مقاله در مورد مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید برق

مقاله در مورد مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید برق

مزایا و معایب استفاده از انرژی خورشیدی جهت تولید برق

از دوران قدیم تامین انرژی مسئله بسیار مهمی برای جوامع بشری بوده است. درعصرحاضر با توجه به پیشرفتهای صنعتی و تکنولوژیک که جایگاه بسیار مهمی را در زندگی روزمره انسان هادارد،اهمیت مسئله بنحو بارزتری تجلی می نماید. اما منابع رایج تولید انرژی که اکثرا تجدیدناپذیر می باشند، بنابر تحقیقات دانشمندان تا اواخر قرن ۲۱ به اتمام می رسند. لذا ازدهه های پایانی قرن ۲۰ منابع تجدیدپذیر انرژی مورد توجه خاصی قرار گرفت. ازجمله دلایل دیگر توجه به منابع نوین انرژی اثرات مخرب منابع تجدیدناپذیر (سوخت های فسیلی و …) بر محیط زیست بود.
با توجه به دلایل فوق دانشمندان درپی کشف راه های جدید، به منابع نوین و تجدیدپذیر انرژی روی آوردند. باید اشاره کردکه انرژی های تجدیدپذیر بنوعی بصورت مستقیم یاغیر مستقیم ازانرژی خورشید ﻧﺸﺄت می گیرند و می توان آنها را تحت نام انرژی های خورشیدی نیز بکار برد و ویژگی بارز آنها در نامحدود بودنشان می باشد. یادآور می شود که فرآیند تولید انرژی از باد یا امواج نیز بگونه ای در ارتباط با وجود خورشید بوده و انرژی گرمایشی ترازهای زیرین زمین نیز به همین ترتیب می باشد.
نکته مهم اینجاست که فنآوری های عصر حاضر باید بتوانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند. بنابراین باید بتوان انرژی خورشیدی (منابع تجدیدپذیر) را به انواع انرژی مورد استفاده تبدیل کرده و یا اینکه فن آوری ها توانایی تولید انرژی مورد نیاز از خورشید را داشته باشند.
یکی از راه های مناسب برای استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، سیستم فتوولتاییک می باشد. این سیستم مبتنی بر تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. مقاله حاضر به شرح و بررسی کلی این سیستم می پردازد.

مراحل پیشرفت سیستم های فوتوولتاییک

سیستم های فتوولتاییک، سیستم های انرژی زایی هستند که بدون بهره گیری از مکانیزمهای متحرک و شیمیایی ازتابش نور خورشید، الکتریسیته تولید می کنند. به عبارت دیگر،این سیستم ها بدون مصرف سوخت های فسیلی انرژی تمیز و قابل اطمینانی را تولید می کنند.
تحقیقات مرتبط با تکنولوژی فتوولتاییک از یکصد سال قبل آغاز شد. در سال ۱۸۷۳ ویلوگبی اسمیت دانشمند انگلیسی به حساسیت سلنیم نسبت به نور پی برد. وی در آزمایش های خود به این نتیجه رسید که توانایی سلنیم برای هدایت الکتریسیته با میزان تابش نور به آن رابطه ای مستقیم دارد. درسال ۱۸۸۰  چارلز فریتس توانست که با استفاده از سلنیم اولین سلول الکتریکی خورشیدی را بسازد. این محصول بدون مصرف مواد اولیه و بدون تولید گرما و صدا، الکتریسیته تولید می کرد. اما این تحقیقات تا سال ۱۹۰۵ که آلبرت انیشتین نظریه خود را در باب اثرفتوولتاییک ارائه کرد، راکد ماند. نظریات انیشتین تحولی در مراحل تولید الکتریسیته ایجاد نمود. اما بدلیل هزینه های بالا و بازدهی کم تولید، پیشرفت های کندی دراین زمینه بدست می آمد. تا اینکه دراوایل سال های ۱۹۵۰، دانشمندان آزمایشگاه بل درجریان تحقیقات خود درمورد سیستم های ارتباطی راه دوروکشف منابع جدید انرژی به حساسیت سیلیکون،دومین عنصر فراوان روی زمین، به نور خورشید پی بردند و متوجه شدند که هنگامی که این ماده با یک ناخالصی معینی بکار رود، در مقابل تابش نور، انرژی با ولتاژ قابل توجهی تولید می کند. در سال ۱۹۵۴ آنها اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را با راندمان ۶۰% تولید کردند و برای نخستین بار از این تکنولوژی درایستگاه مخابراتی روستایی درایالت جورجیا استفاده شد. درسازمان هوافضای آمریکا (ناسا)، دانشمندان برای تولید انرژی فراوان، سبک، مطمئن و مناسب در فضای خارج از جو زمین، در اوایل ۱۹۶۰ سیستمی را مشتمل بر ۱۰۸ سلول خورشیدی بر روی ماهواره “ونگارد” نصب کردند. از آن زمان به بعد سیستم های فتوولتاییک بر روی بیشتر ماهواره ها و فضاپیماها بکار گرفته شد. پس از آن سیستم های فتوولتاییک درگستره وسیعی ازنیازها مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه بیش از ۲۰۰۰۰۰ باب خانه در آمریکا ازاین تکنولوژی استفاده می کنند و در سایر نقاط جهان نیز از این سیستم ها در مقیاس وسیعی استفاده می شود. این روش تولید انرژی در انواع ارتباطات، آبیاری، تصفیه آب، تولید روشنایی، راهبری هوایی و دریایی و… بکار می رود.

 

اجزای سیستم های فتوولتاییک

۱-سلول های فتوولتاییک

این سلول ها مربع های نازک،دیسک ها یا فیلم هایی از جنس نیمه هادی هستند که ولتاژ و جریان کافی را در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید، تولید می کنند.

۲-مدول

مجموعه ای از سلول های فتوولتاییک که لایه لایه در محفظه ای از شیشه قرار گرفته اند.

۳-پانل

مجموعه چند مدول را پانل می گویند.

۴- آرایه

تعدادی از پانل ها که توسط سیم کشی های با ولتاژ معین بهم متصل شده اند، آرایه نامیده می شود.

۵- کنترل کننده شارژ

تجهیزاتی هستند که ولتاژ باتری ها را تنظیم و کنترل می کنند و از آسیب های احتمالی وارد بر باتری ها جلوگیری می کنند.

۶- ذخیره کننده باتری (باتری بانک)

وسیله ای است که انرژی الکتریکی تولیدی DC را در خود ذخیره می کند.

۷- مبدل

وسیله ایست که جریان DC را به جریان AC برای مصرف،تبدیل می کند.

۸- بار DC) DC LOADS)

ابزارآلات، موتورها و تجهیزاتی هستند که از جریان DC تغذیه می شوند.

۹- بار AC) AC LOADS)

ابزارآلات، موتورها و تجهیزاتی هستند که از جریان AC تغذیه می شوند.

انواع سیستم های فتوولتاییک

سیستم های فتوولتاییک انواع مختلفی دارند. ساده ترین سلول فتوولتاییک نیروی مورد نیاز ساعت های مچی و ماشین های حساب را تامین می کند. سیستم های پیچیده تر با اتصال به شبکه مصرف، برق مورد نیاز منزلها،کارخانه ها و فضاهای دیگر را تامین می کنند.
بطور کلی از این سیستم ها در شکل های مختلف استفاده می شود. مثلا برخی سامانه های خانگی مجهز به باتری های ذخیره کننده انرژی جهت استفاده در شب هستند. در برخی سیستم ها از تجهیزات DC استفاده می شود و نیازی به مبدل نیست. برخی از سیستم های دیگر نیز دارای مبدل بوده و از هر دو جریان AC و DC استفاده می کنند. انواع مبدل های فتوولتاییک بشرح زیر می باشند:

۱- سیستم های فتوولتاییک ساخته شده با باتری شارژی

فانوس های خورشیدی و شارژرهای فتوولتاییک مورد استفاده در باتری های رادیو، ازاین نمونه بوده و بازار فروش مناسبی دارند. دراین سیستم همه اجزاء یکپارچه شده و بجای باتری های یکبار مصرف، از باتری های قابل شارژ استفاده می شود.

۲- سیستم های استفاده در روز

ساده ترین و ارزانترین سیستم های فتوولتاییک برای استفاده در روز طراحی شده اند. این سیستم ها معمولا شامل مدول هایی می شوند که ابزار ذخیره سازی ندارند و مستقیما با تابش خورشید، الکتریسیته تولید می کنند. برخی فن ها،دمنده ها یا پره های توزیع انرژی حرارتی در سیستم های گرمایش آب، و نیز وسیله های استفاده کننده، از انرژی خورشیدی چون ماشین های حساب و ساعت های مچی از این دسته اند.

۳- سیستم جریان مستقیم (DC) با باتری ذخیره

برای استفاده از سیستم های فتوولتاییک در شب یا مواقع ابری، از سیستم های مجهز به باتری ذخیره استفاده می شود.
سیستم های با باتری ذخیره، می توانند شامل وسایل کوچکی مانند چراغ قوه با یک باتری تا ابزار آلات بزرگ با تعداد زیادی باتری صنعتی باشند.
نکته مهم در مورد باتری های شارژی آنست که باید بمنظور دوام بیشتر، بطور کامل تخلیه شوند و سپس کاملا شارژ گردند. اندازه و شکل منبع باتری باید متناسب با عملکرد ولتاژ سیستم، مقدار استفاده در شب، شرایط آب و هوایی محل و … طراحی گردند. در برخی از این سیستم ها یک کنترل کننده شارژ، طراحی شده است که از شارژ بیش از حد باتری ها یا تخلیه غیرعادی آنها با قطع اتصال مدول از منبع باتری، جلوگیری می کند و این موضوع در حفظ کیفیت و دوام باتری موثر است.

– سیستم جریان مستقیم تغذیه کننده جریان متناوب

مدل های فتوولتاییک در اثر تابش آفتاب انرژی الکتریکی DC را تولید می کنند. اما اکثر لوازم الکتریکی به انرژی AC نیازمندند. لذا سیستم های فتوولتاییک باید مبدلی را جهت تبدیل جریان DC به AC داشته باشند، این مبدل ها انعطاف پذیری سیستم را افزایش داده و تسهیلاتی را ایجاد می کنند. اما افزایش هزینه را نیز در پی دارند.

۵- سیستم های متصل به شبکه برق شهری

این سیستم ها به باتری ذخیره نیازی ندارند.چون خود شبکه برق عمل ذخیره سازی انرژی را انجام می دهد. انرژی اضافی تولید شده را مالک سیستم به شبکه شهری می فروشد و درصورت نیاز از شبکه شهری دریافت می کند. بر این اساس شرایطی باید فراهم شود تا خرید و فروش انرژی بین مالک و شبکه شهری امکانپذیر باشد. بدین منظور برخی از کمپانی های شبکه برق شهری کنتورهایی را به مشتریان خود می دهند که مقدار خرید و فروش الکتریسیته را معین می کند.

۶- سیستم های هیبریدی (مختلط)

اکثر مردم تمام انرژی الکتریکی مورد نیاز خود را فقط توسط سیستم فتوولتاییک تامین نمی کنند و معمولا روش دیگری از تامین انرژی را بکار می برند.
معمولترین راه در سیستم های هیبریدی،یک موتور دیزلی یا گازی تولید کننده انرژی است که می تواند در کاهش هزینه های ابتدایی موثر باشد. در سیستم های فتوولتاییک باید تمهیداتی را برای شرایط بد آب و هوایی در نظر گرفت. بدین منظور باید از باتریهایی استفاده کرد که به مقدار کافی بزرگ بوده و بتوانند انرژی لازم را در موقع نیاز فراهم کند.
از فواید سیستم های هیبریدی آنست که دارای حداقل دو سیستم شارژ مستقل هستند. از نمونه های این سیستم، مدول های فتوولتاییکی است که دارای توربین های بادی می باشند. افزودن یک توربین بادی به این سیستم می تواند در مواقعی که خورشید تابش نداشته لیکن باد وزش داشته باشد، انرژی لازم تهیه شود. حتی می توان یک تولید کننده الکتریسیته را درون سیستم فتوولتاییک بادی قرار داد. این سیستم فتوولتاییک بادی تولید کننده، علاوه بر مزایای سیستم های فتوولتاییک و تولید کننده، از منبع شارژ سوم باتری ها نیز برخوردار است.

نتیجه گیری

بی تردید یکی از مهمترین فعالیت های کشورهای پیشرفته در کاهش مصرف انرژی های ناپاک، گسترش تکنولوژی هایی است که از منابع تجدیدپذیر و نامحدود انرژی استفاده می کنند. این موضوع تاثیر فراوانی را هم بر اقتصاد و هم بر محیط زیست در پی خواهد داشت. بدین معنی که با استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی از پایان منابع فسیلی سوخت جلوگیری شده و مضرات زیست محیطی آنها نیز ایجاد نخواهد شد. تا زمانیکه از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده شود، سیستم های فتوولتاییک یکی از بهترین راههای تولید انرژی از خورشید خواهند بود. ﺿﻤﻨﴼ بایستی به سود و زیان این سیستم نیز به شرح زیر توجه داشت.

الف- مزایای تکنولوژی فتوولتاییک

دوام:

تکنولوژی بکار رفته در ساخت مدول های فتوولتاییک از مصالح بادوامی است. در گذشته دوام سیستم ها را حدود ۱۰ سال در نظر می گرفتند. اما با پیشرفت های انجام شده،متوسط عمر مفید این سیستم ها به ۲۵ سال رسیده است.

هزینه های پایین حفظ و نگهداری

در سیستم منابع تجدیدناپذیر،هزینه های حمل و نقل مواد و نیروی کار بسیار بالا است. اما درسیستم های فتوولتاییک چنین هزینه هایی در چرخه تولید وجود ندارد. زیرا سیستم به بازرسی های دوره ای و نگهداری های گهگاهی با هزینه اندک نیاز دارد.

عدم نیاز به مواد سوختی

در سیستم های فتوولتاییک نیازی به منابع سوختی فسیلی و … نمی باشد. بنابراین مضرات زیست محیطی ناشی از این منابع و هزینه های حمل و نقل و انبارداری آنها حذف می شود.

کاهش آلودگی صوتی:

سیستم های فتوولتاییک بدون حرکت و کاملا بی صدا بوده و آلودگی صوتی ندارد.

قابلیت نصب و راه اندازی سیستم های فتوولتاییک در ظرفیت های گوناگون:

با توجه به مدولهای پیش ساخته در این سیستم ها می توان الکتریسیته را در مقیاس های مختلف تولید کرد. چنانچه با سیستم های فتوولتاییک می توان از چند میلی وات تا چندین مگاوات انرژی بدست آورد. اگر این سیستم را بصورت مدول های کوچک و منفرد استفاده کنیم، برای نیازهای بسیارناچیز و اگر در مزرعه ای مجموعه ای از آرایش های گسترده فتوولتاییک را بکار بریم، نیروگاهی عظیم را ایجاد کرده ایم.

عدم وابستگی به شبکه برق شهری

در مواقعی که انتقال برق شهری امکانپذیر نباشد،می توان از این سیستم ها بهره گیری کرد. زیرا بصورت مستقل الکتریسیته تولید کرده و نیازی به نگهداری فراوان ندارند. پس در مناطق دورافتاده و صعب العبور، استفاده از این سیستم ها گزینه مناسبی خواهد بود.

ب- معایب تکنولوژی فتوولتاییک

۱- هزینه های راه اندازی:

مهمترین ایرادی که به این سیستم ها وارد است، هزینه های بالای نصب و راه اندازی آن هاست. در حالی که با نگاه کارشناسانه و دقیق، این سیستم ها در دراز مدت به صرفه خواهند بود.

۲- وابستگی به شدت تابش خورشید:

باتوجه به نیاز این سیستم ها به نور خورشید، تغییرات جوی بر مقدار انرژی تولید شده در این سیستم ها، موثر است. پس لازم است که این موضوع را در طراحی سیستم ها مورد توجه قرار دهیم.

۳- نیاز به ذخیره سازی انرژی:

در بیشتر مواقع لازم است از باتری هایی بمنظور ذخیره انرژی استفاده شود که این موضوع سبب افزایش هزینه ها می شود.

۴- عدم آشنایی مردم با سیستم فتوولتاییک:

با توجه به نو بودن کاربرد تکنولوژی فتوولتاییک در ساختمان، تنها بخشی از مردم با امکانات و ارزش های آن آشنا هستند و این موضوع در توسعه بازار آن تاثیر منفی دارد.

دیدگاه‌ها ۱۱

*
*

    بیتا پاسخ

    ممنون واقعا متشکرم

      admin پاسخ

      سلام امیدوارم مفید واقع شده باشه.

    پگاه پاسخ

    مرسی عالی بود

      admin پاسخ

      سلام امیدوارم مفید واقع شده باشه.

    ofhesalam پاسخ

    ممنون

      admin پاسخ

      ممنون از شکیبایی شما.

    کیانا پاسخ

    سلام خیلی ممنون مفید بود

    Ali پاسخ

    سلام خوب بود

    من مشغول گذراندن دوره های نصب سولار در امریکا هستم . با جستجو کردن وب های ایرانی متوجه شدم باز هم همان اشتباه تاریخی ایرانیها یعنی تمرکز روی تکنولوزی و عدم توجه به مسایل اجنماعی دیده ئمیشه مثل وارد کردن اتومبیل و شوفری کردن بجای رانندگی کردن . در امریکا مدارس سولار چندین ماه آموزش ایمنی نصب و آموزش محیط زیست را میدهند در صورتی که در ایران این موضوع به یک جلسه 8 ساعته یا چند روزه خلاصه شده
    در امریکا کسی که میخواد در زمینه سولار کار کنه حنما مراحل تحصیلی و تجربه ای و ایالتی رو در زمینه های محیط زیست و کمی حقوق و ایمنی بگذرونه

    موفق باشید

      admin پاسخ

      ممنون از اطلاعات خوب شما ، امیدوارم ایران هم روزی به این سطح از آگاهی برسه ، و قطعا اطلاع رسانی افرادی همانند شما در این امر سرعت بیشتری خواهد داد . ممنونم

    ویدائو پاسخ

    عالییییی مرسی

      admin پاسخ

      امیدوارم مفید واقع شده باشه