پاوربانک خورشیدی بسازیم _ جلسه چهارم
آشنایی با انواع استفاده از سیستم های خورشیدی (حرارتی و فتوولتاییک)
اهداف :آشنایی با انواع استفاده از سیستم های خورشیدی (حرارتی و فتوولتاییک)
پیش نیاز : آشنایی با سلول های خورشیدی
وسایل مورد نیاز : ....................
4-1) انواع سیستم خورشیدی :
4-1-1) سیستم های حرارتی خورشیدی :
سیستم‌های حرارتی-برقی خورشیدی به سیستم‌هایی گفته می‌شوند که از گردآورندهای حرارتی برای استفاده از منبع خورشیدی عمدتاً یا انحصار برای تولید برق از طریق یک چرخه ترمودینامیکی استفاده میکنند این عمل بااستفاده از گردآورنده‌های کم دما میسر است اما عمدتاً بوسیله گردآورنده‌های خطی یا دایره‌ای با دمای بالاتر انجام می‌شود.اگر قرار باشد که سیکل ترمودینامیکی بوسیلهٔ یک گردآورنده خورشیدی کم دما تغذیه می‌شود. به یک مایع آلی (سیال) با نقطهٔ جوش پایین نیاز داریم اما راندمان پایینی که ناشی از طبیعت سیکل‌های ترمودینامیکی کم دما است. مانع بهره‌برداری تجاری از گردآورنده‌های با تمرکز کم یا تخت است.
برای تولید برق از انرژی خورشیدی کم دما تنها در مورد برکه‌های خورشیدی که بصورت گرداورنده غیر متمرکز کننده و مخزن ذخیره انرژی مرکب عمل می‌نمایند.
این سیستم‌ها ممکن است در نواحی ای که از انرژی دریافتی خورشیدی زیادی برخوردار هستند و در آن نواحی که یک برکه طبیعی وجود دارد یا زمین و آب و نمک به‌وفور وجود داشته و ارزان هستند کاربرد داشته باشند.
انواع سیستم‌های حرارتی-برقی خورشیدی عبارت اند از :
1. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز خطی سهموی.
2.نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از بشقاب سهموی.
3.نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از کلکتور مرکزی.
4. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از دودکش خورشیدی.
5. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده ازکلکتور فرنل.
نیروگاه خورشیدی خطی سهموی :
در حال حاضر نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کنندهٔ خطی سهموی قابل‌توجه‌ترین روش در بین روش‌های حرارتی-برقی برای انرژی تجدیدپذیر می‌باشد.
این تکنولوژی برای اولین بار در صحرای مجاور کالیفرنیای آمریکا بکارگرفته شد ولی بعدها هم بصورت خورشیدی و هم بصورت هیبرید در کشورهای مانند اسپانیا و مصر و مراکش و عمارات بکارگرفته شد.
این نیروگاه بر اساس ویژگی‌های آب وهوای روزانه کار میکنند و حدود ۱۴-۸۰ مگاوات برق تولید میکنند. یک کلکتور خطی سهموی یک آینهٔ سادهٔ سهمی شکل است که اشعهٔ خورشید را از محور طبیعی‌اش به محور خودش منحرف می‌کند. علت نامگذاری به دلیل مقطع سهمی شکل ان می‌باشد. شعاع انحنای این آینه‌ها حدود ۱ تا ۴ برابر فاصله کانونی استو نسبت تمرکز متداول چیزی حدود ۸۰ می‌باشد. ولی با استفاده از مقیاس‌های بزرگتر این مقدار نیز می‌تواند بیشتر باشد.
این آینهٔ سهمی شکل در امتداد محوری کشیده شده است که در واقع خط کانون سهمی است.
در محل مذکور یک کلکتور نصب می‌گردد که لولهٔ جاذب نام دارد. ایینه‌ها و لوله‌ها روی یک سازه فولادی نصب می‌گردد تا محکم در جای خود قرار گیرند.
4-1 نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع سهموی خطی
4-2 نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع متمرکز کننده
اما از سیستم های حرارتی خورشیدی در ساختمان ها نیز به طور معمول برای گرمایش و سرمایش ساختمان ها استفاده می شود که می توان به آبگرمکن خورشیدی و یا سیستم گرمایش از کف خورشیدی اشاره کرد .
4-3 استفاده از آبگرمکن خورشیدی برای تهیه آب گرم یک ساختمان
4-1-2) انواع سیستم های فتوولتاییک :
تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته معمولاً به وسیله سلول های فتوولتاییک صورت می گیرد که از اثر فتوولتاییک استفاده می کنند. اثر فتوولتاییک بر اساس اثر متقابل فوتون هایی با انرژی برابر یا بیش از انرژی باند ممنوعه مواد فتوولتاییک است. ماژول های فتوولتاییک انرژی خورشید را بدون آلودگی و سر و صدا و نوسانات به الکتریسیته تبدیل میکنند. انرژی خورشید چگالی انرژی کمی دارد و بنابراین ، ماژول های فتوولتاییک باید سطح زیادی داشته باشند تا بتوانند انرژی کمی تولید کنند. سیستم های فتوولتاییک در شبکه های قدرت به هم پیوسته از مبدل استفاده می کنند تا جریان DC تولید شده توسط آرایه های فتوولتاییک به جریان AC متناسب با فرکانس و ولتاژ مورد نیاز در شبکه برق شهر تبدیل شود. انرژی الکتریکی خورشیدی منبع اصلی انرژی برای سفینه های فضایی از زمان شروع برنامه های فضایی است. همچنین ، حدوداً از سه دهه پیش از آن برای تأمین انرژی در مصارف شهری و کشاورزی استفاده می شود. در یک دهه گذشته ، از انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی خانه ها و ساختمان های شهری به طور گسترده استفاده شده که نتیجه پیشرفت در تکنولوژی خورشیدی به همراه تغییرات در ساختار صنعت الکترونیک است. البته در صورتی می توان از انرژی خورشید استفاده کرد که بتوانیم فوتون ها را جذب کنیم. گفتنی است که همه فوتون های ساطع شده از خورشید به زمین نمی رسند؛ خیلی از فوتون ها در مسیر خود منحرف شده و ممکن است جذب جسم دیگری شود. اگرچه انواع مختلف سیستم های فتوولتاییک وجود دارد ، اما همه آن ها متشکل از سه جزء اصلی هستند :
ماژول که انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند؛
مبدل که الکتریسیته را به جریان متناوب تبدیل می کند تا از آن بتوان در مصارف مختلف خانگی استفاده کرد؛
و احتمالاً باتری که انرژی الکتریسیته اضافی تولید شده در سیستم را ذخیره می کند.
دیگر اجزای جانبی سیستم عبارتند از : سیم ها ، سوئیچ برای قطع جریان ، سازه های پشتیبانی و غیره. برای استفاده مناسب از سیستم های فتوولتاییک باید ساختار و کاربرد این سیستم ها بطور دقیق شناسایی شود. در شکل زیر شماتیک کلی یک واحد خورشیدی را مشاهده می کنیم.
4-4 صورت کلی یک سیستم فتوولتاییک
4-1-3) پیکر بندی سیستم های فتوولتاییک :
بطور کلی سیستم های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به سه گروه دسته بندی می شوند :
1- واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه.
2- واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه.
سیستم ها متصل به شبکه :
1) سیستم های تجاری و خانگی
بعضی از سیستم های متصل به شبکه امروزی، در خانه ها و واحدهای تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. مالک این سیستم ها می تواند در زمان وجود خورشید، برق مورد نیاز واحد خانگی یا تجاری را از سیستم فتوولتائیک تامین کند. همچنین این امکان برای او فراهم است، که مازاد برق مصرفی خود را به شبکه بفروشد. در زمان نبود انرژی خورشید نیز برق مصرفی خود را از شبکه تامین می کند. از آنجا که سیستم های خورشیدی جریان مستقیم تولید می کنند، یک اینورتر برای تبدیل این جریان DC به جریان متناوب لازم است
2) سیستم های صنعتی و نیروگاهی
سیستم های فتوولتاییک نیروگاهی در محدوده ی توان بالا عمل می کنند. این سیستم ها قادرند بین چند صد تا چندین مگاوات، برق تولید کنند.ماژول های خورشیدی در مقیاس صنعتی روی یک قاب و روی زمین قرار می گیرند. آنها همچنین می توانند در مکان های مختلف همچون فرود گاه ها و ایستگاه های قطار مورد استفاده قرار گیرند. در شکل 1-2 یک نمونه سیستم متصل به شبکه را مشاهده می کنید.
4-5 نمایی کلی از یک سیستم متصل به شبکه
سیستم های مستقل از شبکه :
این سیستم ها به طور مستقل از شبکه مورد استفاده قرار می گیرند.یک سیستم مستقل از شبکه معمولا با یک باتری همراه است. وجود باتری این امکان را برای سیستم فراهم می کند تا زمان هایی که انرژی خورشیدی در دسترس نیست، سیستم همچنان به کار خود ادامه دهد.در اینجا نیز یک اینورتر برای تبدیل توان DC به AC مورد نیاز است.کاربرد سیستم های مستقل از شبکه به صورت زیر خلاصه می شوند.
1)کاربردهای صنعتی
سیستم های مستقل از شبکه، در نواحی دور از دسترس شبکه کاربرد دارند. به طور مثال در جایگاه های تجهیزات ارتباطی مانند تلفن، ناوهای دریایی و... کاربرد دارد. سیستم مستقل از شبکه در حقیقت یک راه مقرون به صرفه برای تامین توان در نواحی دور از شبکه است.
2)کاربرد های روستایی
این نوع از سیستم ها امکان توسعه در کشور های مختلف را از طریق ایجاد برق در نواحی دور از شبکه، فراهم می کنند. بدین ترتیب، امکان توسعه مناطق روستایی فراهم می شود.
3)کاربرد در وسایل الکتریکی
سلول های PV در وسایل الکترونیکی مانند ساعت، ماشین حساب، انواع اسباب بازی و باتری شارژر ها کاربرد دارد. در شکل زیر یک نمونه سیستم مستقل از شبکه را مشاهده می کنید.
4-5 نمایی از یک سیستم مستقل از شبکهبرای آشنایی بیشتر با مباحث این جلسه این ویدیو را ببینید
تکلیف : درمورد تاریخچه استفاده از سیستم های خورشیدی و نیروگاه های فتوولتاییک و حرارتی خورشیدی نصب شده در ایران تحقیق کنید .
پیشنهاد شما در مورد استفاده بهتر و بهینه از انرژی خورشیدی چیست ؟
راهنمایی : در مورد ظرفیت نصب شده و مقیاس هر کدام از نیروگاه ها تحقیق کنید.
کار عملی : ..........................
محل اردو : بازدید از یکی از سایت های تحقیقاتی یا نیروگاهی خورشیدی شهر خودتان
منابع مطالعه :
1)گزارش سازمان انرژی های نو ایران و بهره وری انرژی ساتبا در مورد انرژی خورشیدی
2) کتاب انرژی خورشیدی نوشته محمد وافی محمدی
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه اول
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه دوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه سوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه چهارم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه پنجم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه ششم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هفتم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هشتم
پیش نیاز : آشنایی با سلول های خورشیدی
وسایل مورد نیاز : ....................
4-1) انواع سیستم خورشیدی :
4-1-1) سیستم های حرارتی خورشیدی :
سیستم‌های حرارتی-برقی خورشیدی به سیستم‌هایی گفته می‌شوند که از گردآورندهای حرارتی برای استفاده از منبع خورشیدی عمدتاً یا انحصار برای تولید برق از طریق یک چرخه ترمودینامیکی استفاده میکنند این عمل بااستفاده از گردآورنده‌های کم دما میسر است اما عمدتاً بوسیله گردآورنده‌های خطی یا دایره‌ای با دمای بالاتر انجام می‌شود.اگر قرار باشد که سیکل ترمودینامیکی بوسیلهٔ یک گردآورنده خورشیدی کم دما تغذیه می‌شود. به یک مایع آلی (سیال) با نقطهٔ جوش پایین نیاز داریم اما راندمان پایینی که ناشی از طبیعت سیکل‌های ترمودینامیکی کم دما است. مانع بهره‌برداری تجاری از گردآورنده‌های با تمرکز کم یا تخت است.
برای تولید برق از انرژی خورشیدی کم دما تنها در مورد برکه‌های خورشیدی که بصورت گرداورنده غیر متمرکز کننده و مخزن ذخیره انرژی مرکب عمل می‌نمایند.
این سیستم‌ها ممکن است در نواحی ای که از انرژی دریافتی خورشیدی زیادی برخوردار هستند و در آن نواحی که یک برکه طبیعی وجود دارد یا زمین و آب و نمک به‌وفور وجود داشته و ارزان هستند کاربرد داشته باشند.
انواع سیستم‌های حرارتی-برقی خورشیدی عبارت اند از :
1. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز خطی سهموی.
2.نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از بشقاب سهموی.
3.نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از کلکتور مرکزی.
4. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از دودکش خورشیدی.
5. نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده ازکلکتور فرنل.
نیروگاه خورشیدی خطی سهموی :
در حال حاضر نیروگاه‌های خورشیدی با استفاده از متمرکز کنندهٔ خطی سهموی قابل‌توجه‌ترین روش در بین روش‌های حرارتی-برقی برای انرژی تجدیدپذیر می‌باشد.
این تکنولوژی برای اولین بار در صحرای مجاور کالیفرنیای آمریکا بکارگرفته شد ولی بعدها هم بصورت خورشیدی و هم بصورت هیبرید در کشورهای مانند اسپانیا و مصر و مراکش و عمارات بکارگرفته شد.
این نیروگاه بر اساس ویژگی‌های آب وهوای روزانه کار میکنند و حدود ۱۴-۸۰ مگاوات برق تولید میکنند. یک کلکتور خطی سهموی یک آینهٔ سادهٔ سهمی شکل است که اشعهٔ خورشید را از محور طبیعی‌اش به محور خودش منحرف می‌کند. علت نامگذاری به دلیل مقطع سهمی شکل ان می‌باشد. شعاع انحنای این آینه‌ها حدود ۱ تا ۴ برابر فاصله کانونی استو نسبت تمرکز متداول چیزی حدود ۸۰ می‌باشد. ولی با استفاده از مقیاس‌های بزرگتر این مقدار نیز می‌تواند بیشتر باشد.
این آینهٔ سهمی شکل در امتداد محوری کشیده شده است که در واقع خط کانون سهمی است.
در محل مذکور یک کلکتور نصب می‌گردد که لولهٔ جاذب نام دارد. ایینه‌ها و لوله‌ها روی یک سازه فولادی نصب می‌گردد تا محکم در جای خود قرار گیرند.
اما از سیستم های حرارتی خورشیدی در ساختمان ها نیز به طور معمول برای گرمایش و سرمایش ساختمان ها استفاده می شود که می توان به آبگرمکن خورشیدی و یا سیستم گرمایش از کف خورشیدی اشاره کرد .
4-1-2) انواع سیستم های فتوولتاییک :
تبدیل مستقیم انرژی خورشید به الکتریسیته معمولاً به وسیله سلول های فتوولتاییک صورت می گیرد که از اثر فتوولتاییک استفاده می کنند. اثر فتوولتاییک بر اساس اثر متقابل فوتون هایی با انرژی برابر یا بیش از انرژی باند ممنوعه مواد فتوولتاییک است. ماژول های فتوولتاییک انرژی خورشید را بدون آلودگی و سر و صدا و نوسانات به الکتریسیته تبدیل میکنند. انرژی خورشید چگالی انرژی کمی دارد و بنابراین ، ماژول های فتوولتاییک باید سطح زیادی داشته باشند تا بتوانند انرژی کمی تولید کنند. سیستم های فتوولتاییک در شبکه های قدرت به هم پیوسته از مبدل استفاده می کنند تا جریان DC تولید شده توسط آرایه های فتوولتاییک به جریان AC متناسب با فرکانس و ولتاژ مورد نیاز در شبکه برق شهر تبدیل شود. انرژی الکتریکی خورشیدی منبع اصلی انرژی برای سفینه های فضایی از زمان شروع برنامه های فضایی است. همچنین ، حدوداً از سه دهه پیش از آن برای تأمین انرژی در مصارف شهری و کشاورزی استفاده می شود. در یک دهه گذشته ، از انرژی خورشیدی برای تأمین انرژی خانه ها و ساختمان های شهری به طور گسترده استفاده شده که نتیجه پیشرفت در تکنولوژی خورشیدی به همراه تغییرات در ساختار صنعت الکترونیک است. البته در صورتی می توان از انرژی خورشید استفاده کرد که بتوانیم فوتون ها را جذب کنیم. گفتنی است که همه فوتون های ساطع شده از خورشید به زمین نمی رسند؛ خیلی از فوتون ها در مسیر خود منحرف شده و ممکن است جذب جسم دیگری شود. اگرچه انواع مختلف سیستم های فتوولتاییک وجود دارد ، اما همه آن ها متشکل از سه جزء اصلی هستند :
ماژول که انرژی خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کند؛
مبدل که الکتریسیته را به جریان متناوب تبدیل می کند تا از آن بتوان در مصارف مختلف خانگی استفاده کرد؛
و احتمالاً باتری که انرژی الکتریسیته اضافی تولید شده در سیستم را ذخیره می کند.
دیگر اجزای جانبی سیستم عبارتند از : سیم ها ، سوئیچ برای قطع جریان ، سازه های پشتیبانی و غیره. برای استفاده مناسب از سیستم های فتوولتاییک باید ساختار و کاربرد این سیستم ها بطور دقیق شناسایی شود. در شکل زیر شماتیک کلی یک واحد خورشیدی را مشاهده می کنیم.
4-4 صورت کلی یک سیستم فتوولتاییک
4-1-3) پیکر بندی سیستم های فتوولتاییک :
بطور کلی سیستم های فتوولتاییک با توجه کاربردشان به سه گروه دسته بندی می شوند :
1- واحدهای فتوولتاییک متصل به شبکه.
2- واحدهای فتوولتاییک مجزا از شبکه.
سیستم ها متصل به شبکه :
1) سیستم های تجاری و خانگی
بعضی از سیستم های متصل به شبکه امروزی، در خانه ها و واحدهای تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. مالک این سیستم ها می تواند در زمان وجود خورشید، برق مورد نیاز واحد خانگی یا تجاری را از سیستم فتوولتائیک تامین کند. همچنین این امکان برای او فراهم است، که مازاد برق مصرفی خود را به شبکه بفروشد. در زمان نبود انرژی خورشید نیز برق مصرفی خود را از شبکه تامین می کند. از آنجا که سیستم های خورشیدی جریان مستقیم تولید می کنند، یک اینورتر برای تبدیل این جریان DC به جریان متناوب لازم است
2) سیستم های صنعتی و نیروگاهی
سیستم های فتوولتاییک نیروگاهی در محدوده ی توان بالا عمل می کنند. این سیستم ها قادرند بین چند صد تا چندین مگاوات، برق تولید کنند.ماژول های خورشیدی در مقیاس صنعتی روی یک قاب و روی زمین قرار می گیرند. آنها همچنین می توانند در مکان های مختلف همچون فرود گاه ها و ایستگاه های قطار مورد استفاده قرار گیرند. در شکل 1-2 یک نمونه سیستم متصل به شبکه را مشاهده می کنید.
سیستم های مستقل از شبکه :
این سیستم ها به طور مستقل از شبکه مورد استفاده قرار می گیرند.یک سیستم مستقل از شبکه معمولا با یک باتری همراه است. وجود باتری این امکان را برای سیستم فراهم می کند تا زمان هایی که انرژی خورشیدی در دسترس نیست، سیستم همچنان به کار خود ادامه دهد.در اینجا نیز یک اینورتر برای تبدیل توان DC به AC مورد نیاز است.کاربرد سیستم های مستقل از شبکه به صورت زیر خلاصه می شوند.
1)کاربردهای صنعتی
سیستم های مستقل از شبکه، در نواحی دور از دسترس شبکه کاربرد دارند. به طور مثال در جایگاه های تجهیزات ارتباطی مانند تلفن، ناوهای دریایی و... کاربرد دارد. سیستم مستقل از شبکه در حقیقت یک راه مقرون به صرفه برای تامین توان در نواحی دور از شبکه است.
2)کاربرد های روستایی
این نوع از سیستم ها امکان توسعه در کشور های مختلف را از طریق ایجاد برق در نواحی دور از شبکه، فراهم می کنند. بدین ترتیب، امکان توسعه مناطق روستایی فراهم می شود.
3)کاربرد در وسایل الکتریکی
سلول های PV در وسایل الکترونیکی مانند ساعت، ماشین حساب، انواع اسباب بازی و باتری شارژر ها کاربرد دارد. در شکل زیر یک نمونه سیستم مستقل از شبکه را مشاهده می کنید.
4-5 نمایی از یک سیستم مستقل از شبکه
تکلیف : درمورد تاریخچه استفاده از سیستم های خورشیدی و نیروگاه های فتوولتاییک و حرارتی خورشیدی نصب شده در ایران تحقیق کنید .
پیشنهاد شما در مورد استفاده بهتر و بهینه از انرژی خورشیدی چیست ؟
راهنمایی : در مورد ظرفیت نصب شده و مقیاس هر کدام از نیروگاه ها تحقیق کنید.
کار عملی : ..........................
محل اردو : بازدید از یکی از سایت های تحقیقاتی یا نیروگاهی خورشیدی شهر خودتان
منابع مطالعه :
1)گزارش سازمان انرژی های نو ایران و بهره وری انرژی ساتبا در مورد انرژی خورشیدی
2) کتاب انرژی خورشیدی نوشته محمد وافی محمدی
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه اول
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه دوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه سوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه چهارم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه پنجم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه ششم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هفتم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هشتم
