مفهوم انرژی خورشیدی
بوسیله خورشید زمین گرم و روشن می شود. گیاهان و جانوران هم انرژی خورشیدی را نیاز دارند تا زنده بمانند. اگر خورشید وجود نداشت و یا از زمین زیاد دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد. اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.
ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم. با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود. حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است. برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم. گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.
همه ی دستگاهها و تکولوژی های ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده با انرژی کار می‌کنند. بسیاری از این ماشینها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و … استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند. اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم. این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.
سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند. وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود. تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در اختیار ما قرار دارد.
مقاله یو پی اس تبریز
انرژی های طبیعی
باد : ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.
آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.
چوب ، زغال سنگ ، نفت و … که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.
خورشید چیست؟
انرژی خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود ۳۵۰ میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود ۱۵ میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد ۱ کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.
این ستارهها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، ۸ دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.
منابع انرژی خورشیدی کدام ها هستند
با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود ۱٫۸x1011 مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.
ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستارهها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم احتراما ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.
انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.
در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. با ترکیب دوترویم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می‌شود (۱۷٫۶ Mev). بنابراین همانطوری که گفته شد، مقدار انرژیی که از خورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.
مقاله باتری یو پی اس
سلولها ی خورشیدی چیست؟
سلولها ی خورشیدی وسائلی هستند که انرژی خورشیدی را مستقیماً به الکتریسته تبدیل می کنند، یا مستقیماً از طریق اثر فتوولتایی و یا به طور غیرمستقیم انرژی خورشیدی به گرما یا انرژی شیمیایی تبدیل می کنند.
متداول‌ترین شکل خورشیدی سلولها مبتنی بر اثر فتو ولتایی هستند که شامل دو لایه نیم رسانا می باشد یک اختلاف پتانسیل بین لایه‌ها تولید می شود. این ولتاژ تولید یک شدت جریان در یک مدار بیرونی تولید می کند و بدین وسیله کار مفید ایجاد می شود
تاریخچه سلولهای خورشیدی
سلولهای خورشیدی میانه دهه 1950 در دسترس بوده‌اند ولی، زمانی که دانشمند فرانسوی ، (بکرل) کشف کرد که با تاباندن نور به برخی محلولهای شیمیایی ویژه یک جریان الکتریکی تولید می شود. تحقیق علمی اثر فتوولتایی سال ۱۸۳۹ شروع شد،
در ۱۸۷۷ این تاثیر ابتدا در یک جامد فلزی مشاهده‌شد (در فلز سلنیوم). این فلز سالهای بسیاری برای سنجش نور به کار رفته بود و فقط به مقادیر خیلی کم توان داشت. یک درک عمیق‌تر علمی، در سال ۱۹۰۵ توسط انیشتین و در سال۱۹۳۰ به وسیله اسکاتکی فراهم شد و لازم بود سلولهای خورشیدی کارآمد ساخته‌شود. در سال ۱۹۵۴ یک سلول خورشیدی سیلیسیمی که ۶% از انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کرد به وسیله پیرسون و فولر ساخته شد، این نوع باطری از ۱۹۵۸در شاتل های فضایی به کار رفت.
امروز سلولهای خورشیدی سیلیسیمی به طور تجارتی در حدود ۱۸% از نور خورشید را به الکتریسته تبدیل می کنند، اکنون انواع روشها برای تولید عملی سلولهای خورشیدی سیلیسیمی (بی شکل، تک‌بلوری و چندبلوری) همانند سلولهای خورشیدی ساخته‌شده از مواد دیگر(دی سلنید مس و ایندیوم، تلوریدکادمیوم و غیره) تحت بررسی است.
چرا به سلول خورشیدی نیاز داریم؟
توسعه سلولهای خورشیدی برای مقاصد زیر است:
۱- احتیاج داشتن به منابع الکتریسته مناسب برای مکان‌های دور از شبکه برق اصلی
۲- پمپ کردن آب
۳- فانوس برج‌ها
۴- ماشین‌حساب‌ها و دوربین‌های عکاسی
۵- احتیاج داشتن به توان تجدیدشدنی و قابل حمل
چند نوع سلول خورشیدی ساخته‌شده است؟
سه نوع سلول بلوری وجود دارد: سیلیسیم تک بلوری چندبلوری و بی‌شکل.
سلولهای تک‌بلوری : ( به ضخامت تقریبی ۲/۱ تا ۳/۱ میلی متر) از یک قطعه تک‌بلوری بزرگ در دمای حدود ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد تشکیل شده است و این مرحله بسیار پرهزینه است. سیلیسیم باید خالص بوده و یک ساختار بلوری کامل داشته باشد (تصویر شماره 1 را ببیند)
این فرآیند تولید با سطح بازده بالا را ضمانت می‌کند.
سلولهای چندبلوری: لایه های چندبلوری به وسیله فرآیند ریخته‌گری تهیه می شوند
سیلیسیم مذاب را در یک قالب می ریزندو اجازه می دهند متبلور شوند. لایه های چند بلوری
که به وسیله ریخته‌گری درست شده‌اند عمدتاً ارزان‌تر هستند و بازده پایین‌تر دارند
( به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرآیند ریخته‌گری)
سیلیسیم بی شکل: اگر یک لایه سیلیسیم روی شیشه یا یک ماده دیگر قرار گیرد معروف به
سلول لایه بی شکل یا نازک است. ضخامت این لایه کمتر از یک میکرومتر است(ضخامت یک
موی انسان: ۵۰ تا ۱۰۰ میکرومتر ) بنابراین تولید این سلولها و هزینه آن پایین‌تر است.
به هر حال، بازده سلولهای بی شکل خیلی پایین‌تر از دو سلول دیگراست. به این علت است که
، اساساً آنها در وسائل با توان کم به کاررفته‌اند(مانند ماشین‌حساب‌ها
مواد
% بازده در آزمایشگاه
% بازده در تولید
سیلیسیم تک بلوری
۲۴ حدود
۱۴ تا۱۷
سیلیسیم چند بلوری
۱۸ حدود
۱۳ تا۱۵
سیلیسیم بی شکل
۱۳ حدود
۵ تا ۷
لایه‌های نازک دیگر:
تعدادی از مواد امیدبخش دیگر از قبیل کادمیم تلورید ( (CdTe و مس ایندیم دی سلنید ((CuInSe2 نیز به عنوان مواد پایه در تهیه سلول های خورشیدی به کار می رود جاذبه این تکنولوژی ها این است که آنها به وسیله روشهای صنعتی ارزان می‌توانند ساخته‌شوند ، مطمئناً در مقایسه با سیلیسیم بلوری، آنها رابه جای سیلیسیم بی‌ریخت پیشنهاد می‌کنند.
ساخت سلول خورشید در ایران
شرکت تولید فیبرنوری و برق خورشیدی(متعلق به شرکت مخابرات ایران)
در اواخر سال ۱۳۶۷ و بعد از راه اندازی کارخانه تولید کابل نوری یزد طرح توجیهی فنی و اقتصادی تولید فیبر نوری در داخل کشوربه مسئولین امر در وزارت پست و تلگراف و تلفن ارائه شد . این طرح در سال ۱۳۶۸ به تصویب رسید و مقرر شد شرکتی به این منظور تشکیل و اجرای طرح مذکور به عنوان هدف اصلی آن تعیین شود .
شرکت تولید فیبر نوری در سال۱۳۶۸ به ثبت رسید . در همین سال با کسب اطلاع از علاقه مندی شرکت مخابرات ایران برای استفاده از سیستمهای برق خورشیدی ( فتوولتائیک ) ، امکان ساخت سلول و مدول خورشیدی در کشور مورد مطالعه قرار گرفت و با تهیه طرح توجیهی فنی و اقتصادی آن در سال ۱۳۶۹ مورد تایید مسئولین وقت وزارت پست و تلگراف و تافن واقع شده و مسئولیت اجرای آن به عهده شرکت تولید فیبر نوری و برق خورشیدی تغییر یافت .
شرکت تولید فیبر نوری و برق خورشیدی در اردیبهشت ماه سال ۱۳۷۳ باحضور ریاست محترم جمهوری افتتاح و بهره برداری از کارخانجات تولید فیبر نوری و تولید سلول و مدول خورشیدی میسر گردید .
سرمایه‌گذاری :
میزان سرمایه‌گذاری این شرکت برای کارخانجات تولید فیبرنوری و سلول و مدول خورشیدی ۹۹۴۰ میلیون ریال است که معادل ۲۰ میلیون دلار هزینه ارزی نیز در مبلغ سرمایه منظور شده است.
ظرفیت تولید :
ماشین‌آلات تولید فیبرنوری در بخش ساخت پیش سازه برای ظرفیت اسمی ۵۰ هزار کیلومتر فیبرنوری استاندارد در سه شیفت کاری طراحی شده‌اند و عملاً می‌توانند پیش سازه لازم برای ساخت ۳۰ هزار کیلومتر فیبرنوری استاندارد را تولید کنند.
ظرفیت اسمی تولید سلول خورشیدی ، ساخت ۲ میلیون و چهارصد هزار عدد سلول خورشیدی در سه شیفت کاری است و با احتساب بازده متوسط برای سلولها که ۵/۱۲ درصد است . معادل ۳ مگاوات پیک برق خورشیدی است.
ظرفیت تولید اسمی مدول خورشیدی در سه شیفت کاری ۶۰۰ و۶۶ دستگاه است که معادل ۳ مگاوات برق خورشیدی است
افزایش بازده سلولهای خورشیدی در ایران
پژوهشکده سبز یکی از مراکز علمی وابسته به دانشگاه علم و صنعت ایران است. گروه انرژی‌های تجدیدپذیر یکی از سه گروه فعال این پژوهشکده می‌باشد (دو گروه دیگر، گروه‌های انرژی و محیط زیست هستند). در این گروه بحث پیدا کردن جایگزین برای سوختهای فسیلی مطرح می‌باشد که هدف از آن پیدا کردن جایگزین مناسب برای انرژی‌های فسیلی است.
یکی از فعالیت‌های این گروه، افزایش راندمان سلولهای خورشیدی می‌باشد. این کار با کمک ردیاب‌های الکترونیکی (Electronicaltrackers) انجام می‌گیرد. شرکت فیبر نوری و برق خورشیدی واردکننده و تولید کننده سلولهای خورشیدی در ایران است. راندمان این سلولها در حدود ۱۰ درصد می‌باشد. پژوهشکده با اضافه نمودن سیستم ردیاب الکترونیکی موفق شده است که راندمان این سلولها را تا حداکثر ۱۸ درصد افزایش دهد. رسیدن به راندمان ۲۰ و ۲۲ درصد در مراحل بعدی مد نظر متخصصین پژوهکشده می‌باشد
هزینه تولید هر کیلووات برق از انرژی خورشیدی در کشور
تولید هر کیلووات برق از انرژی خورشیدی در کشور ۵۰۰ تا ۱۹۰۰ ریال، برآورد شد. درحال حاضر تنها یک ژنراتور خورشیدی با ظرفیت ۲۵۰ کیلووات در شیراز وجود دارد.
همچنین استان های تهران و فارس دارای نیروگاه های فتوولتائیک با ظرفیت ۲مگاوات هستند و ۲ کارخانه، درحال ساخت با همین منظور در طالقان و شیرازوجود دارند.
بر پایه گزارشات "پروژه بازنگری زیست محیطی انرژی در ایران" سایر روش هایتولید انرژی در کشور کمتر از ۲۰۰ ریال برای هر کیلووات هزینه دربر دارد. اما به رغم پتانسیل بالایی که هزینه تولید انرژی از این راه دارد بازهمتولید انرژی از خورشیدی برای مناطق دور از دسترس که از جمعیت اندکیبرخوردار هستند می تواند یک گزینه موثر باشد.
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.
اصول کار یک سلول خورشیدی:
سلول های خورشیدی(solar cells) از نیمه هادیها ساخته شده و با اتصال سیلیکون های نوع N و P شکل می گیرند. وقتی نور خورشید به یک سلول خورشیدی می تابد، به الکترون ها در آن انرژی بیشتری می بخشد.با تابش نور خورشید الکترونها در نیمه هادی پلاریزه شده، الکترونهای منفی در سیلیکون نوع N و یونهای مثبت در سیلیکون نوع P بوجود می آیند. بدین ترتیب بین دو الکترود، اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می گردد.
در زیر ۴ شکل برای درک بهتر این مطلب گنجانده شده اند که همگی بیانگر صعود الکترون ها به سطح نیمه هادی از نوع N و ایجاد حفره هایی در نیمه هادی نوع P و در نتیجه ایجاد اختلاف پتانسیل می باشند.
سلول خورشیدی قاعده بلوک ساختمان یک سیستم pv است.سلول های انفرادی می توانند در اندازه هایی از حدود cm 1 تا cm10 متغیر باشند . با این وجود تنها توان ۱یا ۲ وات تولید می کنند که انرژی کافی برای بیشتر کار بردها نیست.برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم ،سلولها بطور الکتریکی در یک مدول به یکدیگر مرتبط می شوند.مدولها می توانند بیشتر برای شکل گیری یک آرایش مرتبط شوند. اصطلاح آرایش به کل صفحه انرژی اشاره می کند ،اگر چه آن از یک یا چند هزار مدول ساخته شده باشد
