مزایای برق خورشیدی :
-
تولید رایگان برق
-
صرفه جویی در مصرف برق
-
مناسب برای مناطق بدون برق و دور از شبکه
-
مناسب برای پمپ خورشیدی برای مصارف کشاورزی و آشامیدنی
-
عمر طولانی
-
بدون نیاز به سوخت رسانی
-
بدون اصطحلاک مکانیکی
-
بدون نیاز به تعمیرات خاص
-
بدون آلودگی صوتی
-
بدون آلودگی هوا و سازگار با محیط زیست
-
مناسب برای تامین روشنایی منازل، کارخانجات،تونل ها، چراغهای راهنمایی و رانندگی و اماکن عمومی همچون پارکها، مدارس، پادگانها و مراکز مرزی
-
برق خورشیدی متصل به شبکه
در سیستم برق خورشیدی متصل به شبکه، در طول روز و هنگام تداوم نور خورشید، پنل ها، برقی تولید می کنند که مالک سیستم، علاوه بر استفاده داخلی، مجاز به فروش مازاد مصرف خود به شرکت های برق محلی هم می باشد.
-
برق خورشیدی مستقل از شبکه
این سیستم محبوبترین روش طراحی و نصب سیستم های برق خورشیدی می باشد.
این سیستم مناسب مناطقی می باشد که هیچ منبع جایگزینی در دسترس نباشد.
در این سیستم پنل های خورشیدی، توان الکتریکی را تولید کرده و برای ذخیره سازی روانه یک یا چند باتری قابل شارژ می نمایند تا در هنگام نیاز مورد استفاده قرار گیرد.
اطلاعات کلی در مورد انرژی خورشیدی
امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند.
از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.
اثرات مصرف بالای انرژِی در زمین و آب و هوا آشکارا مشخص می باشدو ما تنها راه حل را در پایین اوردن میزان مصرف انرژی می دانیم ,حال انکه این امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.
توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشینی برای سوختهای فسیلی نیز چندان موفقیت آمیز نبوده است.
صرف هزینه های سنگین و همچنین تشعشعات خطر ناکی که ازنیروگاههای اتمی در فضا پخش شده ,نتیجه مثبتی نداشته است و اگر یکی از این نیروگاهها منفجر شود زیانهای فراوان و جبران ناپذیری به بار خواهد اورد.
به علاوه به مشکل اساسی که در مورد مواد سوختی نظیر نفت ,گاز و زغال سنگ داشتیم بر می خوریم بدین معنی که معادن اورانیم که سوخت این نیروگاهها را تامین می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسیدکه این ذخایر پایان خواهد یافت و ماده ای که جایگزین ان شود وجود نخواهد داشت.
انرژی خورشیدی :
خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد انرژی و محیط زیست باشد.
انرژی بدون خطر …
این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچه که ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.
حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابد دارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.
از انرژی خورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس در همه جا استفاده کرد.
اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جای سوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشی خورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و …تبدیل کنند.
مصارف انرژی خورشیدی :
۱)گرم کننده ها مثل ابگرمکن خورشیدی که برای گرمای خانه ها و کوره های خوشیدی که برای ذوب فلزات حتی با دمای بالا نظیر اهن استفاده می شود و دمایی تا حدود ۶۰۰۰درجه سانتی گراد تولید می کنند.
۲)دستگاههای اب شیرین کن که توسط اینه هایی نور خورشید را روی مخازن اب متمرکز می کنند تا کار تبخیر را انجام دهد.
۳)الکتریسیته خورشیدی در این روش که نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.
انرژی الکتریکی به سادگی قابل تبدیل به سایر انرژی ها بوده و می توان ان را ذخیره کرد.
طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی :
۱) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.
۲} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .
و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.
اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک۵۰مگاواتی جزیره کرت یونان))است.
اساس کار سلولهای خورشیدی :
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.
رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد:
جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .
بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.
نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.
همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.
کاربردهای سلولهای خوشیدی :
۱)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی
۲)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت
۳)تهیه برق شهر توسط نیروگاههای فتوولتائیک
۴)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک
لوازم به کار برده شده در پنل خورشیدی
ما تلاش خواهیم کرد اصول پیش زمینه ای انرژی خورشیدی (انرژی خورشیدی، فتوولتاییک) را به سادگی و در حد گنجایش حوصله تشریح کنیم.
به نظر من، همه ما میدانیم که خورشید به اشیاء گرما میبخشد.
یکی ازابتدایی ترین کاربردهای این انرژی خورشیدی ایجاد یک دوش آب خورشیدی بزرگ بود که عبارت بود از مخزن فلزی محصور شده (اغلب سیاه رنگ) مملو از آب که در بالای سقف قرار میگرفت.
خورشید آب راحرارت داده و دوش آب گرم و یا داغی را مهیا میکرد، دست کم برای اولین شخصی که در روز به حمام میرفت.
خورشید اشیا را گرم میکند ، چرا که نور خورشید از ذرات کوچکی ازانرژی به نام فوتون (واحد “پایه” ازنور وتمام دیگر اشکال پرتوهای الکترومغناطیسی) تشکیل شده است.
این فوتونها جذب اشیاء میشوند وایجاد گرما میکنند.
“حرارت” ناشی ازالکترونهایی است که درجسم به سرعت در حال حرکت اند.
یک پل را درزمستان وتابستان در نظر بگیرید.
در طول زمستان شکافهای کوچک سطح جاده بزرگتر از تابستان است .
الکترون ها در زمستان ، هنگامی که به اندازه کافی نور خورشید وجود ندارد به یکدیگر میچسبند یا در حال انقباض هستند و “سرد ” هستند.
در تابستان آنها “گرم”هستند و برای دور بودن از یکدیگر منبسط میشوند.
انرژی خورشیدی به کار گرفته شده در یک پانل خورشیدی
پانل های خورشیدی ازماده ای به نام سیلیکون ساخته شده اند هنگامی که انرژی خورشیدی (فوتون) جذب میشود،الکترون ها را ازطرف شارژ شده منفی پانل خورشیدی (فتوولتاییک) به طرف بار مثبت شارژ شده جدا میکنند.
کل آموزش می تواند از طریق ترسیم آرایش سیلیکون “دوپ” با فسفر و بور که ایجاد + /– شارژ سیلیکون نوشته شود ، اما برای سادگی دریابید که الکترون های حرارت دیده “به اطراف میدوند” و به جستجوی یک “مکان برای حالت استراحت ” هستند.
همانطور که این الکترونها در میان میدان الکتریکی (که توسط ضربه فوتونها به سیلیکون شارژ شده منفی متصل به سیلیکون بار مثبت شارژ شده به وجود آمده است)، آزادانه حرکت می کنند ،به دقت جاری میشوند.
در بین دو طرف مثبت و منفی میدان الکتریکی یا دیود است که اجازه می دهد یکی از راه های جریان ترافیک از منفی به مثبت ایجاد شود.
میدان الکتریکی ولتاژ را ایجاد میکند مهار این ولتاژ با فراهم کردن یک مسیر برای حرکت آزادانۀ این جریان از جهت مثبت به سمت منفی در این است که ما چگونه دریافت برق کنیم.
انرژی خورشیدی — ایجاد سیستم شما
عاقلانه انتخاب کنید انرژی خورشیدی کاربرد شگفت انگیزی از “انرژی” آزاد است.
اما اگر شما از آن استفاده نادرست کنید میتوانید به وسایل الکترونیکی حساس مانند لپ تاپ ها اسیب برسانید این عاقلانه است که شما موادی مناسب و مکان برای برآوردن الزامات مورد نیاز برای سیستم انرژی خورشیدی انتخاب کنید.
نیاز اصلی شما برای انرژی خورشیدی
جایگاه واضح برای شروع خورشید است هنگام ایجاد یک سیستم خورشیدی ،مقدارنور آفتاب درتماس با سلول های خورشیدی را در نظر بگیرید اگر شما در حال ایجاد یک مکان دائمی هستید، مکان های سایه ها را در نظر نگیرید چرا که این مسئله جریان ارائه شده توسط پانل های خورشیدی را کاهش داده یا حذف خواهد کرد.
همچنین، موانع جغرافیایی و آب و هوای وابسته مانند عرض جغرافیایی ، مه ، تعداد روزهای ابری و بارشها در زمستان را باید در نظر گرفت.
اگر سیستم شما قابل حمل است شما تنها باید پر آفتاب ترین مکان برای استقرارپانل های خورشیدی خود را پیدا کنید.
برای ایجاد عملکرد مطلوب شما نیاز به در نظر گرفتن شیب و جهت زاویه ای از پانل های خورشیدی دارید.
پانل های خورشیدی همیشه باید درست رو به جنوب در نیمکره شمالی، و رو به شمال در نیمکره جنوبی باشند.
یک حساب سرانگشتی مناسب این است که شیب پنل خود را از خط های افقی و عرض جغرافیایی ۱۵+ درجه در فصل زمستان و -۱۵ درجه در تابستان تنظیم کنید .
منابع آنلاین بسیاری وجود دارد
انتخاب اندازه مناسب خورشیدی پانل مطلب مورد توجه بعدی است.
متغیرهای بسیاری را باید در نظر گرفت ، از جمله میزان ساعت های تابش نور خورشید، نیروی مورد نیاز سیستم شما و کل ساعات استفاده از سیستم در طول روز .
قدرت چرخ به سمت راست به معنی این نیست که شما را بترساند یا برق از چشمان شما ببرد.
این امر به سادگی نشان دهنده رابطه بین قدرت (وات)، ولتاژ (ولت)، جریان (آمپر) و مقاومت (اهم) است.
چگونگی نحوه محاسبه و تبدیل
به منظور محاسبه این اطلاعات به ما پیشنهاد میکنیم از یک ماشین حساب خورشیدی استفاده کنید.
ایده اصلی این است که جریان AC به جریان DC و سپس به وات تبدیل شود.
اول ، شما نیاز به تبدیل آمپر AC به آمپر DC دارید به یاد داشته باشید که این نسبت برای تبدیل واحد آمپر ۱۲۰ vac به ۱۲ v dc است واحد آمپر : ۱ آمپر = ۱۰ آمپر (برای مثال اگر آداپتور لپ تاپ شما نشان می دهد که از ۱٫۷ آمپر AC ورودی استفاده می کند، این میزان برابر است با ۱۷ آمپر DC ورودی در هر ساعت).
دوم، شما نیاز به ضرب آن عدد در ۱۲ ولت دارید تا مجموع وات در هر ساعت تعیین کنید.(در مثال ۱۷AhX 12V = 204 وات).
گام سوم تحلیل این موضوع است که تجهیزات چند ساعت در حال استفاده خواهند بود.
وات مجموع / ساعت را در تعداد کل ساعات استفاده از دستگاه در هر روز ضرب کنید (برای مثال استفاده ۲ ساعت X 204W = 408 وات در هر روز).
جنبه چهارم مورد نظر میزان ساعات در دسترس بودن خورشید برای شارژ باتری های شما است
آیا شما نیاز دارید که سیستم خود را هفت روز هفته و ۲۴ ساعته مشغول نگه دارید یا یک دوره زمان استراحت نیز میان ساعات کار وجود دارد؟
خورشید به طور متوسط در طول یک روز۵ ساعت در دسترس می باشدکه بسته به فصل و عرض جغرافیایی است.
در ۱۲ ولت،با در نظر گرفتن مثال، گویای “از صافی رد شدن” است .
تحت شرایط ایده آل خورشیدی ما نیازمند یک آرایه خورشیدی هستیم که می تواند حداقل از ۴۸۰w یا ۳۴ آمپر DC در هر روز ایجاد کند.
بدون در نظر گرفتن شرایط نور نامطلوب، مقاومت و از دست دادن تبدیل،در این مثال حداقل به یک پانل خورشیدی حدود ۱۱۰ وات نیازدارند برای برنامه هایی که برای مدت طولانی تری(دائماٌ) مشغول به کار هستند شما همچنین باید میزان انرژی خورشیدی از دست رفته،خسارات تبدیل ، و اندازه بانک باتری مورد نیاز برای اتصال فاصله را محاسبه کنید.
توجه :
اکثر لپ تاپ ها دارای آداپتورهای DCمی باشند که برای لپ تاپ شماآداپتور dc دارای کارائی بیشتری نسبت به آداپتورac است .
در همین مثال آداپتور DC اجازه می دهد تا آمپر ورودی DC در حدود ۵٫۵Ah در حالی که لپ تاپ از ۶۵W در ۱۸٫۵V استفاده میکند این ندایی از دوردست از ۱۷AhDC مورد نیاز است که از آداپتور AC استفاده میکند!
برای استفاده کردن از لپ تاپ برای این طول زمانی شما نیازمند حداقل یک پانل ۳۰W هستید
گام بعدی
اکنون که میدانید طول پانل خورشیدی مورد نیاز شما چقدر است، می توانید به ایجاد سیستم برق خورشیدی خود ادامه دهید
حداقل به دو یا آیتم اصلی و همچنین سایر لوازم جانبی خورشیدی نیاز دارید.
کنترل کننده خورشیدی
مورد اول کنترل کننده خورشیدی است.
کنترل کننده شارژ خورشیدی تنظیم ولتاژ خام تولید شده توسط پانل های خورشیدی را به سطح ایمن برای بانک باتری و پس از آن ” خاموش کردن” منبع انرژی باتری ها زمانی که آنها در شارژ کامل هستند را بر عهده دارد.
پانل های خورشیدی هیچ” مغزی” برای توقف تولید برق ندارند ، زمانی که در مقابل نور خورشید باشد بدون در نظر گرفتن نیاز انرژی تولید میکند.
پانل بزرگ ۱۲ ولت می تواند کمی بیش از ۳۰V را دربالاترین عملیات خود تولید کند در حالی که تولید پانل های کوچکتر حدود ۱۸V است که هنوز برای ۱۲ باتری ولت بسیار بالا است.
بدون کنترل شارژ باتری های شما در مدت زمان کوتاهی نابود خواهند شد
توصیه می کنیم که هر پانل های خورشیدی بیش از ۵ وات دارای یک کنترل کننده شارژ باشد (اگر شما در حال استفاده از باتری کوچک با پانل کمتر از۵ وات هستید شما همچنین ممکن است به یک کنترل کننده نیازداشته باشید).
بانک باتری
پس چه نوع باتری بهتر است و شما چقدر باتری نیاز دارید؟
سوال خوبیست
هر وضعیت متفاوت است اما به طور کلی شما مایل به استفاده از باتری های چرخه عمیق هستید.
ما باتری های agm با تعمیر و نگهداری رایگان را به باتری آب دیده شده را ترجیح میدهیم.
باتری های رایگان مهر و موم شده اند و می توانند در محیط های بدون تحویه بسته ،نصب و جایگزین شوند با باتری های agm مهر و موم شده لازم نیست سطح الکترولیت را همچون انواع آبی ماهیانه چک کنید.
و با این امر در زمان و زحمتی که برای اضافه کردن اسید و آب مقطر صرف می کنید صرفه جوئی می کنید.
باتری های agm بطور کلی کمی گران تر از نوع آبی است اما بطور معمول تاریخ و زمان دومی طولانی تر است با توجه به تعداد مورد نیاز باتری این امر وابسته به بار اعمال شده به بانک باتری است .
پیشنهاد میکنیم که ظرفیت کلی آمپر بانک باطری حداقل دوبرابر میزان لازم باشد
باتری ها اگر در حالت ۵۰% تخلیه شوند مدت زمان طولانی تری عمر می کنند و سپس به شارژ کامل می رسند.
باتری های چرخه عمیق می توانند بیشتر تخلیه شوند اما انجام مداوم این کار پیشنهاد نمی شود.
یکی از محاسباتی که اغلب نادیده گرفته می شود به اندازه بانک باتری مربوط است و عبارت است از تعداد روز هائی که سیستم ممکن است هیچ باتری برای ذخیره کردن مجدد نیروی خود نداشته باشد.
مه ، باران و برف را در نظر بگیرید شما باید بدانید چقدر آمپر در هر روز در چنین شرایطی استفاده می شود و آن را دو برابر کنید.
به عنوان مثال اگر مه سه روز به طول انجامد دستگاه شما روزانه به پنج آمپر dc نیازمند است.
پس باید حداقل ۳۰۰ah ظرفیت اضافه فراتر از نیاز های عادی سیستم خود مهیا کنید
اینورتر
بسیاری از سیستم های خورشیدی نیاز به اینورتر یا مبدل برای تغییر ولتاژ ورودی dc به dc یا ac مناسب دارند.
هنگام انتخاب اینورتر یکی از اولین سوالات شما که باید پاسخ داده شود این است :
حداکثر افزایش چقدر خواهد بود؟ و برای چه مدت به طول خواهد انجامید؟
هنگامی که یک وسیله خانگی برای اولین بار به برق متصل می شود برای چند ثانیه به بیشترین میزان مصرف وات میرسد و سپس به حالت متداول بر می گردد اینورتر شما باید قادر به پاسخگوئی به تقاضای وات – ساعت ایجاد شده توسط دستگاه (s) متصل به اینورتر باشد.
نظر دوم این است که اینورتر خود از مقداری از نیروی سیستم برای تبدیل ولتاژ استفاده خواهد کرد ممکن است هزینه خرید یک مبدل کارآمد کمی بیشتر باشد اما در دراز مدت صرفه جوئی در انرژی ارزش هزینه ای که صرف کرده اید را خواهد داشت .
نکته آخر به نوع دستگاهی که به سیستم متصل است بر می گردد اینورتر موج سینوسی برای وسایل الکترونیکی حساس مثل کامپیوتر ها بهترین گزینه اند
تفاوت اساسی بین انواع پانل ها
تکنولوژی خورشیدی غیر بلورین
رنگ : سیاه مایل به قهوه ای تیره رنگ
پانل پلی کریستالین در نور مستقیم خورشید با نصب رو به جنوب ( در نیمکره شمالی ) بهتر کار می کند
آنها نیروئی ۲ تا ۳ برابر بیشتر از پانل های مشابه و هم اندازه غیر بلورین تولید کرده و در نتیجه کارآمد ترند
پانل های خورشیدی پلی کریستالین برای نصب ولتاژ بالا یا جائی که فضای فیزیکی محدود است ایده آل اند
فناوری مونوکریستالین خورشیدی
رنگ : سایه های آبی روشن مایل به تیره
همچون واحد های پلی کریستالین اما متفاوت از نظر اینکه هر ماژول از یک کریستال سیلیکونی مجزا ساخته شده و کارآمد تر است هرچند نسبت به انواع جدیدتر و ارزان تر پلی کریستالین گران تر است
این پانل ها ۲۵-۵۰ سال طول عمر خواهند داشت
تکنولوژی خورشیدی کادمیوم ایندیم گالیم سلنید ( cigs )
رنگ : سبز مایل به قهوه ای مایل به سیاه در رنگ
پانل های خورشیدی cigs فن آوری های ذکر شده در بالا را ترکیب میکنند مانند پانل های بی نظم آنها در شرایط نور کم کار می کنند و مانند پانل های پلی کریستالین در نور مستقیم خورشید کارآمد هستند
اینها در لایه های نازک و یا انعطاف پذیر سلول های خورشیدی استفاده می شوند
این آموزش انرژی خورشیدی ارائه شده توسط باتری به عنوان یک راهنمای مختصر برای درک انرژی خورشیدی در نظر گرفته شده است
انواع سلول ها
در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسیم بندی ها در زمینه سلول های خورشیدی انجام می شود.
در اینجا نوعی از این تقسیم بندی را که تا حدی براساس ترتیب زمانی پیدایش آنها نیز می باشد ارائه شده است.
۱٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالی
رایج ترین ماده توده برای سلول خورشیدی، سیلیکون کریستالی (c-Si) است.
ماده توده سیلیکون با توجه به نوع کریستال و اندازه کریستال به چندین بخش تقسیم می شود.
• سیلیکون تک کریستالی (c-Si)
• سیلیکون پلی کریستالی (poly-Si) یا چند کریستالی (mc-Si)
۲٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون لایه نازک غیر کریستالی (آمورف)
هزینه پایین یکی از مزایای سلول های خورشیدی برپایه سیلیکون آمورف (a-Si) می باشد.
دو جزء اصلی آلیاژ a-Si ، سیلیکون و هیدروژن است.
علاوه براین، مشخصه یک آلیاژ a-Si داشتن ضریب جذب بالاست.
تنها یک لایه نازک برای جذب نور نیاز است و این باعث کاهش هزینه مواد می شود.
۳٫ سلول های خورشیدی لایه نازک GaAs
اولین لازمه موادی که باید در یک قطعه مبدل انرژی فتوولتائیک خورشیدی به کار برود، تطبیق گاف انرژی با طیف خورشیدی و نیز داشتن قابلیت تحرک بالا و طول عمر حامل های زیاد می باشند.
این شرایط توسط بسیاری از ترکیبات II-VI ، III-V و Si برآورده می شوند.
مواد گروه III – Vعلی رغم هزینه های بالای استحصال و ساخت این نیمه هادی ها، با موفقیت زیاد در کاربردهای فضایی که در آنها هزینه، فاکتور مهمی نیست مورد استفاده قرار گرفته اند.
در سال ۱۹۶۱، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای ۳۰۰ کلوین نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، ۳۰% است که برای سلولی با گاف انرژی ماده برابر ۱٫۳۹eVبدست می‌آید.
با توجه به اینکه انرژی شکاف گالیم آرسناید برابر ۱٫۴۲۴eV است می تواند ماده مناسبی برای طراحی سلول های خورشیدی باشد.
سلول های خورشیدی ساخته شده برپایه لایه نازک GaAs به عنوان نسل دوم سلول های خورشیدی نامگذاری می شوند.
۴٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
سلولهای خورشیدی ساخته شده از مواد آلی در مقایسه با همتایان دیگر خود بازده بسیار کمتری دارند.
اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت هایی مانند انعطاف پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند.
انواعی از سلول های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی شامل سلول های خورشیدی حساس به رنگ، سلول های خورشیدی پلیمری و سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع هستند.
• سلول های خورشیدی حساس به رنگ (DSSC )
ساختار پایه یک DSSC وارد کردن بهینه یک نیمه هادی نوع n شفاف (با شکاف انرژی پهن) در یک شبکه ای از ستون ها در ابعاد نانو در تماس با نانوذره ها یا برآمدگی های مرجانی شکل است.
شکل ۱) شماتیک یک سلول خورشیدی حساس به رنگ
S. J. Fonash, Solar Cel Device Physics (Second Edition) Elsevier, 2010.
سطح شبکه بزرگ طراحی می شود و هرقسمت آن با یک تک لایه ای از یک رنگ یا پوششی از نقاط کوانتومی، که به عنوان رنگ عمل می کنند، پوشانده می شود.
سپس یک الکترولیت برای نفوذ ساختار شبکه پوشش داده شده حاصل، مورد استفاده قرار می گیرد تا یک کانال یا مجرایی بین رنگ و آند ایجاد کند.
رنگ نور را جذب می کند و تولید اکسیتون می کند ، که در سطح مشترک رنگ – نیمه هادی تفکیک می شود و منجر به ایجاد الکترون ها توسط فوتون برای نیمه هادی و مولکول های رنگ اکسید شده به وسیله الکترولیت (که باید کاهش یابند و دوباره تولید شوند) می شود.
• سلول های خورشیدی پلیمری
سلول های خورشیدی پلیمری دارای ویژگی های خاصی هستند.
چون مواد اکتیو استفاده شده برای ساخت قطعات قابل حل شدن در حلال های آلی بسیاری هستند.
بنابراین سلول های خورشیدی پلیمری دارای پتانسیل لازم برای انعطاف پذیری و قابلیت ساخت در یک فرایند چاپ پیوسته همانند چاپ روزنامه را دارند.
شکل ۲) قابلیت ساخت سلول های خورشیدی پلیمری به صورت یک فرایند ساخت پیوسته
Nat. Photonics, vol. 2, p. 287–۲۸۹, ۲۰۰۸
اخیرا بازده تبدیل توان حدود ۶% گزارش شده است ولی این مقدار با مقادیر لازم برای کاربردهای معمول فاصله دارد.
• سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع
در نمونه ای از سلول های خورشیدی از این نوع از کریستال های مایع ستونی برای ساخت سلول استفاده می شود.
گروهی از کریستال‌های مایع می‌توانند به حالت ستونی وجود داشته باشند.
حالت ستونی حالتی است که مولکول‌های تشکیل‌دهنده کریستال‌های مایع که میتوان آنها را به دیسکی تشبیه کرد روی هم قرار گرفته و ستون‌هایی را تشکیل میدهند.
در ابتدا این گروه از کریستال‌های مایع، کریستال‌های مایع دیسکی نامیده می‌شدند.
زیرا هر ستون از روی هم چیده شدن صفحات دیسک مانند مولکول‌ها روی هم درست میشود.
تحقیقات اخیر نشان داده‌است که بعضی از کریستال‌های مایع ستونی از واحدهای غیر دیسکی ساخته میشوند در نتیجه بهتر است به این گروه از مواد کریستال‌های مایع ستونی گفته شود.
۵٫ سلول های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی
یک فاکتور محدود کننده برای بازده تبدیل انرژی در سلول های خورشیدی با یک شکاف انرژی این است که انرژی فوتون جذب شده بالای شکاف انرژی نیمه هادی در اثر اندرکنش الکترون – فونون به صورت گرما تلف می شود تا حامل ها به لبه شکاف باند انرژی رسیده و به اصطلاح به آرامش برسند.
شکل ۳) سلول خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی
(IEEE Transactions on devices, vol. 49, pp. 1632-1639, 2002.)
در سال های اخیر روشهایی برای کاهش این تلفات با استفاده از ساختارهای کوانتومی از جمله چاه های کوانتومی و نقاط کوانتومی ارائه شده است.
شکل ۴) بهبود بازده فتوولتائیک در سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی با استفاده از یونیزاسیون ضربه ای (اثر اوژهمعکوس) (
در این ساختارها هنگامی که حامل ها در نیمه هادی به وسیله سد های پتانسیل به نواحی خاصی که کوچکتر یا قابل مقایسه با طول موج دوبروی آنها یا شعاع بوهر اکسیتون ها در نیمه هادی توده است محدود می شوند، دینامیک آرامش کاملا متفاوت خواهد بود
هزینه برآود شده تقریبی برای سیستم خورشیدی
این مطلب نقل شده از سایت پرشین تولز می باشد.
لطفا کسانی که اطلاعات درست و کاملی از نحوه راه اندازی و اجرای پنلهای خورشیدی دارند این مطالب را کامل کنند.
۱- باتریهای خورشیدی تجاری یا از سلنیوم ساخته میشوند یا از سیلیکن که میتوانید در این پست اطالاعات فنی از ساختار آنها بدست بیاورید
۲- جدای از ماده سازنده ، پلیمر یا شیشه ای که روی ماده به کار میرود و وظیفه جذب و یا بازتاب نور رو بر عهده دارد ، رنگها و جنس های متفاوتی داره و کاربردش به دلیل وضعیت جوی متفاوت مناطق مختلفه.
مثلا در کشوری مثل ایران که آفتاب شدید داره ، ولی در عرض جغرافیایی بالایی در نیمکره شمالی هست ، بهترین سیستم جذب کننده ، تکنولوژی Dark green هستش که پاسخ مناسبی در مقابل نور شدید اما مایل خورشید داره و ضمنا مقدار زیادی از نور Infrared رو( ماوراء بنفش) که باعث حرارت و کاهش طول عمر باتری میشه ، بازتاب میکند.
اما برای مثال در ایسلند ، سولار پنلهایی که آبی پر رنگ هستن (پلیمرهایی که در ساختارشون منگنز وارد شده) بهتر جواب را میدهند.
۳- میزان توان تولیدی در نور مستقیم خورشید، به طور متوسط ۱۲ میلی وات در هر سانتی متر مربع است.
مقادیر کمتر یا بیشتر هم هستند ، ولی این نرمالش است
۴- قیمت پنلهای خورشیدی خوب که عمر متوسطشون بالاست (در شرایط نگهداری مناسب، مثلا محافظت در مقابل باران) در حدود ۱ دلار امریکا برای هر وات حساب میشود.
البته برای پنلهای کوچک قیمت تا حدود ۴ دلار بر وات بالا میره.
(اگر میزان توان تولیدی رو۱۲ میلی وات در هر سانتی متر مربع بگیریم ، اندازه یک پنل ۱ وات در میاد ، تقریبا ۱۰در۸ سانتی متر) و شما برای راحتی ۱۰ در ۱۰ سانتی متر برای هر وات درنظر بگیرید.
۵- مصرف متوسط برق یک خانواده ایرانی ۳۰۰ کیلووات ساعت در ماهه.یعنی به طور متوسط ۱۰ کیلووات ساعت در روز ، یا ۴۱۶ وات ساعت در شبانه روز.
با توجه به اینکه این مقدار متوسطه و مطمئنا در روز مصرف بیش از نصف شبه ، میتونیم بگیم برای مصرف برق یک خونه حداکثر حدود توان ۶۰۰ وات ساعت میخواهیم. (۱۱*۲۰۰+۱۳*۶۰۰)
۶- محاسبه : قیمت پنل خورشیدی ۶۰۰ وات برابر است با حدود ۶۰۰ هزارتومانعمر متوسط ۶ تا ۱۰ سال ( بعد از این نابود نمیشن ، ولی کیفیتشون پایین میاد)
۷- حالا تازه اول کار است !برق این باتریها DC هستش و ولتاژش معمولا ۴۸ ولت یا ۲۴ ولت.
در اینجا شما نیاز به یک اینورتر Pure sine wave دارید که با خیال راحت بتونید ،همه دستگاههای منزل رو روشن کنید.
قیمت یک مدل ۶۰۰ وات قابل قبول از این اینورتر حدود ۶۰۰ هزار تومنه.
( مدلهای Modified sine wave ارزونترن ، ولی با وسایل پیشرفته صوتی و تصویری و اکثر موتورها و کمپرسورهای لوازم خانگی مثل یخچال مشکل دارن).
کار این اینورتر تبدیل برق ۴۸ ولت DC به ۲۳۰ ولت AC سینوسی هستش.
البته بین اینورتر و باتری خورشیدی هم ، دو بلوک نیاز دارید.
۱- یک باتری شیمیایی معمولی مثل باتری ماشین تا برق لحظه ای باتری خورشیدی رو برای مواقع مصرف ذخیره کنه ( مطمئنا شما نمیخواید ، به محض اینکه یه ابر اومد جلوی خورشید یا شبها، تلویزیونتون خاموش بشه)
۲- یک دیود یا … که از برگشت برق باتری شیمیایی به باتری خورشیدی جلوگیری کنه.
با توجه به عرایض بنده متوجه میشید که با هزینه فعلی برق در ایران ، چنین کاری در حالت معمول برای مصرف خانگی به صرفه نیست.
ولی در مراکزی که برق دائم اهمیت داره و به دلایلی نمیتونن از ژنراتور های دیزلی استفاده کنن (سر و صدا ،نویز ، مشکل سوخت رسانی و…) استفاده اش معموله.
در برخی کشورهای اروپایی ، کشاورزان در فصولی که کشت ندارن ، در مزرعه شون پنلها رو نصب میکنن و برق حاصله رو به دولت می فروشن.
در ایران هم دولت برق رو در ساعت پیک هر کیلووات ساعت ۲۷ تومن میخره که بیشتر برق حاصل از ژنراتورهای دیزلی خصوصیه.قیمت یک مدل آلمانی ۵۰ کیلووات این ژنراتور به طور مثال ۹ میلیون تومان است. هزینه گازوئیلش هم حدود ساعتی ۴۵۰ تومن. در کل کار خوبیه اگر کسی حوصله اش رو داشته باشه.
برای منزل شما مناسبترین گزینه باتری شیمیایی به همراه اینورتره.
مثلا دو تا باتری ۲۴ ولت ۱۵۰ آمپر ساعت (باتری اتوبوسها) به صورت موازی ، به همراه اینورتر به راحتی میتونن تا ۶ ساعت قطعی برق رو پوشش بدنمقرون به صرفه نبودن یا بودن پنلهای خورشیدی ، بستگی به کاربرد شما داره.
در ایران هزینه برق هنوز اونقدر گرون نشده و قطعی برق آنچنان زیاد نشده که استفاده از پنل خورشیدی رو توجیه کنه .
ولی مثلا برای فرستنده های ریپیتر خیلی از شرکتها یا ادارات به صرفه است.
در مورد باتری اتوبوس : هر باتری اتوبوس (منظور ماشینهای سنگین) معمولا یک باتری سربی-اسیدی هستش که ولتاژ مدار بازش ۲۴ ولت و ظرفیت ذخیره اش ۱۵۰ آمپر ساعته.
اصطلاح آمپرساعت ، یک واحد برای بار الکتریکیه که معمولا در مورد باتریها به کار میره ( مثل اسب بخار که معمولا به جای وات در ماشینها به کار میره و معادل حدود ۷۵۰ واته)۱۵۰ آمپر ساعت یعنی در حالت ایده آل این باتری میتونه جریان الکتریکی ۱۵۰ آمپر رو به مدت یکساعت در مدار برقرار کنه یا به صورت معادل جریان ۵۰ آمپر رو به مدت ۳ ساعت و….این مقدار ۱۵۰ آمپر ساعت ، حداکثر بار قابل جاری شدن از باتریه.
اگر این باتری رو یک خازن بزرگ با ولتاژ ثابت فرض کنیم ( این فرض از نظر علمی غلطه ، چون در واقع این بار ، به مرور در اثر واکنشهای شیمیایی جاری میشه و مثل خازن ذخیره نشده ، ولی به فهم مطلب کمک میکنه) ، این خازن معادل ۱۵۰*۳۶۰۰= ۵۴۰۰۰۰ کولن بار داره.
و این مقدار بار رو میتونه از لحظه شارژ کامل تا لحظه دشارژ کامل در مدار جاری کنه.
حالا…توانی که به طور متوسط در یکساعت این باتری میتونه بده : ۲۴* ۱۵۰=۳۶۰۰ واته.
اینجا دو تا نکته وجود داره
۱-این مقدار حداکثر توان لحظه ای باتری نیست ، توان متوسط یکساعته.
یعنی امکان داره این باتری جریان ۲۰۰ آمپر (معادل توان ۴۸۰۰ وات) رو بتونه در مدت زمان محدود بده.
توان لحظه ای حداکثر ، معمولا با توجه به مقاومت داخلی باتری تعریف میشه که برای این نوع باتری در حدود ۲۰ کیلو واته
۲-از اونجاییکه ولتاژ باتری تحت بار و همینطور به مرور زمان افت میکنه ، عملا این نوع باتری نمیتونه این توان رو در یکساعت بده.
چون همراه با تخلیه شارژ باتری ، ولتاژ دو سربار افت میکنه (علت اینه که ولتاژ دو سر بار (یا کانکتور باتری) برابر ولتاژ نامی باتری منهای (جریان مدار * مقاومت داخلی باتری) هستش .
و مقاومت داخلی به مرور در طئل دشارژ زیاد میشه و علاوه بر افت ولتاژ ، جریان عبوری از مدار رو هم محدود میکنه).
به عنوان یک مثال عملی :
فرض کنید مقاومت داخلی باتری در حالت شارژ کامل ۰٫۰۳ اهمه. مقاومت بار (استفاده کننده ) هم ۳ اهم باشه.
در نتیجه :VLoad= Voc- (Rin*I) , I = 24 / 0.33 = 72.7A , VLoad = 24- (0.03*72.7) = 21.8vP (Load) = 21.8*72.7= 1585wهمونطور که ملاحظه می کنید ، ما توان ۱۹۲۰ وات میخواستیم (۲۴*۸۰) و توان ۱۵۸۵ گرفتیم.
(یعنی ۸۲٫۵% توان مطلوب).
حالا فرض کنید مقاومت بار ما به جای ۰٫۳ اهم ، ۳ اهم بود.
.I= 24/3.03 = 7.9 A ,VLoad= 24- (0.03*7.9) = 23.76vP(Load) = 23.76*7.9= 188.1wدر مورد اخیر توان مطلوب نامی ۱۹۲ وات بود (۲۴*۸) و ما توان ۱۸۸٫۱ گرفتیم (یعنی ۹۷٫۹%)در هر دو مورد مقاومت داخلی باتری در حالت شارژ کامل ۰٫۰۳ اهم در نظر گرفته شد.
مشاهده میشه که در حتی در حالت شارژ کامل ، اگر جریان و توان زیادی از باتری کشیده بشه ، بازده سیستم پایین میاد و مقدار زیادی از توان در داخل باتری هدر میره.
در حالتهایی که باتری کاملا پر نیست (مثلا بعد از نیم ساعت استفاده) مقاومت داخلی بالا میره ( به علت جمع شدن سولفات سرب ناشی از واکنش شیمیایی روی صفحات PbO2 باتری ) و وضعیت بدتر میشه.
بنابراین شما عملا نمیتونید ۳۶۰۰ وات ساعت تئوری رو از این باتری توان بگیرید.
مقداری که من در پست قبل در نظر گرفتم نصف این مقدار یا ۱۸۰۰ وات ساعت بود.
بنابراین گفتم شما با دو باتری از این نوع (۲*۱۸۰۰) میتونید ۶ ساعت خاموشی ( که مصرف متوسط رو در پست بالا بر اساس میانگین مصرف برق در ایران حساب کردم ، ساعتی ۶۰۰ وات) رو پوشش بدید.
در مورد مصرف شما (یک کولر ۷۵۰۰ + یک کامپیوتر ) بسته به نوع کولرتون و کامپیوترتون ، خودتون میتونید محاسبه رو انجام بدید.
مثلا اگر کامپیوترتون ۳۰۰ وات و کولرتون ۹۰۰ وات باشه ، حداقل سه ساعت و حداکثر ۶ ساعت میتونید ، با این دو باتری ، روشن نگه داریدشون.
(باز هم ۲ تا نکته داره ۱- این زمان بسته به وضعیت باتری هم داره ، جنسش ، نو و کهنه بودنش و… ۲- ممکنه روی کولر یا کامپیوتر شما توان خاصی رو زده باشه که مصرف واقعی کمتر یا بیشتر باشه .
مثلا کامپیوتر شما ۵۰۰ وات باشه ، ولی شما هیچ وقت در عمل این مقدار پیک رو استفاده نمی کنید.
(سی دی و دی وی دی و پورتها و… همه با هم که استفاده نمیشن)).
مثلا در UPS ها با دو باتری ۱۲ ولت ، ۷ آمپر ساعت ، یک کامپیوتر رو حدود ۲۰ دقیقه روشن نگه میدارن تا استفاده کننده مطالبش رو Save کنه.
اول در مورد شارژ باتریهای شیمیایی بگم
۱- ولتاژ شارژ باتریهای سربی-اسیدی ، معمولا ۲۵ درصد بالاتر از ولتاژ نامی باتری در نظر گرفته میشه (این یک قاعده علمی نیست ، به تجربه ثابت شده ،این بهترین حالته).
یعنی برای باتریهای ۱۲ ولت ، ولتاژ شارژ ۱۵ ولت و برای ۲۴ ولت ها ، ۳۰ ولت در نظر گرفته میشه
۲- مدت زمان شارژ بستگی به ظرفیت باتری و جریان شارژ داره ، درحالت ایده آل ، یک باتری ۱۵۰ آمپر ساعت ، با جریان شارژ ۱۵۰ آمپر در عرض یکساعت شارژ میشه ، اما در حالت واقعی ، راندمان حدود ۷۰ درصده.
یعنی برای شارژ یک باتری ۱۵۰ آمپر ساعت ، باید ۲۱۵ آمپر ساعت ، بار به اون تحویل داده بشه. (۰٫۷/۱*۱۵۰).
نکته دوم اینه که هر باتری یک جریان شارژ ماکسیمم داره که معمولا روی باتری قید میشه.
برای باتریهای Sealed (که نیاز به رسیدگی و اضافه کردن آب مقطر و… ندارن و قیمت بالاتری دارن) ، این جریان به مراتب کمتره که یک نقص محسوب میشه.
به عنوان یک قاعده سر انگشتی ، جریان شارژ یک باتری ۲۴ ولت ، ۱۵۰ آمپر ساعت معمولی ( غیر سیلد) می تونه حداکثر ۷۵ آمپر باشه.
و اما اینورتر:
به طور کلی سه نوع اینورتر تجاری داریم
۱- Square Wave :
شکل موج خروجی این اینورتر مربعیه ، میتونه ۶۰ – ۵۰ هرتز یا اولتراسونیک ( حدود ۲۵ کیلو هرتز به بالا) باشه.
دامنه ولتاژ خروجی (پالس خروجی) برابر پیک ولتاژ سینوسی برق شهر در نظر گرفته میشه (۲۲۰ ضربدر رادیکال۲) تا از نظر پیک ولتاژ به مصرف کننده آسیب نرسونه.
معمولا Duty پالس خروجی هم ۰٫۷۰۷ در نظر گرفته میشه تا ولتاژ موثر رسیده به بار ، همون ۲۲۰ ولت باشه.
اما به دلیل ماهیت شکل موج ، این اینورتر برای اکثر مصارف مناسب نیست.
مصارف معمولی این اینورتر شامل روشنایی (لامپ رشته ای معمولی) و دستگاههایی هستش که در داخل خودشون ولتاژ ورودی رو DC میکنن و سپس استفاده میکنن (مثل رادیوهای قدیمی ) و موتورهای یونیورسال (مثل جاروبرقیها)این نوع ارزونترین نوع اینورتره و قیمت فعلیش حدودا کیلوواتی ۱۸۰۰۰۰ تومنه ( این برای توانهای خیلی پایین زیر ۱۰۰ وات و بالای ۱۰۰ کیلو وات درست نیست ، چون تکنولوژی ساختشون متفاوته)
۲- Modified sine wave :
شکل موج این نوع هم مربعیه ، ولی در بین دو پالس مثبت و منفی ، چند میلی ثانیه صفر وجود داره که در حقیقت صفر شدن آرام موج سینوسی رو شبیه سازی میکنه.
این نوع برای اکثر مصارف خانگی مناسبه .(مثلا UPS کامپیوترها از این نوعه).
در دو مورد ضعف داره
۱- با دستگاههای صوتی و تصویری کیفیت بالا که موج سینوسی ورودی رو برای مصارف Synchronization و… استفاده میکنن مشکل داره
۲- با موتورهای القایی و کمپرسورها مشکل داره و به علت ماهیت مربعی باعث داغ شدن زودتر از معمول این موتورها میشه (از جمله موتور کولر و فریزر).
قیمت این نوع حدودا کیلو واتی ۳۶۰۰۰۰ تومنه (یه مدل مناسب ، شاید چینی و ایرانی جنس بدش ، حدود ۲۰۰ تومن هم گیر بیاد)
۳- Pure sine wave :
شکل موجش سینوسی واقعیه که به وسیله pwm و سپس فیلـتر ساخته میشه.
اگر خوب طراحی بشه ، شکا موجش از برق فعلی شهر در تهران هم بهتره!
، برای تمام وسایل مناسبه و قیمت فعلیش حدودا برای یک دستگاه یک کیلو وات ، ۶۵۰۰۰۰ تومنه.
خوب پس کلا شد :
پنل خورشیدی ۶۰۰ وات به قیمت ۶۰۰۰۰۰ تومان
دو تا باتری ۱۵۰ آمپر اسیدی به قیمت ۷۰۰۰۰۰ تومان
اینورتر ۵۰۰۰۰۰ تومان
سیم و لوازم جانبی و دیود و غیره و نصب به قیمت ۱۰۰۰۰۰شد
جمعا ۱۹۰۰۰۰۰۰ تومان
که شما برای داشتن توان ۶۰۰ وات در ساعت باید حدود ۲ میلیون تومان برای ۱۰ سال استفاده سرمایه گذاری کنید.
