پایان نامه سلول های خورشیدی و تاثير شعاع الكتروني شتاب يافته روي خواص فتوالكتريك سلول خورشيدي آلومینیوم– گالیم – ارسنیک
مقدمه:
خورشید عامل ومنشا انرژی های گوناگونی است که در طبیعت موجود میباشد، از جمله سوخت های فسیلی که در اعماق زمین ذخیره شده اند، انرژِی آبشارها، بادها، رشد و نمو گیاهان که حیوانات و انسانها برای رشد خود از آنها استفاده میکنند. کلیه مواد آلی که قابل تبدیل به انرژی مکانیکی و حرارتی هستند، امواج دریاها و قدرت جزر ومد دریاهاکه بر اساس جاذبه وحرکت زمین به دور خورشید و ماه حاصل میشود، همگی نمادهایی ازانرژی خورشیدی هستندخورشید دریکی از شاخه های حلزونی از کهکشان راه شیری قرار گرفته است و این مطلب به اثبات رسیده که در نزدیکی خورشید، تحت دما و فشار بسیار زیاد ، هر چهار هسته هیدروژن بوسیله واکنش گرمایی هسته ای فیوژن به یک هسته هلیم تبدیل شده که در طی این واکنش انرژی عظیمی آزاد می شود. انرژی حاصل از فیوژن به شکل امواج الکترومغناطیسی بوده و در حول و حوش طیف مرئی به فضا تابیده می شود و طیف تابش انرژی خورشید تقریبا شبیه به طیف جسم سیاه بوده و دمای آن در حدود 5470 درجه سانتی گراد است.
همانطور که گفته شد، انرژی خورشیدی نتیجه فرایند پیوسته هم جوشی هسته ای در خورشید است که توان تابشی آن،در مدار میانگین کرده کره زمین از شدتی برابر با برخوردار است و با در نظرگرفتن محیط 400 هزار کیلومتری زمین، توانی درحدودبه سطح زمین میرسد و کارشناسان انرژی بر این باورند که میزان انرژی که زمین در مدت یک ساعت از خورشید دریافت می کند از کل مصرف انرژی جهان در طول یک سال در دوران فعلی بیشتر است.
درمورد پیدایش خورشید فرضیه ای که بیشتر مورد قبول است ، این مطلب می باشد که منشا انرژی خورشید توده های ابری شکل گازهائی هستندکه بخش اصلی آنرا هیدروژن تشکیل داده ودراثر نیروی جاذبه مرکزی ذرات هیدروژن روی هم متراکم شده و در اثر تراکم و افزایش بیش از حد فشار و دما، تحولات هسته ای پدید آمده وحاصل آن آزاد شدن منبع عظیم انرژی میباشد، بدین صورت که در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید در اثر واکنشهای هسته ای تبدیل به انرژی میشودکه این مقدار دربرابر کل جرم خورشید که معادل میلیارد تن می باشد بسیار ناچیز است.
1-2- تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی در طول تاریخ همواره مورد استفاده بشر به گونه های مختلف قرار داشته است . انسان اولیه غارنشین با ایجاد دریچه هایی در برابرنور خورشید، ازآن برای گرمایش بهره میگرفت و از پرتوهای خورشید بعنوان وسیله ای برای آتش افروختن وجوشاندن آب ازطریق انعکاس وتمرکز کردن نور استفاده میکرد.
در قرن 18 ناتودای فرانسوی اولین کوره خورشیدی که از 360 قطعه آینه تخت تشکیل شده بود را ساخت که توانایی ذوب آهن ، مس و سایر فلزات را داشت و در تکمیل طرح فوق لاوازیه کوره ای ساخت که تا درجه حرارت 1710 درجه سانتیگراد حرارت تولید میکرد. در این کوره یک عدسی 132 سانتیمتری و یک عدسی20 سانتیمتری بکار رفته بود و رسیدن به این درجه حرارت تا 100 سال بی رقیب ماند. در قسمت پایین تصویری از کوره لاوازیه مشاهده می شود.
در سال1880 اولین کلکتور تخت خورشیدی به وسیله چارلز تلی ساخته شد و در همان سال ها اولین دستگاه آب شیرین کن خورشیدی که در روزهای آفتابی تا 20 هزار لیتر آب را تبدیل به آب مقطر میکرد، ساخته شد. در ابتدای قرن 20 یک مهندس مبتکر با استفاده از کلکتورهای مسطح خورشیدی به مساحت 1200 فوت مربع یک موتور 5/3 اسب بخار را بکار انداخت. استفاده مستقیم از انرژی خورشید در تولید الکتریسیته اولین بار با کشف فتوولتائیک به وقوع پیوست.
1-3- مزایا و معایب انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی تجدید پذیر و پاک مزایای بسیار زیادی دارد که برخی از آنها عبارت است از :
- انرژی خورشیدی از انواع انرژیهای تجدید پذیر است که در مقایسه با انرژی حاصل از سوختهای فسیلی پایان ناپذیر می باشد.
- انرژی خورشیدی یکی از پاکترین انرژی های شناخته شده است که با طبیعت و محیط زیست سازگار بوده و باعث آلودگی طبیعت و محیط زیست نمی شود.
- این موهبت الهی به صورت رایگان در اختیار بشر قرار گرفته است.
- استفاده از این انرژی باعث کاهش مصرف سوخت های فسیلی و ذخیره شدن آنها برای نسل های آینده می شود و می توان با پیشرفت تکنولوژی پتروشیمی از سوختهای فسیلی ترکیبات با ارزش تری ساخت.
- کاربرد انرژی خورشیدی در آینده باعث بی نیازی کشور ها به منابع انرژی خارجی و تکنولوژی وابسته به آن می گردد.
- استفاده از انرژی خورشیدی باعث بوجود آمدن صنایع ومشاغل جدید میشود که خود بعنوان یک عامل مهم کار آفرینی شناخته می شود.
- نگهداری و بهره برداری از تکنولوژی های خورشیدی بسیار ساده می باشد.
- توانایی ذخیره سازی انرژی خورشیدی در ساعات تاریک شب.
- عدم نیاز به شبکه سراسری.
- عدم تولید آلودگی صوتی
1-4- معرفی مولفه های تابشی خورشید و تاثیر شرایط مختلف جوی در آن
تابش خورشید در روی صفحه افقی( که به آن insolation گفته میشود) دارای دو مولفه است که مولفه های تابش مستقیم و پراکنده نام دارد. تابش مستقیم بصورت مستقیم از دیسک خورشید خارج میشود و تابش افقی پراکنده نتیجه پخش شدن مقداری از تابش خورشیدی در اتمسفر است که می توان مدل آن را چنین بیان کردکه ازسه مولفه تشکیل شده است. مولفه دور خورشیدی آسمان درخشان اطراف خورشید روشنی یا تاریکی آسمان در نزدیکی افق و تابش پخش شده در آسمان که جمع این سه مولفه تابش پراکنده با تابش مستقیم، تابش افقی کلی جهان را تشکیل می دهد.
تابش مستقیم را می توان با کمک عدسی یا باز تابنده ها متمرکز کرد ، ولی در این روش تابش پراکنده قابل دریافت نیست تابش پراکنده محدوده رنج وسیعی داردکه ازحدود10 % تابش کل برای شرایط آسمان صاف و ارتفاع بالای خورشید تاحدود 100 % کل تابش خورشید در زمانیکه خورشید در پشت ابرها است در تغییر میباشد و تابش منعکسه معمولا مولفه خیلی کوچکی از کل تابش خورشید است ولی دریک زمین پوشیده از برف در یک صفحه عمودی تا حدود 40 % کل تابش را تشکیل می دهد.
فصل دوم :
سيستم هاي خورشيدي حرارتي- الكتريكي
2-1- مقدمه
در نيروگاه هایی كه با سيستم هاي خورشيدي از نوع حرارتي الكتريكي كار مي كنند برخلاف سيستم هاي فتوولتائيك ( كه انرژي تشعشعات خورشيد را توسط آرایه های هاي خورشيدي به صورت مستقیم به انرژي الكتريكي تبديل مي كردند) در اين نيروگاه ها وجود يك سيال جهت انتقال انرژي جذب شده حرارتي به سيستم هاي توليد بخار براي گردش ژنراتور ضروري است و اين سيال مي تواند آب ،هوا، روغن، و يا بخار آب و فلزات مايع و انواع گازها باشد.
نيروگاه هاي خورشيدي حرارتي الكتريكي با توجه به سيكل انتقال انرژي حرارتي خورشيد و نحوه توليد برق درآنها و نوع وساختار كلكتورهاي جذب کننده يا انعكاس دهنده انرژي خورشيد در آن ها به چند دسته تقسيم مي شوند كه عبارتست از:
- نيروگاه خورشيدي هليواستاتي
- نيروگاه خورشيدي از نوع كلكتور سهموي خطي
- نيروگاه خورشيدي با سيستم برج هاي نيرو و هواي گرم
- نيروگاه خورشيدي با سيستم برج ها ي نيرو و هواي سرد
- نيروگاه استخر خورشيدي
- نيروگاه خورشيدي با كلكتورهاي بشقابی
نيروگاه هاي خورشيدي حرارتي الكتريكي بدليل تغيير سطح انرژي جذب شده از خورشيد در طول روز، ماه و سال قادر به توليد پيوسته با نرخ ثابت انرژي الكتريكي نمي باشند كه براي رفع اين محدوديت دو راهكار را ميتوان استفاده كرد كه عبارتست از استفاده از يك سيستم سوخت پشتيبان و يا استفاده از يك سيستم ذخيره انرژي گرمايي كه استفاده از سيستم سوخت پشتيبان فقط در نيروگاه هاي نوع هليواستاتي و كلكتور سهموي خطي امكانپذير است و سيستمهاي ذخيره انرژي در نيروگاه استخر خورشيدي تا 24 ساعت و در نيروگاههاي با كلكتور سهموي خطي يا هليواستاتي تا 12 ساعت و در نيروگاه با برج هاي با هواي گرم و سرد تا حدود يك ساعت ميتواند انرژي حرارتي را ذخيره كند، در قسمت بعد نحوه كار و اجزاي هر يك از انواع نيروگاه ذكر شده ، شرح داده شده است.
2-2- نيروگاه خورشيدي هليواستاتي (سيستم دريافت كننده مركزي)
ايده اصلي توليد الكتريسيته با نيروگاه خورشيدي هليو استاتي براي اولين بار توسط دانشمندان روسي در اوايل دهه1950 مطرح گرديدو اولين نيروگاه دريافت كننده مركزي درسال1982باظرفيت10MW در آمريكا به بهره برداري رسيد.
درنيروگاه هاي دريافت كننده مركزي پرتوهاي انرژي تشعشعات خورشيد توسط مزرعه اي متشكل از تعداد زيادي آينه هاي منعكس كننده مسطح كه قابليت تعقيب مسير خورشيد در طول روز را دارند، بر روي يك دريافت كننده مركزي كه در بالاي يك برج قرار دارد منعكس و متمركز مي شود و انرژي خورشيدي را به انرژي حرارتی تبديل ميكند و حرارت ايجاد شده به سيالي كه درآن جريان دارد منتقل ميشود و سيال عامل پس از جذب حرارت ناشي از پرتوهايي كه در روي دريافت كننده متمركز شده است، وارد سيستم توليد نيروگاه ميشود و سيال پس از دريافت گرما يا خود تبديل به بخار ميگردد و يا با انتقال حرارت خود در يك مبدل حرارتي به يك سيال ديگر ،آن سيال را بخار مي كند و براي توليد انرژي الكتريكي از آن بخار استفاده ميشود و بخار اضافي توليد شده مي تواند وارد سيستم ذخيره انرژي شود و سيستم ذخيره در هنگام افت توان در نيروگاه و یا پيش گرم كردن نيروگاه در ابتداي روز استفاده می شود.
سيستم دريافت كننده مركزي بالاي برج در نيروگاه هليواستاتي همان نقش بويلر در نيروگاه هاي متداول حرارتي را ايفا ميكند ودر بالاي برج دريافت كننده اين نيروگاه ميتواند به درجه حرارتي تاحدود1300 درجه سانتيگراد رسيد.ضريب تمركز كه برابر نسبت سطح منعكس كننده ها (هليواستات ها) به سطح دريافت كننده مركزي ميباشد يكي از پارامترهاي اصلي در اين نيروگاه ها است و در محدوده بين 100 تا 10000 مي باشد. براي جبران اثر تغييرات انرژي خورشيدي و توليد مستمر ، بدون وقفه و با نرخ ثابت توان توليدي ، در اين نيروگاه ها مي توان از يك سيستم پشتيبان با سوختهاي فسيلي به عنوان سوخت كمكي استفاده كرد كه اين سيستم به نام نيروگاه دو گانه فسيلي خورشيدي يا هيبريد شناخته مي شود.
2-2-1- مزايا و معايب نيروگاه هاي دريافت كننده مركزي
همان طور كه گفته شده سيستم نيروگاه هاي هليواستاتي مي تواند با سوخت هاي فسيلي به عنوان سوخت پشتيبان، تركيب شود تا درصورت كاهش ميزان تشعشات خورشيدي يا نياز به توليد توان بيشتر اين سيستم، به چرخه توليد حرارت نيروگاه افزوده شود ، كه اين امر يكي از مزاياي توليد برق با اين سيستم مي باشد باعث بالا رفتن راندمان نيروگاه نیز خواهد شد وعدم نياز به صرف هزينه براي سوخت اوليه نيروگاه و عدم آلودگي محيط زيست و قابليت ذخيره سازي حرارت و رسيدن به درجه حرارت هاي بالا از مزاياي توليد برق با استفاده از اين نيروگاه ها مي باشد.
در نيروگاه هاي دريافت كننده مركزي،مزرعه شامل هليو استاتها يا بصورت احاطه ای بوده كه در اين روش هليواستات ها به صورت دايره هايي با شعاع هاي مختلف به دور برج دريافت كننده مركزي نصب شده اند و يا به صورت قطاعي ازيك دايره در مقابل برج دريافت كننده مركزي قرار ميگيرندكه درهر دو روش به علت فاصلة زياد هليواستات هاي رديف آخر با رديف هاي اوليه نمي توان مزرعه كلكتور را بسيار بزرگ در نظر گرفت زيرا عملاً باعث پايين آمدن كارايي منعكس كننده هاي دورتر از برج ميشود و اين امر باعث مي شود تا با اين تكنولوژي توليد نيروگاهي نتوان به ظرفيت هاي توليد بالا در حدود چند صد مگاوات رسيد ، كه اين موضوع يكي از معايب اين نيروگاه ها است. تكنولوژی ساخت هليواستات ها داراي پيچيدگي خاض خود مي باشد كه وجود سيستم تعقيب كننده خورشيد در آن ضروري مي باشد و بايد فونداسيون پايه هاي هليواستاتي داراي استحكام بالايي باشد تا دراثر حركت منعكس كننده ها سست نشود و در يك نيروگاه در حد چند مگاوات در حدود چندين هزارهليواستات لازم است كه اين امر باعث افزايش هزينه اوليه و اشغال فضاي زيادي در مقايسه بانيروگاه هاي متداول فسيلي خواهد شد، اين ها از ديگر معايب سيستم هاي دريافت كننده مركزي هستند.
2-2-2- قسمت هاي اصلي نيروگاه هاي خورشيدي هليو استاتي
همان طور كه در سيكل توليد برق به وسيله نيروگاه هاي هليو استاتي ذكر شد ، اين نيروگاه ها با انعكاس پرتوهاي خورشيد توسط تعداد زيادي منعكس كننده بر روي يك سيستم دريافت كننده ، باعث ايجاد حرارت بالا شد كه اين حرارت به وسيله سيال عامل باعث به حركت درآوردن ، توربين ژنراتوري مي شود.
2-2-2-1- هليواستات
هليواستات ها آينه هاي منعكس كننده قابل کنترلی هستند که قابلیت تعقيب خورشيد در طول روز را دارند و با زاويه خاصي كه هركدام از آنها در طول روز با خورشيد دارندبنحوي خورشيد را دنبال ميكنند كه بيشترين ميزان دريافت و انعكاس پرتوهاي خورشيد را داشته باشند. هليواستات ها نقش انعكاس پرتوهاي خورشيد بر روي دريافت كننده و توليد حرارت در سيستم را ايفا مي كنند و از چند قسمت اصلي تشكيل شده اند كه عبارتست از آينه ها، سازه فلزي ،فونداسيون ، سيستم متحرك و سيستم كنترل كننده خورشيدي، كه هر يك را به اختصار توضيح خواهيم داد.
2-2-2-1-1- آينه ها
آينه ها مهم ترين بخش هلیواستات مي باشند كه وظيفه انعكاس پرتوهاي خورشيد بر روي دريافت كننده مركزي را بر عهده دارند. براي ساخت آينه ها بايد سطحي در نظرگرفته شود كه بتوان پوششي نازك از بعضي از فلزات را بر روي آن قرار داد. جنس اين سطح بر آينه هايي كه فلز پشت آن پاشيده ميشود از شيشه يا پليمرهاي شفاف است و براي آينه هايي كه فلز روي آنها ماليده ميشود، پليمركدر ميباشد.آينه ها به وسيله قاب هاي فلزي بر روي سازه فلزي ساخته شده ، نصب و محكم مي گردد.
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.