انرژي خورشيدي
انرژي خورشيدي وسيعترين منبع انرژي در جهان است. انرژي نوري كه از جانب
خورشيد در هر ساعت به زمين ميتابد، بيش ازكل انرژي است كه ساكنان زمين در
طول يك سال مصرف ميكنند. به عنوان مثال، نوري كه ساليانه بر يك سايت
آزمايشي در نواداي آمريكا ميتابد (sq.mi 1300) اگر راندمان 15% به
الكتريسيته تبديل شود، دو برابر انرژي توليدي ساليانه ايالات متحده آمريكا
خواهد شد. با وجود گسترده بودن اين انرژي، چگالي آن بسيار پايين است. براي
بهرهگيري از اين منبع بايد راهي جست تا انرژي پراكنده آن با راندمان بالا
و هزينه كم به انرژي قابل مصرف الكتريكي تبديل شود.
1- روشهاي تبديل انرژي خورشيدي به انرژي الكتريكي
با استفاده از تكنولوژيهاي خاص، انرژي حاصل از نور خورشيد را به انرژي
الكتريكي تبديل ميكنند اين تكنولوژيها را به دو دسته ميتوان تقسيم كرد:
سيستم فتوولتائيك (PV): كه عموماً تجهيزاتي جامد و بيحركت هستند (جز در
مورد انواع مجهز به سيستم رديابي خورشيد)
سيستمهاي گرمايي خورشيدي (2): كه از نور متمركز شده خورشيد براي گرمكردن
مايعي كه بخار آن يك، توربين را به حركت در ميآورد، استفاده ميكند.
در اين ميان استفاده از سيستمهاي فتوولتائيك براي استفاده از نور خورشيد
به عنوان منبع انرژي بسيار رايجتر است. استفاده از پنلهاي فتوولتائيك در
كشورهاي پيشرفته به سرعت رو به گسترش است. استفاده از انرژي خورشيدي كه يكي
از اشكال انرژي موسوم به «سبز» است از سوي طرفداران محيطزيست پشتيباني
ميشود. علت اين استقبال را بايد در ويژگيهاي انرژي خورشيدي جست.
2- ويژگيهاي انرژي خورشيدي
انرژي خورشيدي تمامنشدني است. انرژي تميزي است و هيچ آسيبي به محيطزيست
نميرساند. به دليل عدم وجود قسمتهاي متحرك، نگهداري و اتوماسيون آن آسان
است. ظرفيت آن را متناسب با نياز ميتوان طراحي كرد.
3- سيستم ولتائيك چيست؟
بخش اصلي يك سيستم فتوولتائيك، پنل فتوولتائيك است. پنلهاي فتوولتائيك كه
درمعرض خورشيد قرار ميگيرند، متشكل از سلولهاي فتوولتائيك هستند. اين
سلولها از مواد نيمه هادي سيليكوني ساخته شدهاند. پنل شامل 36 واحد
(سلول) است كه در رديفهاي 6 تايي كنار هم چيده شدهاند. اين پنل روي بام
خانهاي در لسآنجلس واقع در ايالات متحده آمريكا نصب شد..
سيستم فتوولتائيك شامل تجهيزات ديگري از جمله مبدلهايي براي تبديل جريان
مستقيم به جريان متناوب نيز هست.
4- اصول كار يك پنل فتوولتائيك
پنلهاي فتوولتائيك از نيمه هاديها ساخته شده و با اتصال سيليكونهاي نوع N
و P شكل ميگيرند. وقتي نور خورشيد به يك سلول فتوولتائيك ميتابد، به
الكترونها در آن انرژي بيشتري ميبخشد. با تابش نور خورشيد الكترونها در
نيمه هادي پلاريزه شده، الكترونهاي منفي در سيليكون نوع N و يونهاي مثبت در
سليكون نوع P بوجود ميآيند. بدين ترتيب بين دوالكترود، اختلاف پتانسيل
بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها ميشود.
5- ميزان توليد انرژي الكتريكي بوسيله يك سيستم فتوولتائيك
ميزان توليد برق به وسيله يك سيستم فتوولتائيك معمولاً از 2 تا 50 كيلووات
است. يك سيستم فتوولتائيك كه براي نصب روي بام ساختمانها در شهر لوسآنجلس
ساخته شده است با ظرفيت توان 2 كيلووات، 3600 كيلووات ساعت انرژي در سال
توليد ميكند. اين ميزان توليد انرژي باعث 3/4 تن صرفهجويي در سوخت زغال
سنگ براي توليد برق شده و همچنين مانع ورود lbs 5000 گاز به اتمسفر ميشود.
يك سيستم PV ديگر كه با ظرفيت 10 كيلووات در دره تنسي در ايالات متحده
آمريكا نصب شده، بطور متوسط در حدود 16500 كيلووات ساعت انرژي در سال توليد
ميكند. اين ميزان انرژي كمي بيش از نياز مصرف برق يك خانه متوسط در ايالات
متحده است.
6- سايتهاي خورشيدي جهت نصب پنلهاي فتوولتائيك چگونه انتخاب ميشوند؟
سايتها بايد با معيارهاي لازم فيزيكي همخواني داشته باشند، از جمله اينكه
جهت آنها رو به جنوب باشد، به خوبي در معرض آفتاب قرار داشته باشند
(آفتابگير باشند) و فضاي لازم و همچنين ساختار مناسبي براي نصب پنلهاي
فتوولتائيك داشته باشند.
7- آيا سيستمهاي فتوولتائيك بطور مداوم الكتريسيته توليد ميكنند؟ در
شرايط ابري و آب و هواي سرد چطور؟
توليد برق به وسيله سيستمهاي PV به فصول بستگي ندارد، اما در طول
شبانهروز از ساعات اوليه صبح تا غروب ميتوانند برق توليد كنند. پيك توليد
آنها در ساعات ظهر است.
واحدهاي فتوولتائيك در صورت ابري بودن هوا نيز ميتوانند برق توليد كنند،
هر چند خروجي آنها كاهش مييابد. در يك روز بسيار ابري كمنور، يك سيستم
فتوولتائيك ممكن است 5 تا 10 درصد نور خورشيد در روزهاي عادي را دريافت
دارد به طبع خروجي آن نيز به همان ميزان كم خواهد شد.
پنلهاي خورشيدي در دماي پايينتر، برق بيشتري توليد ميكنند. اين تجهيزات
همچون ساير دستگاههاي الكتريكي در صورتي كه هوا خنك باشد، بهتر كار
ميكنند. البته سيستمهاي PV در روزهاي زمستاني كمتر از روزهاي تابستاني
انرژي توليد ميكنند كه علت آن نه برودت هوا، بلكه كاهش ساعت روز و
پايينتر بودن زاويه تابش خورشيد است.
8- آسيبپذيري دستگاههاي فتوولتائيك
پنلهاي خورشيدي طوري ساخته شدهاند كه در برابر همه سختيهاي محيط مانند
سرماي شديد قطبي، گرماي بيابان، رطوبت استوايي و بادهاي با سرعت بيش از 125
مايل در ساعت مقاومت ميكنند با اينحال جنس اين وسايل از شيشه بوده و در
اثر ضربات سنگين ممكن است بشكنند.
9- بهرهبرداي از سيستمهاي فتوولتائي براي استفاده از انرژي خورشيدي در
سطح جهان
استفاده از انرژي خورشيدي به عنوان يك منبع به دليل ويژگيهايي كه در آغاز
اين مقاله ذكر شد، كاملاً فراگير شده است. شركتهاي متعددي در كشورهاي
مختلف نسبت به نصب اين سيستمها اقدام كردهاند و كار بهينهسازي اين
سيستمها، همچنان ادامه دارد.
شركت آب و برق لسآنجلس (LADWP) در نظر دارد برنامهاي را براي نصب
سيستمهاي برق خورشيدي روي سقف ساختمانهاي اين شهر به مورد اجرا گذارد. به
موجب اين طرح تا سال 2010، 100000 سيستم فتوولتائيك روي سقف ساختمانها اعم
از مسكوني و تجاري نصب خواهند شد. اين سيستمها در اتصال با شبكه كار
ميكنند. طبق اين برنامه، هر ساختماني برق خويش را تامين خواهد كرد. در
صورتي كه ميزان توليد برق ساختماني كمتر از نياز مصرف آن باشد و همينطور در
شب، كمبود برق از سوي شبكه سراسري جبران ميشود و برعكس اگر ساختماني بيش
از مصرف خود برق توليد كند، اين انرژي اضافي به شبكه برق جاري خواهد شد.
اداره آب و برق لوسآنجلس براي نصب سيستمهاي خورشيدي روي بام ساختمانها
شرايطي به قرار زير وضع كرده است:
ساختمان يك طبقه و سقف آن تخته كوبي شده باشد.
عمر ساختمان كمتر از 10 سال باشد.
فضاي آزاد آن حداقل 300 متر مربع و شيب سقف آن بين 10 تا 25 درجه باشد.
ترجيحاً سوي شيب بام ساختمان به سمت جنوب يا جنوب غربي بوده و در ساعات
بين 11 قبل از ظهر تا 4 بعدازظهر سايه نخورد.
شركت TVA در ايالت تنسي آمريكا نيز اقدام به استفاده از انرژي خورشيدي به
عنوان يك منبع «انرژي سبز» كرده است. اين شركت براي نمايش توليد برق
خورشيدي و به منظور تشويق مشتركان خود به استفاده از آن در سايت انرژي
خورشيدي، يكي در موزه علوم كامبرلند و ديگري در يك گردشگاه توريستي در
داليورد داير كرده است.
ميزان انرژي توليد شده در سايت كامبرلند روز m/Kwh 7/5 است. ميزان انرژي
توليد شده در اين سايت 146 كيلووات ساعت و ظرفيت توليد آن Kwac25 است.
تحقيق در زمينه كاربرد عملي سيستم برق با استفاده از پنلهاي فتوولتائيك به
صورت متصل در شبكه برق اكيناواي ژاپن نيز ادامه دارد. اين تحقيقات شامل
بررسي ويژگيهاي عملكرد سيستم و تاثير باتريها بر شبكه و همينطور راندمان و
تداوم برق رساني شبكه است. در مياكو، مصرف برق به هنگام شب، تقريباً با پيك
روز برابر است. بنابراين ازانرژي خورشيدي براي تامين بخشي از نياز برق
روزانه بطور مستقيم و برق شبانه از طريق باتريها استفاده ميشود.
شكل 1- پنل فتوولتائيك نصب شده روي بام خانهاي در لسآنجلس
شكل 2- پروسه توليد برق به وسيله يك سلول فتوولتائيك
شكل 3- سايت انرژي خورشيدي در موزه علوم كامبرلند واقع در ايالت تنسي
آمريكا
شكل 4- منحني توان دريافتي از خورشيد و توان توليد شده توسط سايت انرژي
خورشيدي مستقر در موزه كامبرلند در ايالت تنسي آمريكا
شكل 5- منحني بار و عملكرد سيستم توليد برق خورشيدي در شبكه برق مياكو-
ژاپن
منبع :ماهنامه صنعت برق بهمن 1384
|
