تولید برق با انرژی خورشید

تولید برق با انرژی خورشید

بررسی تولید انرژی برق با استفاده از انرژی خورشیدی

 

چگونه انرژی خورشید به برق تبدیل میشود؟

انرژی خورشیدی منحصر به فرد ترین منبع انرژی تجدید پذیر در جهان است و منبع اصلی تمام انرژی های موجود در زمین می باشد. تولید الکتریسته از انرژی خورشید به دو روش مستقیم و غیر مستقیم صورت میگیرد. در روش مستقیم، انرژی خورشید مستقیماً توسط سلول های خورشیدی تبدیل به الکتریسته می شود که به آن سیستم فتوولتائیک می گویند.

در روش غیر مستقیم، ابتدا انرژی خورشید به انرژی حرارتی تبدیل میشود و سپس از طریق یک سیکل ترمودینامیکی انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی تبدیل می گردد، که به آن سیستم حرارتی خورشیدی گفته می شود.

 

فناوری فتوولتائیک

 

در فناوری فتوولتائیک ، پرتوهای خورشیدی توسط صفحات کوچکی از نیم رساناهای فتوولتائیک، موسوم به »سلول خورشیدی « به الکتریسیته تبدیل می شوند. سلولهای فتوولتائیک به دو شکل صفحه تخت و متمرکزکننده ساخته می شوند. نوع صفحه تخت همان سلولهای خورشیدی رایج است که نور را بی واسطه به نیم رسانا میرساند و به الکتریسیته تبدیل میکند.

ولی سلولهای متمرکزکننده ابتدا نور خورشید را به کمک یک بازتابنده متمرکز و سپس آن را به سمت سلول خورشیدی هدایت می کنند. از اتصال سلولهای خورشیدی با هم یک مدول خورشیدی تشکیل می شود.

همانطور که سلولهای خورشیدی به هم وصل میشوند تا مدولها را بسازند، مدولها هم باید برای ایجاد میزان مناسبی از ولتاژ و جریان، به صورت سری و موازی به هم متصل شوند. واحد ساخته شده به این طریق آرایه خورشیدی نامیده میشود.

اگرچه انواع مختلف سیستم های فتوولتائیک وجود دارد، اما همه ی آنها متشکل از سه جزء اصلی هستند:

مـاژول کـه انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل میکند

مبدل که الکتریسیته را به جریان متناوب تبدیل میکنـد تـا از آن بتـوان در مصارف مختلف خانگی استفاده کرد

و احتمالاً باتری که انرژی الکتریسیته ی اضافی تولید شـده در سیسـتم را ذخیـره میکند.

دیگر اجزای جانبی سیستم عبارتند از: سیمها، سوئیچ برای قطع جریان، سازههای پشتیبانی و غیره. برای استفاده ی مناسب از سیستم های فتوولتائیک باید ساختار و کاربرد این سیستمها بطور دقیق شناسایی شود.

طبقه بندی سیستم های فتوولتائیک از لحاظ کاربری

بطور کلی سیستم های فتوولتائیک با توجه کاربردشان به دو گروه دسته بندی میشوند :

 

• واحدهای فتوولتائیک متصل به شبکه
• واحدهای فتوولتائیک مجزا از شبکه

لازم به ذکر است که کاربری دیگر سیستم های فتوولتائیک به صورت چندگانه میباشـد کـه در ایـن حالـت سیسـتم فتوولتائیک در کنار منابع دیگر مانند توربین باد یا دیزل، تغذیه بار را انجام میدهند.

 

• سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه

به منظور تقویت شبکه ی سراسری برق و جلـوگیری از فشار الکتریکی وارده بـر نیروگـاه هـا در طی روز، استفاده ازسیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه سراسری برق بصورت متمرکز و یا غیر متمرکز از جمله راه حل های این مشکل میباشد. امروزه سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه در بسیاری از کشورهای جهـان در واحـدهای کوچک از1 کیلووات الی 5 کیلووات در بام منازل مسکونی و در واحدهای بزرگتر بهصورت نیروگاه های فتوولتائیک نصب و راه اندازی شده است. از مزایای این سیستم میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

 

• نصب و راه اندازی آسان
• بازدهی بالا و عدم نیاز به تجهیزات جانبی پیچیده عدم نیاز به باتری جهت ذخیره انرژی الکتریکی

 

سیستمهای فتوولتائیک متصل به شبکه ی برق مجهـز بـه سیسـتم ذخیـره بخصوص بـرای خانه های مسکونی و محلهای تجاری کوچک بسیار مناسب هستند، زیرا در این سیستمها از انرژی ذخیره شده برای بارهای حساس ماننـد: یخچال، روشنایی، آسانسور، پمپ های آبرسانی و غیره استفاده میشود.

در شرایط معمولی که شبکه ی سراسری برق دار است، سیستم فتوولتائیک بـرای شـارژ بـاتری و تغذیه ی بـار محلی ، انرژی تولید مینماید و در صورتیکه اضافه تولید داشته باشد به شبکه ی سراسری تـوان تزریـق مینماید و در صورت کمبود تولید، توان مورد نیاز را از شبکه ی سراسری دریافت مینماید.

در هر صورت باتری و یا دیگر ذخیره ساز های انرژی در حالت شارژ کامل به سر میبرند.

 

• سیستم های فتوولتائیک مجزا از شبکه

این نوع کاربرد، بدون نیاز به وجود شبکه سراسری برق قادر به تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده میباشد. در این روش انرژی الکتریکی مورد نیاز با استفاده از پنل های فتوولتائیک، سیستم های ذخیره و کنترل، بعنوان یک واحد نیروگاهی با طول عمر مناسب 30 سال می تواند با قابلیت اطمینان بالا قابل نصب و راه اندازی باشد.

عدم نیاز به سوخت، عدم نیاز به تعمیر و نگهداری و طول عمر مناسب از جمله امز یای این سیستم هاست. تأمین انرژی الکتریکی ایستگاه های مخابراتی و تلویزیونی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و به طورکلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق می باشند.

 

اجزای سامانه های فتوولتائیک

تجهیزات مورد نیاز برای تولید برق از انرژی خورشیدی عبارتند از:

• آرایه ی فتوولتائیک
• سیستم های دنبال کننده ی تابش خورشید اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت ذخیره ساز
• دنبال کننده حداکثر توان

 

سایر تجهیزات 

 

• آرایه ی فتوولتائیک

آرایه فتوولتائیک با اجتماع پانل های فتوولتائیک تشکیل می شود که پانل ها با ماژول های فتوولتائیک ساخته می شوند، ماژول های فتوولتائیک نیز متشکل از سلول های فتوولتائیک است که انرژی خورشید را به برق تبدیل می کنند.

 

• سیستم های دنبال کننده ی تابش خورشید

آرایه های فتوولتائیک به حالت ثابت و یا ردیاب متحرك که بنابر فصل با زاویه ی تابش خورشید خود را تطبیق می دهند، نصب می شوند. البته در برخی موارد آرایه ها به حالت ثابت فصلی نصب می شوند.

• اینورتر یا مبدل الکترونیک قدرت

مبدل وسیله ای است که برق مستقیم را از آرایه های فتوولتائیک می گیرد و آن را به جریان استاندارد متناوب که در منزل به کار می رود، تبدیل می کند و مشخصه های آن مانند ولتاژ و فرکانس را با مولفه های مورد نیاز مصرف کننده مطابقت می دهد.

 

• ذخیره ساز

ذخیره ساز سیستم فتوولتائیک معمولاً از نوع باتری است.

 

• دنبال کننده حداکثر توان

برای استفاده بهینه از انرژی تولید شده توسط پانل فتوولتائیک باید نقطه ای انتخاب شود که بیشترین جریان و ولتاژ را داشته باشد. بدست آوردن نقطه بهینه توسط دنبال کننده حداکثر توان انجام می شود.

 

• سایر تجهیزات

به سایر اجزای سیستم فتوولتائیک ، در اصطلاح تجهیزات متعادل کننده1 اطلاق میشود. این تجهیزات شامل سیستم نصب و سیم کشی هستند تا به واسطه آنها ماژول های فتوولتائیک بتوانند در سیستم الکتریکی خانه یا محل دیگر مورد استفاده قرار بگیرند.

 

مزایا و معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک

 

 برخی از مزایای استفاده از این سیستم ها عبارتند از:

 

• انرژی خورشیدی تجدیدپذیر و نامحدود میباشد.
• لتو ید برق توسط فتوولتائیک هیچگونه انتشار آلاینده زیست محیطی را در پی ندارد.
• ماژول های خورشیدی بدون اتلاف انرژی، نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل مینمایند.
• سیستم های فتوولتائیک دارای اجزاء متحرك نمیباشند به همین دلیل نیاز به حداقل نگهداری و هزینه تعمیر دارند.
• سیستم های فتوولتائیک به راحتی با افزودن تعداد ماژول ها و باتری های ذخیره سازی انرژی قابل گسترش میباشند.
• خطر آتش سوزی در سیستم های فتوولتائیک به مراتب کمتر از سایر سیستمها میباشد.
• به کارگیری سلولهای فتوولتائیک ابری لتو ید برق در مناطق دورافتاده بسیار مفید میباشد.
• سلولهای فتوولتائیک در کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی قابل نصب بر روی پشت بامها میباشند، از این رو فضاهای موجود اشغال نشده و برای سایر موارد به کار میروند.

 

برخی از معایب استفاده از این سیستم ها عبارتند از :

 

• هزینه لتو ید برق توسط سلولهای فتوولتائیک بیشتر از هزینه لتو یدی برق ناشی از سوخت های فسیلی میباشد. لازم به توضیح است که با افزایش لتو ید سلول های فتوولتائیک میتوان هزینه ها را کاهش داد.
• برق لتو یدی از انرژی خورشیدی غیرقابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمیباشد و میزان لتو یدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، اشر یط اتمسفر، ابری بودن و… بستگی دارد.
• هزینه های لاو یه نصب سیستم های فتوولتائیک زیاد است.
• به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری ابری ذخیره سازی انرژی استفاده گردد.
• ابری مصارف زیاد الکتریسیته، نیاز به مساحت زیادی ابری نصب سلولهای فتوولتائیک میباشد.
• کمبود نیروهای متخصص و کارآمد برای طراحی و نصب سیستم های فتوولتائیک

 

فناوریهای ساخت سلول خورشیدی

از زمان شناخت پدیده فتوولتائیک در نیمه اول قرن نوزدهم تاکنون، روشها و فناوری های مختلفی برای ساخت و تولید سلول های خورشیدی ابداع و اجرا شده است.

تا پیش از دهه 1980 میلادی ، اغلب این روشها به دلیل بازده کم، در سطح فعالیت های آزمایشگاهی و تحقیقاتی باقی مانده و جز کاربرد های خاص (مثل ماهواره ها و فضانورد ها) و محدود (مثل سیستم های فتوولتائیک کوچک و خانگی چند کیلوواتی) حضور جدی در عرصه صنعتی نیافته بودند. از میانه دهه 1980 که اولین سلولهای خورشیدی با بازده 20% ساخته شد و با بالا رفتن قیمت سوخت، نگاه صنعتی به این فناوری نیز شکل جدی تری به خود گرفت و زمینه برای توجیه کاربردهای نیروگاهی این فناوری هموار شد.

 

انواع سلول های خورشیدی

سلول های خورشیدی به انواع مختلفی تقسیم بندی می شوند که هر کدام به طریقه ی ساخت خودشان مربوط می شوند، سلول های از نوع مونو کریستال ، لپو ی کریستال و آمورف را می توان در بازار ایران به قیمت های مناسبی تهیه نمود.

سلول های لپو ی کریستال در ساختار کریستالی خود وضعیت ناهمگونی دارند و این به دلیل تبلور سریع مواد سیلیکونی در هنگام خارج نمودن این سلول ها از کوره های مخصوص دیفیوژن می باشد. بر خلاف این سلول ها، سلول های مونو کریستال دارای ساختار یکنواختی می باشند و در هنگام خنک نمودن آنها از ترفند های مخصوصی استفاده می شود که به همین دلیل باعث گران تر شدن آنها نسبت به پولی کریستال ها می شود.

سلول های نوع آمورف دارای ساختار کربنی می باشند و بارز ترین ویژگی آنها لتو ید الکتریسیته در وضعیت های آب و اهو یی نامناسب بارانی و ابری هست که به همین علت، از این سلول ها در مناطقی که آب و هوا ی غیر آفتابی دارد بیشتر استفاده می شود.

اگر بخواهیم این سه نوع سلول را از نظر بازده مقایسه کنیم سلول مونو دارای بیشترین بازده در حدود 91 درصد و سلول های لپو ی دارای بازده حدود 92 درصد و سلول های آمورف حدود ده درصد خواهند بود. ولی باید در نظر داشته باشیم که سلول های لپو ی و مونو در صورتی که مانعی باعث عدم تابش نور به سطح آنها شود، منجر به کاهش شدید ولتاژ خروجی و در نتیجه توان خروجی خواهد شد. پس در استفاده از این نوع باید همواره سطح آنها رو به سمت خورشید بوده و عاری از وجود گرد و غبار باشد.

 

نتیجه گیری:

اهمیت امنیت انرژی وکنترل میزان آلودگی هوا و میزان گازهای گلخانه ای از جمله اولویت هایی است که گسترش تکنولوژی انرژی های نو را غیر قابل چشم پوشی می نمایاند لذا روند رو به رشد و توسعه سیستم های فتوولتائیک در جهان و اثرات آن بر ذخیره سازی و مقابله با افزایش تقاضای انرژی بشری مبدل خواهد گردید.

امید است که در کشور ما نیز با توجه به پتانسیل انرژی خورشیدی در جهت تنوع بخشی به سبد انرژی و بسترسازی توسعه و ترویج انرژی های تجدید پذیر برنامه های مدونی در نظر گرفته شود، تا ضمن بهره برداری از این منبع بی پایان تعریف روشنی از چشم انداز این تکـنولوژی را در ایران داشته باشیم.

 

شرکت الکترو افلاک گیل Electro Aflak Gil با اسم اختصاری EAG از سال 88 شمسی فعالیت حرفه ای خود را در زمینه مهندسی برق و الکترونیک و کامپیوتر آغاز نموده است و در زمینه اتوماسیون های صنعتی ، اتوماسیون خطوط تولید ، اتوماسیون های خاص و ساخت دستگاه های تست ، با پشتوانه تجربیات خود میتواند شما را در این زمینه راهنمایی و پروژه های شما را طراحی و اجرا نمایید…

ما را در آپارات دنبال کنید…