آشنایی با انواع سیستم های فتوولتاییک و ساخت ماکت آن ها _ جلسه چهارم
آشنایی با سیستم های فتوولتاییک
نویسنده : یگانه داودی
بازدید :
زمان تقریبی مطالعه :
تاریخ : سه شنبه 1396/09/21 ساعت 14:19
اهداف : آشنایی با سیستم های فتوولتاییک
پیش نیاز : آشنایی با انواع سیستم های خورشیدی
وسایل مورد نیاز : ..................
4-1) تاریخچه
کاربرد انرژی خورشیدی به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح باز می گردد. از انرژی خورشیدی برای گرمایش ، پخت و پز، روشنایی و روشن نمودن آتش استفاده می کردند. یونانیان و رومیان باستان معماری هایی را برای استفاده از نور و گرمایش انرژی خورشیدی در داخل ساختمان خود داشته اند.
·در سال ۱۷۶۷ میلادی دانشمندی سوئیسی اولین کلکتور خورشیدی را ساخت.
·در سال ۱۸۱۶ میلادی رابرت استرلینگ وزیر اسکاتلندی اختراع خود را برای پیش گرمکن موتور حرارتی به ثبت رساند. بعدها از این اختراع او در تولید الکتریسیته بوسیله حرارت انرژی خورشیدی بهره گرفتند.
· در سال ۱۸۳۹ میلادی ادموند بکرل دانشمند فرانسوی اثر فتوولتاییک را کشف نمود. او هنگام کار با پیل الکترولیز که با دو الکترود فلزی در محلول الکترولیت خود بود به این نتیجه رسید که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد میزان تولید برق افزایش می یابد.
·در سال ۱۸۶۰ میلادی ریاضیدان فرانسوی August Mouchet کار بر روی موتور بخار خورشیدی را آغاز کرد. بعد از ۲۰ سال او و دستیارش Abel Pifre موتورهایی را ساختند که نمونه های مدرن آن در حال حاضر در کلکتورهای سهموی خطی استفاده می گردد.
· در سال ۱۸۷۳ میلادی Willoughby Smith قابلیت هدایت نور سلنیوم را کشف نمود.
·در سال ۱۸۷۶ میلادی William Grylls Adams و Richard Evans Day کشف کردند که وقتی سلنیوم در مقابل نور خورشید قرار می گیرد برق تولید می کند.
·در سال ۱۸۸۰ میلادی Samuel P. Langley بولومتر را اختراع نمود که نور ستاره های دور دست را به خوبی اشعه های حرارتی خورشید اندازه گیری می نمود.
·در سال ۱۸۸۳ میلادی Charles Fritts آمریکایی به ایده ساخت سلولهای خورشیدی از ویفر سلنیوم فکر کرد.
·در سال ۱۸۸۷ میلادی هاینریش هرتز کشف کرد که اشعه ماورا بنفش کمترین ولتاژ را برای جرقه زدن بین دو الکترود لازم دارد.
· در سال ۱۸۹۱ میلادی اولین آب گرمکن خورشیدی توسط کلارنس آمریکایی ثبت اختراع گردید.
·در سال ۱۹۰۴ میلادی Wilhelm Hallwachs کشف کرد که مس و اکسید مس در کنار یکدیگر حساسیت نسبت به نور نشان می دهند.
·در سال ۱۹۰۵ میلادی آلبرت انیشتین همراه با تئوری نسبیت خود اثر فوتوالکتریک را مطرح نمود.
·در سال ۱۹۰۸ میلادی ویلیام جی بیلی یک کلکتور با سیم پیچ مسی و یک جعبه عایق ساخت. این طرح تقریبا شبیه همان طرحی است که امروزه برای کلکتورهای خورشیدی استفاده می شود.
·در سال ۱۹۱۴ میلادی دانشمندان متوجه یک بند الکترونی در دستگاه های فتوولتاییک شدند.
· در سال ۱۹۱۶ میلادی دانشمندان اثر فوتوالکتریک را به صورت تجربی اثبات کردند.
·در سال ۱۹۱۸ میلادی دانشمند لهستانی Jan Czochralski کشف نمود که چگونه یک تک کریستال سیلیکون را رشد دهد.
· در سال ۱۹۲۱ میلادی آلبرت انیشتین به خاطر نظریه اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل را دریافت کرد.
·در سال ۱۹۳۲ میلادی اثر فتوولتاییک در سولفید کادمیوم کشف شد.
·در سال ۱۹۴۷ میلادی ساختمان های خورشیدی در طول جنگ جهانی دوم بسیار نادر شدند.
·در سال ۱۹۵۴ میلادی سه دانشمند آمریکایی اولین سلول فتوولتاییک سیلیکونی را توسعه دادند، اولین سلول خورشیدی توانایی این را داشت که برق کافی را از طریق خورشید برای تجهزات الکترونیکی فراهم نماید.
·در اواسط دهه ۱۹۵۰ میلادی اولین ساختمان اداری تجاری در جهان که با آبگرمکن خورشیدی کار می کرد طراحی شد.
·در سال ۱۹۵۸ میلادی سلول های فتوولتاییک جدید در مقابل اشعه خورشید مقاوم تر شدند و این ویژگی برای استفاده سلول های فتوولتاییک در فضا بسیار حائز اهمیت بود.
·در سال ۱۹۶۳ میلادی ژاپن یک پنل ۲۴ واتی را بر روی یک فانوس دریایی نصب نمود.
·در سال ۱۹۶۴ میلادی ناسا اولین ماهواره ای که با سلول های فتوولتاییک به ظرفیت ۴۷۰ وات تغذیه می گردید توسط سفینه فضایی به فضا پرتاب نمود.
· در سال ۱۹۶۹ میلادی کوره خورشیدی با استفاده از ۸ آینه سهموی در Odeillo فرانسه ساخته شد.
·در دهه ۱۹۷۰ میلادی دکتر الیوت برمن و اکسون کرپ سلول خورشیدی ارزان تری را طراحی نمودند و این عامل باعث استفاده گسترده تر از سلولهای فتوولتاییک گردید.
·در سال ۱۹۷۲ میلادی دانشگاه دلاور موسسه تبدیل انرژی را تاسیس نمود و اولین آزمایشگاه جهان را برای تحقیق و توسعه سلول های فتوولتاییک اختصاص داد. در سال بعد این موسسه یک سیستم هیبرید حرارتی فتوولتاییک با نام Solar One را ساخت.
·در سال ۱۹۷۶ میلادی مرکز تحقیقات لوئیس ناسا برای اولین بار شروع به نصب ۸۳ سیستم فتوولتاییک در سرتاسر جهان نمود که برای روشنایی درمانگاه ها ، پمپاژ آب و تلویزیون کلاس ها و موارد دیگر به کار می رفت.
·در سال ۱۹۷۷ میلادی دولت آمریکا موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی را راه اندازی کرد.
· در سال ۱۹۸۱ میلادی اولین هواپیمای خورشیدی از فرانسه تا انگلستان به پرواز درآمد.
·در سال ۱۹۸۲ میلادی یک استرالیایی اولین خودرو خورشیدی که فاصله بین سیدنی تا پرت که بالغ بر ۲۸۰۰ مایل است ، پیمود.
·در سال ۱۹۸۶ میلادی بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی آن زمان در کالیفرنیا راه اندازی شد.
·در سال ۱۹۹۴ میلادی اولین بشقابک سهموی خورشیدی با استفاده از موتور استرلینگ با پیستون آزاد به شبکه متصل گردید.
·در سال ۲۰۰۱ میلادی تین فیلم فتوولتاییک ساخته شد.
·در سال ۲۰۰۲ میلادی بزرگترین سیستم خورشیدی پشت بامی در کالیفرنیا نصب گردید.
· در سال ۲۰۰۸ میلادی بزرگترین پارک خورشیدی در آلمان بوسیله سیستم های تین فیلم راه اندازی گردید.
4-2) 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.
4-1 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.
4-2 نمایی از یک سیستم مستقل از شبکه
تکلیف : پیشنهاد شما در مورد استفاده بهتر و بهینه از انرژی خورشیدی چیست ؟
کار عملی : ..........................
محل اردو : .............................
منابع مطالعه :
1) گزارش سازمان انرژی های نو ایران و بهره وری انرژی ساتبا در مورد انرژی خورشیدی
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه اول
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه دوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه سوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه چهارم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه پنجم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه ششم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هفتم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هشتم
پیش نیاز : آشنایی با انواع سیستم های خورشیدی
وسایل مورد نیاز : ..................
4-1) تاریخچه
کاربرد انرژی خورشیدی به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح باز می گردد. از انرژی خورشیدی برای گرمایش ، پخت و پز، روشنایی و روشن نمودن آتش استفاده می کردند. یونانیان و رومیان باستان معماری هایی را برای استفاده از نور و گرمایش انرژی خورشیدی در داخل ساختمان خود داشته اند.
·در سال ۱۷۶۷ میلادی دانشمندی سوئیسی اولین کلکتور خورشیدی را ساخت.
·در سال ۱۸۱۶ میلادی رابرت استرلینگ وزیر اسکاتلندی اختراع خود را برای پیش گرمکن موتور حرارتی به ثبت رساند. بعدها از این اختراع او در تولید الکتریسیته بوسیله حرارت انرژی خورشیدی بهره گرفتند.
· در سال ۱۸۳۹ میلادی ادموند بکرل دانشمند فرانسوی اثر فتوولتاییک را کشف نمود. او هنگام کار با پیل الکترولیز که با دو الکترود فلزی در محلول الکترولیت خود بود به این نتیجه رسید که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد میزان تولید برق افزایش می یابد.
·در سال ۱۸۶۰ میلادی ریاضیدان فرانسوی August Mouchet کار بر روی موتور بخار خورشیدی را آغاز کرد. بعد از ۲۰ سال او و دستیارش Abel Pifre موتورهایی را ساختند که نمونه های مدرن آن در حال حاضر در کلکتورهای سهموی خطی استفاده می گردد.
· در سال ۱۸۷۳ میلادی Willoughby Smith قابلیت هدایت نور سلنیوم را کشف نمود.
·در سال ۱۸۷۶ میلادی William Grylls Adams و Richard Evans Day کشف کردند که وقتی سلنیوم در مقابل نور خورشید قرار می گیرد برق تولید می کند.
·در سال ۱۸۸۰ میلادی Samuel P. Langley بولومتر را اختراع نمود که نور ستاره های دور دست را به خوبی اشعه های حرارتی خورشید اندازه گیری می نمود.
·در سال ۱۸۸۳ میلادی Charles Fritts آمریکایی به ایده ساخت سلولهای خورشیدی از ویفر سلنیوم فکر کرد.
·در سال ۱۸۸۷ میلادی هاینریش هرتز کشف کرد که اشعه ماورا بنفش کمترین ولتاژ را برای جرقه زدن بین دو الکترود لازم دارد.
· در سال ۱۸۹۱ میلادی اولین آب گرمکن خورشیدی توسط کلارنس آمریکایی ثبت اختراع گردید.
·در سال ۱۹۰۴ میلادی Wilhelm Hallwachs کشف کرد که مس و اکسید مس در کنار یکدیگر حساسیت نسبت به نور نشان می دهند.
·در سال ۱۹۰۵ میلادی آلبرت انیشتین همراه با تئوری نسبیت خود اثر فوتوالکتریک را مطرح نمود.
·در سال ۱۹۰۸ میلادی ویلیام جی بیلی یک کلکتور با سیم پیچ مسی و یک جعبه عایق ساخت. این طرح تقریبا شبیه همان طرحی است که امروزه برای کلکتورهای خورشیدی استفاده می شود.
·در سال ۱۹۱۴ میلادی دانشمندان متوجه یک بند الکترونی در دستگاه های فتوولتاییک شدند.
· در سال ۱۹۱۶ میلادی دانشمندان اثر فوتوالکتریک را به صورت تجربی اثبات کردند.
·در سال ۱۹۱۸ میلادی دانشمند لهستانی Jan Czochralski کشف نمود که چگونه یک تک کریستال سیلیکون را رشد دهد.
· در سال ۱۹۲۱ میلادی آلبرت انیشتین به خاطر نظریه اثر فوتوالکتریک جایزه نوبل را دریافت کرد.
·در سال ۱۹۳۲ میلادی اثر فتوولتاییک در سولفید کادمیوم کشف شد.
·در سال ۱۹۴۷ میلادی ساختمان های خورشیدی در طول جنگ جهانی دوم بسیار نادر شدند.
·در سال ۱۹۵۴ میلادی سه دانشمند آمریکایی اولین سلول فتوولتاییک سیلیکونی را توسعه دادند، اولین سلول خورشیدی توانایی این را داشت که برق کافی را از طریق خورشید برای تجهزات الکترونیکی فراهم نماید.
·در اواسط دهه ۱۹۵۰ میلادی اولین ساختمان اداری تجاری در جهان که با آبگرمکن خورشیدی کار می کرد طراحی شد.
·در سال ۱۹۵۸ میلادی سلول های فتوولتاییک جدید در مقابل اشعه خورشید مقاوم تر شدند و این ویژگی برای استفاده سلول های فتوولتاییک در فضا بسیار حائز اهمیت بود.
·در سال ۱۹۶۳ میلادی ژاپن یک پنل ۲۴ واتی را بر روی یک فانوس دریایی نصب نمود.
·در سال ۱۹۶۴ میلادی ناسا اولین ماهواره ای که با سلول های فتوولتاییک به ظرفیت ۴۷۰ وات تغذیه می گردید توسط سفینه فضایی به فضا پرتاب نمود.
· در سال ۱۹۶۹ میلادی کوره خورشیدی با استفاده از ۸ آینه سهموی در Odeillo فرانسه ساخته شد.
·در دهه ۱۹۷۰ میلادی دکتر الیوت برمن و اکسون کرپ سلول خورشیدی ارزان تری را طراحی نمودند و این عامل باعث استفاده گسترده تر از سلولهای فتوولتاییک گردید.
·در سال ۱۹۷۲ میلادی دانشگاه دلاور موسسه تبدیل انرژی را تاسیس نمود و اولین آزمایشگاه جهان را برای تحقیق و توسعه سلول های فتوولتاییک اختصاص داد. در سال بعد این موسسه یک سیستم هیبرید حرارتی فتوولتاییک با نام Solar One را ساخت.
·در سال ۱۹۷۶ میلادی مرکز تحقیقات لوئیس ناسا برای اولین بار شروع به نصب ۸۳ سیستم فتوولتاییک در سرتاسر جهان نمود که برای روشنایی درمانگاه ها ، پمپاژ آب و تلویزیون کلاس ها و موارد دیگر به کار می رفت.
·در سال ۱۹۷۷ میلادی دولت آمریکا موسسه تحقیقات انرژی خورشیدی را راه اندازی کرد.
· در سال ۱۹۸۱ میلادی اولین هواپیمای خورشیدی از فرانسه تا انگلستان به پرواز درآمد.
·در سال ۱۹۸۲ میلادی یک استرالیایی اولین خودرو خورشیدی که فاصله بین سیدنی تا پرت که بالغ بر ۲۸۰۰ مایل است ، پیمود.
·در سال ۱۹۸۶ میلادی بزرگترین نیروگاه حرارتی خورشیدی آن زمان در کالیفرنیا راه اندازی شد.
·در سال ۱۹۹۴ میلادی اولین بشقابک سهموی خورشیدی با استفاده از موتور استرلینگ با پیستون آزاد به شبکه متصل گردید.
·در سال ۲۰۰۱ میلادی تین فیلم فتوولتاییک ساخته شد.
·در سال ۲۰۰۲ میلادی بزرگترین سیستم خورشیدی پشت بامی در کالیفرنیا نصب گردید.
· در سال ۲۰۰۸ میلادی بزرگترین پارک خورشیدی در آلمان بوسیله سیستم های تین فیلم راه اندازی گردید.
4-2) 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.
4-2 نمایی از یک سیستم مستقل از شبکه
تکلیف : پیشنهاد شما در مورد استفاده بهتر و بهینه از انرژی خورشیدی چیست ؟
کار عملی : ..........................
محل اردو : .............................
منابع مطالعه :
1) گزارش سازمان انرژی های نو ایران و بهره وری انرژی ساتبا در مورد انرژی خورشیدی
تنظیم کننده: محبوبه همت
مطالب مرتبط:
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه اول
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه دوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه سوم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه چهارم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه پنجم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه ششم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هفتم
نیروگاه خورشیدی و ساخت ماکت جلسه هشتم
