انرژی خورشیدی وکاربردهایش (4)

به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های مکانیکی محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتاییک گویندو به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتاییک گویند. درواقع دراین پدیده انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود. این پدیده برمبنای فرضیه ی ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. سیستم فتوولتاییک انرژی موجود در نور خورشید را توسط سلولهای خورشیدی مستقیماً به برق از نوع DC تبدیل می کند. با استفاده از برق حاصله و بهره جویی از تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی موجود، می توان انرژی الکتریکی کلیه بارهای DC و AC را تأمین نمود.سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ‌ترین کاربردهای انرژی‌های نو می‌باشد و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (0/5 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 خورشیدی 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 سه بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه به توضیح آنها می‌پردازیم.

در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می‌باشد. این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده وتوان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری را تزریق و کنترل می‌کند، یعنی 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.

 انرژی الکتریکی حاصل از سیستم های فتوولتاییک را بر اساس طراحی انجام شده، متناسب با نیاز مصرف کننده، مدیریت و القا می نماید . این تجهیزات عمدتا ازشارژ کنترل، باطری، اینورتر و... بر اساس نیازمصرف کننده و طبق نظر طراح سیستم، طراحی و مشخصات آن تهیه و تدوین می گردد.

3-مصرف کننده یا بار الکتریکی

با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتاییک، مصرف کننده می‌تواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتاییک 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.

سلول خورشیدی یا سلول فوتوولتاییک ابزاری است که انرژی خورشیدی را تحت اثرفوتوولتاییک به الکتریسیته مبدل می‌کند. فن‌آوری فوتوولتاییک شاخه‌ای ازفن‌آوری است که به کاربرد سلول‌های خورشیدی می‌پردازد. گاهی اصطلاح «سلول خورشیدی» تنها برای ابزارهایی به کار می‌رود که مختص تبدیل انرژی نورخورشید هستند، در حالی که عبارت «سلول فوتوولتاییک» به صورتی عام‌تر بهکار می‌رود. سازه‌ای که از کنار هم چیدن سلول‌های خورشیدی به دست می‌آیدرا واحد خورشیدی گویند که خود این سازه‌ها را می‌توان به هم متصل ساخت تاآرایه ی فوتوولتاییک به دست آید.

سلول‌های خورشیدی کاربرد بسیاری دارند. سلول‌های تکی برای فراهم کردن توان لازم دستگاه‌های کوچک‌تر مانندماشین حساب الکترونیکی به کار می‌روند. آرایه‌های فوتوولتاییک الکتریسیته? بازیافت‌شدنی‌ای را تولید می‌کنند که عمدتاً در موارد عدم وجود سیستم انتقال و توزیع الکتریکی کاربرد دارد. برای مثال می‌توان به محل‌های دوراز دسترس، ماهواره‌های مدارگرد، کاوش‌گرهای فضایی و ساختمان‌های مخابراتی دور از دسترس اشاره کرد.

مراحل اصلی طرح

عمده دلایل توجه به صنعت فتوولتاییک در یک دهه اخیر و رشد سالانه آن به شرح ذیل می باشد:

*عدم نیاز به سوخت فسیلی و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبور

*قابلیت تولید در محل مصرف، کاهش و صرفه جویی در هزینه های انتقال و توزیع انرژی الکتریکی و عدم نیاز به    شبکه سراسری برق

*امکان نصب و راه اندازی در توان های مختلف، متناسب با نیاز مصرف کننده

*طول عمر مناسب و سهولت در بهره برداری

*امکان نصب بر نما و یا روی سقف خانه ها و توانایی ذخیره سازی انرژی در باتری

 در این روش، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و ...)مطابق ، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و... شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می گردد.

این نوع کاربرد، بدون نیاز به وجود شبکه سراسری برق قادر به تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده می باشد. در این روش انرژی الکتریکی مورد نیاز با استفاده از پنلهای فتوولتائیک، سیستمهای ذخیره و کنترل، بعنوان یک واحد نیروگاهی با طول عمر مناسب 30 سال می تواند با قابلیت اطمینان بالا قابل نصب و راه اندازی می باشد.

* روشنایی خورشیدی

* سیستم تغذیه یک واحد مسکونی

* سیستم پمپاژ آب توسط پمپهای خورشیدی

* سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل

* سیستم تغذیه ایستگاههای مخابراتی وزلزله نگاری

* نیروگاه فتوولتائیک

* مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها جهت ارسال پیام

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 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.

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.

قابلیت حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم‌ها می‌باشد بازده توان این سیستم‌ها از 100 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.

فرآوری : مریم نایب زاده

بخش دانش و زندگی تبیان

منبع:

Barikan.org , shakeran , suna.org.ir , sunep.blogfa.com