مقاله انرژی خورشیدی


دنلود مقاله و پروژه و پایان نامه دانشجوئی

مقاله انرژی خورشیدی مربوطه  به صورت فایل ورد  word و قابل ویرایش می باشد و دارای ۶۱  صفحه است . بلافاصله بعد از پرداخت و خرید لینک دانلود مقاله انرژی خورشیدی نمایش داده می شود، علاوه بر آن لینک مقاله مربوطه به ایمیل شما نیز ارسال می گردد

 فهرست

 مقدمه۵
تاریخچه   ۶
فصل اول  چگونگی،عملکردو ساختار سلول های خورشیدی۸
۱-۱ پیش گفتار   ۹
۱-۲ سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟۱۰
۱-۳ انواع باتری های خورشیدی   ۱۰
۱-۴ ساختار باتری خورشیدی     ۱۱
۱- ۵ مواد مورد استفاده بصورت ورق در باتری خورشیدی۱۱
۱- ۶ عملکرد باتری خورشیدی CDTE       ۱۱
۱- ۷ عملکرد باتری خورشیدی   ۱۲
۱- ۸ نکاتی ساده درباره انواع باتری های خورشیدی۱۳
۱- ۹ ساخت سلول های خورشیدی با استفاده از مواد آلی و کاربرد های آن۱۴
۱-۱۰ خواص ماده و روش های پردازش پیل ها        ۱۴
فصل دوم  سیستم های فتوولتاییک      ۱۶
۲-۱ پیش گفتار ۱۷
۲-۲ سیستم های فتوولتاییک۱۸
۲-۳ اجزای سیستم های فتوولتاییک   ۱۸
۲– ۴ دوام اجزای فتوولتاییک   ۱۹
۲- ۵ مراحل پیشرفت سیستم های فتوولتاییک       ۱۹
۲- ۶ سیر تحولی و رشد ۱۹
۲- ۷ چشم اندازها۲۰
۲- ۸ ایمنی، سلامت و مسائل مرتبط با محیط زیست۲۰
۲- ۹ انواع مبدل های فتوولتاییک    ۲۰
۲- ۱۰ مزایای تکنولوژی فتوولتاییک    ۲۲
۲- ۱۱ معایب تکنولوژی فتوولتاییک    ۲۳
۲- ۱۲ اثر فتوولتایی     ۲۳
۲- ۱۳ سیستم های نیروی فتوولتاییکی مسکونی      ۲۳
۲- ۱۴ نصب واحد   ۲۴
۲- ۱۵ پروژه فتوولتاییک مسکونی    ۲۴
۲- ۱۶ اولین ساختمان خورشیدی در ایران      ۲۵
۲- ۱۷ خلاصه: طرحی فرضی در مورد آینده سیستم های فتوولتایی۲۵
فصل سوم اثر تغییرات زمانی بر سیستم های فتوولتایی۲۷
۳-۱ نکات قابل توجه در طراحی یک سیستم فتوولتایی۲۸
۳-۲ تغییرات روزانه و ساعتی     ۲۸
۳-۳ تغییرات ماهانه     ۲۸
۳- ۴ تغییرات سالانه    ۲۸
فصل چهارم ساخت پیل سیلسیومی و فنآوری ساخت۲۹
۴- ۱ ساخت پیل سیلیسیومی و فنآوری های ساخت۳۰
۴- ۲ روش ساخت و پردازش پیل سیلیسیومی     ۳۰
۴- ۳ تهیه ی قرص های تک بلوری   ۳۰
۴- ۴ ناخالص کردن    ۳۱
۴- ۵ الکترودها و پوشش های ضد بازتاب     ۳۱
۴-۶ فن آوری های ساخت سلول های خورشیدی     ۳۲
فصل پنجم انواع پیل ها۳۲
۵-۱پیل های چند عبوری       ۳۳
۵- ۲پیل های با پیوند مایع     ۳۳
۵- ۳ پیل های متمرکز کننده غیر متداول      ۳۴
۵-۴پیل با چند پیل موازی     ۳۴
۵-۵پیل با چند پیوند عمودی سری    ۳۴
۵-۶پیل خورشیدی با چند پیوند یا شیارV شکل(vgmj)34
5-7 پیل با اتصال پشتی متصل به هم(IBC)          ۳۵
۵-۸پیل با امیتر پیوندی زیاد- کم   ۳۵
۵-۹پیل های خورشیدی با عرض باند مجزا شده     ۳۵
۵-۱۰پیل متوالی۳۶
۵-۱۱ خلاصه۳۶
فصل ششم گردآورهای خورشیدی   ۳۷
۶-۱کلکتور یا گرد آور های خورشیدی ۳۸
۶- ۲ کلکتورهای تخت ۳۸
۶- ۳ کلکتورهای متمرکز کننده۳۹
۶-۴ طرح سلول متمرکز کننده  ۴۰
۶- ۵ سیستم های متمرکز کننده ۴۰
۶- ۶ برخی از انواع متمرکز کننده ها۴۱
فصل هفتم برخی از انواع کاربردها۴۲
۷- ۱ مصارف و کاربرد های فتوولتاییک۴۳
۷- ۲روشنایی خورشیدی   ۴۳
۷- ۳ سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی    ۴۳
۷- ۴ سیستم پمپاژ خورشیدی۴۳
۷- ۵ سیستم تغذیه کننده ایستگاه های مخابراتی و زلزله نگاری  ۴۳
۷- ۶ ماشین حساب و …….. ۴۳
۷- ۷ کاربرد پیل های موجود  ۴۳
۷- ۸ نمونه هایی از کاربرد پیل های خورشیدی در روی زمین ۴۴
فصل هشتم  کاربرد های نیروگاهی و غیر نیروگاهی۴۶
۸- ۱ کاربردهای نیروگاهی۴۷
۸- ۲  نیروگاه های حرارتی از نوع بشقابی   ۴۹
۸- ۳ دودکش های خورشیدی۵۰
۸- ۴ مزایای نیروگاه های خورشیدی۵۰
۸- ۵ کاربرد های غیر نیروگاهی۵۱
فصل نهم  انواع تلفات۵۴
۹- ۱ مکانیزم های تلف در پیل ها۵۵
۹- ۲ تلفات نوری۵۵
۹- ۳ تلفات الکتریکی۵۵
۹- ۴ تلفات ناشی از فرآیند های تنزل کارآیی۵۶
نتیجه گیری۵۶

تاریخچه

 شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظور های مختلف، به زمان ما قبل تاریخ بازمی گردد در آن زمان روحانیون معابد به کمک جام های بزرگ طلایی صیقل داده شده و اشعه خورشید، جهت روشن کردن آتشدان های محراب استفاده   می کردند، و یا در دوران فراعنه ی مصر در سال های ۱۴۱۹- ۱۴۵۵ بر اثر تابش خورشید بر مجسمه های ناطق، هوای داخل آنها گرم و مجسمه ها بصدا در می آمدند، البته مهم ترین روایتی که در رابطه با استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید.  گفته می شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آینه های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه ی متحرک قرار داشته است اشعه ی خورشید را از راه دور روی کشتی های رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده است. به همین علت از  ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام می برند در حالیکه منابع مصری قدیمی تر از آن است.

حدود ۱۸۰۰ سال پس از ارشمیدس شخصی بنام کرچر  ۱۶۱۰-۱۶۸۰ شاهکار ارشمیدس را تکرار کرد و با استفاده از تعدادی آینه، یک لنگرگاه را آتش زد و ثابت کرد که داستان حقیقت دارد. در سال ۱۶۱۵ سالمون اهل فرانسه بیانیه ای راجع به موتور خورشیدی منتشر کرد. او با استفاده از تعدادی عدسی که در یک قاب نصب شده بودند اشعه ی خورشید را بر روی یک استوانه ی فلزی سربسته که قسمتی از آن از آب پر شده بود متمرکز نمود. تابش خورشید باعث گرمشدن هوای داخل استوانه شده و با انبساط هوا، فشار داخل محفظه افزایش یافته و آب به بیرون رانده می شود. در قرن هیجدهم ناتورا اولین کوره ی خورشیدی را در فرانسه ساخت. بزرگترین کوره ی او از ۳۶۰ قطعه آینه ی تخت کوچک تشکیل شده بود که هر کدام به طور مستقل اشعه ی خورشید را به یک نقطه متمرکز می کردند. این محقق کوره ی کوچک تری را نیز که از ۱۶۸ قطعه آینه تشکیل شده بود در سال ۱۷۴۷ طراحی و تولید کرد و به وسیله ی آن یک تل چوبی را در فاصله ی ۶۰ متری آتش زد.

دستگاه های خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله ی شخصی بنام نیکلاس دی در سال ۱۷۴۰- ۱۷۹۹ ساخته شد، اجاق ائو شامل یک جعبه ی عایق شده با صفحه ی سیاه رنگی بود که قطعات شیشه ای درپوش آنرا تشکیل می داد اشعه ی خورشید با عبور از میان شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله ی سطح سیاه جذب و درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه سانتیگراد افزایش می داد.

آنتونی لاوازیه ۱۷۴۳-۱۷۹۴ خالق شیمی نوین برای کسب بیشترین انرژی از خالص ترین منبع حرارتی، تحقیقاتی در کوره های خورشیدی انجام داد و کوره ای ساخت که برای تشکیل یک عدسی محدب این کوره از دو عدسی شیشه ای که بین این دو صفحه با الکل پر شده بود، استفاده نمود. عدسی مایع به قطر ۱۳۰ سانتیمتر و به     فاصله ی کانونی ۳۲۰ سانتیمتر بود. چون قدرت انکسار این عدسی مایع برای بدست آوردن درجه حرارت زیاد در کانون آن موثر نبود، این دستگاه قادر شد حتی پلاتینیوم را در دمای ۱۷۶۰ درجه نیز ذوب نماید.

بسمر پدر فولاد جهان ۱۸۱۳ حرارت مورد نیاز کوره ی خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین کرد. در قرن نوزدهم تلاش هایی جهت تبدیل انرژی خورشیدی به دیگر فرم های انرژی مثل تولید بخار و استفاده در موتورهای بخار انجام گرفت، در این سال ها چندین موتور بخار خورشیدی ساخته و مورد آزمایش قرار گرفتند.

تحقیقات مرتبط با تکنولوژی فتوولتاییک نیز  از یکصد سال قبل آغاز شد.در سال ۱۸۷۳ م.”ویلوگبی اسمیت” دانشمند انگلیسی به حساسیت سلنیم نسبت به نور پی برد. وی در آزمایش های خود به این نتیجه رسید که توانایی سلنیم برای هدایت الکتریسیته با میزان تابش نور به آن رابطه ای مستقیم دارد در سال ۱۸۷۸ موشو اولین کلکتور خورشیدی با     متمرکز کننده ی مخروطی شکل را طراحی کرد. آینه های داخل مخروط تمام اشعه های خورشیدی را در نقطه ای در وسط مخروط ناقص که جذب کننده ای در آنجا نصب شده بود متمرکز می کرد. این کلکتور را اکسیکون می نامیدند. اولین اکسیکون بزرگی که ساخته شد شامل یک صفحه از جنس نقره با قطر ۵۴۰ سانتیمتر و به سطح ۱۸٫۲ متر مربع بود. وزن آن با کلیه ی قسمت های متحرک در حدود ۱۴۰۰ کیلو گرم بود و قدرت داشت ۷۸ درصد از انرژی خورشیدی تابیده شده را جذب کند. . درسال ۱۸۸۰ م.”چارلز فریتس”توانست که با استفاده از سلنیماولین سلول الکتریکی خورشیدی را بسازد و پس از آن در همین سال  اولین کلکتور تخت خورشیدی بوسیله ی چارلز تلی یر ساخته شد. در قرن نوزدهم دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی رواج  پیدا کردند و دستگاه هایی ساخته شدند که قادر بودند در روزهای آفتابی حدود ۲۰۰۰۰ لیتر آب مقطر تولید نمایند.

 محصول فتوولتاییک نیز بدون مصرف مواد اولیه و بدون تولید گرما و صدا، الکتریسیته تولید می کرد.این تحقیقات تا سال ۱۹۰۵ م. که “آلبرت انیشتین” نظریه خود را در باب اثرفتوولتاییک ارائه کرد، راکد ماند. نظریات انیشتین تحولی در مراحل تولید الکتریسیته ایجاد نمود اما به دلیل هزینه های بالا و بازدهی کم تولید، پیشرفت های کندی دراین زمینه بدست می آمد. تا اینکه دراوایل سال های۱۹۵۰٫م دانشمندان آزمایشگاه “بل” درجریان تحقیقات خود درمورد سیستم های ارتباطی راه دور وکشف منابع جدید انرژی به حساسیت سیلیکون، دومین عنصر فراوان روی زمین، به نور خورشید پی بردند و متوجه شدند که هنگامیکه این ماده با یک ناخالصی معینی بکار رود، در مقابل تابش نور، انرژی با ولتاژ قابل توجهی تولید می کند. در سال ۱۹۵۴ م. آنها اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را با راندمان ۶۰% تولید کردند و برای نخستین بار از این تکنولوژی درایستگاه مخابراتی روستایی درایالت جورجیا استفاده شد. درسازمان هوافضای آمریکا (ناسا) ، دانشمندان برای تولید انرژی فراوان، سبک، مطمئن و مناسب در فضای خارج از جو زمین، در اوایل ۱۹۶۰ سیستمی را مشتمل بر ۱۰۸ سلول خورشیدی  بر روی ماهواره “ونگارد” نصب کردند.ازآن زمان به بعد سیستم های فتوولتاییک بر روی بیشتر ماهواره ها و فضاپیماها به کار گرفته شد. پس ازآن سیستم های فتوولتاییک درگستره ی وسیعی از نیازها مورداستفاده قرار گرفتند. تا سال ۱۹۷۰ بیش از۲۰۰۰۰۰  باب خانه در کشور های جهان از این تکنولوژی استفاده می کنند و در سایر نقاط جهان نیز از این سیستم ها در مقیاس وسیعی استفاده می شود. در  این روش تولید انرژی در انواع ارتباطات، آبیاری، تصفیه آب، تولید روشنایی، راهبری هوایی و دریایی و… به کار می رود.

   فصل اول

چگونگی،عملکردو ساختار سلول های خورشیدی

 ۱-۱پیش گفتار

مقدار انرژی تابشی خورشید بر روی کره زمین ۶۰۰۰ برابر کل مصرف انرژی‌های سالیانه بر روی زمین است که این مطلب نشان دهنده ی اهمیت توجه به این منبع در تامین نیازهای روزمره ی بشر است. اگر تا به حال انرژی خورشیدی رقیبی جدی برای سوخت ‌های فسیلی محسوب نمی‌شده است، به دلیل پایین بودن تاریخی قیمت سوخت های فسیلی بوده است. گر چه هنوز هم فناوری استفاده از انرژی خورشیدی به بلوغ خود نرسیده است، اما رسیدن به این تکامل نزدیک است. بسیاری از کشورهای جهان در تلاشند تا با جایگزینی انرژی خورشیدی در تولید حرارت و الکتریسیته حداکثر استفاده از این منبع انرژی را به دست آورده و زیان‌های ناشی از مصرف سوخت‌های فسیلی را کاهش دهند.

۱-۲سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

نور مرکب است از بسته های انرژی که فوتون نامیده می شوند و  به صورت موج مانند و سبک هستند. وقتی که فوتون ها به اتم های سیلیکون اصابت می کنند الکترون ها از جای خود بیرون آمده و بارهای مثبت رها  می شوند و این اتم ها      الکترون های آزاد را از داخل سیلیکون جذب می کنند. این حرکت تصادفی الکترون ها تبدیل به جریان شده این جریان باعث پیوند pn سیلیکون می شود. الکترون ها از جای خود رانده شده و  به وسیله ی فوتون ها باعث پیوند pn شده و جذب شده و در نتیجه جریانی به طور الکتریکی تولید می کند و این سطح  جریان از آمپر مستقیما متناسب با شدت نور می باشد.

به صورت کامل تر می توان چنین توضیح داد که نور خورشید بر نیمه هادی می تابد و یک الکترون و یک حفره ایجاد        می کند. الکترون و حفره ی مذکور که به ترتیب یک ذره ی باردار مثبت می باشند، هر دو قادرند حرکت کنند. این ذرات در درون نیمه هادی پراکنده می شوند و سرانجام به یک سد انرژی برخورد می کنند که به ذرات باردار با یک نوع علامت اجازه عبور می دهد ولی مانع عبور ذرات با علامت مخالف آن می شود . به این ترتیب ذرات باردار مثبت در محل تماس بالایی و ذرات باردار منفی در محل تماس پایینی جمع می شوند . جریان های الکتریکی پدید آمده از این مجموعه ی باردار توسط سیم های فلزی به مصرف کننده الکتریکی منتقل می شود یا اینکه ابتدا توسط یک دستگاه تبدیل وضعیت توان به یک جریان متناوب با سطح ولتاژ و جریان متفاوت نسبت به ولتاژ و جریان تولید شده توسط باتری تبدیل می شود. سیستم های فرعی دیگری را نیز می توان بکار برد که عبارتند از: وسایل ذخیره کننده انرژی مانند باتری ها و نیز آینه ها یا عدسی های متمرکز کننده که نور خورشید را بر روی باتری های نیمه هادی کوچک تر و در نتیجه کم هزینه تر متمرکز می کنند. اگر از وسایل متمرکز کننده استفاده شود باید برای ثابت نگهداشتن جهت مجموعه ی آنها به سوی خورشید در طول روز از یک سیستم فرعی ردیابی استفاده کرد

۱-۳انواع باتری های خورشیدی

باتری هایی که به تعداد زیاد تولید می شوند از سیلیسیوم تک بلوری ساخته شده اند و بدون متمرکز کردن نور خورشید    بکار می روند. باتری های سیلسیومی را از قرص هایی که از شمش های بزرگ تک بلوری بریده شده اند و از نوارهای نازک    یا تارهای کم ضخامت سیلیکون که احتیاجی به برش ندارند تهیه می کنند. از میان سایر مواد باتری های تک بلوری که مورد مطالعه قرار گرفته است، ترکیب نیمه هادی آرسنید گالیوم (GaAS) بیش از همه در آزمایش ها بکار می رود و به این دلیل بازده زیاد و توان کارکرد آن در دماهای زیاد است.

در سیستم باتری های متمرکز کننده هر دو ماده سیلیسیوم و آرسنیدگالیوم بکار رفته است. شکل باتری های متمرکز کننده نسبت به باتری هایی که از آنها به صورت غیر متمرکز کننده (باتری های صفحه تخت) استفاده می شود، فرق می کند.   باتری های متمرکز کننده باید تاب تحمل دماهای زیادتری را داشته باشند و باید به دلیل جریان های نسبتا زیادترشان دارای تلف مقاومت کمتری باشند. چون در باتری های نوع (طیف تجزیه شده) از چندین پیل استفاده می شود، انتظار می رود برای دستیابی به این سیستم کم هزینه این گونه باتری ها را در مراحل اولیه با آیینه ها یا عدسی های متمرکز کننده بکار ببرند.

باتری متمرکز کننده دیگری که در آن از طریقه گرگونی طیفی به بازده زیادی دست می یابیم باتری (فتوولتایی _ گرمایی) است. این باتری در تابشی با طول موج نسبتا بلندی از یک صفحه که توسط نور متمرکز شده خورشید حرارت می بیند روشن می شود.

اکثر باتری ها از اتصال های به اصطلاحpn  استفاده می کنند. یعنی دو ناحیه ی مجاور یک نیمه هادی مانند سیلیسیوم ناخالصی های متفاوت، و بنابراین خصوصیات الکتریکی مختلفی دارند. یک ساختار دیگر، باتری سد کننده شاتکی نام دارد که در آن به جای یکی از نواحی نیمه هادی پیل دارای اتصال pn یک لایه نازک و نسبتا شفاف فلزی قرار داده شده است. طرح امید بخش دیگری برای پیل های خورشیدی ارائه شده است که علاوه بر موارد فوق یک لایه بسیار  نازک بین فلز مذکور و نیمه هادی قرار می دهند که تشکیل ساختار (فلز – عایق – نیمه هادی)  MISیا (فلز- اکسید – نیمه هادی) MOS می دهد.

۱-۴ساختار باتری خورشیدی

باتری‌های خورشیدی معمولاً از مواد نیمه‌رسانا، مخصوصا سیلیسیم، تشکیل شده‌است. هر اتم سیلیسیم با چهار اتم دیگر پیوند تشکیل می‌دهد و بدین صورت، شکل کریستالی آن پدید می‌آید. در باتری‌های خورشیدی به سیلیسیم مقداری جزئی ناخالصی اضافه می‌کنند. اگر اتم ناخالص ۵ ظرفیتی باشد (اتم سیلیسیم ۴ ظرفیتی است) آنگاه در ارتباط با چهار اتم سیلیسیم یک  لایه ی آن بدون پیوند باقی می‌ماند (یک تک الکترون). به همین دلیل چون بار نسبی منفی پیدا می‌کند به آن سیلیسیم نوع N(Negative) می‌گویند. همین طور اگر اتم ناخالص دارای ظرفیت ۳ باشد آنگاه یک حفره ی اضافی ایجاد می‌شود. حفره را به گونه‌ای می‌توان گفت که جای خالی الکترون با بار مثبت (به اندازه ی بار الکترون) و جرمی برابر با جرم الکترون است، که این امر هم باعث مثبت شدن نسبی ماده می‌شود و به آن سیلیسیم نوع P (Positive) می‌گویند. هر باتری خورشیدی از     ۶ لایه تشکیل شده که هر لایه را ماده‌ای خاص تشکیل می‌دهد.

۱-۵مواد مورد استفاده  بصورت ورق در باتری خورشیدی

طرح بسیار نوید بخش دیگری برای سلول فوتو ولتایی ، کاربرد ورقه های فیلم های بسیار نازکی است که روی مواد نظیر شیشه یا فولاد زنگ نزن نشانده می شوند. سه ماده که به صورت ورقه های نازک (به ضخامت تقریبی ۱ تا ۳ میکرومتر) نتایج فوتوولتایی خوبی بدست داده اند. عبارتند از: سیلیسیوم هیدروژن دار آدورف (α – Si:H) ، سی اندپوم دی سلیند (CuLnSe2 یا بطور ساده CIS) و کادمیوم تلورید (CdTe). ماده α – Si:H به صورت ورقه های نازک با ساختار آمورف ، ساختار چند بلوری با دانه هایی به صورت ورقه های نازک با ساختار بلوری با دانه هایی به اندازه حدود ۱ میکرومتر کاربرد دارند.

۱-۶عملکرد باتری خورشیدی CdTe

فرآیند فوتو ولتایی در باتری خورشید CdTe: هر کوانتوم نور (فوتون) دارای انرژی hv است که در آن h ثابت پلانک و v بسامد نور است. (υ = C/λ) که در آن C سرعت نور و λ طول موج نور است). چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی     نیم رسانا (فاصله میان نوارهای نوارهای ظرفیت و رسانش) باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده می شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می کند و به نوار رسانش می برد که الکترون در آنجا می تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید. الکترون بار منفی دارد، اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است. وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب حفره مثبت می شود و بدون ایجاد هیچ جریانی نابود خواهد شد. بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بارها برقرار شود. این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رسانا و ایجاد پیوندگاهی میان مناطق نوع n (که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند) و نوع p (که با ذرات حامل در آن مثبت است) انجام می شود، پیوند ناهمگن نشان می دهد که کادمیوم سولفید (CdS) نوع n و کادمیوم تلورید (CdTe) نوع p تشکیل شده است. هنگامی که فوتون ،      زوج های الکترون – حفره را در نزدیکی این پیوندگاه  pn که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند، فرآیند   فوتو ولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت. باتری خورشیدی در این حال نیاز به حفظ اتصال های فلزی دارد. تا با        سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله ای خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود. برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (SnO2) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO) برای اتصال به CdS نیز نیکل ، گرانیت، یاطلا برای اتصال CdTe کاربرددارند.

۱-۷عملکرد باتری خورشیدی

با اتصال یک نیمه هادی نوع p به یک نیمه هادی نوع n، الکترون‌ها از ناحیه ی n به ناحیه یp و حفره‌ها از ناحیه ی p به ناحیه یn منتقل می‌شوند. با انتقال هر الکترون به ناحیه یp، یک یون مثبت در ناحیه یn و با انتقال هر حفره به ناحیه یn ، یک یون منفی در ناحیه یp باقی می ماند. یون‌های مثبت ومنفی میدان الکتریکی داخلی ایجاد می‌کنند که جهت آن از ناحیه ی n به ناحیه ی p است. این میدان با انتقال بیشتر باربرها (الکترون‌ها و حفره‌ها)، قوی تر و قوی تر شده تا جایی که انتقال خالص باربرها به صفر می‌رسد. در این شرایط ترازهای فرمی دو ناحیه با یکدیگر هم سطح شده‌اند و یک میدان الکتریکی داخلی نیز شکل گرفته‌است. اگر در چنین شرایطی، نور خورشید به پیوند بتابد، فوتون‌هایی که انرژی آنها از انرژی شکاف نیمه هادی بیشتر است، زوج الکترون-حفره تولید کرده و زوج‌هایی که در ناحیه تهی یا حوالی آن تولید شده‌اند شانس زیادی دارند که قبل از بازترکیب، توسط میدان داخلی پیوند از هم جدا شوند. میدان الکتریکی، الکترون‌ها را به ناحیه یn و حفره‌ها را به ناحیه ی p سوق می‌دهد. به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه یn و تراکم بار مثبت در ناحیه یp زیاد می‌شود. این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازه گیری است. اگر دو سر پیوند با یک سیم، به یکدیگر اتصال کوتاه شود، الکترون‌های اضافی ناحیه یn، از طریق سیم به ناحیه یp رفته و جریان اتصال کوتاهی را شکل می‌دهند. اگر به جای سیم از یک مصرف کننده استفاده شود، عبور جریان از مصرف کننده، به آن انرژی می‌دهد. به این ترتیب انرژی فوتون‌های نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. هر چه میدان الکتریکی درون پیوند قوی تر باشد، ولتاژ مدار باز بزرگتری بدست می‌آید. برای دست یافتن به یک میدان الکتریکی بزرگ، باید اختلاف ترازهای فرمی دو ماده p و n از یکدیگر زیاد باشد. برای این منظور باید انرژی شکاف نیمه هادی بزرگ انتخاب شود. بنابراین ولتاژ مدار باز یک سلول خورشیدی با انرژی شکاف آن افزایش می‌یابد. اما افزایش انرژی شکاف سبب می‌شود، فوتون‌های کمتری توانایی تولید زوج الکترون-حفره داشته باشند و بنابراین جریان اتصال کوتاه کمتری نیز تولید شود. بنابراین افزایش انرژی شکاف، روی ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه سلول دو اثر متفاوت دارد. (شکل ۱)

 پیل های معمولی از نوع n روی p از قرص های گرد سیلیسیومی به ضخامت mm 0.3 تهیه می شوند. طرف پایین یا پشت پیلی که نور بر آن نمی تابد دارای پوششی فلزی است که با بدنه ی نوع p سیلیسوم تماس برقرار  می کند. یک لایه ی بالایی از نوع n که تشکیل دهنده ی پیوند pn است برای اینکه مقاومت اندکی داشته باشد، به میزان زیادی ناخالص شده است. انگشتی های فلزی به عرض حدود mm0.1 و به ضخامت  mm0.5 با این  لایه ی جلویی، تماس اهمی ایجاد می کنند تا جریان را جمع آوری کنند. یک پوشش شفاف عایق ضد بازتاب به ضخامت تقریبی۰٫۰۶ میکرون لایه سیلسیومی فوقانی را   می پوشاند و به این ترتیب انتقال نور بهتری نسبت به هنگامی که سیلیسیوم بدون پوشش است پدید می آورد.

۱-۸نکاتی ساده درباره ی انواع باتری های خورشیدی

الف- چون سیلسیوم (si) به طور گسترده در مدارهای مجتمع (Ic) بکار رفته است فن ساخت آن کاملا توسعه یافته است و انتخاب آن برای استفاده در باتری های خورشیدی کاملا طبیعی است در حالی که روش های دیگر در دست مطالعه و    توسعه اند؛

ب- ساخت پیل های چند بلوری یا پیل هایی به صورت ورقه های نازک به جای پیل های تک بلوری ممکن است هم از نظر ریالی و هم از نظر انرژی مصرف شده در مراحل تولید بسیار اقتصادی باشد، زیرا برای ساخت پیل های تک بلوری  به حرارت شدید، رشد دقیق بلور و نیز برش احتیاج است؛

ج- از آنجا که هزینه ی ساخت آینه ها و عدسی های متمرکز کننده نسبت به اکثر نیمه هادی ها بسیار کمتر است، استفاده از سیستم های متمرکز کننده که در آنها نور خورشید بر روی پیل های نسبتا کوچک نیمه هادی متمرکز می شود مقرون به صرفه است؛

چ- چون پیل ها را می توان طوری طراحی کرد که با نور یک طول موج کار کنند، شاید به صرفه باشد طیف را تجزیه کنیم و قسمت های مختلف آن را بر روی پیل هایی بتابانیم که برای مولفه های آن طیف ها مناسب ترند؛

ه- چون میزان تابش نور خورشید و نیاز به انرژی، پیوسته در نوسان است، پیل هایی که خاصیت ذاتی ذخیره سازی انرژی به روش الکترولیز را دارند ممکن است جالب توجه باشند.

۱-۹ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از مواد آلی و کاربرد  آن

سلول های خورشیدی ساخته شده از مواد آلی در مقایسه با همتایان سیلیکونی خود بازده بسیار کمتری دارند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت هایی مانند انعطاف پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند. شارژر موبایل قابل حمل٫ کار گذاشتن باتری ها در سطوح دارای انحناء مانند بدنه ماشین ها و حتی استفاده از آنها در لباس ها از مصارفی است که برای سلول های خورشیدی آلی (ارگانیک) پیش بینی می‌شود. خصوصیت دیگر آنها انعطاف پذیری در طول موجی است که در آن بیشترین جذب را دارند. در نتیجه اگر برای مثال ماده آلی با جذب درناحیه زیر قرمز استفاده شود از سلول خورشیدی آلی می‌توان در شیشه‌های اتومبیل٫ شیشه‌های خانه‌ها و هر مکان دیگری که باید شفاف باشد٫ استفاده کرد. ساخت سلول های خورشیدی آلی از دهه ۷۰ میلادی مورد تحقیق و بررسی علمی قرار گرفته است ولی هنوز نمونه بازاری آن ساخته نشده است. از موادی که آینده ی  روشنی در این صنعت برای آن پیش بینی می‌شود کریستال های مایع ستونی هستند.

۱-۱۰خواص ماده و روش های پردازش پیل ها

واقعیت امر این است که پیل های سیلسیومی با استفاده از طرح معمولی پیل و روش های مرسوم آماده سازی مدار مجتمع (Ic) برای مصارف زمینی ساخته شده اند. البته این پیل ها نسبتا گران قیمت هستند و هزینه ی آنها بیش از ۱۰ دلار به ازای هر وات خروجی حداکثر است و به همین دلیل برای مصارف خاص مانند تامین برق  دستگاه های ارتباطی واقع در مناطق دور دست که هزینه تولید الکتریسیته بوسیله ی سایر منابع گران تمام می شود مناسبند. دو عامل مهم و اساسی بر انتخاب مواد تشکیل دهنده ی پیل و روش های آماده سازی تاثیر دارد:

۱- هزینه ی انرژی الکتریکی تولید شده: هزینه ی توان خروجی یک سیستم فتوولتایی مثلا بر حسب دلار در هر کیلووات ساعت با راندمان پیل و مجموعه یکپارچه آن و کلیه هزینه هایی که در خلال ساخت، نصب و راه اندازی آن سیستم صرف    می شود تعیین می گردد. هزینه های تراز کننده سیستم (BOS) مانند بهای زمینی که به آن اختصاص یافته است و هزینه ی تبدیل توان و ذخیره سازی انرژی را باید به هزینه ی فوق افزود.

۲- زمان یا نسبت بازپرداخت انرژی: در هر مرحله  از تولید توان یک سیستم فتوولتایی در مرحله ی استخراج مواد خام از زمین، در مرحله ی تصفیه و پالایش و در مراحل شکل دادن  مواد و غیره انرژی مصرف می شود. مدت زمانی که سیستم مذکور باید کارکند تا مقدار انرژی الکتریکی معادل کل انرژی بکاررفته در ساخت آن سیستم را تولید کند، نباید بیش از چند سال باشد. این مدت را زمان بازپرداخت انرژی می نامند.

اگر قرار باشد سیستم تولید توان فتوولتایی، در مجموع انرژی تولید کند، باید طول عمر مفید سیستم بیش از طول مدت بازپرداختش باشد. در یک سیستم اقتصاد آزاد ایده آل ،کارآیی بازپرداخت انرژی یک سیستم پیل خورشیدی یا هر نیروگاه دیگر تا حدی در هزینه آن سیستم نمایان می شود.

هنگام مقایسه ی سیستم های گوناگون فتوولتایی می توان قابلیت تحمل نسبی آنها را در شرایط محیطی گوناگون مانند دما، رطوبت درون هوا، و حتی اثر بیرنگ کنندگی نور خورشید بر پوشش پیل در نظر گرفت، زیرا این عوامل می توانند موجب کوتاه شدن عمر سیستم و افزایش هزینه ی انرژی حاصله شوند. به اجرا درآوردن طرح هایی که برای مصرف در مقیاسی وسیع در نظر گرفته می شوند باید به مقدار زیاد مقرون به صرفه باشد. در دسترس بودن مواد بکار رفته در این پیل ها و نیز اثرات محیطی مربوط به ساخت، استفاده و سرانجام فروش و عرضه ی این پیل ها باید بررسی شود.

 فصل دوم

سیستم های فتوولتاییک

 

60,000 ریال – خرید

تمام مقالات و پایان نامه و پروژه ها به صورت فایل دنلودی می باشند و شما به محض پرداخت آنلاین مبلغ همان لحظه قادر به دریافت فایل خواهید بود. این عملیات کاملاً خودکار بوده و توسط سیستم انجام می پذیرد.

 جهت پرداخت مبلغ شما به درگاه پرداخت یکی از بانک ها منتقل خواهید شد، برای پرداخت آنلاین از درگاه بانک این بانک ها، حتماً نیاز نیست که شما شماره کارت همان بانک را داشته باشید و بلکه شما میتوانید از طریق همه کارت های عضو شبکه بانکی، مبلغ  را پرداخت نمایید. 

 

 

مطالب پیشنهادی:
  • مقاله انرژی خورشیدی
  • مقاله انرژی خورشیدی
  • پایان نامه بهینه سازی مصرف برق با استفاده از صفحات خورشیدی و ذخیره سازی انرژی و اتصال به وسایل منزل
  • مقاله انرژی خورشیدی
  • مقاله سلول های خورشیدی
  • برچسب ها : , , , , , , , , , , ,
    برای ثبت نظر خود کلیک کنید ...

    براي قرار دادن بنر خود در اين مکان کليک کنيد
    به راهنمایی نیاز دارید؟ کلیک کنید
    

    جستجو پیشرفته مقالات و پروژه

    سبد خرید

    • سبد خریدتان خالی است.

    دسته ها

    آخرین بروز رسانی

      جمعه, ۱۹ آذر , ۱۳۹۵
    
    اولین پایگاه اینترنتی اشتراک و فروش فایلهای دیجیتال ایران
    wpdesign Group طراحی و پشتیبانی سایت توسط دیجیتال ایران digitaliran.ir صورت گرفته است
    تمامی حقوق برایdjkalaa.irمحفوظ می باشد.