مقدمه

انسان اولیه میدانست که برای فراهم کردن محیط مناسب برای زندگی و داشتن امنیت و آرامش میبایست از منابع انرژی استفاده نماید. همگام با  پیشرفتهای تکنولوژیکی و بالارفتن سطح نیاز جامعه ، تلاش جهت دسترسی  به  منابع جدیدانرژی گسترده تر انجام گردید زیرا منابع اولیه انرژی قادرنبودند پاسخگوی میزان تقاضا برای انواع انرژی ها باشند. منابع اولیه فسیلی بدلیل محدود بودن و ارزش اقتصادی بسیاربالا و ازطرفی ایجاد آلودگیهای محیط زیستی نمیتوانستند تامین کننده تمامی تقاضاهای مطرح شده باشند. بدین جهت بررسی امکان استفاده از انرژی لایزال الهی خورشید به عنوان انرژی نو تجدیدپذیر، درسالهای اخير بسيار مورد توجه قرار گرفت. دلایل اصلی بکارگیری انرژی خورشید به جای منابع فسیلی ، توان و کارآیی بالا ، قابل رقابت بودن این انرژی با توجه به هزينه بالای انرژی های فسيلی و كاربردی تر شدن انرژی های نودرتمامی عرصه های تولید انرژی میباشد .

باآنکه حدود600 میلیون سال ازعمرخورشید میگذرد، هنوز سه میلیاردسال دیگر میتوان از انرژی لایزال آن استفاده نمود. استفاده از انرژی نورانی وحرارتی خورشیدجهت تولید الکتریسیته بسیار مورد توجه قرارگرفته است .  این پدیده اولین بار درسال 1839 میلادی کشف گردید ومهمترین گام دراواخر دهه 1940 با تولید سیلیکون خالص برداشته شد.

اولین مبدل نور به الکتریسیته از جنس نیمه هادی سیلیکون درسال 1954 درآزمایشگاه بل ساخته شدودرسال 1975 مراحل کاهش هزینه های مبدلهاواستفاده از ساخت صنعتی با حجم زیادانجام شد.

عنصراصلی مبدلهای خورشیدی ویاماژولهای خورشیدی که نورخورشید را به الکتریسیته تبدیل میکنند سلولهای خورشیدی است که بدلیل شکنندگی وظرافتی که دارند، تحمل شرایط محیطی را نداشته ونمیتوانند مستقیما مورد استفاده قرار بگیرند وتوان الکتریکی کمی را تولید میکنندو برای بکارگیری آنهادرشرایط مختلف آب وهوایی ، دسترسی به ولتاژ و توان مورد نیاز ، افزایش مقاومت مکانیکی ، کاهش تغییرات مشخصات الکتریکی سلول خورشیدی برای مدت طولانی ، سلولها را به صورت مجموعه ای درون قاب فلزی قرار میدهند وماژول خورشیدی را میسازند.

باتوجه به اینکه اكثر قريب به اتفاق كشور ها به اين انرژی لايزال خداوندی دسترسي دارند  توسعه  در به كار گيری اين انرژی ، کمک به استقلال انرژیک کشورها و  قطع وابستگي به كشورهای صنعتی را به همراه دارد.

رشد و توسعه انرژی های نو در سالهای اوليه قرن بيست و يكم بسيار سريع بوده و برنامه های آينده كشورها بخصوص كشورهای صنعتی ، توسعه يافته و در حال توسعه نيز اين رشد را نشان می دهد. دراين بين افزایش كاربرد انرژی فتوولتائيك يا نوری ولتی از ساير انواع انرژی های تجديد پذير بيشتر بوده است. در اين رابطه آمار های جهانی نشاندهنده اين نكته است كه درمقابل رشد ده برابری  ساير انرژی های تجديد پذير، انرژی نوری  ولتی تا سال 2020 ميلادی رشدی100 برابر خواهد داشت . علاوه برآن بدلیل رشد جمعیت که طبق آمارمرکز تحقیقات اروپا ¹ ؛ در سال 2050 میلادی جمعیت جهان بالغ  بر10 بیلیون نفر خواهد رسید که می بایست جهت تامین انرژی ؛ سالانه بیش ا ز TW 20 انرژی تولید گردد وبه عبارتی هر دوروز یک راکتورجهت تولید انرژی ساخته شود. ما نيز از اين توسعه انرژیک مستثنی نیستیم  و به سرعت در جهت توسعه و به كار گيري انرژی های نو حركت می كنیم .

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بيش از آنچه ما ظاهرا تشخيص می دهيم با يکديگر ارتباط دارند. از يک طرف جوامع صنعتی و همچنين شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محيط زيست مواجهند و از طرف ديگر مشاهده می شود که مواد اوليه و سوخت مورد نياز همين ماشينها با شتاب روز افزون در حال اتمام است. اثرات مصرف بالای انرژي در زمين و آب و هوا آشکارا مشخص می باشد و ما تنها راه حل را در پايين آوردن ميزان مصرف انرژي می دانيم, حال انکه اين امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشينی برای سوختهای فسيلی نيز چندان موفقيت آميز نبوده است. صرف هزينه های سنگين و همچنين تشعشعات خطر ناکی که ازنيروگاههای اتمی در فضا پخش شده نتيجه مثبتی نداشته است و اگر يکی از اين نيروگاهها منفجر شود زيانهای فراوان و جبران ناپذيری به بار خواهد آورد. به علاوه به مشکل اساسي در مورد مواد سوختی نظير نفت , گاز و زغال سنگ داشتيم بر می خوريم بدين معنی که معادن اورانيم که سوخت اين نيروگاهها را تامين می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسيد که اين ذخاير پايان خواهد يافت و ماده ای که جايگزين آن شود وجود نخواهد داشت.

عنصراصلی مبدلهای خورشیدی ویاماژولهای خورشیدی که نورخورشید را به الکتریسیته تبدیل میکنند سلولهای خورشیدی است که بدلیل شکنندگی وظرافتی که دارند، تحمل شرایط محیطی را نداشته ونمیتوانند مستقیما مورد استفاده قرار بگیرند وتوان الکتریکی کمی را تولید میکنندو برای بکارگیری آنهادرشرایط مختلف آب وهوایی ، دسترسی به ولتاژ و توان مورد نیاز ، افزایش مقاومت مکانیکی ، کاهش تغییرات مشخصات الکتریکی سلول خورشیدی برای مدت طولانی ، سلولها را به صورت مجموعه ای درون قاب فلزی قرار میدهند وماژول خورشیدی را میسازند.  باتوجه به اینکه اكثر قريب به اتفاق كشور ها به اين انرژی لايزال خداوندی دسترسي دارند  توسعه  در به كار گيری اين انرژی ، کمک به استقلال انرژیک کشورها و  قطع وابستگي به كشورهای صنعتی را به همراه دارد.

در اين پروژه به بررسي سيستمهاي فتوولتائيك و ساختار سلولهاي خورشيدي مي پردازيم . در فصل اول كليات پروژه و مقدمه مورد بحث است در فصل دوم نقاط کوانتومی و سلول ها بررسي مي گردند و در فصل سوم  ساختار و اساس كار نيروگاه خورشيدي مورد تحليل قرار ميگيرد .در فصل چهارم اجزا كلي سيستم  فتـوولتائيك و مزايا و معايب  استفاده از سيستم های فتوولتائيک بررسي مي شود و در پايان پس از نتيجه گيري تعدادي از نمونه پروژه هاي انجام شده در ايران آورده شده است

فهرست مطالب

چكيده

فصل اول : مقدمه و كليات

•           مقدمه

•           انرژی خورشيدی

•           لزوم استفاده ازانرژي خورشيدي

•           بهينه سازي مصرف انر‍ژي

•           انرژي خورشيدي در ايران

•           كميت و كيفيت انرژي خورشيدي

•           فناروي استفاده از انرژي خورشيدي

•           سيستم هاي خورشيدي

•           سيستم هاي فتوبيولوژي

•           سيستم هاي فتوولتائيك

•           سيستم هاي حرارتي خورشيدي(روش گرما خورشيدي)

•           سيستم هاي گرما خورشيدي THERMAL SOLARENROGY

•           سيستم هاي توليد قدرت و نيروگاه هاي خورشيدي

•           نيروگاه هاي خورشيدي و برج هاي نيرو

•           تشعشعات راديوئی

•           اشعه مادون قرمز

•           اشعه فرابنفش

•           اشعه فرابنفش نهايی

•           اشعه نرم

•           اشعه سخت

•           لزوم استفاده از انرژى خورشيد

•           انرژى خورشيدى(نيازها و محدوديتها)

•           نيروگاه خورشيدی

•           بهره گيري از انرژي خورشيدي

فصل دوم : سيستم هاي فتوولتائيك

•           مقدمه

•           سيستم هاي خورشيدي

•           معيارهاي انتخاب سايت هاي خورشيدي جهت نصب پنل هاي فتوولتائيك

•           نقاط کوانتومی" ؛ انقلابی در صنعت سلولهای " خورشيدی

•           سلولهاي خورشيدي

•           انواع سلول خورشيدي

•           اساس کار سلولهای خورشيدی

•           علل احتياج به سلول خورشيدي

•           معماري خورشيدي

•           سیستمهای فتوولتاییک

•           تكنولوژي هاي نسل دوم

•           تكنولوژي هاي نسل سوم

•           پديده فتو ولتائيک

•           Solar cell

•           پانل خورشيدي  Solar Pannell)

•           باتري Battery)

•           مبدل DC به  AC

•           كنترل كننده شارژ باتري Charger Control)

•           بار Load)

•           اجزاء سيستم هاي فتوولتائيك

•           كاربردهاي مستقل خود اتكاء براي مناطق دوردست

•           ويژگيهای سيستم های PV

•           ساختار داخلي سلولهاي خورشيدي Solar cell

•           ساختار باتری خورشيدی

•           عملکرد باتری خورشيدی

فصل سوم  : نیروگاههای خورشیدی

•           مقدمه

•           تاریخچه

•           کاربردهای انرژی خورشید

•           استفاده از انرژی حرارتی خورشید

•           کاربردهای نیروگاهی

•           نیروگاههای حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی

•           نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی

•           نیروگاه‌های حرارتی از نوع بشقابی

•           مزایای نیروگاههای خورشیدی

•           الف) تولید برق بدون مصرف سوخت

•           ب) عدم احتیاج به آب زیاد

•           عدم آلودگی محیط زیست

•           ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای

•           ث) استهلاک کم و عمر زیاد

•           ج) عدم احتیاج به متخصص

•           کاربردهای غیر نیروگاهی

•           الف ) آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی

•           ب ) گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی

•           پ )  آب شیرین کن خورشیدی

•           ت ) خشک کن خورشیدی

•           ث ) اجاقهای خورشیدی

•           ج )  کوره خورشیدی

•           چ ) خانه‌های خورشیدی

•           زنجیره صنایع خورشیدی سیلیسیومی

•           بخش بالادستی

•           بخش پایین دستی

فصل چهارم : كاربرد هاي سيستم های فتوولتائيک ، منبع انرژی پاک.

•           چکيده

•           مقدمه

•           كاربردهاي سلول‌هاي فتوولتائيك

•           كاربردهاي متصل به شبكه سيستم‌هاي فتوولتائيك

•           كاربردهاي منفصل از شبكه سيستم‌هاي فتوولتائيك

•           سيستم‌هاي پشتيباني

•           اجزا كلي سيستم  فتـوولتائيك

•           پانل‌هاي خورشيدي

•           باتــري

•           مبــدل

•           دستگاه كنترل شارژ باتري

•           سازه‌هاي فلزي يا ساختماني

•           انواع سلول‌هاي فتوولتائيك

•           شرايط مناسب جهت نصب و راه‌اندازي سيستم‌هاي فتوولتائيك

•           استفاده از سيستم های فتوولتائيک جهت روشنايی معابــر

•           مزايا و معايب  استفاده از سيستم های فتوولتائيک

•           كاربردهاي برق خورشيدي

فصل پنجم : بحث و نتيجه گيری 

نتيجه گيری 

منابع

ضميمه1 : نمونه پروژه هاي انجام شده در ايران

ضميمه 2 : مقاله لاتين با عنوان How Solar Cells Work