خلاصه پروژه تحقیق انرژی خورشیدی
پروژه تحقیق انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی و سیستم فتوولتائیک، تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی، سلول خورشیدی، سیلیکون، کلکتور خورشیدی و کاربرد سیستم‌های برق خورشیدی را بررسی می‌کند.
مقدمه:
تأمین انرژی از دوران قدیم یکی از مسائل مهم برای جوامع بشری بوده است. در عصر حاضر نیز با توجه به پیشرفت‌های صنعتی و تکنولوژیک و نقش مهم آنها در زندگی روزمره انسان‌ها، اهمیت تأمین انرژی بیشتر شده است. منابع رایج تولید انرژی که بیشتر آنها تجدیدناپذیر هستند، بر اساس تحقیقات دانشمندان تا اواخر قرن بیست‌ویکم به اتمام می‌رسند. از دهه‌های پایانی قرن بیستم، منابع تجدیدپذیر انرژی مورد توجه ویژه قرار گرفتند. آثار مخرب منابع تجدیدناپذیر، از جمله سوخت‌های فسیلی، بر محیط زیست نیز از دلایل توجه به منابع نوین انرژی بوده است.
دانشمندان برای یافتن راه‌های جدید تأمین انرژی به منابع نوین و تجدیدپذیر روی آوردند. انرژی‌های تجدیدپذیر به صورت مستقیم یا غیرمستقیم از انرژی خورشید نشأت می‌گیرند و می‌توان آنها را تحت عنوان انرژی‌های خورشیدی نیز مورد استفاده قرار داد. ویژگی مهم این منابع، نامحدود بودن آنهاست. انرژی باد و امواج نیز به نوعی با وجود خورشید در ارتباط هستند و انرژی گرمایشی ترازهای زیرین زمین نیز به همین ترتیب با خورشید ارتباط دارد.
فناوری‌های عصر حاضر باید بتوانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند. بنابراین لازم است انرژی خورشیدی و منابع تجدیدپذیر به انواع انرژی مورد استفاده تبدیل شوند یا فناوری‌ها توانایی تولید انرژی مورد نیاز از خورشید را داشته باشند. یکی از راه‌های مناسب برای استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، سیستم فتوولتائیک است. این سیستم بر تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی مبتنی است.
سیستم‌های برق خورشیدی یا فتوولتائیک بعد از جنگ جهانی مورد استفاده قرار گرفته‌اند و در تمامی سفینه‌های فضایی و قمرهای مصنوعی برای تأمین انرژی الکتریکی به کار گرفته شده‌اند. هزینه ساخت این سیستم‌ها در ابتدا بسیار زیاد بود، اما با استفاده از روش‌های تولید مناسب، بالا بردن بازده سیستم‌های برق خورشیدی، کاهش هزینه‌های تولید و افزایش قیمت سوخت‌های فسیلی، این سیستم‌ها توانستند جایگاه بیشتری در میان روش‌های تأمین انرژی در جهان به دست آورند.
امروزه سیستم‌های برق خورشیدی در کشورهای اروپای غربی، آمریکای لاتین، صحراهای قاره آفریقا و آسیا، به‌ویژه خاورمیانه، و دیگر صحراهای جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. در کشورهای غربی با وجود ساعات آفتابی کمتر از کشورهای خاورمیانه، سیستم‌های برق خورشیدی متصل به شبکه برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این روش، برق تولیدشده در طول روز به شبکه تحویل داده می‌شود و هنگام شب برق مورد نیاز از شبکه دریافت می‌گردد. هنگام پرداخت بهای برق نیز تفاضل برق تحویلی و مصرف‌شده از شبکه محاسبه می‌شود.
استفاده از سلول‌های فتوولتائیک برای تأمین انرژی مورد نیاز به دو صورت امکان‌پذیر است: استفاده به صورت مستقل از شبکه برق و استفاده به صورت متصل به شبکه برق. از آنجایی که کره زمین شامل ۲۷.۷ درصد سیلیکون است، این ماده هم بالقوه و هم ارزان است، اما تبدیل سیلیکون به سلول‌های خورشیدی فرآیندی پرهزینه است.
تاریخچه انرژی خورشیدی
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ بازمی‌گردد. در آن زمان روحانیون معابد به کمک جام‌های بزرگ طلایی صیقل‌داده‌شده و اشعه خورشید برای روشن کردن آتشدان محراب استفاده می‌کردند. در دوران فراعنه مصر نیز بر اثر تابش خورشید بر مجسمه‌های ناطق، هوای داخل آنها گرم می‌شد و مجسمه‌ها به صدا درمی‌آمدند.
یکی از مهم‌ترین روایت‌ها درباره استفاده از خورشید، داستان ارشمیدس، دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم، است. گفته می‌شود ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آینه کوچک مربعی‌شکل در کنار یکدیگر که روی پایه‌ای متحرک قرار داشتند، اشعه خورشید را از راه دور روی کشتی‌های رومیان متمرکز کرد و آنها را به آتش کشید. به همین علت از ارشمیدس به عنوان بنیانگذار استفاده از تابش خورشید نام برده می‌شود، در حالی که منابع مصری قدیمی‌تر از آن وجود دارند.
حدود ۱۸۰۰ سال پس از ارشمیدس، کرچر این کار را تکرار کرد و با استفاده از تعدادی آینه، یک لنگرگاه را آتش زد. در سال ۱۶۱۵، سالمون اهل فرانسه بیانیه‌ای درباره موتور خورشیدی منتشر کرد. او با استفاده از تعدادی عدسی که در یک قاب نصب شده بودند، اشعه خورشید را بر روی یک استوانه فلزی سربسته که قسمتی از آن از آب پر شده بود، متمرکز کرد. تابش خورشید باعث گرم شدن هوای داخل استوانه می‌شد و با انبساط هوا، فشار داخل محفظه افزایش می‌یافت و آب به بیرون رانده می‌شد.
در قرن هجدهم، ناتورا نخستین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت. بزرگ‌ترین کوره او از ۳۶۰ قطعه آینه تخت کوچک تشکیل شده بود که هرکدام به طور مستقل اشعه خورشید را به یک نقطه متمرکز می‌کردند. او همچنین در سال ۱۷۴۷ کوره کوچک‌تری از ۱۶۸ قطعه آینه طراحی و تولید کرد و با استفاده از آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.
دستگاه‌های خوراک‌پز خورشیدی نیز نخستین بار توسط نیکلاس دی ساخته شدند. اجاق او شامل جعبه‌ای عایق‌شده با صفحه‌ای سیاه‌رنگ بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آن را تشکیل می‌دادند. اشعه خورشید پس از عبور از شیشه‌ها وارد جعبه می‌شد و توسط سطح سیاه جذب می‌گردید و دمای داخل جعبه را به ۸۸ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌داد.
آنتونی لاوازیه، خالق شیمی نوین، نیز برای به دست آوردن بیشترین انرژی از خالص‌ترین منبع حرارتی، تحقیقاتی در کوره‌های خورشیدی انجام داد. او کوره‌ای ساخت که برای تشکیل یک عدسی محدب از دو عدسی شیشه‌ای استفاده می‌کرد و فضای میان این دو صفحه با الکل پر شده بود. این دستگاه توانست حتی پلاتینیوم را در دمای ۱۷۶۰ درجه ذوب کند.
بسمر نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تأمین کرد. در قرن نوزدهم تلاش‌هایی برای تبدیل انرژی خورشیدی به دیگر شکل‌های انرژی، مانند تولید بخار و استفاده از آن در موتورهای بخار، انجام شد و چندین موتور بخار خورشیدی ساخته و آزمایش شدند.
آغاز فناوری فتوولتائیک
تحقیقات مرتبط با فناوری فتوولتائیک نیز از حدود یکصد سال قبل آغاز شد. در سال ۱۸۷۳، ویلوگبی اسمیت، دانشمند انگلیسی، به حساسیت سلنیم نسبت به نور پی برد. او در آزمایش‌های خود دریافت که توانایی سلنیم برای هدایت الکتریسیته با میزان تابش نور به آن رابطه مستقیم دارد.
در سال ۱۸۷۸، موشو نخستین کلکتور خورشیدی با متمرکزکننده مخروطی‌شکل را طراحی کرد. آینه‌های داخل مخروط، تمام اشعه‌های خورشیدی را در نقطه‌ای در وسط مخروط ناقص که جذب‌کننده‌ای در آن قرار داشت، متمرکز می‌کردند. این کلکتور اکسیکون نامیده می‌شد. نخستین اکسیکون بزرگ ساخته‌شده شامل صفحه‌ای از جنس نقره با قطر ۵۴۰ سانتی‌متر و سطح ۱۸.۲ متر مربع بود و با تمام قسمت‌های متحرک حدود ۱۴۰۰ کیلوگرم وزن داشت.
در سال ۱۸۸۰، چارلز فریتس توانست با استفاده از سلنیم نخستین سلول الکتریکی خورشیدی را بسازد. در همان سال نخستین کلکتور تخت خورشیدی توسط چارلز تلی‌یر ساخته شد. در قرن نوزدهم دستگاه‌های آب شیرین‌کن خورشیدی نیز رواج پیدا کردند و دستگاه‌هایی ساخته شدند که قادر بودند در روزهای آفتابی حدود ۲۰ هزار لیتر آب مقطر تولید کنند.
محصول فتوولتائیک بدون مصرف مواد اولیه و بدون تولید گرما و صدا، الکتریسیته تولید می‌کرد. این تحقیقات تا سال ۱۹۰۵ که آلبرت انیشتین نظریه خود را درباره اثر فتوولتائیک ارائه کرد، با پیشرفت کندی همراه بود. نظریات انیشتین تحول مهمی در مراحل تولید الکتریسیته ایجاد کرد، اما به دلیل هزینه‌های بالا و بازدهی کم تولید، پیشرفت‌ها در این زمینه همچنان کند بود.
در اوایل دهه ۱۹۵۰، دانشمندان آزمایشگاه بل در جریان تحقیقات خود درباره سیستم‌های ارتباطی راه دور و کشف منابع جدید انرژی، به حساسیت سیلیکون، دومین عنصر فراوان روی زمین، نسبت به نور خورشید پی بردند. آنها دریافتند که هنگامی که سیلیکون با یک ناخالصی معین به کار رود، در مقابل تابش نور انرژی با ولتاژ قابل توجهی تولید می‌کند.
در سال ۱۹۵۴، نخستین سلول خورشیدی سیلیکونی تولید شد و برای نخستین بار از این فناوری در ایستگاه مخابراتی روستایی در ایالت جورجیا استفاده شد. در اوایل دهه ۱۹۶۰ نیز دانشمندان سازمان هوافضای آمریکا، ناسا، برای تولید انرژی فراوان، سبک، مطمئن و مناسب در فضای خارج از جو زمین، سیستمی شامل ۱۰۸ سلول خورشیدی را روی ماهواره ونگارد نصب کردند.
پس از آن، سیستم‌های فتوولتائیک در بیشتر ماهواره‌ها و فضاپیماها به کار گرفته شدند. این سیستم‌ها سپس در گستره وسیعی از نیازها مورد استفاده قرار گرفتند. تا سال ۱۹۷۰، بیش از ۲۰۰ هزار خانه در کشورهای جهان از این فناوری استفاده می‌کردند. سیستم‌های فتوولتائیک در زمینه‌هایی مانند ارتباطات، آبیاری، تصفیه آب، تولید روشنایی و راهبری هوایی و دریایی نیز به کار گرفته شدند.
بر این اساس، انرژی خورشیدی و سیستم فتوولتائیک در نتیجه توجه به منابع تجدیدپذیر انرژی و کاهش وابستگی به منابع تجدیدناپذیر مورد توجه قرار گرفته‌اند. سیستم فتوولتائیک با تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی، یکی از راه‌های استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی است و در طول زمان از کاربردهای اولیه در کوره‌ها، اجاق‌ها و موتورهای خورشیدی تا استفاده در سلول‌های خورشیدی، ماهواره‌ها، فضاپیماها و تأمین انرژی مورد نیاز در زمینه‌های مختلف گسترش یافته است.
فهرست پروژه تحقیق انرژی خورشیدی
فهرست:
مقدمه 5
تاریخچه 6
فصل اول چگونگی،عملکردو ساختار سلول های خورشیدی 8
1-1 پیش گفتار 9
1-2 سلول های خورشیدی چگونه کار می کنند؟ 10
1-3 انواع باتری های خورشیدی 10
1-4 ساختار باتری خورشیدی 11
1- 5 مواد مورد استفاده بصورت ورق در باتری خورشیدی 11
1- 6 عملکرد باتری خورشیدی CDTE 11
1- 7 عملکرد باتری خورشیدی 12
1- 8 نکاتی ساده درباره انواع باتری های خورشیدی 13
1- 9 ساخت سلول های خورشیدی با استفاده از مواد آلی و کاربرد های آن 14
1-10 خواص ماده و روش های پردازش پیل ها 14
فصل دوم سیستم های فتوولتاییک 16
2-1 پیش گفتار 17
2-2 سیستم های فتوولتاییک 18
2-3 اجزای سیستم های فتوولتاییک 18
2– 4 دوام اجزای فتوولتاییک 19
2- 5 مراحل پیشرفت سیستم های فتوولتاییک 19
2- 6 سیر تحولی و رشد 19
2- 7 چشم اندازها 20
2- 8 ایمنی، سلامت و مسائل مرتبط با محیط زیست 20
2- 9 انواع مبدل های فتوولتاییک 20
2- 10 مزایای تکنولوژی فتوولتاییک 22
2- 11 معایب تکنولوژی فتوولتاییک 23
2- 12 اثر فتوولتایی 23
2- 13 سیستم های نیروی فتوولتاییکی مسکونی 23
2- 14 نصب واحد 24
2- 15 پروژه فتوولتاییک مسکونی 24
2- 16 اولین ساختمان خورشیدی در ایران 25
2- 17 خلاصه: طرحی فرضی در مورد آینده سیستم های فتوولتایی 25
فصل سوم اثر تغییرات زمانی بر سیستم های فتوولتای 27
3-1 نکات قابل توجه در طراحی یک سیستم فتوولتایی 28
3-2 تغییرات روزانه و ساعتی 28
3-3 تغییرات ماهانه 28
3- 4 تغییرات سالانه 28
فصل چهارم ساخت پیل سیلسیومی و فنآوری ساخت 29
4- 1 ساخت پیل سیلیسیومی و فنآوری های ساخت 30
4- 2 روش ساخت و پردازش پیل سیلیسیومی 30
4- 3 تهیه ی قرص های تک بلوری 30
4- 4 ناخالص کردن 31
4- 5 الکترودها و پوشش های ضد بازتاب 31
4-6 فنآوری های ساخت سلول های خورشیدی 32
فصل پنجم انواع پیل ها 32
5-1پیل های چند عبوری 33
5- 2پیل های با پیوند مایع 33
5- 3 پیل های متمرکز کننده غیر متداول 34
5-4پیل با چند پیل موازی 34
5-5پیل با چند پیوند عمودی سری 34
5-6پیل خورشیدی با چند پیوند یا شیارV شکل(vgmj) 34
5-7 پیل با اتصال پشتی متصل به هم(IBC) 35
5-8پیل با امیتر پیوندی زیاد- کم 35
5-9پیل های خورشیدی با عرض باند مجزا شده 35
5-10پیل متوالی 36
5-11 خلاصه 36
فصل ششم گردآورهای خورشیدی 37
6-1کلکتور یا گرد آور های خورشیدی 38
6- 2 کلکتورهای تخت 38
6- 3 کلکتورهای متمرکز کننده 39
6-4 طرح سلول متمرکز کننده 40
6- 5 سیستم های متمرکز کننده 40
6- 6 برخی از انواع متمرکز کننده ها 41
فصل هفتم برخی از انواع کاربردها 42
7- 1 مصارف و کاربرد های فتوولتاییک 43
7- 2روشنایی خورشیدی 43
7- 3 سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی 43
7- 4 سیستم پمپاژ خورشیدی 43
7- 5 سیستم تغذیه کننده ایستگاه های مخابراتی و زلزله نگاری 43
7- 6 ماشین حساب و ........ 43
7- 7 کاربرد پیل های موجود 43
7- 8 نمونه هایی از کاربرد پیل های خورشیدی در روی زمین 44
فصل هشتم کاربرد های نیروگاهی و غیر نیروگاهی 46
8- 1 کاربردهای نیروگاهی 47
8- 2 نیروگاه های حرارتی از نوع بشقابی 49
8- 3 دودکش های خورشیدی 50
8- 4 مزایای نیروگاه های خورشیدی 50
8- 5 کاربرد های غیر نیروگاهی 51
فصل نهم انواع تلفات 54
9- 1 مکانیزم های تلف در پیل ها 55
9- 2 تلفات نوری 55
9- 3 تلفات الکتریکی 55
9- 4 تلفات ناشی از فرآیند های تنزل کارآیی 56
نتیجه گیری 56
منبع:
ندارد.