صفحه اصلی - فروم پرشین سون

بازگشت   PersianSeven Forums > تالارهای علمی و مهندسی | Science and Engineering > علم و دانش > رياضی و فيريک
پورتال پرشين راهنمایی جــوایز IShop وبلاگ پرشین تماس با ما

تبلیغات برای اعضاء سایت نمایش داده نمی شود (برای عضویت کلیک کنید)








irantrack irantrack

irantrack persianseven

ارسال مبحث جدید  پاسخ
 
LinkBack ابزارهای موضوع جستجو این تاپیک حالت نمایش
قدیمی 08-30-2017   #1 (لينک اين پست)
معاونت سایت
 
آواتار فرنوش
 
تاريخ عضويت: Oct 2013
محل سكونت: اصفهان
سن: 22
اسم واقعی: یلدا
پست ها: 47,399
تشكرها (از ديگران): 24,432
تشكر شده 18,870 بار در 11,172 پست
چوق (ثروتمند شماره 3): 31,490,030
پاداش داده شده 1,489 مرتبه
تاکنون 1,171 مرتبه با چوق تشکر کرده
تشکر شده با چوق 588 مرتبه
فعاليت Longevity
6/20 8/20
Today پست ها
ssss47399

ويترين جوايز


عکسهای خریداری شده
پرسپولیس تهران چلسی پرسپولیس تهران
New.s مقاله ای کامل برای آشنایی با برق فوتوولتایی

یوشی هیرو هاماکاوا

تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به برق از لحاظ فنی و اقتصادی پیشرفت سریعی داشته است. تا چند سال آینده، شاید نیروگاه‌های خورشیدی با قدرت‌هایی از مرتبة چندین مگاوات به کار رفته باشند.
نیاز جهان به انرژی مسلماً طی دهه‌های آینده مدام افزایش خواهد یافت. هم‌چنین می‌توان پیش‌بینی کرد که تولیدکنندگان انرژی به ناچار با کمبود سوخت‌های فسیلی، و با مسائلی ناشی از آلایندگی این سوخت‌ها، و نیز با خطرهای احتمالی انرژی هسته‌ای مواجه خواهند بود؛ هر چند این پیش‌بینی ممکن است به دلیل تحولات احتمالی تکنولوژی قطبیت کامل نداشته باشد. یقیناً می‌توان انتظار داشت که یک منبع انرژی مبتنی بر سوختی تمام‌نشدنی و غیرآلاینده جایی برای خود باز کند. اکنون به نظر می‌رسد استفاده از چنین منبعی ـ به شکل سلول خورشیدی ـ که نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند ـ کاملاً ممکن شده باشد.
خودِ این فن جدید نیست؛ سلول‌های خورشیدی از آغاز عصر فضا برای فضاپیماها برق تهیه کرده‌اند و اکنون آن‌ها را در بعضی کالاهای عمومی نظیر ماشین‌حساب و ساعت هم به کار می‌برند. جدید این است که تکنولوژی سلول‌های خورشیدی دارد به مرحله‌ای می‌رسد که امکان ساختن نیروگاه‌های میلیون‌واتیِ خورشیدی را فراهم کرده است. این پیشرفت ناشی از افزایش کارایی سلول‌ها در امر تبدیل نور خورشید به برق و کاهش هزینه ساخت آن‌هاست. در نتیجه بهای برق فوتوولتایی در دهة گذشته از واتی 50 دلار به کمتر از 5 دلار (وات قله) رسیده است. با پیشرفت‌های بعدی محتمل به نظر می‌رسد که تا شروع قرن آینده نیروگاه‌های بزرگ خورشیدی به کار افتاده باشند.
نام رسمی وسیله‌ای که اساس این تکنولوژی را تشکیل می‌دهد سلول فوتوولتایی است، تا به حال اساساً تمام این سلول‌ها از سیلیسیم بلورین ساخته می‌شده‌اند، ولی به این منظور مواد دیگری هم به کار گرفته شده و نتایج خوبی به بار آورده‌اند. از آن جمله نیم‌رساناهایی هستند که از آلیاژهایی نظیر مس ایندیم دی سلنید، کادمیم تلورید، و گالیم آرسنید ساخته شده‌اند.
مادة اصلی هرچه باشد؛ مراحلی که سلول طی آن‌ها نور خورشید را به برق تبدیل می‌کند اساساً یکسان است. نکتة اصلی، حرکت حامل‌های بار در نیم‌رساناست، زیرا برق (جریان الکتریکی) چیزی جز جریان این حامل‌ها در مدار نیست. این فرایند را می‌توان در یک سلول خورشیدی که از سیلیسیم بلورین ساخته شده است مشاهده کرد.
هر اتم سیلیسیم به طور عادی 14 الکترون دارد که چهار تا از آن‌ها الکترون‌های ظرفیتند، یعنی می‌توانند با سایر اتم‌های سیلیسیم یا اتم‌هایی از عناصر دیگر برهم‌کنش داشته باشند. در بلور سیلیسیم خالص هر اتم یا چهار اتم دیگر پیوند دارد: این اتم با هریک از آن چهار اتم در 2 الکترون مشترک است که یکی متعلق به خودش و دیگری متعلق به اتم مجاور است.
این پیوند الکترواستاتیکی میان الکترون و در اتمی که به کمک این الکترون به یکدیگر مفید شده‌اند نسبتاً محکم است و می‌توان آن را با مقداری انرژی گسست. با وارد کردن مقدار مناسبی انرژی، الکترون با تراز انرژی‌ای به نام نوار‌رسانش می‌رود، که در آن‌جا می‌تواند آزادانه حرکت کند و در رسانش برق سهیم شود. در این انتقال، الکترون در پی خود "حفره" ای بر جای می‌گذارد؛ حفره به معنی محلی است که یک الکترون کم دارد. یکی از الکترون‌های مجاور می‌تواند این حفره را پر کند، یعنی جای خود را با حفره عوض کند. بنابراین هم الکترون‌ها و هم حفره‌ها می‌توانند در داخل بلور حرکت کنند.
یک سلول خورشیدی اساساً دیودی است با سطح زیاد. دیود در یک جهت جلوی عبور جریان (به شکل حامل‌های آزاد بار نظیر الکترون‌ها) را می‌گیرد و در یک جهت دیگر آن را تسهیل می‌کند. این خاصیت ناشی از حضور یک میدان الکتریکی ثابت در دیود است؛ این میدان به علت متفاوت بودن مواد در نیم‌رسانای تشکیل دهندة دیود ایجاد می‌شود. چنین میدانی حامل‌های یک نوع بار را در دیود به پیش می‌‍راند و حامل‌های با بار مخالف را پس می‌زند.
در سلول خورشیدی از همین پدیده بهره گرفته می‌شود. سلول با لایه‌هایی از نیم‌رساناهای متفاوت ساخته می‌شود تا در داخل آن میدان الکتریکی ثابتی، شبیه به میدان دیود، ایجاد شود. این میدان الکتریکی داخلی را تا حد امکان نزدیک به ناحیه‌ای است که در آن جا نور خورشید در سلول جذب می‌شود. نور خورشید حامل انرژی است (حدود 1000 وات بر هر متر مربع از سطحی که در معرض تابش است). هنگامی که فوتون‌های خورشیدی به یکی از نیم‌رساناهای سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، ممکن است از آن باز بتابند، عبور کنند، و یا در آن جذب شوند. فوتون‌هایی که جذب شده‌اند، همان‌هایی هستند که بالقوه به درد می‌خورند.
فوتونی که در نیم‌رسانا جذب می‌شود، ممکن است در اثر برخورد با مادة نیم‌رسانا گرما ایجاد کند، و یا اینکه به قدر کافی انرژی داشته باشد که بتواند الکترونی را از یک حالت مقید بگسلد و آن را به حالتی آزاد در نوار رسانشِ ماده برساند. مثلاً، فوتونی با طول موج کمتر از 3ر1 میکرون وقتی در سیلیسیم جذب شود به اندازة کافی انرژی دارد که بتواند یک الکترون آزاد ایجاد کند.
رفتن الکترون به نوار رسانش، باعث ایجاد یک حفره می‌شود. حفره نمایانگر یک بار آزاد مثبت است که مثل یک بار آزاد منفی، ولی در جهت مخالف آن عمل می‌کند. اگر در نیم‌رسانای سیلیسیمی حفره‌ای وجود داشته باشد می‌تواند آزادانه حرکت کند، زیرا یک الکترون مقید مجاور می‌تواند به سهولت به مکان حفره بجهد، و در نتیجه حفره را به محل قبلی خود که خالی مانده است منتقل کند.
وقتی نور در یک نیم‌رسانا جذب می‌شود دو حامل آزاد به وجود می‌آورد؛ الکترون آزاد در نوار رسانش و حفرة آزاد در نوار ظرفیت. فرآیند مهم در تبدیل نور خورشید به جریان الکتریکی، توسط سلول خورشیدی، آن است که این حامل‌های آزاد در اثر میدان الکتریکی داخلی در جهت‌های مخالف رانده می‌شوند. برای مثال حفره‌ها و الکترون‌های نزدیک به میدان را در نظر می‌گیریم. فرض کنید جهت این میدان (نسبت به حامل‌های تولید شده) چنان است که عبور الکترون‌ها را تسهیل می‌کند و حفره‌ها را در خلاف جهت می‌راند. الکترون‌ها در میدان شتاب می‌گیرند و حفره‌ها نزدیک محل تولیدشان باقی می‌مانند. الکترون‌های آزادی که از میدان عبور کرده‌اند دیگر نمی‌توانند برگردند. زیرا میدان، که نظیر میدان دیود عمل می‌کند، مانع بازگشت آن‌ها می‌شود.
بنابراین وقتی نور به سلول می‌تابد، تعداد فزاینده‌ای بارهای مثبت به سمت بالای سلول و بارهای منفی به طرف پایین آن، (و یا برعکس، بسته به نوع سلول) رانده می‌شود. اگر بالا و پایین سلول با یک رسانا به هم متصل شده یاشند، بارهای آزاد به صورت الکتریسیته از آن عبور خواهند کرد. تا وقتی که سلول در معرض تابش باشد، برق به طور دائم به شکل جریان مستقیم از آن عبور خواهد کرد.
در سلول‎‌های خورشیدی معمولی ماده‌ای نظیر شیشه یا پلاستیک به عنوان پایة سلول به کار می‌رود که آن را زیرلایه می‌نامند. روی این زیرلایه یک لایة رسانا نظیر یک فلز به عنوان اتصال پشتی، و روی آن نیم‌رسانای جاذب نور نشانده می‌شود. روی این نیم‌رسانا هم لایه‌ای از یک نیم‌رسانای دیگر، و یا نیم‌رسانایی از همان جنس ولی با تغییراتی قرار می‌گیرد. فصل مشترک دو نیم‌رسانا مکان میدان مهم داخلی است. نیم‌رسانای رویی معمولاً شفاف انتخاب می‌شود تا نور خورشید از آن عبور کند و هرچه نزدیک‌تر به ناحیة میدان الکتریکی جذب شود. به این ترتیب احتمال اینکه الکترون‌ها و حفره‌های تولید شده به ناحیة میدان برسند و از یکدیگر جدا شوند افزایش می‌یابد.


آخرین بخش یک سلول معمولی، شبکة اتصال رویی آن است. اگر اتصال‌های رویی و زیری در یک مدار به هم وصل شوند، مدام که سلول در معرض نور باشد، برق قابل استفاده جریان خواهد یافت.
برای درک نحوة کار یک سلول خورشیدی خوب باید به چندی پدیدة دیگر هم توجه کرد. دو فرآیند، رانش و پخش، در تعیین نسبت حامل‌های آزاد در جریان، مؤثرند. حامل‌های آزاد توسط نوری تولید می‌شوند که یا در خارج و یا در داخل ناحیة باریک میدان جذب شده‌اند. حامل‌هایی که در داخل این ناحیه، که معمولاً عرض آن حدود 5ر0 میکرون است، تولید شده‌اند به خوبی در این میدان قوی از هم جدا می‌شوند. این حامل‌ها با سرعت زیاد به بالا و پایین سلول رانده می‌شوند، و این همان فرآیند رانش است.
فرآیند پخش به حامل‌‎هایی مربوط می‌شود که در خارج از ناحیة میدان به وجود آمده‌اند و با برخوردها و حرکت‌های کتره‌ای به اطراف می‌جهد. برای هر الکترون آزاد احتمال معینی هست که با میدان الکتریکی داخلی مواجه شود. در این صورت، الکترون به طرف دیگر سلول رانده می‌شود و می‌تواند در جریان الکتریکی شرکت کند. برای افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی، در طراحی آن‌ها سعی بر آن است که این احتمال هرچه بیشتر شود.
ضخامت یک سلول خورشیدی، و نیز تا حدود زیادی هزینة مواد اولیه و ساخت آن را توانایی سلول در جذب نور خورشید تعیین می‌کند. دو عامل مهم، یعنی ضریب جذب و گاف نواری، در جذب نور مؤثرند. گاف نواری یک نیم‌رسانا تراز انرژی مشخصی است که در آن، نیم‌رسانا شروع به جذب نور خورشید می‌کند. دلیل انتخاب موادی نظیر سیلیسیم و گالیم آرسنید که در سلول‌های خورشیدی به کار می‌روند، این است که آن‌ها جذب نور را در طول موج‌های بلند شروع می‌کنند، و بنابراین می‌توانند بخش اعظم نور قابل وصول خورشید را جذب کنند.
به‌علاوه برای نیم‌رساناهای مختلف، مناسب‌ترین ضخامت برای جذب نور خورشید متفاوت است. حدود این تغییر می‌تواند از 100 میکرون تا کمتر از یک میکرون باشد. سلول‌های خورشیدی موسوم به فیلم نازک از موادی ساخته شده‌اند که نور را در محدودة یک میکرونی جذب می‌کنند و امکان صرفه‌جویی قابل توجهی را در هزینة مواد و ساخت فراهم می‌آورند. (حدود 50 میکرون سیلیسیم بلورین همان مقدار نور خورشید را جذب می‌کند که سیلیسیم اریخت می‌تواند در یک میکرون و مس ایندیم دی سلنید می‌تواند در 1ر0 میکرون جذب کند.)
اختلاف در جذب مربوط به تفاوت‌هایی است که در ساختمان اتمی نیم‌رساناهای مختلف وجود دارد. بعضی از این مواد که نیم‌رسانا با گاف نواری مستقیم نامیده می‌شوند، جذب‌کننده‌هایی قوی‌اند، جذب در باقی مواد (با گاف نواری غیر مستقیم) ضعیف است. سیلیسیم بلورین یک نیم‌رسانا با گاف نواری غیر مستقیم است؛ در نیم‌رساناهای فیلم نازم نظیر سیلیسیم اریخت ایندیم دی سلنید، گاف نواری مستقیم است. در نوع غیر مستقیم برای بالا بردن الکترون ظرفیت به نوار رسانش دو پدیدة همزمان ضروری است: جذب نور، و برهم‌کنش مناسب با ارتعاش شبکه (که فوتون نامیده می‌شود). در مواد با گاف نواری مستقیم انرژی نور به تنهایی کافی است. اختلاف‌هایی که، در حد یک مرتبة بزرگی، در جذب نور توسط مواد مختلف مشاهده می‌شود ناشی از اختلافی است که میان احتمال رویداد یک پدیده و دو پدیدة همزمان وجود دارد.
در کار با سلول‌های خورشیدی مسئلة میزان نوری که از خورشید به زمین می‌رسد نیز مطرح است. آن سوی جو زمین، مقدار انرژی خورشیدی، که ثابت خورشید نامیده می‌شود، 1358 وات بر مترمربع است. زمانی که نور خورشید به سطح دریا می‌رسد، در اثر جذب انرژی خورشی توسط بخار آب، میزان ازن (o2) و کربن دی‌اکسید ورودی به حدود 1000 وات بر مترمربع کاهش می‌یابد. انرژی خورشیدی در سطح زمین اساساً در گسترة طول موج‌های 2ر0 تا 5ر2 میکرون واقع است؛ و ماکزیمم انرژی در فاصلة 5ر0 تا 55ر0 میکرون است، که در حدود طول موج رنگ سبز برگ‌هاست.
بازده سلول خورشیدی را دو عامل تعیین می‌کنند: یکی طیف انرژی در ناحیة جذب اپتیکی در سطح فعال نیم‌رسانا، و دیگری در عمق پیوند n ـ p (فصل مشترک لایه‌ای که گرد آورندة بارهای مثبت با حفره‌هاست، یا لایه‌ای که گرد آورندة بارهای منفی با الکترون‌هاست) که از سطح رو به خورشید اندازه‌گیری می‌شود. نمونه‌ای از بازدهی که می‌توان از سلول خورشیدی انتظار داشت در یک سلول سیلیسیم بلورین دیده می‌شود. چنین سلولی در محدوده‌ای از حدود 35ر0 میکرون تا حدود 1ر1 میکرون که تقریباً تمام طیف مرئی و قسمتی از فروسرخ را شامل می‌شود به نور حساس است. به علت اتلاف‌های ناشی از عوامل مختلف از قبیل گرما، بازتابش، و فوتون‌هایی که در نیم‌رسانا جذب نشده‌اند، حد نظری کارایی سلول‌ سیلیسیم در تبدیل نور خورشید به برق حدود 28 درصد است. افت‌های دیگر در داخل سلول به معنی آن است که بازده عملی کمتر از حد نظری است.
معمولاً گفته می‌شود بازده تبدیل سلول خورشیدی کمتر از نصف بازده سیستم‌های مولدی است که بر پایة نیروی هسته‌ای یا سوخت فسیلی کار می‌کنند. اما این مقایسة درستی نیست. یک توربین بخار که نفت می‌سوزاند، با بازده 38 درصد، 62 درصد از این سوخت گران‌بها را هدر می‌دهد. (در واقع، خود این سوخت هم حاصل فرایندهایی است که وابسته به نور خورشید و بسیار کم‌‌بهره‌تر از سلول خورشیدی‌اند.) به‌علاوه، انرژی تولید شده باعث آلودگی گرمایی، باران اسیدی، و آلودگی جو می‌شود. از طرف دیگر، حتی اگر بازده یک نیروگاه خورشیدی در تبدیل نور خورشید به برق تنها 10 درصد باشد، در واقع انرژی بی‌هزینه‌ای را به مصرف رسانده که در غیر این صورت هیچ استفاده‌ای از آن نمی‌شد.
این گفته به این معنی نیست که تلاش برای افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی ضرورتی ندارد. هر افزایشی در این کارایی منجر به کاهشی در هزینة تولید برق در نیروگاه‌های خورشیدی می‌شود. به همین علت موارد بسیاری از پژوهش‌ها و طرح‌ریزها برای تکنولوژی‌های مربوط در جهت افزایش بازده تبدیل (نور خورشید به برق) است تا برق بیشتری تولید شود.
یک مرحلة بدیهی ولی مهم، استفاده از یک پوشش ضد بازتابش در سطح بالایی سلوا اغست تا میزان بازتابش نور کم شود، و در نتیجه فوتون‌های بیشتری بتوانند به پیوند n ـ p نفوذ کنند. افت ناشی از بازتابش در یک سلول بی‌پوشش می‌تواند به 30 درصد برسد. راه دیگر به کار گرفتن تکنولوژی مشهور به میدان سطح پشتی است. در این تکنولوژی در سطح پشتی نیم‌رسانا یک میدان الکتریکی ایجاد می‌شود تا حامل‌های آزاد را که حرکت کره‌ای دارند به عقب یعنی به سمت پیوند n ـ p راند، و جداسازی الکترون‌ها و حفره‌ها بهتر شود. با چنین کوشش‌هایی بازده سلول‌های خورشیدی بلورین (در تولید انبوه) فعلاً به حدود 14 درصد رسیده است.
اخیراً برای سلول‌‎های فوتوولتایی چندین مادة جدید تهیه شده است. یکی از مهم‌ترین آن‌ها سیلیسیم اریخت (Si ـ a) است که ساختار شبکه‌ای منظم سیلیسیم بلورین را ندارد. ساختار اریخت احتمال جذب نور و رفتن الکترون به نوار رسانش را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. پس این ماده از لحاظ جذب نور به مراتب بهتر از سیلیسیم بلورین است. بنابراین می‌توان آن را به شکل نیم‌رسانای پوسة نازک ساخت (به ضخامت 5ر0 میکرون در مقایسه با بیش از 300 میکرون برای سیلیسیم بلورین). سلول‌های پوسة نازک به دلیل کمتر بودن موادشان هرینة کمتری دارند.


یک پیشرفت دیگر در این زمینه، ابداع سیلیسیم کاربید اریخت (Si ـ a) است. سازندگان با این آلیاژ نه تنها می‌توانند ظرفیت را کنترل کنند (با آلاییدن ماده با خالصی‌هایی که الکترون بیشتر یا کمتری فراهم کنند)، بلکه می‌توانند اندازة گاف انرژی، یعنی میزان انرژی فرودی لازم برای رساندن یک الکترون به نوار رسانش را نیز که سلول (با تغییر مقدار کربن) به آن پاسخ می‌دهد کترل کنند. با این کشف عصر جدیدی از آلیاژسیلیسیم اریخت آغاز می‌شود که در آن مواد جدیدی نظیر ژرمانیم سیلیسیم اریخت (SiGe ـ a) و سلیسیم نیترید اریخت (SiN ـ a) هم نقش خواهند داشت. این آلیاژها گاف نواری سیلیسیم اریخت را چنان تغییر می‎‌دهند که این ماده می‌تواند برای کارکردهای مختلف در طراحی‌های سلول پوسة نازک به کار گرفته شود.
پیشرفت دیگر در تکنولوژی سلول‌های خورشیدی پوسة نازک به کارگرفتن سلول‌ها به صورت مجموعه‌های روی هم است تا از ناحیة وسیع‌تری از طیف خورشیدی استفاده شود. مثلاً ممکن است سلول بالایی نور آبی را گردآوری کند و به قرمز اجازة عبور به سلولی را بدهد که بازده آن در ناحیة سرخ طیف بیشتر است.
صفحة پیش ساخته‌ای شامل تعدادی سلول که به یکدیگر متصلند، مدول فوتوولتایی نامیده می‌شود. چند مدول یک آرایه را تشکیل می‌دهند. به منظور گردآوری پر بهره‌تر نور خورشید، می‌توان آرایة خورشیدی را درون یک "گیرنده" کار گذاشت. این گیرندة مسطح بر پایه‌ای سوار شده که می‌توان آن را آن‌چنان طراحی کرد که در تمام ساعات آفتابی روز، مسیر خورشید را تعقیب کند و همواره رو به آفتاب باشد. روش دیگر نصب یک متمرکز‌کننده است، که با استفاده از بازتابنده‌ها یا عدسی‌ها نور خورشید را بر روی سلول خورشیدی متمرکز می‌کند. این دو نوع گیرنده از نظر عملیاتی متفاوتند؛ صفحة مسطح حتی در نور پخشیدة یک روز ابری به نحو رضایت‌بخشی کار می‌کند، ولی متمرکزکننده فقط در نور مستقیم خورشید خوب کار می‌کند. با تجهیز دستگاه متمرکزکننده به سلول‌های خورشیدی که بازده‌شان زیاد باشد ـ از قبیل سلول‌های سیلیسیمی تک بلور و سلول‌های گالیم آرسنید که فعلاً بازدهیدر حدود 20 تا 26 درصد دارند ـ می‌توان این عیب سیستم متمرکزکننده را تا حدودی برطرف کرد.
استفاده از سیستم متمرکزکننده به مسئلة کاهش هزینة نیروگاه‌های سلول خورشیدی مربوط می‌شود. دستگاه‌های نوری نظیر عدسی‌ها و بازتابنده‌ها می‌توانند ارزان‌تر از سلول‌های خورشیدی تمام شوند و بنابراین نیروگاهی که از آن‌ها استفاده می‌کند، به سرمایه‌گذاری کم‌تری برای دستگاه‌های فوتوولتایی نیاز خواهد داشت.
به‌علاوه در یک تأسیسات با گیرنده‌های متمرکزکننده، سطح کوچک سلول خورشیدی که در کانون تمرکز قرار گرفته، بخش هزینه‌ساز سیستم نیست، بنابراین در این مورد می‌توان از دستگاه‌های فوتوولتایی با بهرة زیاد (که برای تأسیسات با گیرنده‌های مسطح بسیار گران تمام می‌شود) استفاده کرد.
عامل تأخیر در کاراندازی نیروگاه‌های فوتوولتایی در مقیاس بزرگ، هزینة آن‌هاست. در 1974 بهای مدول خورشیدی 50 دلار بر وات بود. برق حاصل از چنین مدولی فوق‌العاده گران تمام می‌شد: با فرض 30 سال عمر مفید برای مدول، و احتساب 50 دلار بر وات دیگر برای هزینه‌های سایر بخش‌های سیستم، هر کیلو وات ساعت برق 3 دلار تمام می‌شد. در آن زمان هر کیلو وات ساعت برق با استفاده از انرژی اتمی یا سوخت فسیلی از 5ر0 تا 1ر0 دلار بود، این اختلاف شدید کوشش‌های تحقیقاتی فوق‌العاده‌ زیادی را با هدف کاهش هزینه‌های برق فوتوولتایی ایجاب می‌کرد. این فعالیت‌ها شامل کار بر روی مواد سلول‌ها، ساختار سلولی، و فرایندهای تولید انبوه بوده است. در نتیجة این کوشش‌ها، هزینة ساخت مدول ده برابر کم‌تر شده و به حدود 5 دلار بر وات (قله) رسیده است. میتوان انتظار داشت که در دهة آینده کاهش بیش‌تری، شاید در حدود یک مرتبه بزرگی دیگر، حاصل شود و درمورد سلول‌های پوسة نازک نظیر سیلیسیم اریخت، این قیمت به حد کم‌تر از 4ر0 دلار بر وات برسد.
تکنولوژی پوسة نازک مثال مناسبی برای توضیح این امکانات است. بازده سلول‌هایی که از سه مادة پوسة نازک (سیلیسیم اریخت، مس ایندیم دی سلنید، و کادمیم تلورید) ساخته شده‌اند، در آزمایشگاه به 10 درصد رسیده است. چندین شرکت در ایالات متحده و ژاپن، در کار تولید انبوه مدول‌هایی از سیلیسیم اریختند که سطح بیضی آن‌ها به حدود یک مترمربع می‌رسد. بازده این مدول‌ها حدود 8 تا 9 درصد است. چند شرکت دیگر نیز در مرحلة تجارتی کردن تولید آن دو مادة دیگرند، که این مواد از لحاظ بازده بلند مدت و سطح هزینة لازم برای تکنولوژی پوسة نازک می‌توانند با تکنولوژی سیلیسیم اریخت رقابت کنند. سازندگان مس ایندیم دی سلنید توانسته‌اند مدول‌هایی به مساحت 100 سانتی مترمربع با بازده حدود 10 درصد تولید کنند، چندین شرکت که با کادمیم تلورید کار می‌کنند رسوب دادن الکتریکی را به عنوان روشی برای ساخت سلول‌های خورشیدی ارزان قیمت، تجربه می‌کنند. چند شرکت مدول‌هایی از کادمیم تلورید ساخته‌اند که سطحی معادل 1000 سانتی مترمربع یا بیش‌تر دارند.
تأکید این فعالیت‌ها (با هدف بهبود این مواد تا درجه‌ای که بتوانند واجد شرایط لازم برای تولید برق با بهایی قابل رقابت باشند) بر آن است که بهرة مدول‌ها به حدود 15 درصد افزایش یابد، روش‌هایی ابداع شود که بتوان مدول‌ها را با هزینه‌ای کمتر از 50 دلار بر مترمربع ساخته و مطمئن بود که این مدول‌ها پس از نصب در تأسیسات واقعی می‌توانند به مدتی بیش از 30 سال دوام بیاورند و به‌طور مؤثر کار کنند. اینکه بازده تبدیل دستگاه‌های پوسة نازک به ده درصد رسیده است (از صفر در یک دهة قبل)، گویای آهنگ پیشرفت است. چندین شرکت اظهار داشته‌اند که دو آزمایشگاه به بازده 11 تا 12 رسیده‌اند. برای دستیابی به بازده متوسط 15 درصد در آرایه‌های بزرگ، به دلیل وجود افت‌های ذاتی، بازده سلول‌های به کار رفته باید اساساً 16 تا 17 درصد باشد.
پیشرفت به سمت این بهره‌ها پیوسته و مداوم است و برای دستیابی به آن‌ها روش‌های جدیدی (نظیر روی هم قرار دادن سلول‌ها) به‌طور سازمان‌یافته و مرتب به کار گرفته می‌شوند. به نظر می‌رسد ساخت مدول‌هایی با مساحت زیاد در آینده‌ای نزدیک ممکن شود. وقتی این مواد جدید به مرحلة تولید انبوه برسند، کاهش قابل توجهی در هزینه حاصل خواهد شد.
در سال‌های گذشته به موازات کاهش قیمت سلول‌های خورشیدی، برای این تکنولوژی چندین کاربرد جدید پیدا شده است. در این مورد علاوه بر انواع دستگاه‌های الکترونیکی که از برق خورشیدی نیرو می‌گیرند می‌توان از تلمبه‌های آبیاری و چراغ‌های راهنمایی در تقاطع‌های خیابان و راه‌آهن نیز نام برد. مولدهای سبک وزنی که از سلول‌های خورشیدی نیرو می‌گیرند می‌توانند برای قایق‌ها و بعضی خودروهای زمینی، برق تهیه کنند. همان‌گونه که کنت‌زوئی بل از مؤسسة "تحقیقات انرژی خورشیدی" خاطر نشان کرد، برای این تکنولوژی ممکن است کاربردهای بسیاری در کشورهای در حال توسعه دریافت شود.



گام بعدی نصب یک نیروگاه بزرگ مقیاس فوتوولتایی است که به شبکة برق متصل باشد. به منظور انجام آزمایش‌ها و آزمون‌هایی در جهت قبل به چنین قابلیتی، وزارت انرژی ایالات متحده در اواخر دهة 1970 اعتبار مالی لازم برای ساخت 9 نیروگاه متوسط، با اندازه‌ای از 10 تا 100 کیلووات را فراهم کرد. این نیروگاه‌ها عملی بودن نیروگاه‌های متوسط و بزرگ مقیاس را اثبات کردند. تا سال 1984 تعداد نیروگاه‌های فوتوولتایی نسبتاً بزرگ آماده یا در دست ساخت 14 واحد بوده است. ظرفیت این نیروگاه‌ها در ایالات متحده، ایتالیا، ژاپن، عربستان سعودی، و آلمان غربی واقع شده‌اند. جامعة اروپا و بعضی کشورها، در حال تکمیل 20 نیروگاه نمایشی فوتوولتایی هستند که ظرفیت آن‌ها از 15 تا 300 کیلووات است. ژاپن بیش از 10 نیروگاه فعال ـ از 3 تا 200 کیلووات ـ دارد، و یک نیروگاه یک مگاواتی دارد که توسط "سازمان توسعة انرژی‌های نو" ساخته شده و از 1985 شروع به کار کرده است. هدف پروژة ژاپنی "آفتاب" که در 1974 آغاز شده آن است که نظرهای مربوط به انرژی‌های "لایزرال" را به عمل برساند، طوری که تا سال 2000 بخش قابل ملاحظه‌ای از نیاز انرژی کشور از این طریق تأمین شود. وزارت انرژی آمریکا نیز چندین سال است که یک برنامة فوتوولتایی با اهدافی مشابه داشته است.
بزرگ‌ترین نیروگاه خورشیدی‌ای که فعلاً در حال کار است در دشت‌های کاریزا واقع شده است. این نیروگاه توسط "شرکت انرژی خورشیدی آرکو" و "شرکت برق و گاز پاسیفیک" در کم‌تر از یک سال ساخته شده، و در حداکثر قدرت 2ر7 مگاوات برق به شبکه تحویل می‌دهد.
با در نظر گرفتن پیشرفت‌هایی که می‌توان در زمینة مواد و کارایی انتظار داشت، برق حاصل از دستگاه‌های فوتوولتایی می‌تواند تا چند سال آینده از لحاظ قیمت با نیروگاه‌های معمولی رقابت کند. در آن زمان هزینة تولید برق در نیروگاه‌های معمولی از سه سنت (نیروگاه‌های برق آبی) تا 35 سنت (توربین‌های بخاری ذغال‌سوز) خواهد بود. این هزینه در نیروگاه‌های فوتوولتایی تا آن زمان باید به حدود 8 سنت رسیده باشد. پیشرفت‌های بعدی در تکنولوژی فوتوولتایی باید امکان فروش برق را به بهایی کم‌تر از 4 سنت برای هر کیلووات ساعت فراهم کند.
دستگاه فوتوولتایی خورشیدی علاوه بر اتکا به منبعی تمیز و لایزال، مزایای دیگری نیز دارد. این دستگاه قدرت متحرک ندارد، بنابراین نیروگاه خورشیدی عملاً می‌تواند نیازی به تعمیر و نگه‌داری نداشته باشد؛ همان مزیتی که در مورد سیستم‌های دورافتاده‌ای مثل فانوس‌های دریایی، ایستگاه‌های تقویتی مخابرات، و سفینه‎‌های فضایی هم وجود دارد. سلول‌های خورشیدی را به سهولت می‌توان به صورت انبوه تولید کرد، همان‌طوری که در ترانزیستورها و مدارهای مجتمع تولید می‌شوند. با توجه به تقاضای روزافزون می‌توان انتظار داشت که در نتیجة صرفه‌جویی‌های حاصل از تولید انبوه، کاهشی در قیمت‌ها پدید بیاید. آرایه‌های خورشیدی متشکل از تعدادی مدول‌های سلول خورشیدی‌اند و امکان کاربردهای بسیاری را در انواع و ظرفیت‌های مختلف، با همان تکنولوژی و با همان بهرة تبدیل، فراهم می‌کنند. نیروگاهی با قدرت مرتبة مگاوات را می‌توان در کم‌تر از یک سال ساخت، که در مقایسه با زمان لازم برای نیروگاه‌های متعارف و به ویژه نیروگاه‌های اتمی مدت بسیار کمی است. درنتیجه سازمان‌های تولیدکنندة برق می‌توانند در برنامه‌ریزی برای تغییرات احتمالی ظرفیت نیروگاه انعطاف بیش‌تری داشته باشند.
با در نظر گرفتن تمام این ملاحظات می‌توان انتظار داشت دوران تولید اقتصادی برق فوتوولتایی در آینده‌ای نزدیک، زودتر از آن‌چه می‌شد در یک دهة قبل تصور کرد، فرا برسد. برای میل به این مقصود، پشتیبانی مالی از فعالیت‌های تحقیق و توسعه، همکاری‌های بین المللی، و شاید تخصیص بعضی کمک‌های بلاعوض اولیه توسط دولت‌ها ضروری است. با فراهم شد شرایط مناسب، صنعت فوتوولتایی می‌تواند نهایتاً از نظر وسعت با صنعت الکترونیک رقابت کند.


ثبت نام و کسب امتیاز
__________________
صبح زود جارچی راه می افتاد و بیخود فریاد می کشید مزد آن گرفت جان برادر که کار کرد!
اما کسی که مزد نمی گرفت کسی بود که کار کرده بود.

صادق هدایت
فرنوش آفلاین است   پاسخ به نقل قول چوق/پاداش
پاسخ

به اشتراک بگذارید

برچسب ها
فوتوولتایی, مقاله, کامل, آشنایی, برق


كاربران در حال ديدن تاپیک: 1 (0 عضو و 1 مهمان)
 
ابزارهای موضوع جستجو این تاپیک
جستجو این تاپیک:

جستجوی پیشرفته
حالت نمایش

مجوزهای ارسال و ویرایش
شما نمیتوانید موضوع جدید ارسال کنید
شما نمیتوانید به پست ها پاسخ دهید
شما نمیتوانید فایل پیوست ضمیمه کنید
شما نمیتوانید ارسال های خود را ویرایش کنید

BB code : فعال
شکلکها : فعال
[IMG] : فعال
HTML : غیر فعال
Trackbacks are فعال
Pingbacks are فعال
Refbacks are فعال

خط مشی بانک مرکزی
جهت ارسال تاپیک جدید: 100 چوق
جهت ارسال پست: 50 چوق
به ازای هر کارکتر در پست : 1 چوق

تاپیک های مشابه
تاپیک نویسنده موضوع انجمن پاسخ ها آخرین ارسال
دانلود آموزش ویدئویی آشنایی با جادویی به نام Smart Object به زبان فارسی pure love گفتگو و آموزش گرافیک 0 12-29-2013 06:52 PM
توانایی ضبط ویدیویی Full HD و فیلم برداری سریع 24 فریم بر ثانیه- (Canon IXUS 1000 HS (IXY 50S Ice Queen fuji , canon 0 02-11-2013 12:25 PM
تركیبی از قدرت و زیبایی: آشنایی با لپ‌تاپ asus nx90 tanhaaa لپ تاپ - تبلت - فبلت 0 01-18-2012 09:08 PM
تركیبی از قدرت و زیبایی: آشنایی با لپ‌تاپ asus nx90 tanhaaa لپ تاپ - تبلت - فبلت 0 12-30-2011 01:08 PM
Catia V5R20 32-64bit قدرتمندترین نرم افزار طراحی و مهندسی و ساخت در صنایع هوافضا - خودرویی و دریایی (1DVD) فروشنده فروشگاه 0 09-19-2010 08:40 PM



زمان محلی شما با تنظیم GMT +3.5 هم اکنون 10:57 PM میباشد.

Powered by vBulletin .
Copyright © 2017 vBulletin Solutions, Inc. All rights reserved.