تكنولوژيهاي مبتني بر انرژيهاي نو و تجديد پذير

سيستمهاي فتوولتائيك
در اكثر نقاط دنيا مي توان از خورشيد به عنوان يك منبع مفيد و تامين كننده انرژي بهره جست . استفاده از كشورهايي كه فاقد منابع زيرزميني انرژي مي باشند، مناسب ترين راه براي دستيابي به انرژي است. تكنولوژي ساده ، كاهش آلودگي محيط زيست وقابليت ذخيره كردن سوختهاي فسيلي براي نسلهاي آينده از دلايل مهم لزوم استفاده از انرژي خورشيدي است .

نيروگاههاي خورشيدي داراي انواع گوناگوني هستند وسيستمهاي فتوولتائيك يكي از مهمترين نوع ايننيروگاههاست . سيستمهاي فتوولتائيك يكي از پر مصرفترين كاربرد انرژي هاي نوين ميباشند كه تاكنون سيستمهاي متفاوت آن با ظرفيتهاي گوناگون در سراسر جهان نصب و راه اندازي شده اند.

 
در اين نوع سيستمها كه درابتدا براي كاربردهاي فضايي ابداع وتكميل شده بودند، انرژي نوراني خورشيد به طورمستقيم و بدون استفاده از مكانيزم هاي متحرك به انرژي الكتريسيته تبديل مي شود. در تكنولوژي فتوولتائيكخورشيد تنها منبع تامين كننده انرژي است وبه همين علت انرژي الكتريسيته بدون ايجاد دود، سروصدا، بارانهاي اسيدي، دي اكسيد كربن وهرگونه تشعشعات راديو اكتيو توليد مي شود. ديگر ماده اوليه مورد نياز در سيستمهايفتوولتائيك سليكون است كه در طبيعت به وفور يافت مي شود وغير سمي است. تنها خسارات وارد شده بر محيط زسيت از طريق سيستمهاي فتوولتائيك ، از اكتشاف ، استخراج، توليد وانتقال سيليكون ناشي شده وزيانهايناشي از زغال، گازو نفت دراين شيوة توليد حذف مي شوند.

سيستمهاي فتوولتائيك چگونه كار مي كنند؟
سلولهاي تشكيل دهنده سيستمهاي فتوولتائيك از مواد نيمه رسانا ساخته مي شوند. متداولترين نوع آن بهعلت وفور و ارزاني ، سيلكون است .ايجاد قطب مثبت و منفي در اين سلولها پيش شرط لازم براي توليدالكتريسيته است و به وسيله ناخالص كردن يكي از كريستالهايسيلكون اين دو قطب در هر سلول به وجود ميآيد.
پس از برخورد فوتون هاي نور به اين سلولها ، الكترونها از جاي خود رانده و جرياني از الكترون (الكتريسته ) ازقسمت منفي به سمت مثبت سلول به وجود مي آيد. به مجموعه اي از اين سلولهاي سري و موازي شده، ماژولفتوولتائيك مي گويند. شدت وجهت تابش وتنوع زماني وجغرافيايي آن بر بهره وري اين سيستم بسيار تاثير گذاراست .

 

در هرماژول فتوولتائيك بين 36 تا 96 سلول قرار دارد. اين مجموعه به وسيله فرآيند لمينيت دربين دو لايهشيشه محافظت مي گردد. در نهايت كل مجموعه در يك محفظه آلومينيومي قرار مي گيرد. مجموعه اين ماژولها بهتوليد مي DC وسيله اتصالات الكتريكي به يكديگر متصل ودر نهايت يك جريان الكتريسيته به صورت مستقيم ياتبديل مي شود. AC شود. در صورت نياز اين جريان مستقيم توسط مبدل به جريان متناوب يااز ديگر مزاياي اين سيستمها قابليت ذخيره سازي انرژي الكتريسيته توليد شده در روز است كه به هنگام نياز يادرطي شب مي توان ازاين انرژي ذخيره شده استفاده نمود.قابليت توليد در محل مصرف ، كاهش و صرفه جوئي درهزينه هاي انتقال و توزيع انرژيالكتريكي و عدم نياز به شبكه سراسري برق نيز از ويژگي هاي ديگر اين نوعسيستمهاست.

در حال حاضر روشنايي خورشيدي بالاترين ميزان كاربرد سيستمهاي فتوولتائيك را در سراسر جهان دارد. مانندتامين برق جاده ها و تونلهابه خصوص در مناطقي كه به شبكه برق دسترسي ندارند، تامين برق پاسگاههاي مرزي،مناطق حفاظت شده و مناطق دور افتاده كه جنبه نظامي دارند.آنچه به عنوان مشكل بر سرراه اجرائي شدن سيستمهاي فتوولتائيك درايران وجود دارد، ارزاني وفراوانيسوختهاي فسيلي است كهسبب شده به اين سيستمها وانرژي خورشيدي كمتر توجه شود.درهرصورت نمي توان منكر اين واقعيت شد كه سوختهاي فسيلي پايان پذير وتجديد ناپذيرند وبايد جايگزينآنها ، از منابع انرژي تجديد پذير كه منافع زيست محيطي فراواني دارند استفاده نمود.

اجزاي سيستمهاي فتوولتائيك (برق خورشيدي)

1- سلولهاي فتوولتائيك (مولد برق خورشيدي)
اين سلولها مربعهاي نازك، ديسك ها يا فيلمهايي از جنس نيمه هادي هستند كه ولتاژ و جريان كافي را در زمانقرار گرفتن در معرض تابش نور خورشيد، توليد مي كنند.

2- كنترل كننده شارژ
تجهيزاتي هستند كه ولتاژ باتريها را تنظيم و كنترل مي كنند و از آسيبهاي احتمالي وارد بر باتريها جلوگيري مي كنند.

3- ذخيره كننده باتري خورشيدي
وسيله ايست كه انرژي الكتريكي توليدي DC را در خود ذخيره مي كند. بخاطر وجود تغيير در ميزان شدت تابش پرتوهاي خورشيدي در طول روز و در فصول مختلف، يك باطري به منظور ذخيره كردن انرژي الكتريكي توليديتوسط آراي ههاي فتوولتائيك و به عنوان يك عامل واسط بين آراي ههاي خورشيدي و مصرف كننده انرژي الكتريكيبراي بهره وري بيشتر مورد نياز م يباشد.

4- مبدل (اينورتر)
وسيله ايست كه جريان DC را به جريان AC براي مصرف،تبديل مي كند.

انواع سيستمهاي فتوولتائيك

1- سيستمهاي فتوولتائيك ساخته شده با باتري شارژي
فانوسهاي خورشيدي و شارژرهاي فتوولتائيك مورد استفاده در باتريهاي راديو، ازاين نمونه بوده و بازار فروشمناسبي دارند. در اين سيستم همه اجزاء يكپارچه شده و بجاي باتريهاي يكبار مصرف، از باتريهاي قابل شارژاستفاده مي شود.

2- سيستمهاي استفاده در روز
ساده ترين و ارزانترين سيستمهاي فتوولتائيك براي استفاده در روز طراحي شده اند. اين سيستمها معمولا شاملمدولهايي مي شوند كه ابزار ذخيره سازي ندارند و مستقيما با تابش خورشيد، الكتريسيته توليد مي كنند. برخيفن ها، دمنده ها يا پره هاي توزيع انرژي حرارتي درسيستم هاي گرمايش آب، و نيز وسيله هاي استفاده كننده،از انرژي خورشيدي چون ماشينهاي حساب و ساعتهاي مچي از اين دسته اند.

3- سيستم جريان مستقيم ( DC) با باتري ذخيره خورشيدي
براي استفاده از سيستمهاي فتوولتائيك در شب يا مواقع ابري، از سيستمهاي مجهز به باتري ذخيره استفاده مي شود.اجزاي اصلي اين سيستم يك مدول فتوولتائيك ( PV) ، كنترل كننده هاي شارژ، باتريهاي ذخيره و ساير ، وسايل است.سيستمهاي با باتري ذخيره مي توانندشامل وسايل كوچكي مانند چراغ قوه با يك باتري تا ابزار آلات بزرگ باتعداد زيادي باتري صنعتي باشند.نكته مهم در مورد باتريهاي شارژي آنست كه بايد بمنظور دوام بيشتر، بطور كامل تخليه شوند و سپس كاملا شارژگردند. اندازه و شكل منبع باتري بايد متناسب با عملكرد ولتاژ سيستم، مقدار استفاده در شب، شرايط آب وهوايي محل و ... طراحي گردند. در برخي از اين سيستمها يك كنترل كننده شارژ، طراحي شده است كه از شارژبيش از حد باتريها يا تخليه غيرعادي آنها با قطع اتصال مدول از منبع باتري، جلوگيري مي كند و اين موضوع درحفظ كيفيت و دوام باتري موثر است.سيستم هاي خورشيدي جريان مستقيم تغذيه كننده جريان متناوب مدولهاي فتوولتائيك در اثر تابش آفتاب انرژي الكتريكي DC اما اكثر لوازم الكتريكي به انرژي AC نيازمندند.لذا سيستمهاي فتوولتائيك بايد مبدلي را جهت تبديل جريان DCبه AC داشته باشند، اين مبدلها انعطاف پذيري سيستم را افزايش داده و تسهيلاتي را ايجاد مي كنند. اما افزايش هزينه را نيز در پي دارند.

4- سيستمهاي برق خورشيدي متصل به شبكه شهري
اين سيستمها به باتري ذخيره نيازي ندارند. چون خود شبكه برق، عمل ذخيره سازي انرژي را انجام مي دهد. انرژي اضافي توليد شده را مالك سيستم به شبكه شهري مي فروشد و درصورت نياز از شبكه شهري دريافت مي كند. بر اين اساس شرايطي بايد فراهم شود تا خريد و فروش انرژي بين مالك و شبكه شهري امكانپذير باشد. بدين منظور برخي از كمپاني هاي شبكه برق شهري كنتورهايي را به مشتريان خود مي دهند كه مقدار خريد و فروش الكتريسيته را معين مي كند.

مزاياي تكنولوژي فتوولتائيك(توليد برق خورشيدي)

دوام:
تكنولوژي بكار رفته در ساخت مدولهاي فتوولتائيك از مصالح بادوامي است. در گذشته دوام سيستمها را حدود 10سال در نظر مي گرفتند اما با پيشرفتهاي انجام شده، متوسط عمر مفيد اين سيستمها به 25 سال رسيده است.

هزينه هاي پايين حفظ و نگهداري:
در سيستم منابع تجديدناپذير، هزينه هاي حمل و نقل مواد و نيروي كار بسيار بالا است. اما درسيستمهايفتوولتائيك چنين هزينه هايي در چرخه توليد وجود ندارد. زيرا سيستم به بازرسي هاي دوره اي و نگهداري باهزينه اندك نياز دارد.

عدم نياز به مواد سوختي:
در سيستمهاي فتوولتائيك نيازي به منابع سوختي فسيلي و ... نمي باشد. بنابراين مضرات زيست محيطي ناشي از
اين منابع و هزينه هاي حمل و نقل و انبارداري آنها حذف مي شود.

كاهش آلودگي صوتي:
سيستمهاي فتوولتائيك بدون حركت و كاملا بي صدا بوده و آلودگي صوتي ندارد.

 

قابليت نصب و راه اندازي سيستمهاي فتوولتائيك در ظرفيتهاي گوناگون:
با توجه به مدولهاي پيش ساخته در اين سيستمها مي توان الكتريسيته را در مقياسهاي مختلف توليد كرد.چنانچهبا سيستمهاي فتوولتائيك مي توان از چند ميلي وات تا چندين مگاوات انرژي بدست آورد. اگر اين سيستم رابصورت مدولهاي كوچك و منفرد استفاده كنيم، براي نيازهاي بسيار ناچيز و اگر در مزرعه اي مجموعه اي ازآرايشهاي گسترده فتوولتائيك را بكار بريم، نيروگاه خورشيدي عظيم را ايجاد كرده ايم.

عدم وابستگي به شبكه برق شهري:
در مواقعي كه انتقال برق شهري امكانپذير نباشد، مي توان از اين سيستم ها بهره گيري كرد زيرا بصورت مستقلالكتريسيته توليد كرده و نيازي به نگهداري فراوان ندارند. پس در مناطق دورافتاده و صعب العبور، استفاده از اينسيستمها گزينه مناسبي خواهد بود.

دوام اجزاء فتوولتائيك:
مدت كاركرد مدولهاي خورشيدي،در سالهاي گذشته بطور متوسط 10 سال در نظر گرفته مي شده ليكن باپيشرفتهاي فني ميانگين زمان كاركرد مدولها به 25 سال رسيده است. بسياري از اجزاء و مواد اوليه اين مدولهاقابل بازيافت و استفاده اند. مثلا شيشه ها، جعبه هاي پلاستيكي و كلافهاي فلزي نصب و ... قابل استفاده مجددهستند. اما بازيافت برخي از اجزا چون نيمه هاديها و ... امكانپذير نيست.