چراغ هاي خورشيدي فوق كم مصرف 

مقاله زیر برگرفته از سایت سولار هست که قسمت های مربوط به انرژی خورشیدی گذاشته شده

مقایسه فنی وریالی چراغ گازی 400 وات و چراغ ال ای دی 100 وات

ارزیابی هزینه-فایده جایگزینی چراغهاي گازي 400 وات موجود در بازار با چراغهاي خیابانی ال اي دي 100 وات بر اساس تعرفه برق دولتی 130 تومان بر کیلووات ساعت

با در نظر گرفتن محاسبات جدول فوق با صرف هزینه اولیه 290 هزار تومان مازاد بر هزینه خرید چراغ گازي 400 وات براي خرید هر دستگاه چراغ 100 وات ال اي دي سالانه کاهش هزینهاي 248800 تومانی خواهیم داشت که برابر با نرخ بازگشت سرمایه اي حداقل 88 درصدي میباشد. ضمن آنکه با در نظر گرفتن ارزش ذاتی لاشه چراغ (قطعات آلیاژي مرغوب آلومینیومی) هزینه برق سال آخر کارکرد چراغ ال اي دي هم جبران خواهد شد.

تذکر:

ارقام یاد شده در جدول فوق مربوط به مقایسه هزینه- فایده جایگزینی چراغهاي فوق کم مصرف ال اي دي با چراغهاي گازي400 واتی بود. در حالیکه براي سیستمی که از ابتدا با چراغهاي ال اي دي طراحی و ساخته شوند هزینه اولیه هم در مقایسه با سیستم طراحی شده با چراغهاي گازي بسیار پایین تر خواهد بود

مزایای استفاده از سیستم هایLED

مزایای استفاده از سیستم های LED

طبق گزارش وزارت نیروی ایالات متحده، 22 درصد از کل برق مصرفی در این کشور صرف کاربردهای روشنایی میشود. در جهانی که قیمت های فزاینده انرژی و نگرانی های محیط زیستی در آن روز به روز در حال افزایش است، ضرورت وجود انقلابی در صنعت روشنایی مدت هاست که به تعویق افتاده است.

دیودهای ساتع کننده نور، یاLED ، این انقلاب را محقق کرده ، به نحوی که به کار گیری آن این نوید را میدهد که 40 تا 70 درصد انرژی الکتریسیته ای که یک شهر صرف روشنایی مکان های عمومی، خیابان ها، معابر، پارکینگ ها و همچنین در کاربردهای معماری میکند را کاهش داد.

علاوه بر کم کردن مصرف الکتریسیته در روشنایی، که خود کمک قابل توجهیست به محیط زیست،LED ها به سبب داشتن عمر بسیار طولانی،  باعث کاهش یافتن حجم موادیست که در پایان عمر خود به مدفن های زباله سرازیر میشوند، ( برای مثال حباب لامپ ها). بعلاوه LED ها بر خلاف اکثر منابع روشنایی سنتی پیش از خود، فاقد مواد زیان آور جیوه و سرب می باشند.

به عنوان مثالی دیگر تحقیقات اخیر در سازمان انرژی ایالات متحده حاکی از این است که استفاده سریع از این تکنولوژی در این کشور ظرف 20 سال آینده منافع زیر را در پی خواهد داشت:

کاهش تقاضا برای الکتریسیته در مصارف روشنایی به میزان 62 درصد

حذف 258 میلیون تن متریک انتشار کربن

عدم نیاز به ساخت 133 نیروگاه جدید

انثظار صرفه جویی مالی فراتر از 280 هزار میلیون دلار

شما هم با پیوستن به انقلاب روشناییLED میتوانید از اعضای شهرLED باشید...

به امید آن روز که برای داشتن جهانی پاک تر، جهانی ازLED داشته باشیم.

صرفه جویی شگرف در مصرف انرژی : به دلیل استفاده از یک تکLED توان بالا و پرنور به عنوان منبع نوری، و همچنین منبع تغذیه ای با راندمان بالا، میتوانیم تا میزان 80% - 50%  در مقایسه با لامپ های سدیم و جیوه در مصرف انرژی صرفه جویی داشته باشیم.

دارای شاخص رنگی بالا(high color index) و حالت رنگ پذیری مطلوب : نشان دادن رنگ های واقعی، روشنتر و در نتیجه قابلیت تشخیص بهتر و فاقد تشعشعات ناسازگار نوری، به این معنی که با داشتن قابلیت تولید فرکانس نور طبیعی روز، اثرات بد نور زرد رنگ لامپ های معمول، مانند ایجاد خستگی در چشم و القای حس خواب آلودگی در فرد را به حداقل میرساند، امنیت رانندگی بهبود میابد و به این ترتیب درکاهش وقوع سوانح بسیار موثر خواهد بود.

بدون آلودگی نوری : جهت و زاویه تابش نور به دقت تحت کنترل بوده و هیچ پرتو نوری به خارج از منطقه هدف هدایت نمیشود.( هاله نوری که در شب اطراف شهرهای بزرگ سبب کاهش دید آسمان میشود متاثر از پدیده آلودگی نوری میباشد.)

به دلیل داشتن ظاهری کوچک تر، نیروی حاصل از اثر باد کاهش یافته، میزان بار بر روی تیرلامپ کاهش می یابد و ضریب امنیت بهبود خواهد یافت.

مقاوم در برابر برخورد، ضد شوک، بدون تابش پرتوهای فرابنفش(UV) و فروسرخ(IR): عدم وجود فیلامان و حباب شیشه ای در این محصول باعث میشود تا مشکل شکننده بودن لامپ های سنتی و آسیب رساندن احتمالی به افراد مرتفع شود.

عدم وجود ولتاژ بالا- عدم جذب گرد وغبار: حذف ولتاژ بالا و شانس جذب شدن ذرات ریز و گرد وغبار در لامپهای سنتی که موجب کدر شدن سطح خارجی حباب لامپ و کاهش روشنایی میشود. این مزیت خود به کاهش هزینه های نگه داری منجر خواهد شد.

عدم ایجاد حرارت بالا- زرد نشدن قاب لامپ در دراز مدت:  به دلیل بالا بودن راندمان در این چراغ ها، تلفات انرژی به صورت حرارت تا 70% نسبت به لامپهای سنتی کمتر بوده و تاثیر منفی بر قاب چراغ و به تبع شدت روشنایی نخواهد داشت.

روشن شدن بدون تاخیر : رسیدن بلافاصله به شدت روشنایی نهایی خود، و حذف پروسه طولانی مدت گرم شدن، در لامپ های سنتی.

رنج ولتاژ کاری وسیع: برای منابع نوری سنتی مانند لامپ های بخار سدیم، نوسان ولتاژ ورودی به میزان 7%، میتواند طول عمر و روشنایی آنها را به سرعت کاهش دهد. این در حالیست که این نوسان تا میزان 20% هیچگونه تاثیرمنفی بر چراغ هایLED نخواهد داشت.

ولتاژ ورودی  یونیورسال: توانایی کار دررنج ولتاژ کامل 85 – 265vAC ، داشتن راندمان بالا و جریان ثابت با تکنولوژیPWM.

حذف لرزش های نوری و  strobe flashing در زمان روشن شدن.

گزینه های گوناگون دمای رنگ یا  Color Temperature،( 7000K ~ 2700K ) : این امکان وجود دارد تا مطابق شرایط محیطی، دمای رنگ مناسب انتخاب شود. این مزیت سبب راحتی بیشتر چشم ناظران میگردد، بر خلاف دمای رنگ پایین و نور زرد لامپ های سدیم که در القای حالت افسردگی و خواب آلودگی نقش دارند.

عمر طولانی بیش از 50’000 ساعت : این زمان بیش از 5 تا 10 برابرعمرلامپ های سدیم یا جیوه است. (با فرض روشن بودن لامپ به میزان 10 ساعت درهر روز، این لامپ ها میتوانند بیش از 13 سال مورد استفاده قرار گیرند.)

حفاظت از محیط زیست : فاقد سرب،  جیوه  و هر گونه مواد سمی زیان آور میباشد.

کاستن چشمگیر فشار از شبکه توزیع برق : با دارا بودن ضریب توان >0.9 وEMI مطابق با شاخص های جهانی، در کاهش تلفات توان خطوط انتقال و جلوگیری از آلوده شدن شبکه به اختلالات فرکانس بالا، نقش موثر خواهد داشت.

بازده روشنایی بالا : بازده روشنایی که مشخص کننده میزان درخشندگی و تولید نور لامپ به ازای هر وات انرژی مصرفی می باشد، درLED های کنونی بیش از 80  lm/w میباشد، که با پیشرفت سریع تکنولوژی و بیشتر شدن درخشندگیLED ها، می توان انتظار داشت که توسط این تکنولوژی در آینده نزدیک انرژی مصرفی در زمینه روشنایی بازهم بیشتر کاهش یابد. در این صورت شاهد خواهیم بود زمانی که ضریب روشنایی به 150lm/w برسد، یک لامپHPS  400W با یک 80W   LED جایگزین شود. این درحالیست که ایمان داریم بازهم فراتر رفته و به ضریب روشنایی 300lm/w درLED ها برسیم. آنگاه نتایج صرفه جویی شگرفی را همراه با این تکنولوژی تجربه خواهیم کرد.

نور برای صنعت

نور به عنوان عامل تولید

در فرآیند تولید، توجه به کارایی محیط های صنعتی در کنار انعطاف پذیری و امکان مدیریت این مکان ها از اهمیت ویژه برخوردار است. بدون شک فراهم آوردن نور مطلوب در خطوط تولید و منتاژ ونیز کارگاه ها و انبار ها زمینه ساز تولیدی با بهره وری  بالا خواهد بود.

نور برای آموزش و مکان های علمی


یادگیری لذت بخش – در تمام زندگی

ساختمان ها و سیستم های روشنایی باید با نوع کار در سازگاری کامل باشند. انعطاف پذیری اشخاص، معماری ساختمان و نور در کنار هم سبب بهبود ارتباطاط و کیفیت کار و انگیزش بیشتر در طی ساعات کاری می شود.


نور برای ادارات و دفاتر


بهبود کیفیت کار و ایجاد انگیزه

استفاده از نور به منظور افزایش هوشیاری و ادراکات اجتماعی: بکارگیری نورپردازی پویا با خصوصیات رنگ بهینه، سبب افزایش تمرکز افراد و آسودگی بینایی در محیط های آموزشی می شود.

نور برای نمایش و فروشگاه

عامل محرک و مهیج


دنیای مدرن امروز به نمایشگاه بزرگی مبدل شده که طراحی هر فروشگاه در آن تجلی عنوان برند تجاری خود است. روش های روشنایی و نورپردازی انطباق پذیر با ترکیب تکنولوژیLED عنصری حیاتی در دنیای تجربی امروز به نظر می رسد.

نور برای هتل ها و کاربردهای زیبایی



نوری که پذیرای میهمانان است

کسانی که به جذابیت محیط برای میهمان می اندیشند، نباید تنها به فکر بهبود کیفیت خدمات ارائه شده خود باشند. خوشایند میهمان با دیدن جلوه های نوری در هر مکان شروع می شود: نوری که محرک احساسات بصری است و احساس راحتی را القا می کند.

نور برای سلامتی و پرستاری

نوری برای ذهن و جسم
نور مناسب در افزایش احساس تندرستی در بیمار موثر است. موفقیت امور بصری در معاینات و روش های درمانی را تضمین می کند. باعث ایمنی بیشتر محل های عبور و بهبود حس جهت یابی می شود

برق خورشیدی

توضیحات :

به طور کلی هر سیستم برق خورشیدی از سه جزء اساسی تشکیل شده است که عبارتند از : 1- آرایشی از سلول های خورشیدی یا پنل خورشیدی 2- شارژ کنترلر 3- اینورتر

نحوه تولید برق در یک سیستم خورشیدی بدین شرح است که پس از برخورد تشعشعات خورشیدی به صفحات یا پنل های خورشیدی، جریان تولید شده توسط این سلول ها وارد قسمتی به نام شارژ کنترلر شده و از به صورت برق جریان مستقیم DC در باطری ذخیره می‌شود. جریان برق DC را می توان به همان صورت پس از عبور از مبدل، برای برخی از وسایل که با جریان برق مستقیم کار می کنند مورد استفاده قرار داد و یا می توان با عبور آن از اینورتر DC-AC آن را به جریان برق متناوب که مورد استفاده اکثر وسایل برقی می‌باشد، تبدیل نمود

پنل خورشیدی

الف) سلول خورشیدی (solar Cell)

سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی است که عموما تحت عنوان سلول فتوولتائیک یا به طور خلاصه PV-Cellنیز شناخته می‌شود و وظیفه آن تبدیل تشعشعات خورشیدی به جریان الکتریسیته میباشد که بر اثر پدیده فتوولتائیک رخ می دهد. اکثر سلول خورشیدی تجاری از یک لایه نازک سیلیکون ساخته شده‌اند که به دو نوع جداگانه از نیمه رساناها تفکیک می شود که یکی با بور و دیگری با فسفر پوشانده شده‌ است. نتیجه بدین صورت است که یک سمت از آن که نیمه رسانای N-typeنامیده می‌شود تمایل به دفع الکترون و سمت دیگر آن یعنی نیمه رسانای P-type، تمایل به جذب الکترون دارد. صفحه ای که هر دو نیمه رسانا به آن متصل می شوند، رابط یا لایه تخلیه نامیده می شود.

هنگامی که یک سلول خورشیدی در معرض تابش اشعه قرار می گیرد، الکترون های موجود در سیلیکون تحریک شده و از اتم های اصلی خود خارج می شوند که این پدیده فتوولتائیک نامیده می‌شود. این الکترون ها تمایل به حرکت به سمت قسمت P-typeسلول دارند و بارهای مثبت نیز به قسمت N-typeسلول متمایل می‌گردند و اختلاف پتانسیلی حدود 0.5ولت بین این دو قسمت از سلول پدید می آید که با اتصال سیم های رسانا به آنها می توان از جریان بوجود آمده استفاده نمود.

لازم به ذکر است که ولتاژ و جریان تولید شده توسط هر سلول اصولا بسیار محدود بوده و به همین علت معمولا تعداد زیادی از سلول های خورشیدی در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل می گردند تا برق تولید شده بتواند برای منظورهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

ب) پنل های خورشیدی (Solar Panel)

پنل خورشیدی آرایشی از تعداد زیادی سلول خورشیدی بوده که در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل گردیده اند. پنل های خورشیدی بسته به میزان برق تولیدی خود در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند. آرایشی از چند پنل خورشیدی که در کنار هم قرار گرفته و به یکدیگر متصل می شوند، یک سیستم فتوولتائیک را ایجاد می‌نمایند.

در گذشته استفاده از پنل‌های خورشیدی تقریبا به کاربردهای فضایی منحصر و محدود بوده است ولی امروزه با اهمیت یافتن مساله تامین انرژی و ارزش اقتصادی آن برای کاربردهای مختلف خانگی، صنعتی و تجاری از یک طرف و مسائل زیست محیطی از طرف دیگر، دامنه استفاده از برق خورشیدی گسترش یافته و به حوزه کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی نیز راه باز کرده است و هر روز هم جای بیشتری در این حوزه ها باز می‌کند.

به طور کلی پنل های خورشیدی به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1- پنل های خورشیدی Polycrystalline: سلولهای موجود در این پنل ها از تعداد زیادی تراشه سیلیکونی مرغوب و خالص تشکیل شده است. این پنل ها معمولا ارزان بوده و دارای بازدهی پایین تری می‌باشند و در نتیجه برای تولید مقدار معینی برق به سطح بیشتری نیاز دارند.

2- پنل های خورشیدی Monocrystalline: سلولهای موجود در این پنل ها تها از یک قطعه کریستال سیلیکون اما بزرگ تشکیل شده است. این پنل ها عملکرد بهتری داشته اما گرانتر از انواع دیگر می باشند.

3- پنل های خورشیدی Amorphous : این پنلها معمولا به صورت لایه های نازک سیلیکونی دیده می شوند و از حساسیت بالایی نسبت به دما برخوردار هستند. بازدهی آنها نسبت به انواع دیگر کمتر بوده اما ارزان بوده و بعضا از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار هستند

.

همه چیز در زمینه انرژی خورشیدی

مقدمه

خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژی های دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.

قطر خورشید ۶۱۰ × ۳۹/۱ کیلومتر است و از گاز هایی نظیر هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن – کربن – نئون و نیتروژن است تشکیل شده ‌است. میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می‌باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می‌شود. زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود از کل انرژی تابشی آن می‌باشد.

جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژی های باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می‌باشد.

خورشيد براي بيليونها سال انرژي را توليد كرده است. انرژي خورشيدي، پرتوهاي خورشيد است كه به زمين مي رسد.
انرژي خورشيد به طور مستقيم يا غير مستقيم مي تواند ديگر اشكال انرژي تبديل شود، همانند گرما و الكتريسيته. موانع اصلي (مشكلات، يا انتشار براي فائق آمدن) انرژي خورشيدي شامل

• روشها متغير و متناوب كه آن به سطح مي رسد.
• ناحيه بزرگ براي جمع آوري و ذخيره آن در يك سرعت مفيد مورد نياز است.

انرژي خورشيد براي حرارت آب، براي استفاده ديناميكي، حرارت فضايي ساختمانها، خشك كردن توليدات كشاورزي و توليد انرژي الكتريسيته مورد استفاده قرار مي گيرد.

در سال 1830 شاره شناي انگلیسی به نام جون هر شلJohn Herschel يك جعبه جمع آوري خورشيدي را براي پختن غذا در طول يك سفر در آفريقا استفاده كرد. هم اكنون مردم تلاش مي كنند انرژي خورشيدي را براي چيزهاي زيادي استفاده كنند.

كاربردهاي الكتريكي فتوو لتايك ها را آزمايش مي كنند يك فرايند كه توسط آن انرژي نور خورشيد به طور مستقيم به الكتريسيته تبديل مي شود. الكتريسيته مي تواند به طور مستقيم از انرژي خورشيد توليد شود و ابزارهاي فتوولتايك استفاده كند يا به طور غير مستقيم از ژنراتورهاي بخار ذخاير حرارتي خورشيدي را براي گرما بخشيدن به يك سيال كاربردي مورد استفاده قرار مي دهند.

انرژي فتو ولتايك
انرژي فتو ولتايك، تبديل نور خورشيد به الكتريسيته از ميان يك سلول فتو ولتاتيك(pvs) مي باشد، كه بطور معمول يك سلول خورشيدي ناميده مي شود. سلول خورشيدي يك ابزار غير مكانيكي است كه معمولاً از آلياز سيليكون ساخته شده است. نور خورشيد از فتونها، يا ذرات انرزي خورشيدي ساخته شده است اين فتونها مغادير متغیير انرژي را شامل مي شود مشابه طول مولد هاي متفاوت اسپكتروم هاي نوري هستند. وقتي فتونها به يك سلول فتو ولتاتيك بر خورد مي كند، ممكن است منعكس شوند، مستفيم از ميان آن عبور كنند، يا جذب شوند. فقط فتونها جذب شده انرژي را براي توليد الكتريسيته فراهم مي كنند.وقتي كه نور خورشيد كافي يا انرژي توسط جسم نيمه رسانا جذب شود، الكترون از اتم هاي جسم جابجا مي شوند.

رفتار خاصي سطح جسم در طول ساختن باعث مي شود سطح جلويي سلول كه براي الكترون هاي آزاد بيشتر پذيرش يابد.بنا براين الكترون ها بطور طبيعي به سطح مهاجرت مي كنند.

زماني كه الكترون ها موقعيتn را ترك مي كنند و سوراخ هايي شكل مي گيرد. تعداد الكترونها زياد است، هر كدام يك بار منفي را حمل مي كنند و به طرف جلو سطح سلول مي روند، در نتيجه عدم توازون بار بين سلولهاي جلويي و سطوح عقبي يك پتانسيل ولتاژ شبيه قطب هاي مثبت ومنفي يك باطري ايجاد مي شود.
وقتي كه دو سطح از ميان يك راه داخلي مرتبط مي شود، الكتريسيته جريان مي يابد. سلول فتو ولتاتيك قاعده بلوك ساختمان يك سيستمpv است. سلولهاي انفرادي مي توانند در اندازه هايي از حدودcm 1 تاcm10 از اين سو به آن سو متغير مي شود.
با اين وجود، توان 1 يا 2 وات توليد مي كند، كه انرژي كافي براي بيشتر كار بردها مناسب نيست. براي اينكه بازده انرژي را افزايش دهيم، سلولها بطور الكتريكي به داخل هواي بسته يك مدول سخت مرتبط مي شود.
مدولها مي توانند بيشتر براي شكل گيري يك آرايش مرتبط شوند. اصطلاح آرايش به كل صفحه انرژي اشاره مي كند، اگر چه آن از يك يا چند هزار مدول ساخته شده باشد، آن تعداد مدولهاي مورد نياز مي توانند بهم مرتبط شوند براي اينكه اندازه آرايش مورد نياز (توليد انرژي) را تشكيل دهند.
اجراي يك آرايش فتو ولتاتيك به انرژي خورشيد وابسته است. شرايط آب و هوايي (همانند ابر و مه) تاثير مهمي روي انرزي خورشيدي دريافت شده توسط يك آرايشpv و در عوض، اجرايي آن دارد. بيشتر تكنولوژي مدول هاي فتو ولتاتيك در حدود 10 درصد موثر هستند در تبديل انرژي خورشيد با تحقيق بيشتر مرتبط شوند براي اينكه اين كار را به 20 درصد افزايش دهند.

سلولهايpv كه در سال 1954 توسط تحقيقات تلفني بلbell كشف شد حساسيت يك آب سيليكوني حاضر به خورشيد را به طور خاصي آزمايش كرد. ابتدا در گذشته در دهه 1950،pvs براي تامين انرژي قمر هاي فضا در يك مورد استفاده قرار گرفتند.
موفقيتpvs در فضا كاربرد هاي تجاري براي تكنولوژيpvs توليد كرد. ساده ترين سيستم هاي فتو ولتاتيك انرژي تعداد زيادي از ماشين حساب هاي كوچك و ساعتهاي مچي را هر روز استفاده كردند. بيشتر سيستم هاي پيچيده الكتريسيته را براي پمپاژ آب، انرژي ابزارهاي ارتباطي، و حتي فراهم كردن الكتريسيته براي خانه هايمان فراهم مي كنند.
تبديل فتو ولتاتيك به چندين دليل مفيد است. تبديل نور خورشيد به الكتريسيته مستقيم است، بنابراين سيستم هاي توليد كننده مكانيكي به حجم زيادي لازم نيستند. خصوصيت مدولي انرژي فتو ولتاتيك اجازه مي دهد به طور سريع آرايش ها در هر اندازه مورد نياز يا اجازه داده شده نصب شوند.
همچنين، تاثير محيطي يك سيستم فتو ولتاتيك حد اقل است، آب را براي سيستم نياز ندارد پختن و توليد محصول فرعي نيست. سلولهاي فتوولتاتيك، همانند باتريها، جريان مستقيم(dc) را توليد مي كنند كه به طور عمومي براي براي راههاي كوچكي مورد استفاده است (ابزار الكترونيك). وقتي كه جريان مستقيم از سلولهاي فتوولتاتيك براي كاربردهاي تجاري يا لحيم كردن كار برد هاي الكتريكي استفاده مي شود. شبكه هاي الكتريكي بايستي به جريان متناوب(AC) براي استفاده تبديل كننده ها تبديل شوند، ابزارهاي حالت جامد كه جريان مستقيم را به جريان متناوب تبديل مي كنند. به طور تاريخيPVS در جاهاي دور براي توليد الكتريسيته بكار گرفته شده است. با اين وجود يك بازار براي توليد ازPVS را توزيع كنند ممكن است با بي نظمي قيمتهاي تبديل و توزيع همزمان با بي نظمي الكتريكي توسعه داده شود.
جايگزين ژنراتو هاي كوچك مقياس عددي در تغذيه كنندهاي الكتريكي مي توانند اقتصاد واعتبار سيستم توزيع را بهبود بخشد.

تاریخچه

شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می‌گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محرابها را روشن می‌کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می‌شد.

ولی مهم‌ترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می‌باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می‌شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه‌های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته‌است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده‌ است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده ‌است.

با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولد انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدی‌تری نمایند.

کاربردهای انرژی خورشید

در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود که عبارت‌اند از:

• استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
• تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.

استفاده از انرژی حرارتی خورشید

این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی می‌باشد.

کاربردهای نیروگاهی

تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند
• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت کننده مرکزی)
• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد

قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می‌شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.
تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربین‌ها هستند توربینها انواع مختلف دارند در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌گردد. در نیروگاه‌های آبی که روی سدها نصب می‌شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌شود.
بدین ترتیب می‌توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می‌شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود.
و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربینها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:

• سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
• سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی

در این نیروگاهها، از منعکس کننده‌هایی که به صورت سهموی خطی می‌باشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده می‌شود و گیرنده به صورت لوله‌ای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ می‌گردد. روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاههای حرارتی انتقال داده می‌شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.
برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش می‌دهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ای به صورت لفاف پوشیده می‌شود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.
ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود می‌آوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
در این نیروگاهها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه‌های شلجمی دائماً خورشید را دنبال می‌کنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می‌نمایند.
تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران می‌شوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا – اسپانیا – مصر– مکزیک– هند و مراکش از نیروگاه‌های سهموی خطی استفاده شده ‌است که این نیروگاهها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره‌برداری قرار دارند. در ایران نیز تحقیقات و مطالعاتی در زمینه این نیروگاهها انجام شده و پروژه یک نیروگاه تحقیقاتی با ظرفیت ۳۵۰ کیلو وات توسط سازمان انرژیهای نو ایران در شیراز در حال انجام می‌باشد و انتظار می‌رود تا پایان سال ۸۳ به بهره ‌برداری برسد.
کلیه مراحل مطالعاتی، طراحی و ساخت این نیروگاه‌ به طور کامل توسط مختصصین و مهندسان ایرانی انجام می‌پذیرد.
بدیهی است که با افزایش ظرفیت فنی و علمی که در اثر اجرای پروژه نیروگاه خورشیدی شیراز عابد محققین مجرب ایرانی می‌شود ایران در زمره محدود کشورهای سازنده نیروگاه‌های خورشید از نوع متمرکز کننده‌های سهموی خطی قرار خواهند گرفت.

نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی

در این نیروگاه‌ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه‌ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته ‌است متمرکز می‌گردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست می‌آید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می‌شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می‌گردد.
این سیال عامل در مبدلهای حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا می‌گردد. در برخی از سیستم‌ها سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می‌شود.
برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه‌ در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاً ساعات ابری یا شبها از سیستم‌های ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته می‌شود.
مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستمهای این نیروگاه‌ها ادامه دارد و آزمایشگاهها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت می‌کنند.
مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکزی توسط سازمان انرژی های نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد. کلیه مطالعات اولیه و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده و یک نمونه هلیوستات نیز ساخته شده‌است.

نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی

در این نیروگاهها از منعکس کننده‌هایی که به صورت شلجمی بشقابی می‌باشد جهت تمرکز نقطه‌ای پرتوهای خورشیدی استفاده می‌گردد و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار می‌گیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل می‌نماید.

دودکش‌های خورشیدی

روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌های خورشیدی می‌باشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرم خانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرم خانه تولید می‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدایت می‌شود.
این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و باعث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده ‌است می‌گردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید می‌شود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر می‌رسد.

مزایای نیروگاههای خورشیدی

نیروگاه‌های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می‌باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایسته‌است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ها بپردازیم.

• تولید برق بدون مصرف سوخت
  نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه‌های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می‌باشد. در نیروگاه‌های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می‌توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت.
• عدم احتیاج به آب زیاد
  نیروگاه‌های خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می‌باشند. (نیروگاه‌های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند)
• عدم آلودگی محیط زیست
  نیروگاه‌های خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمی‌کنند در صورتی که نیروگاه‌های فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت– گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاه‌های اتمی با تولید زباله‌های هسته‌ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود می‌آورند.
• امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای
  نیروگاه‌های خورشیدی می‌توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکه‌های کوچک ناحیه‌ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌های انتقال نمی‌باشد.
• استهلاک کم و عمر زیاد
  نیروگاه‌های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می‌باشند در حالی که عمر نیروگاه‌های فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده ‌است.
• عدم احتیاج به متخصص
  نیروگاه‌های خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و می‌توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌های اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.

کاربردهای غیر نیروگاهی

کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آنها عبارت‌اند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی – سرمایش و گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی – خشک کن خورشیدی – اجاق خورشیدی– کوره‌های خورشیدی و خانه‌های خورشیدی.

• آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی
  تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادی‌ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است می‌توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد می‌توان از آنها در حمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استان‌های خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده ‌است.
• گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
  اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است. گرمایش و سرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های خورشیدی می‌توان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم‌ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
• آب شیرین کن خورشیدی
  هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می‌ماند. سپس با استفاده از روشهای مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد.
  آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا می‌توان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.
• خشک کن خورشیدی
  خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بوده و انسان‌های نخستین خشک کردن را یک هنر می‌دانستند.
  خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتریها می‌باشد. در خشک کن‌های خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می‌شود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می‌گردد. خشک کن‌های خورشیدی در اندازه‌ها و طرحهای مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند.
• اجاقهای خورشیدی
  دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آنرا تشکیل می‌داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه‌ ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش می‌داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می‌باشد. امروزه طرحهای متنوعی از این سیستم‌ها وجود دارد که این طرحها در مکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده‌اند. استفاده از این اجاقها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می‌باشند بسیار مفید خواهد بود.
• کوره خورشیدی
  در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.
  بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می‌کرد. متداول ترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی می‌باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می‌شود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می‌شوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود که این نقطه به دماهای بالایی می‌رسد. امروزه پروژه‌های متعددی در زمینه کوره‌های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می‌باشد.
• خانه‌های خورشیدی
  ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه‌های خود در زمستان استفاده می‌کردند. آنان ساختمانها را به ترتیبی بنا می‌کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می‌تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ‌های دیگر دنیا نیز می‌توان نمونه‌هایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه‌های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانه‌های خورشیدی را آغاز کرده‌اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته‌اند مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شده‌است. در این گونه خانه‌ها سعی می‌شود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.
  در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده‌است.

سیستمهای فتوولتاییک

به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۵/۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل(Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلولها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می‌گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد. سیستمهای فتوولتائیک را می‌توان بطور کلی به دو بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه به توضیح آنها می‌پردازیم.

• پنلهای خورشیدی:
  این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می‌باشد. لازم به این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده و توان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق و کنترل می‌کند لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرف کننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر می‌کند.
• مصرف کننده یا بار الکتریکی:
  با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتائیک، مصرف کننده می‌تواند دو نوعDC یاAC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک می‌توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تأمین نمود. با توجه به کاهش روز افزون ذخائر سوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاههای اتمی، گمان قوی وجود دارد که در آینده‌ای نه چندان دور سلولهای خورشیدی به انرژی برق به‌عنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوختهای فسیلی و نیروگاههای اتمی توسط بشر بکار گرفته شود.

مصارف و کاربردهای فتوولتائیک

• مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها جهت ارسال پیام
• روشنایی خورشیدی
  در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد سیستم‌های فتوولتائیک را در سراسر جهان دارد و سالانه دهها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می‌گردد، مانند برق جاده‌ها و تونلها بخصوص در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، تأمین برق پاسگاههای مرزی که دور از شبکه برق هستند، تأمین برق مناطقی شکاربانی و مناطق حفاظت شده نظیر جزیره‌های دور افتاده 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 پنلهای فتوولتائیک و سیستمهای ذخیره کننده و کنترل نسبتاً ساده، تأمین نمود.
• سیستم پمپاژ خورشیدی
  سیستم پمپهای فتوولتائیک قابلیت استحصال آب از چاهها، قنوات، چشمه‌ها، رودخانه‌ها و ….. را جهت مصارف متنوعی دارا می‌باشد.
• سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری
  اغلب ایستگاههای مخابراتی و یا زلزله نگاری در مکانهای فاقد شبکه سراسری و صعب العبور و یا در محلی که احداث پست فشار قوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریکی ایستگاه مذکور صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد نصب شده‌اند.
• ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیله‌ای که تاکنون با باطری خشک کار می‌کرده‌است یکی دیگر از کاربردهای این سیستم می‌باشد.
  مثلاً ژاپن در سال ۱۹۸۳ حدود ۳۰میلیون ماشین حساب خورشیدی تولید کرده‌است که سلولهای خورشیدی بکار گرفته در آنها مساحتی حدود ۲۰ هزار متر مربع و توان الکتریکی معادل ۵۰۰ کیلووات داشته‌اند.
• نیروگاههای فتوولتائیک
  همزمان با استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک در بخش انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمانها اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ‌تر حاصل گردید و همه اکنون در بسیاری 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 شده‌است ولی این تأسیسات دارای هزینه ساخت، راه اندازی و نگهداری بالایی می‌باشند که فعلاً مقرون به صرفه و اقتصادی نیست.
• یخچالهای خورشیدی
  از یخچالهای خورشیدی جهت سرویس دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه‌ای در مناطق دور افتاده و صعب العبور استفاده می‌گردد. عملکرد مناسب یخچالهای خورشیدی تا حدی بوده‌است که در طی ۵ سال گذشته بیش از ۱۰۰۰۰ یخچال خورشیدی برای کاربردهای بهداشتی و درمانی در سراسر آفریقا راه اندازی شده‌است.
• سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل
  قابلیت حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم‌ها می‌باشد بازده توان این سیستم‌ها از ۱۰۰ وات الی یک کیلو وات تعریف شده‌است. از جمله کاربردهای آن می‌توان به تأمین برق اضطراری در مواقع بروز حوادث غیر مترقبه، سیستم تغذیه کننده یک چادر عشایری و کمپ‌های جنگلی اشاره نمود.

شارژ کنترلر

در همه سیستم‌های جدا از شبکه که باتری ذخیره‌کننده انرژی است، شارژ کنترلر یک جزء ضروری محسوب می شود. هدف اصلی شارژ کنترلر، حفاظت از باتری‌ در مقابل شارژ و یا درشارژ بیش از حد توسط آرایه خورشیدی است. شارژکنترلر جریان و ولتاژ ورودی به باتری را تنظیم می‌کند. بعضی از انواع شارژکنترلرها که دارای خصوصیت ردیابی ولتاژ پایینهستند،باتری را رد مقابل دشارژ زیاد توسط بار محافظت می‌کنند.

اگر باتری‌ها به‌طور معمول شارژ شوند، عمر پیش‌بینی شده آن‌ها به‌طور چشم‌گیری کاهش پیدا می‌کند. کنترلرها ولتاژ باتری را بررسی می نمایند و هرگاه که ولتاژ باتری زیادتر از حد شود، جریان شارژ را متوقف می‌کند.این موضوع به خصوص در مورد باتری های sealedدارای اهمیت است چراکه در آنها نمی توان آب داخل باتری را که در طی شارژ مجدد باتری از دست رفته است،جایگزین نمود.

تنها در یک حالت استثنا کنترلر نیاز نیست و آن هنگامی است که منبع شارژ خیلی کوچک است و یا باتری در مقایسه با آن خیلی بزرگ است.

اگر جریان تولیدی توسط پنلهای PVبرابر 5/1% جریان مجاز باتری یا کمتر از آن باشد،به شارژ کنترلر نیازی نیست.

برعکس کنترلرهای سیستم‌های باد یا برق آبی، در سیستم های خورشیدی می توان کنترلر راهنگامی که باتری پر است از سیستم جدا کرد بدون این‌که به ماژول‌های خورشیدی آسیبی وارد شود.

بیشتر کنترلرها وقتی ولتاژ به حد تعیین شده ای می‌رسد به‌راحتی می‌توانند باز شوند و یا این‌ که جریان میان باتری و PVرا محدود نمایند و هنگامی که ولتاژ باتری پائین بیاید دوباره به مدار برگردانده می‌شود.

ولتاژ حد در بعضی از کنترلر‌ها قابل تنظیم است و در برخی دیگر توسط کارخانه سازنده از پیش تنظیم گردیده است.

کنترلرها بر مبنای این‌که تحمل چند آمپر جریان را دارند دسته بندی می‌شوند. استانداردهای بین‌المللی کنترلرها را ملزم به تحمل 25% جریان اضافی در زمان محدود می نمایند.این موضوع باعث می شود که در زمان افزایش بیش از حد تابش به کنترلر آسیبی نرسد.جریان بیش از حد می تواند به کنترلر آسیب برساند.

انتخاب کنترلر شارژر با جریان بزرگ تر از حد مورد نیاز،امکان توسعه سیستم را در آینده فراهم می آورد بدون اینکه هزینه زیادی زا تحمیل نماید.

کنترلر همچنین از جریان معکوس در هنگام شب جلوگیری می نماید.جریان معکوس،مقدار جریانی است که هنگام شب در جهت معکوس از پانل می گذرد و باتری را تخلیه می کند.اما این توان تلف شده قابل صرف نظر کردن است.تنها در مورد سیستم های PVبزرگ این جزیان محسوس است.تقریبا تمامی کنترلرها به طور اتوماتیک این جریان را کنترل می نمایند.

MPPTشارژکنترلی است که با استفاده از الگوریتم MPPTمقدار جریانی که از PVبه باتری می‌رود را حداکثر می نماید.

MPPTبرق DCتولید شده توسط PVرا به ACتبدیل می‌کند و سپس برق ACرا متناسب با ولتاژ و جریان پنل خورشید مجددا به DCتبدیل می‌کند.

ولتاژی که در آن پنل PVمی تواند بیشترین توان را تولید نماید،"نقطه حداکثر توان" نام دارد.حداکثر توان با میزان تابش خورشید،دمای محیط و دمای سلول خورشیدی متغیر است.

بیشترین توان تولیدی توسط PVبه دما بستگی دارد.

پنل های متداول دارای ولتاژ 17 ولت در دمای 25 درجه سانتیگراد هستند که این ولتاژ در روزهای خیلی گرم به 15 ولت کاهش و در روزهای خیلی سرد به 18 ولت افزایش می یابد.

انرژي خورشيدي

انرژي خورشيدي وسيعترين منبع انرژي در جهان است. انرژي نوري كه از جانب خورشيد در هر ساعت به زمين مي تابد، بيش از كل انرژي است كه ساكنان زمين در طول يك سال مصرف مي كنند. به عنوان مثال، نوري كه ساليانه بر يك سايت آزمايشي در نواداي آمريكا مي تابد (.sq.mi 1300) اگر بارندمان 15% به الكتريسته تبديل شود ، دو برابر انرژي توليدي ساليان ايالات متحده آمريكا خواهد شد[1]. با وجود گسترده بودن اين انرژي، چگالي آن بسيار پايين است. براي بهره گيري از اين منبع بايد راهي جست تا انرژي پراكنده آن با راندمان بالا و هزينه كم به انرژي قابل مصرف الكتريكي تبديل شود.

1-روش هاي تبديل انرژي خورشيدي به انرژي الكتريكي

با استفاده از تكنولوژي هاي خاص، انرژي حاصل از نور خورشيد را به انرژي الكتريكي تبديل مي كنند. اين تكنولوژي ها را به دو دسته مي توان تقسيم كرد:

- سيستم فتوولتائيك (1)(PV ) : كه عموما" تجهيزاتي جامد و بي حركت هستند ( جز در مورد انواع مجهز به سيستم رديابي خورشيد).

- سيستم هاي گرمايي خورشيدي (2) : كه از نور متمركز شده خورشيد براي گرم كردن مايعي كه بخار آن يك توربين را به حركت در مي آورد، استفاده مي كند.

2-ويژكيهاي انرژي خورشيدي

- انرژي خورشيدي تمام نشدني است.

- انرژي تميزي است و هيچ آسيبي به محيط زيست نمي رساند.

- بدليل عدم وجود قسمت هاي متحرك، نگهداري و اتوماسيون آن آسان است.

- ظرفيت آن را متناسب با نياز مي توان طراحي كرد.

3-سيستم ولتائيك چيست؟

بخش اصلي يك سيستم فتوولتائيك، پنل فتوولتائيك مي باشد. پنل هاي فتوولتائيك كه در معرض خورشيد قرار مي گيرند، متشكل از سلولهاي فتوولتائيك هستند. اين سلول ها از مواد نيمه هادي سيليكوني ساخته شده اند.

سيستم فتوولتائيك شامل تجهيزات ديگري از جمله مبدل هايي براي تبديل جريان مستقيم به جربان متناوب نيز مي باشد.

4-اصول كار يك پنل فتوولتائيك

پنل هاي فتوولتائيك از نيمه هاديها ساخته شده و با اتصال سيليكون هاي نوعN وP شكل مي گيرند. وقتي نور خورشيد به يك سلول فتوولتئيك مي تابد، به الكترون ها در آن انرژي بيشتري مي بخشد[2]. با تابش نور خورشيد الكترونها در نيمه هادي پلاريزه شده، الكترونهاي منفي در سيليكون نوعN و يونهاي مثبت در سيليكون نوعP بوجود مي آيند[3]. بدين ترتيب بين دو الكترود، اختلاف پتانسيل بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها مي گردد. شكل (2) پروسه توليد برق در يك سلول فتوولتائيك را نشان مي دهد.

شكل 2- پروسه توليد برق بوسيله يك سلول فتوولتائيك

5-ميزان توليد انرژي الكتريكي بوسيله يك سيستم فتوولتائيك

ميزان توليد برق بوسيله يك سيستم فتوولتائيك معمولا" از 2 تا 50 كيلووات مي باشد. يك سيستم فتوولتائيك كه براي نصب روي بام ساختمان ها در شهر لوس آنجلس ساخته شده است با ظرفيت توان 2 كيلووات، 3600 كيلووات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين ميزان توليد انرژي باعث 3/4 تن صرفه جويي در سوخت زغال سنگ براي توليد برق شده و همچنين مانع ورودlbs 5000 گاز به اتمسفر مي گردد[4]. يك سيستمPV ديگر كه با ظرفيت 10 كيلو وات در دره تنسي در ايالات متحده آمريكا نصب شده، بطور متوسط در حدود 16500 كيلو وات ساعت انرژي در سال توليد مي كند. اين ميزان انرژي كمي بيش از نياز مصرف برق يك خانه متوسط در ايالات متحده است.

6-سايت هاي خورشيدي جهت نصب پنل هاي فتوولتائيك چگونه انتخاب مي شوند؟

سايت ها بايد با معيارهاي لازم فيزيكي همخواني داشته باشند، از جمله اينكه جهت آنها رو به جنوب باشد، به خوبي در معرض آفتاب قرار داشته باشند( آفتاب گير باشند) و فضاي لازم و همچنين ساختار مناسبي براي نصب پنل هاي فتوولتائيك داشته باشند.

7-آيا سيستم هاي فتوولتائيك بطور مداوم الكتريسيته توليد مي كنند؟ در شرايط ابري و آب و هواي سرد چطور؟

توليد برق بوسيله سيستم هايPV به فصول بستگي ندارد، اما در طول شبانه روز از ساعات اوليه صبح تا غروب مي توانند برق توليد كنند. پيك توليد آنها در ساعات ظهر مي باشد.

واحدهاي فتوولتائيك در صورت ابري بودن هوا نيز مي توانند برق توليد كنند، هر چند خروجي آنها كاهش مي يابد. در يك روز بسيار ابري كم نور، يك سيستم فتوولتائيك ممكن است 5 تا 10 درصد نور خورشيد در روزهاي عادي را دريافت دارد، به طبع خروجي آن نيز به همان ميزان كم خواهد شد.

پنل هاي خورشيدي در دماي پايين تر، برق بيشتري توليد مي كنند. اين تجهيزات همچون ساير دستگاههاي الكتريكي در صورتي كه هوا خنك باشد، بهتر كار مي كنند. البته سيستم هايPV در روزهاي زمستاني كمتر از روزهاي تابستاني انرژي توليد مي كنند كه علت آن نه برودت هوا، بلكه كاهش ساعات روز و پايين تر بودن زاويه تابش خورشيد است.

8-آسيب پذيري دستگاههاي فتوولتائيك

پنل هاي خورشيدي طوري ساخته شده اند كه در برابر همه سختي هاي محيط مانند سرماي شديد قطبي، گرماي بيابان، رطوبت استوايي و بادهاي با سرعت بيش از 125 مايل در ساعت مقاومت مي كنند. با اينحال جنس اين وسايل از شيشه بوده و در اثر ضربات سنگين ممكن است بشكنند.

9-بهره برداري از سيستم هاي فتوولتائي براي استفاده از انرژي خورشيدي در سطح جهان

استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع به دليل ويژگيهايي كه در آغاز اين مقاله ذكر شد، كاملا" فراگير شده است. شركت هاي متعددي در كشورهاي مختلف نسبت به نصب اين سيستم ها اقدام كرده اند و كار بهينه سازي اين سيستم ها، همچنان ادامه دارد.

- شركت آب و برق لس آنجلس(LADWP ) در نظر دارد برنامه أي را براي نصب سيستم هاي برق خورشيدي روي سقف ساختمان هاي اين شهر به مورد اجراء گذارد. به موجب اين طرح تا سال 2010 ، 100000 سيستم فتوولتائيك روي سقف ساختمان ها اعم از مسكوني و تجاري نصب خواهند شد[4]. اين سيستم ها در اتصال با شبكه كار مي كنند. طبق اين برنامه، هر ساختماني برق خويش را تأ مين خواهد كرد. در صورتي كه ميزان توليد برق ساختماني كمتر از نياز مصرف آن باشد و همينطور در شب، كمبود برق از سوي شبكه سراسري جبران مي شود و بر عكس اگر ساختماني بيش از مصرف خود برق توليد كند، اين انرژي اضافي به شبكه برق جاري خواهد شد. اداره آب و برق لوس آنجلس براي نصب سيستم هاي خورشيدي روي بام ساختمانها شرايطي به قرار زير وضع كرده است:

• ساختمان يك طبقه و سقف آن تخته كوبي شده باشد.
• عمر ساختمان كمتر از 10 سال باشد.
• فضاي آزاد آن حداقل 300 متر مربع و شيب سقف آن بين 10 تا 25 درجه باشد.
• ترجيحا" سوي شيب بام ساختمان به سمت جنوب يا جنوب غربي بوده و در ساعات بين 11قبل از ظهر تا 4 بعد از ظهر سايه نخورد.

- شركتTVA در ايالت تنسي آمريكا نيز اقدام به استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع " انرژي سبز" كرده است. اين شركت براي نمايش توليد برق خورشيدي و به منظور تشويق مشتركين خود به استفاده از آن در سايت انرژي خورشيدي، يكي در موزه علوم كامبرلند(1) و ديگري در يك گردشگاه توريستي در داليورد(2) داير كرده است. سابت مستقر در مزه كامبرلند را نشان مي دهد.

شكل 3- سايت انرژي خورشيدي در موزه علوم كامبرلند واقع در ايالت تنسي آمريكا

ميزان انرژي توليد شده در سايت كامبرلند روز/m /Kwh 7/5 مي باشد. ميزان انرژي توليد شده در اين سايت، 146 كيلو وات ساعت و ظرفيت توليد آنKwac 25 است.

شكل 4- منحني توان دريافتي از خورشيد و توان توليد شده توسط سايت انرژي

خورشيدي مستقر در موزه كامبرلند در ايالت تنسي آمريكا

- تحقيق در زمينه كاربرد عملي سيستم برق با استفاده از پنل هاي فتوولتائيك بصورت متصل در شبكه برق اكيناواي ژاپن نيز ادامه دارد. اين تحقيقات شامل بررسي ويژگيهاي عملكرد سيستم و تأثير باتري ها بر شبكه و همينطور راندمان و تداوم برق رساني شبكه مي باشد. در مياكو، مصرف برق به هنگام شب، تقريبا" با پيك روز برابر است . بنابراين از انرژ ي خورشيدي براي تا"مين بخشي از نياز برق روزانه بطور مستقيم و برق شبانه از طريق باطري ها استفاده مي شود.

منبع :سولار