آشنایی با سیستم های فتوولتائیک

[مجید بهره مند 43111]

فتوولتائیک اصطلاحی شامل کلمه photo (با ریشه یونانی به معنی نور) و کلمه volt است . فتوولتائیک علمی است که در مورد تبدیل نور به الکتریسیته و به عبارت دیگر تبدیل فوتون های نوری به جریان الکتریکی می پردازد . به پدیده ای كه در اثر تابش خورشید الكتریسیته تولید كنند پدیده فتوولتائیك و به هر سیستمی كه از این پدیده استفاده نماید، سیستم فتوولتائیك گویند.تبدیل نور خورشید به الکتریسیته توسط سلولهای خورشیدی صورت می گیرد . سلول های خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی هستند که معمولاً جنس آنها ازآلیاژ سیلیکون می باشد.

[TABLE=width: 16]

[TR]

[TD][/TD]

[TD=align: center]

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

نورخورشید از فوتون ها یا ذرات انرژی خورشید ساخته شده است. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند، درست مشابه با طول موج ها متفاوت طیفهای نوری هستند. وقتی فوتونها به یک سلول فتوولتائیک برخورد میکنند، ممکن است منعکس شوند مستقیم ازمیان آن عبور کند و یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند. وقتی که نور خورشیدی کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترونها ازاتم های جسم جدا می شوند ( به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و می تواند ازمیدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانا حرکت کند) زمانی که الکترونها موقعیت را ترک می کنند، سوراخ هایی شکل می گیرد که دراین زمان تعداد الکترون ها زیاد بوده و هر کدام n یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلو سطح سلول پیش می روند، در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت ومنفی یک باطری ایجاد می شود وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می شوند، الکتریسیته جریان می یابد. شرایط آب وهوایی (همانند ابر و مه) تاثیر مهمی روی انرژی خورشیدی دریافت شده توسط یک آرایش الکترونی سلول های خورشیدی دارند. ساده ترین سیستم های فتوولتاتیک انرژی تعداد زیادی از ماشین حساب های کوچک و ساعتهای مچی که روزانه مورد استفاده قرار می گیرد را تأمین می کند. [h=3]تبدیل فتوولتاتیک به الکتریسیته چندین دلیل مفید دارد [/h] تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به روش مستقیم است، بنابراین سیستم های تولید کننده مکانیکی به حجم زیادی لازم ندارند و می تواند همچون هر سرمایه گذاری دیگر و با برنامه ریزی دقیق، سودآور باشد و به شما کمک می کند تا تصمیمات درستی را در جهت کاهش هزینه ها اتخاذ کنید. - خصوصیت ماژولی انرژی فتوولتاتیک اجازه می دهد به طور سریع آرایش ها دراندازه های مختلف و با توجه به سیستم مورد نیاز طراحی و نصب می شود وهمچنین، تاثیر محیطی یک سیستم فتوولتاتیک حداقل است و نیازی به تجهیزات جانبی نگهداری و تعمیرات سیستم ندارد. به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزمهای محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هرسیستمی که از این پدیده ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربرد انرژی های نو می باشند و تاکنون سیستم های گوناگونی با ظرفیت های مختلف که از ( 0.5 وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می شود. از سری و موازی کردن سلولهای خورشیدی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و فتوولتائیک می گویند. امروزه اینگونه سلول ها عموماً Solar Modules موازی شده صفحات خورشیدی ماده سیلیسیم تهیه می شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلول ها هیچ گونه کمبودی در ایران وجود ندارد. سیستم های فتوولتائیک را می توان به طور کلی به دو بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه به توضیح آنها می پردازیم. [h=3]صفحات خورشیدی [/h] این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می باشد. این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده وتوان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده را به شبکه یا باتری، تزریق و کنترل می کند. لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده، با توجه به نیازهای بارالکتریکی و مصرف کننده و نیز شرایط آب وهوایی محلی تغییر میکند. [h=3]:(INVERTER) مبدل الکتریکی [/h] باشد، درصورت AC وDC صفحات فتوولتائیک، مصرف کننده می تواند دو نوع DC با توجه به خروجی ACبا مبدل های الکتریکی یا اینورتر مناسب می توان خروجی خورشیدی را به ،AC وجود مصرف کننده تبدیل نمود. همچنین با آرایش های مختلف صفحات فتوولتائیک می توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توان های متفاوت تأمین کرد که با توجه به کاهش روز افزون ذخایر سوخت های فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاه های اتمی، گمان قوی وجود دارد که درآینده ای نه چندان دور سلوله ای خورشیدی به انرژی برق به عنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوخت های فسیلی و نیروگاه های اتمی توسط بشر بکار گرفته شود.

 

[h=3]مصارف و کاربردهای مختلف سیستم های فتوولتائیک: [/h] روشنایی خورشیدی :

در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد سیستم های فتوولتائیک را در سراسر جهان دارد و سالانه ده ها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد، مانند برق جاده ها و تونل ها، خیابان ها، پارکها و روشنایی کارگاه ها و ویلاها و مجتمع های مسکونی، بخصوص در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، تأمین برق پاسگاه های مرزی که دور از شبکه برق هستند، تأمین برق مناطق شکاربانی و مناطق حفاظت شده که جنبه نظامی دارند. سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی : انرژی مورد نیاز کلیه لوازم برقی منازل شهری و روستایی و مراکز تجاری را میتوان با استفاده از صفحات فتوولتائیک و سیستمهای ذخیره کننده و کنترل نسبتاً ساده تأمین نمود.

سیستم پمپاژ خورشیدی :

سیستم پمپهای فتوولتائیک قابلیت استحصال آب از چاهها، قنوات، چشمه ها رودخانه ها و ... را جهت مصارف متنوعی دارا می باشد.

سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری:

اغلب ایستگاه های مخابراتی و یا زلزله نگاری درمکانهای فاقد شبکه سراسری وسخت گذر و یا در محلی که احداث پست فشار قوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریکی ایستگاه مذکور صرفه اقتصادی وحفاظت الکتریکی ندارد نصب شده اند. - ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیله ای که تاکنون با باطری خشک کار می کرده است که یکی دیگر از کاربردهای این سیستم می باشد. مثلاً ژاپن در سال 1983 حدود 30 میلیون ماشین حساب خورشیدی تولید کرده است که سلول های خورشیدی بکار گرفته آنها مساحتی حدود 20000 متر مربع و توان الکتریکی معادل 500 کیلووات داشته اند.

نیروگاههای خورشیدی فتوولتائیک:

هم زمان با استفاده ازسیستمهای فتوولتائیک دربخش انرژی الکتریکی مورد نیازساختمان ها اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ تر حاصل گردید و همه اکنون دربسیاری از کشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک در واحدهای کوچک و بزرگ و به صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب و راه اندازی شده است.[h=3][/h]