

معماری خورشیدی ساده، که صرفا بر مبنای شیشه های با راندمان بالا و عایق حرارتی خوب ساختمان می باشد، بطور تجاری توسط برخی از معماران مورد استفاده قرار می گیرد و اغلب بدان بصورت صرفه جوئی در انرژی نگریسته می شود. این درست است زیرا میتوان در ساختمانهای موجود با چنین اقداماتی حدود ۲۵% در انرژی صرفه جوئی نمود. اما میزان بالاتر نقش خورشید اشاره شده در بالا فقط می تواند در ساختمانهای جدید که به دقت طراحی شده اند حاصل گردد، و مدلسازی کامپیوتری نورگیری و حرارت یک وسیله اساسی دربهینه کردن کارآیی ساختمان می باشد. تعدادی نرم افزاهای کامپیوتری ارائه شده اند، اما یک برنامه معتبر و جامع و ساده برای استفاده هنوز موجود نیست و این مانع اصلی در توسعه وسیع تر طراحی معماری خورشیدی می باشد. علاوه بر آن فقدان آگاهی عمومی که چنین طراحی هایی می تواند منجر به ساختمانهای با نیاز خیلی کمتر به انرژی شود که درعین حال مکان لذت بخش تری برای زندگی و کار هستند، نیز وجود دارد.

 

در جوامعی که قبلا مرحله صنعتی را پشت سر گذارده اند،‌مصرف انرژی ساختمان ها خیلی چشمگیر است. بنابر این مشکل معماری خورشید می باید حل گردد، زیر یک پتانسیل واقعی را برای بهبود محیط ارائه می دهد. و این پتانسیل حتی میتواند افزایش یابد مشروط به آنکه توسعه تکنولوژی پیشرفته که در حال حاضر در دست انجام است موفقیت آمیز باشد و به تولید تجاری منتهی گردد. مواد عایق شفاف، ذخیره با استفاده از تغییر فاز در حالت جامد، لوله های نوری، و شیشه های باکنترل الکتروکرومیک ، ترموکرومیک یا هالوگرافیک ( جهت کنترل مستقل حرارت و نور بصورت مطلوب در هر دو جهت ) ممکن است در آینده مورد استفاده قابل ملاحظه ای داشته باشد. بعنوان مثال ساختمانهای با انرژی صفر در کشورهای توسعه یافته.

[* v e n o o s * مهمان]

سیستم های حرارتی – برقی خورشیدی

 

این گروه به سیستم هائی اتلاق می شود که از گردآورنده های حرارتی برای استفاده از منبع خورشیدی عمدتا یا انحصار برای تولید الکتریسیته از طریق یک چرخه ترمودینامیکی استفاده می کنند. این عمل با استفاده از گردآورنده های کم دما میسر است اما عمدتا بوسیله گردآورنده های خطی یا دایره ای با دمای بالاتر صورت می گیرد.

 

اگر قرار باشد که سیکل ترمودینامیکی بوسیله یک گردآورنده خورشیدی کم دما تغذیه شود به یک مایع آلی با نقطه جوش پائین نیاز خواهد بود. اما راندمان پائینی که ناشی از طبیعت سیکل های ترمودینامیکی کم دما است، مانع بهر برداری تجاری از گردآورنده های با تمرکز کم یا تخت است. برای تولید برق از انرژی خورشیدی کم دما تنها در مورد برکه های خورشیدی که بصورت گردآورنده غیر متمرکز کننده و مخزن ذخیره انرژی مرکب عمل می نمایند، امیدی بدست امده است. درنوع گردایان نمک غلظت نمک با افزایش عمق، فزونی پیدا می کند که با غلبه بر شناوری طبیعی آب گرم باعث می شود که دمای بیشتری در عمق ایجاد شود. این سیستم ها ممکن است در نواحی ای که از انرژی دریافتی خورشیدی زیادی برخوردار هستند و در آن نواحی که یک برگه طبیعی وجود دارد یازمین، آب و نمک به وفور وجود داشته و ارزان هستند، کاربرد داشته باشند. آزمایش روی چنین سیستم های نمونه ای در فلسطین اشغالی و چند کشور دیگر انجام گرفته و R&D در زمینه بهبود بخشی به نگهداری مشخصات مطلوب برگه ها در شرایط موجی ( حاصل از وزش باد ) و آلودگی های حمل شده بوسیله باد در جریان است.

 

 

 

متمرکز کننده خطی سهموی

 

متمرکز کننده خطی سهموی، نوع عمده سیستم های تمرکز خطی است که از ردیف های طولانی ای از تمرکزدهنده هایی که سطح مقطع آنها سهمی است تشکیل شده است. پوشش داخلی منعکس کننده انرژی خورشیدی را بر روی یک لوله سیاه که در طول کانون سهمی امتداد یافته و نصب شده است متمرکز می نماید. آنها معمولا بر ری یک سیستم ردگیری تک محوری سوار شده اند که حرکت سمتی و ارتفاعی خورشید را تعقیب می نماید. مایعی مانند روغن ویژه انتقال حرارت در درون لوله کانونی در گردش است که انرژی خورشیدی را جمع آوری کرده اند و آن را حمل می نماید تا از آن برای کاربرد حرارت فرآیندی استفاده نماید یا آنکه از آن در سیکل توربین تولید انرژی بهره گیرد. ایــــن سیستم ها بطور تجاری بوسیله چندین تولید کننده ساخته می شوندو Luz International بزرگترین و سرشناس ترین انها است تمرکز بیشتر این سیستم ها در مقایسه با سیستم های کم دما که قبلا مورد بحث قرارگرفت باعث دمای بالاتر و کارآئی بیشتر می شود لکن دما که قبلا مورد بحث قرار گرفت باعث دمای بالاتر و کارآئی بیشتر می شود لکن نیاز به ردگیری خورشید دارد و تنها از مولفه تابش دریافتی مستقیم استفاده می کند. R&Dهایی که بر روی مواد ارزان تر و افزایش قابلیت اعتماد سیستم و افزایش حجم تولید انجام می گیرد هزینه تولید انرژی بوسیله این سیستم ها کاهش خواهد داد.

 

LUZ از تاریخ تاسیس آن در سال ۱۹۷۹ تاکنون با استفاده از بیش از یک میلیارد دلار سرمایه بخش خصوصی و اعتبارات مالیاتی خورشیدی، این تکنولوژی را بوجود آورده و توسعه داده است و در حال حاضر بیش از Mwe 350 توان تولیدی فعال در جنوب کالیفرنیا را در اختیار دارد. طراحی درچندین مرحله ( نسل )‌صورت گرفته و تکمیل شده است و سیستم های موجود روغن داخل لوله سیاه کانونی را تا ۴۴۰ درجــــه سانتیگراد ( 735 درجه نارنهایت ) گرم می کنند و این لوله کانونی درون یک لوله شیشه ای که بوسیله خلاء عایق شده است قرار دارد. آینه های شیشه ای سهمی شکل از سیستم های کامپیوتری برای ردگیری خورشید استفاده می کنند. یک مولد بخار که بوسیله روغن گرم می شود و یک سیکل بخاری معمولی رانکین که دارای کارآیی بالایی است با سیستم سوپر هیترگازسوز و منبع تامین حرارت پشتوانه برای حصول اطمینان از ظرفیت حداکثر مورد استفاده است. LUZ پیش از اعلام ورشکستگی در سال ۱۹۹۱ مشغول توسعه یک گردآورنده که مستقایما با بخار خنک می شد و همچنین طراحی تسهیلات خورشیدی برای شماری از دیگر کشورها بود.

 

با ایجاد تمرکز در دو محور به جای یک محور، گردآورنده های مدور می توانند به تمرکزها و دماهای بالاتری در مقایسه با گردآورنده های خطی دست یابند. شدت انرژی حداکثری که در این سیستم ها بدست می آید با سیستم های احتراقی معمولی قابل مقایسه است و می توانند در کاربردهای مشابه بسیاری به کار گرفته شوند.

[* v e n o o s * مهمان]

بشقابک سهموی

 

یک نوع مدولی از گرآورنده ها تحت عنوان بشقاب سهموی یک سطح فضایی است که از دوران یک سهمی بوجود می آید و کانون آن یک نقطه است. برای اینکه چنین سیستمی کاملا موثر باشد لازم است که این گردآورنده تمام مدت بطرف خورشید نشانه گیری شود و در نتیجه به مکانیسم ردگیری دو محوری نیاز دارد. انرژی حرارتی را می توان با کمک یک سیال مناسب در ناحیه کانونی جمع‌ آوری کرد و این انرژی را یا به یک سیکل ترمو دینامیکی جدا از گردآورنده منتقل نمود و یا اینکه در یک موتور کوچک ( در حدود Kwe 25 که در پشت نقطه کانونی سوار می شود،‌بکار برد. موتورهای استرلینگ نیز برای این کاربرد تحت توسعه بوده اند و موتورهای رانکین و برایتون هم برای این کاربرد ارزیابی شده اند. نمونه های کامل این سیستم های گردآوری – الکتریکی ساخته و آزمایش شده اند . ترکیب گردآورنده – استرلینگ با راندمان تبدیل نور خورشید به برق از قرار تقریبا ۳۰% درتحت شرایط واقعی ساخته و آزمایش شده اند. به R&D بیشتر در زمینه موتور استرالنیگ، مبدل های حرارتی کانونی و سطوح بازتابنده ارزان قیمت نیاز هست تا بتوان کارآئی دراز مدت و توجیه اقتصادی سیستم را افزایش داد.

 

دریافت کننده مرکزی، معادل یک بشقابک بزرگ سهموی است. مجموعه ای از آینه هائی که هر یک بطور جداگانه انرژی خورشید را منعکس و متمرکز می کنند هلیوستات نامیده می شوند. انرژی توسط یک مبدل حرارتی که در روی یک برج نصب شده است و گیرنده نامیده می ود جذب می شود. یک کامپیوتر هر یک از هلیوستات ها را طوری کنترل می نماید که زاویه بین خورشید و گیرنده راهمیشه نصف می کند. اندازه و درجه حرارت این سیستم ها به آسانی با بویلر های بخار صنعتی و نیروگاهی قابل قیاس هستند. این سیستم ها تا معادلMwe 200 با ضریب ظرفیت سالیانه ۵۰% و با دستگاههای تولید قدرت معمولی قابل استفاده هستند. یک نیروگاه نمونه Mwe10 که از بخار / آب بعنوان سیال ناقل حرارت استفاده می کند ساخته و آزمایش شده است و چندین تاسیسات کوچکتر دیگر هم ساخته شده اند. اجزاء نمونه برای سیستم های نسل دوم که بر پایه نمک مذاب نیترات پتاسیم / سدیم بعنوان سیال ناقل حرارت بنا شده اند نیز ساخته و آزمایش شده اند. R&Dدر زمینه گیرنده های پیشرفته و جنس مواد ذخیره و همچنین سطوح بازتابنده ادامه دارد. طرحی برای گنجاندن تکنولوژی نسل دوم ( نمک ) در یک نیروگاه نمونه با ظرفیت Mwe 10 درحال حاضر در دست است.

 

دودکش خورشیدی

 

یک سیستم بمراتب ساده تر ولی با کارآئی بمراتب کمتر سیستم دودکش خورشیدی است. مجموعه دایره ای هلیوستات ها را با یک ناحیه دایره ای زمین که پوشش شیشه ای دارد و برج گیرنده مرکزی را با یک دودکش که یک توربین بادی در آن قرار دارد جایگزین می نمائیم. هوائی که در زیر شیشه بوسیله خورشید گرم می شود توسط دودکش کشیده می شود و در اثر این جریان توربین، ژنراتور را به گردش وا می دارد. یک نمونه Kwe 100 در اسپانیا ساخته شده است.

 

انرژی حرارتی که بوسیله برکه های خورشیدی تولید می شود را می توان از طریق خطوط توزیع ناحیه ای بر گرمایش و سرمایش فضای ساختمانی بکار برد. از دمای بیشتری که توسط متمرکز کننده ها ایجاد می وشد می توان برای گرمای فرآیندی در صنایع همراه یا ذخیره حرارتی در مخزن استفاده نمود. اگر کمبود جا یک محدودیت به حساب نمی آمد، این سیستم ها می توانستند تا ۸۰% بار گرمائی را در نواحی بسیار افتاب خیز و تا ۵۰% همین بار را در نواحی ای که شرایط هوا نامساعد تر است تامین نمایند، همراه با انرژی معمولی پشتیبان جهت تامین بقیه بار، اما قیمت انرژی گرمائی کمتر از قیمت انرژی برقی است و بنابر این یک بازار تجاری هیچگاه برای این نوع انرژی شکل نگرفته است. سقوط قیمت نفت که بدنبال بحران نفت صورت گرفت حتی باعث جلوگیری از موفقیت تجاری سیستم هائی شده است که انحصارا برای تولید الکتریسیته طراحی شده اند. سیستم سهموی خطی تنها تا زمانی دوام آورد که اعتبارهای مالیاتی خورشیدی دوام آوردند و سیستم های گردآورنده دایره ای هنوز از مرحله نمایشی گذر نکرده اند. تا زمانیکه قیمت انرژی همینطور پائین باقی بماند، گردآورنده مدور و خطی با شار فوتونی بسیار زیاد تنها در کاربردهای سم زدائی ممکن است بکار آیند ( سیستم های گرما شیمیایی و نور شیمیایی ).

[* v e n o o s * مهمان]

سیستم های فوتو ولتائی

 

سیستم های فوتو ولتائی که در اصل برای کاربردهای فضایی ابداع و تکمیل شده بودند انرژی نوری را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی (( اثر فوتوالکتریک )) است که اولین بار بوسیله اینشتین توضیح داده شده که نور باعث می شود الکترون ها از ماده جدا شوند. مکانیسم های فوتوولتائی – سلول های خورشیدی – کریستال های صافی هستند که از لایه های نازک از جنس نیمه هادی ای ساخته شده اند که خصایص الکترونیکی متفاوت دارند و این امر بموجب پیدایش میدان های الکترونیکی قوی درون آنها می شود. هنگامی که نور وارد کریستال می شود، الکترون هائی که بوسیله نور تولید می شوند بوسیله این میادین جدا می شوند و اختلاف پتانسیلی بین وجوه بالائی و پائینی سلول بوجود می آید. در صورتیکه مدار کامل شود آنگاه این اختلاف پتانسیل جریان مستقیمی را بوجود می آورد.

 

برای حفاظت سلول ها در برابر محیط، سلول های فوتو ولتائی به یکدیگر متصل شده و بصورت مدول در آورده می شوند. مدول هائی که در روی یک صفحه نصب شده و از زاویه و جهت صحیح برای حداکثر گردآوری فصلی و سالی به آنها داده شده و پانلpv یا شبکه pv نامیده می شوند. پانل های تک مدولی یا مجموعه های عظیم شبکه های pv قابل تشکیل هستند و ولتاژهای dcمتفاوتی را که با کمک تبدیل کننده های الکترونیکی حالت جامد به هر ولتاژdc یاac مطلوبی قابل تبدیل می باشند، تولید می نمایند. یک سیستم pvنوعی معمولا شامل باتری های ذخیره الکتروشیمیائی برای کاربردهای مستقل می شود.

 

توسعه pv برای کاربردهای زمینی در زمان اولین بحران نفت در دو جهت خیلی متفاوت آغاز گردید. یکی در جهت تکنولوژی های تمرکزی است که درآن کاهش هزینه ها بوسیله جایگزین سطحpv بوسیله سطح عدسی صورت می گیرد و دیگری در جهت کاهش هزینه های مدول های pv با استفاده از ساخت صنعتی با حجم زیاد است.

 

هدف اصلی r&d در تکنولوژی های تمرکزی بدست آوردن راندمان بالاتر است. سلول های سلیکونی با تماس نقطه ای به حداکثر راندمان ۳۰% ای رسیده اند. با رویهم قرار دادن مواد سیلیکونی و گالیمی ( پایه گالیم ) ( با سایر مواد نیمه هادی مثل فسفیدایندیم ) بمنظور تشکیل سول های چند پیوندی ای که هر یک از لایه های آنها جزء متفاوتی از طیف فرکانسی خورشیدی را جمع آوری می نماید، می تون به ارقام بالاتری برای کارآئی نیز رسید. رکوردی که تاکنون با این روش بدست آمده است ۳۷% می باشد. این سلول ها در مدول های با تمرکز بالا ( در حدود 100) و یا خیل بالا (‌در حدود ۱۰۰۰) که معمولا از عدسی های فرنل ساخته شده اند، قرار داده می شوند. کارآیی سلولی همراه با افزایش دمای سلول کاهش می یابد و تمرکز کننده خیلی قوی به سیستم خنک کننده فعال نیاز دارند که این خود بعنوان یک منبع انرژی گرمائی کم دما قابل بهره برداری است. به سیستم های ردگیری دو محوری بسیار دقیق نیاز است تا کانون را بر روی سلول ها نگهدارد و همچنین پیشنهاد شده است که این سلول ها را بر روی برج گیرنده تابش مستقیمی که توسط مجموعه هلیوستات ها منعکس شده است، نصب گردد.

 

این خیلی به سیستم حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی شبیه است، ام سیستم های pv با تمرکز بالا در واقع به دو طریق به این سیستم شبیه هستند: پیچیدگی مکانیکی این سیستم ها را تنها برای نیروگاههای مرکزی مناسب می سازد و عدم توانایی آنها در استفاده از تابش افقی پراکنده این نیروگاهها را بالقوه محدود به نواحی می کند که دریافت تابش خورشیدی بسیار زیاد است و اگر نه از درجه کارآئی بالائی برخوردارنخواهند بود . و درست مانند تکنولوژی های تولید برق حرارتی خورشیدی هنوز یک بازار تجاری واقعی برای آنها پیدا نشده است.

 

سیستم های pv های با تمرکز کم که بر مبنای تمرکز دهنده های هونوگرافی یا درخشنده غیر مجازی استوار هستند نیز تحت بررسی بوده و توسعه آنها دنبال می شود، در حالیکه شاخه اصلی صنعت pv متوجه تکنولوژی های غیر متمرکزی است تا بازار سیستم های مستقل را که حاضر به تقبل هزینه های بالاتری برای الکتریسیته هستند، تغذیه کند.

 

 

 

تکنولوژی های نسل دوم

 

این تکنولوژی ها مستقیما از تکنولوژی نسل اول قضایی زاده شده اند. هدف نهائی آنها جایگزینی تمام فرآیندهای اولیه بوسیله معادل های صنعتی که با حجم زیاد تولید می شوند،‌است. بعلت اصتفاده از ماسه یا ماده دیگری که غنی از سیلیکون است، مراحل خالص سازی که به سیلیکون های نیمه هادی منتهی می شود می تواند با یک فرآیند ساده تری که منتهی به سیلیکونهای خورشیدی می شود جایگزین گردد. رشد گروهی شمش از یک وان مذاب با رشد پیوسته شمش جایگزین شده است. که بصورت بلوک های مقطع مستطیلی بریده شده و سپس بصورت ویفرهای مستطیلی برش داده می شود. این فرآیند نیز بوسیله فرآیند انجماد بلوکی جایگزین شده است که در نتیجه برش اولیه از شمش به بلوک نیز حذف شده است. با رشد نواری که مستقیما به ویفرهای مستطیلی باریک منتهی می شود این مرحله قبلی را نیز حذف نموده اند. پخش حرارتی در ویفرها برای عمل پیوند و شکل دادن به سطح پشتی، که بصورت گروهی انجام می گرفته است بوسیله پخش حرارتی تفاله ای جایگزین شده است،‌ یا حتی از کاشت یون و باز پخت لیزری که خیلی سریع تر است برای این کار استفاده می شود. تمام عملیات مربوط به تعمیر سطح سلول و ویفر که با مواد شیمیائی انجام می شد بوسیله معادل های پلاسمائی خود جایگزین شده اند. و در نهایت ، مدل سازی سلول ها که قبلا با دست انجام می گرفت اکنون بطور اتوماتیک انجام می گیرد.

 

با کمک طراحی دقیق، تمام فرآیندهای بالا میتوانند موجب افزایش چشمگیر راندمان حداکثرشوند. ارقام بالاتر راندمان با استفاده از مدول های سلول تک کریستالی بدست می آید که تاکنون به رقم ۲۰% دست یافته شده است. اما رشد سریع تر کریستال، کلید اصلی کاهش هزینه هاست و این راهی است که برای تکنولوژی های بلوک ونوار انتخاب شده است.

 

این روش به سلول های چند کریستالی که از حداکثر کارآئی پائین تری بعلت اتلاف در مرزدانه ها برخوردارهستند منج می گردد. اما خنثی سازی با پلاسمای هیدروژن این مکان را بوجود می آورد که به ارقامی نزدیک به ارقام مربوط به تک کریستال نزدیک شویم و تاکنون مدول های کارآمد با راندمان ۱۷% بدست آمده اند.

 

این فرآیندها هنوز تکنولوژی نسل دوم جا افتاده قلمداد نمی شوند،‌ عمدتا بدلیل اینکه هنوز بوفورسیلیکون مناسب نیمه هادی که از صنایع الکترونیک خریداری می شود بکار برده می شود این باعث می شود که بازپرداخت انرژی خورشیدی مورد بحث تقریبا ۱۰ سال طول بکشد.

 

---

کپی رایت توسط ::مقاله دات نت

نوشته شده توسط مهدی ضرابی