می دانیم در هسته ی مرکزی اتم ها یک یا چند ذره ی ریز به نام الکترون وجود دارد. هنگامی که این الکترون ها سست و از اتمی به اتم دیگر رانده می شوند، جریانی الکتریکی برقرار می شود.


نور خورشید انرژی کافی دارد تا الکترون های بعضی از انواع اتم ها را آزاد کند. در این حالت، اگر موادی که شامل چنین اتم هایی هستند، در معرض نور قرار گیرند، جریانی الکتریکی ایجاد خواهند کرد.

مدت زیادی پیش از آن که دانشمندان چیزی درباره ی الکترون ها بدانند، این رابطه ی میان نور و الکتریسیته را کشف کردند. در سال 1873 شیمیدانی به نام ویلوبی اسمیت<!--[if !supportFootnotes]-->[1]<!--[endif]-->  به طور تصادفی کشف کرد که فلز سلنیم، وقتی که نور بر آن می‌تابد می‌تواند جریانی الکتریکی را هدایت کند. در حالی که این فلز در تاریکی نمی‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند.

در ابتدا این کشف تنها چیزی عجیب به حساب می آمد، زیرا مقدار الکتریسیته‌ی تولید شده بسیار کم بود. اما عاقبت موارد استفاده ای برای آن پیدا شد.

مثلا، سلنیم می تواند در چشم های الکتریکی به کار رود. چشم الکتریکی محفظه ی کوچکی است که هوای درون آن تخلیه شده است. این محفظه شامل سطحی فلزی است که با لایه ای از سلنیم پوشیده شده است.

هنگامی که نور بر آن می تابد، الکترون ها از سلنیم رها می شوند و در نتیجه جریان الکتریکی کوچکی به راه می افتد. این جریان الکتریکی می‌تواند دستگاه رله ای رابه کار اندازد و با ایجاد جریان الکتریکی بزرگی، در ورودی بزرگی را که با کشش فنری باز می شود، بسته، نگاه می دارد.

چشمی الکتریکی را تصور کنید که در یک طرف سالنی، درست در جلوی در قرار دارد، نور ضعیفی در طرف دیگر سالن بر چشم الکتریکی می‌تابد. تا زمانی که نور می‌تابد، در بسته می‌ماند. اما اگر شخصی به طرف در نزدیک شود، بدن او جلوی راه نور را می‌گیرد. به محض عبور شخص جریان الکتریکی در چشم الکتریکی متوقف شده‌، در باز می شود.

چشم الکتریکی نمونه‌ای از سلول فوتو الکتریکی است. فوتو از واژه ای یونانی به معنی «نور» گرفته شده است. اگر سلول فوتو الکتریکی با تابش نور خورشید کار کند در این صورت به آن سلول خورشیدی می‌گویند.

برای مدتی طولانی، وسایل فوتو الکتریکی برای دستگاه های کوچکی چون چشم های جادویی به کار می رفتند زیرا آن ها فقط مقدار کمی الکتریسیته ایجاد می کردند. مثلا، سلنیم کمتر از یک درصد انرژی نور خورشید را که بر آن می تابد به الکتریسیته تبدیل می کند.

از طرف دیگر، دانشمندان بر روی وسایل کنترل کننده جریان الکتریکی نیز کار می‌کردند و می خواستند آن ها محکم و ظریف باشند و به سرعت کار کنند.

در گذشته، ایشان از حبابهای شیشه ای خالی از هوا استفاده می شد. در این حباب ها قطعه های فلزی جا گذاری شده بود. وقتی که یکی از قطعه های فلزی گرم می شد الکترون‌ها از میان خلا، از این قطعه به قطعه ی دیگر، عبور می کردند.

با تغییردادن خصوصیات این قطعه ها از بیرون، جریان الکترون‌ها می‌توانست سریعتر یا کندتر شود. به این ترتیب، باتغییرات سریع در جریان الکترونها، رادیو، تلویزیون و دستگاه‌های الکترونیکی دیگرساخته شد.به این حباب‌های شیشه‌ای معمولا لامپ‌های‌رادیویی نیز می‌گفتند.

در سال 1948 کشف شد که بعضی دیگر از مواد که در حالت عادی رسانای جریان الکتریکی نیستند، می توانند الکترون‌هایی از اتم‌های خود خارج سازند. به این ترتیب آن‌ها می‌توانند جریان را نسبتا خوب هدای کنند. به همین دلیل، این مواد را نیمه رسانا می‌نامند.

اگر نیمه رساناها از مواد بسیار خالصی، ساخته شوند که فقط اندکی از اتم‌های معین دیگری به آنها افزوده شده باشد، الکترون ها می توانند با سهولت خاصی از آنها رها و تحت کنترل قرار گیرند. این الکترون ها را می توان واداشت که درست مثل مورد لامپ های رادیویی تندتر و یا کندتر حرکت کنند. این وسایل نیمه رسانا که ترانزیستور نامیده می‌شوند. کم‌کم، جای لامپ‌های رادیویی را گرفتند.

در سال های دهه ی 1950 دانشمندان خیلی به ترانزیستورها توجه نشان می دادند.

یکی از موادی که ترانزیستور ها می‌توانند از آن ها ساخته شوند سیلیسیم است. این ماده بسیار فراوان است و از این لحاظ دومین عنصر روی زمین است. تقریبا یک چهارم شن و سنگ محیط اطراف ما از سیلیسیم تشکیل شده داست.

در سال 1954، دانشمندان در آزمایشگاه بل- تلفن (جایی که ترانزیستور در آنجا اختراع شد) مشغول کار با سیلیسیم بودند و سعی می‌کردند که از آن کاری بهتر بگیرند. وقتی که آنان سیلیسیم را در معرض نور قرار دادند، کاملا به طور تصادفی متوجه شدند که جریان الکتریکی پدیدار می شود.

 سیلیسیم بسیار بهتر از سلنیم عمل می کرد. حدود 4 درصد انرژی نور خورشید که بر سیلیسیم می تاببد به الکتریسیته تبدیل می شد، و در نتیجه سیلیسیم پنج مرتبه کاراتر از سلنیم بود.

دانشمندان به کار بر روی سیلیسیم ادامه دادند، ذره های کوچکی از مواد دیگر را به آن اضافه و سرانجام نمونه هایی از سیلیسیم را تولید کردند که 16 درصد انرژی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کرد. اما مشکلی بر سر راه وجود داشت.

اتم‌های سیلیسیم که یک چهارم تمام شن و سنگ‌های تمام دنیا را می‌سازد به طوری محکم به اتم های اکیژن متصلند. شکستن این پیوند و رها ساختن اتم های سیلیسیم کار سختی است، و کوشش، زمان و انرژی زیادی را صرف می کند.

سیلیسیمی که به این ترتیب به دست می آید بسیار گران است. اگر تکه ی جامدی از سیلیسیم داشته باشیم، باید آن را به صورت ورقه های بسیار نازکی بتراشیم و مقدار دقیقی ناخالصی به آن بیفزاییم. این کارها سبب گرانتر شدن آن می‌شود. سرانجام، یک سلول خورشیدی سیلیسیمی فقط مقدار کمی الکتریسیته تولید می‌کند، حتی اگر وجود سیلیسیم در این سلول بهتر از وجود سلنیم باشد. برای به دست آوردن الکتریسیته ی کافی برای بسیاری از نیازها‌، باید سلول های خوشیدی زیادی با هم کار کنند.

با این حال سلول های خورشیدی ارزش خود را در فضا نشان می‌دهدند.

 

 


1-پدیده فتوولتائیک چیست؟ 

به پدیده ای که در اثر آن انرژی تابشی بطور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل شود، پدیده فتوولتائیک گویند.

2-تعریف سیستم فتوولتائیک

به هر سیستم که از پدیده فتوولتائیک (تبدیل مستقیم انرژی تابشی به انرژی الکتریکی)استفاده کند، سیستم فتوولتائیک گویند.

3-سلول و یا باطری خورشیدی چیست و جنس مواد سازنده آن چه می باشد.

به صفحه ای که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند، سلول یا باطری خورشیدی می گویند.سلول های خورشیدی بطور عمده از سیلیسیوم ساخته می شود.

4-تعریف پنل، مدول و آرایه خورشیدی.

به مجموعه چند سلول خورشیدی که در کنار یکدیگر، یک صفحه را تشکیل می‌دهند، پنل یا مدول گفته می شود و به مجموعه پنلهای فتوولتائیک، یک آرایه خورشیدی گفته می شود.

5- مشخصه جریان و ولتاژ حاصل از پنل های فتوولتائیک.

جریان‌الکتریکی‌حاصل از پنل‌های فتوولتائیک از نوع‌جریان‌و ولتاژ مستقیم(D C) می‌باشد.

6- آیا باطری های خورشیدی قدرت ذخیره سازی دارند؟

پیل یا باطری های خورشیدی تنها مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی باجریان الکتریکی از نوع مستقیم می باشند و توانایی ذخیره سازی انرژی را ندارند.

از ابزار ذخیره سازی در این سیستم ها استفاده از باطریهای الکتروشیمیایی می باشد.

->

7- مشخصه پنلها بر اساس تابش و دما به چه صورت تغییر می کند؟

 مشخصه جریان ولتاژ پنلها بر اساس دمای ثابت و تابش متغیر و نیز تابش ثابت و دمای متغیر متفاوت می باشد.

8- طول عمر مفید سلولهای خورشیدی بطور متوسط چند سال می‌باشد و به چند نوع می باشند. 

طول عمر مفید پنلهای فتوولتائیک بطور عمده 25 (20 الی 30) سال می باشد.

انواع سلولهای خورشیدی عبارتند از:

 مونوکریستال – پلی کریستال و آمورف

9-سیستم های فتوولتائیک از سه بخش عمده تشکیل شده است. 

3 بخش اصلی سیستم های فتوولتائیک را:

- پنلهای خورشید

- بخش واسطه

- مصرف کننده تشکیل داده است.

10- وظیفه پنلهای خورشیدی در سیستم فتوولتائیک چه می باشد. 

وظیفه این بخش تأمین انرژی و منبع تغذیه مورد نیاز سیستم الکتریکی می باشد.

در واقع بدلیل استفاده از پنلهای خورشیدی جهت تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز در یک سیستم الکتریکی، به آن سیستم فتوولتائیک گویند.

11- وظیفه بخش واسطه

بخش واسطه یا تطبیق توان در واقع، وظیفه کنترل و تطبیق توان الکتریکی حاصل از پنلها و مصرف کننده را بر عهده دارد.

12- انواع کاربرد سیستمهای فتوولتائیک عبارتند از: 

- سیستم های مستقل از شبکه سراسری برق

- سیستم های متصل به شبکه سراسری برق

- سیستم های هیبرید

13- تعریف سیستمهای مستقل، متصل و هیبرید

سیستمهای مستقل : به سیستمهایی گفته می شود که انرژی مورد نیاز بطور کامل از طریق پنلهای خورشیدی تأمین می گردد و نیازی به شبکه سراسری برق و یا منبع تغذیه دیگری نمی باشد.

سیستمهای متصل به شبکه سراسری: به سیستمهایی گفته می شود که انرژی الکتریکی حاصل از پنلهای خورشیدی مستقیماً به شبکه سراسری برق تزریق می گردد. در واقع در این نوع سیستم ضمن تزریق انرژی الکتریکی به شبکه سراسری برق از مزایای شبکه برق نیز استفاده می گردد.

سیستمهای هیبرید: به سیستمهایی گفته می شود که از چند منبع تغذیه برای تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز استفاده می گردد و سیستم فتوولتائیک یکی از منابع تغذیه اصلی می باشد. از جمله منابع تأمین کننده انرژی دیگری که در این مجموعه استفاده می گردند شبکه سراسری برق، دیزل ژنراتور، توربینهای بادی و ... می باشند.(در این مدل، بر اساس موقعیت و نیاز بار استفاده از هر یک از منابع تغذیه مذکور، اولویت بندی و کنترل می گردند).

 14- مقایسه سیستمهای مستقل، متصل و هیبرید با یکدیگر

در سیستمهای مستقل تنها منبع تأمین کننده انرژی سیستم فتوولتائیک است.

در سیستمهای متصل ضمن بهره جویی از مزایای شبکه سراسری برق از سیستمهای P.V نیز جهت کمک به شبکه سراسری و جلوگیری از افت ولتاژ استفاده می گردد

در سیستمهای هیبرید منابع تأمین کننده انرژی چندگانه و در صورت قطع هر کدام از منبع دیگر استفاده می گردد. در این مدل احتمال قطع برق به حداقل می رسد.

 15- مهمترین مزایا و معایب سیستمهای فتوولتائیک به اختصار به شرح زیر است.

مزایا:

عدم نیاز به شبکه سراسری

عدم نیاز به سوخت

سازگاری با محیط زیست، محیط زیست را آلوده نمی کند

آلودگی صوتی ندارد

برای تولید برق نیاز به آب ندارد

معایب:

هزینه سرمایه گذاری اولیه بالا است

وابستگی به تغییرات تابش خورشید در طی روز و ماه های مختلف

 16- چند نمونه از کاربردهای سیستمهای فتوولتائیک را نام ببرید؟

روشنایی خورشیدی (معابر، تونلها، منازل، مدارس، جاده ها، چراغهای دریایی و ...)

پمپ آب (کشاورزی، دامپروری و آبشخور حیوانات، پرورش ماهی، آب شرب و ...)

سیستمهای نیروگاهی (بصورت مستقل و متصل)

سیستمهای پرتابل

یخچال های خورشیدی

17- نام 5 تولید کننده مهم پنلهای فتوولتائیک در دنیا.

شرکت Sharp ژاپن

شرکت Kyocera ژاپن

شرکت Solar cell

شرکت Qcell

 18- تولید کنندگان پنل فتوولتائیک در داخل کشور.

تنها تولید کننده پنل فتوولتائیک در داخل کشور شرکت – کارخانه کابلهای مخابراتی شهید قندی می باشد. تلفن تماس 4-4406651

 19- آیااین سیستمها اقتصادی هستند و موارد کاربرد اقتصادی آنها را نیز نام ببرید.

تا کنون این سیستمها در جهان اقتصادی نشده اند، اما متخصصان در تلاش برای کاهش قیمت این سیستمها و اقتصادی نمودن آنها می باشد اما در بعضی از مکانها که فاصله از شبکه سراسری برق زیاد بوده و یا امکان سوخت رسانی نمی باشد ویا صعب العبور است. بعلاوه آنکه هزینه سوخت نیز بالا می باشد استفاده از این سیستمها اقتصادی استکه از آن جمله می توان به:

روستاهای خارج از شبکه

ماشینهای حمل مواد غذایی و فاسد شدنی بویژه در کشورهای آفریقایی که میزان تابش مناسب می باشد.

کمپهای تفریحی خارج از شبکه سراسری برق

مراکز مخابراتی و ایستگاههای هواشناسی و ... که در مکانهای صعب العبور و فاقد برق می باشند.

20- چند نمونه از فعالیتهای سانا در زمینه سیستمهای فتوولتائیک. 

 روشنایی خورشیدی

 پمپ آب

 سیستمهای متصل به شبکه سراسری

 سیستم مستقل از شبکه برای تأمین برق مورد نیاز یک منطقه مسکونی

 

21- چند نمونه از کاربردهای غیر نیروگاهی حرارتی انرژی خورشیدی را نام ببرید.

خوراک پز خورشیدی، آبگرمکنهای خورشیدی، آبشیرین کنهای خورشیدی،یخچال خورشیدی،خشک کن خورشیدی و گلخانه خورشیدی

22- انواع کلکتورهای بکار رفته در آبگرمکنهای خورشیدی را نام ببرید. 

کلکتورهای نوع صفحه تخت (Flat Plate Collectors - FPC)

کلکتورهای نوع جفت سهموی (Compound parabolic collectors)

کلکتورهای لوله خلاء (ETC Evacuated tube collectors)

این کلکتورها اغلب بصورت ثابت در محل خود نصب میشوند و نیازی به دنبال کردن خورشید ندارند.

23- نحوه قرار گیری و اجزای کلکتورهای FPC چگونه می باشد؟ 

 این کلکتورها باید رو به خط استوا نصب شوند، بطوریکه در نیمکره شمالی به سمت جنوب و در نیمکره شمالی بسمت شمال قرار گیرند. زاویه شیب مناسب برای این کلکتورها برابر با عرض جغرافیایی منطقه نصب است که بسته به نوع سیستم، این زاویه بین 5 تا 10 درجه افزایش یا کاهش می یابد.

کلکتورهای صفحه تخت عموماٌ از قسمتهایی که در شکل 2 نمایش داده شده اند تشکیل می شوند.

شیشه: یک یا چند صفحه شفاف شیشه ای یا از جنس مواد دیاترموس (عبور دهنده پرتو)

لوله ها،پره ها، کانالها :برای هدایت و انتقال سیال عامل از ورودی به خروجی

صفحات جاذب: صفحه هایی تخت، موج دار، یا شیار داری که لوله ها، پره ها یا کانالهایی به آنها وصل شده اند. یا اینکه ممکن است لوله ها بصورت یکپارچه و قسمتی از صفحات باشند.

هدرها یا مانیفولدها: برای جمع آوری و تخلیه سیال

عایق: برای به حداقل رساندن افت حرارتی در اطراف صفحه جاذب

محفظه نگهدارنده: برای در بر گرفتن اجزای فوق الذکر به جهت حفاظت از آنها در مقابل گرد و خاک، رطوبت هوا و غیره.

24- آبگرمکنهای خورشیدی چگونه کار می کنند؟

مهمترین قسمت هر سیستم آبگرمکن خورشیدی یا SWH (Solar water heating) عبارتست از آرایه کلکتورهای آن که وظیفه جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به حرارت را به عهده دارند. حرارت دریافت شده از طریق سیال عامل (آب، مایع ضد یخ یا هوا) که از داخل کلکتور عبور میکند جذب میشود. این حرارت میتواند مستقیماً مورد استفاده قرار گیرد یا اینکه در یک منبع ذخیره حرارتی، برای استفاده های بعدی ذخیره شود. اجزاء مختلف سیستمهای انرژی خورشیدی دائماً در معرض شرایط جوی هستند، لذا این قطعات باید بتوانند در مقابل یخ زدگی یا افزایش بیش از حد حرارت و هنگامی که تقاضا برای مصرف کم است بطور مناسب محافظت شوند.

در سیستمهای آبگرمکن خورشیدی، آب مصرفی یا بطور مستقیم با عبور از کلکتور گرم میشود (سیستمهای گردش مستقیم) یا اینکه بطور غیر مستقیم و توسط یک مبدل حرارتی که خود در یک سیکل بسته توسط سیال داخل کلکتور گرم شده است، گرما میگیرد (سیستم گردش غیر مستقیم). سیال عامل نیز یا به صورت طبیعی ( غیر فعال یا پسیو) جابجا میشود یا اینکه بصورت اجباری به گردش در میآید (فعال یا اکتیو). گردش طبیعی سیال عامل بر اثر پدیده ترموسیفون بوجود میآید در حالیکه برای گردش اجباری این سیال از یک پمپ استفاده میشود. غیر از سیستمهای ترموسیفون و سیستمهایی که کلکتور و منبع ذخیره یکپارچه دارند، سایر سیستمهای گرمایش آب توسط ترموستاتهای تفاضلی کنترل میشوند.

پنج نوع از سیستمهای خورشیدی میتوانند برای گرم کردن آب مصرفی یا بهداشتی مورد استفاده قرار گیرند که عبارتند از: ترموسیفون، کلکتور- مخزن یکپارچه، گردش اجباری، غیر مستقیم و هوا. دوسیستم اول سیستمهای غیر فعال (پسیو) نامیده میشوند، اما سه سیستم دیگر سیستمهای فعال (اکتیو) هستند، چون یک پمپ یا فن برای گردش سیال عامل در آنها نصب میشود. برای جلوگیری از یخ زدگی کلکتور در سیستمهای مستقیم از گردش معکوس(recirculation) یا تخلیه (drain-down) و در سیستمهای غیر مستقیم از تخلیه برگشتی (drain-back) استفاده می‌شود.

تمامی این سیستمها دارای مزایای‌اقتصادی خوبی هستند وبسته به نوع‌سوخت جایگزین، دوره بازگشت سرمایه برای آنها بین 4 سال (برای الکتریسیته) و 7 سال (برای دیزل) می باشد.

البته دوره بازگشت سرمایه، در کشورهای مختلف بستگی به شاخصهای اقتصادی، نظیر میزان تورم و قیمت انواع سوخت و غیره دارد. امروزه در دنیا به میزان بسیار زیادی از کلکتورهای خورشیدی برای آبگرمکنهای خورشیدی استفاده میشود.

پنجشنبه ٦ فروردین ،۱۳۸۸ساعت ٧:۳٩ ‎ب.ظ توسط حمید نقاشیان نظرات ()
تگ ها: خورشید