دانشنامه
{{ الف }}
به منظور افزایش سطح ولتاژ و راندمان سیستم خورشیدی، در اتصالات بین پنل های خورشیدی از آرایش مختلفی استفاده می شود (آرایش سری یا موازی) که این مسئله حضور اتصالات با کیفیت و با طول عمر بالا را الزام می کند. برای این منظور در پنل های خورشیدی، وسیله از کانکتور نوع MC4 استفاده می شود. نکته قابل توجه این است که با اینکه بکمک اتصال سری و موازی پنل ها به یک دیگر باعث افزایش ولتاژ می شود و می بایست مدنظر باشد که حتما مشخصات فیزیکی و الکتریکی پنل ها همانند یکدیگر باشند.
امواج مادون قرمز، مرئی و فرابنفش که به زمین می رسند در فرآیند گرم شدن سیاره و امکان پذیر ساختن حیات شرکت می کنند، اصطلاحا اثر گلخانه ای گفته می شود. حدود 30 درصد از انرژی خورشیدی که به زمین می رسد به فضا بازتاب می گردد و بقیه در جو زمین جذب می شود. تابش سطح زمین را گرم می کند و سطح مقداری از انرژی را به شکل امواج مادون قرمز به بیرون بازتاب می دهد. هنگامی که آنها در جو بالا می روند، توسط گازهای گلخانه ای مانند بخار آب و دی اکسید کربن رهگیری می شوند. گازهای گلخانه ای گرمایی را که به اتمسفر بازتاب می شود به دام می اندازند. به این ترتیب مانند دیوارهای شیشه ای گلخانه عمل می کنند. این اثر گلخانه ای زمین را به اندازه کافی گرم نگه می دارد تا حیات را حفظ کند.
جزر و مد، امواج و جریان ها می توانند برای تولید انرژی استفاده شوند. اگر چه هنوز در مراحل تحقیق و توسعه است و بصورت اقتصادی در دسترس نیست
انرژی بادی نیز در زمینه تکنولوژی، بین انرژی های تجدیدپذیر شتاب رشد بالایی دارد. چرا که هزینه های آن در حال کاهش است. تولید برق بادی، بین سال های ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۳ دو برابر شده است. توربین های بادی، انرژی جنبشی باد را به انرژی الکریسیته تبدیل می کنند. مقدار این انرژی تولید شده از باد به اندازه توربین ها و اندازه پره ها وابسته است. تولید انرژی از باد در بریتانیا و ایالات متحده آمریکا در سال های ۱۸۸۷ و ۱۸۸۸ انجام پذیرفت. اما توربین های مدرن، برای اولین بار در سال ۱۸۹۱ در کشور دانمارک ساخته شد. توربین های بادی بر اساس محور چرخش خود به دو نوع افقی و قائم دسته بندی می شوند. که برای مزارع بادی، محور افقی مرسوم تر است. این مزارع می توانند در خشکی (onshore) یا در دریا ها و اقیانوس ها (offshore) باشند. در حال حاضر ۵۲۰ هزار مگاوات ظرفیت نصب شده برای انرژی بادی در سراسر جهان وجود دارد. نکته حائز اهمیت در مورد این انرژی عدم نیاز به آب برای تولید انرژی است. مزرعه بادی گانسو در چین با ظرفیت ۷۹۰۰ مگاوات بزرگترین مزرعه بادی در جهان است.
این انرژی بوسیله فناوری های دامنه ای که از یک مانع مانند سد برای بدست آوردن نیروی بین جزر و مد استفاده می کنند، فناوری های جریان جزرو مد یا روش های ترکیبی تولید می شود.
تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس، که از اختلاف دمای بین سطح گرم آب دریا و آب سردی که در عمق ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ متر وجود دارد، برای تولید انرژی استفاده می کند. همانطور که ذکر شد این پروژه ها در مراحل توسعه قرار دارند. استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در جهان روز به روز در حال گسترش است و امید آن می رود در کشور ما هم با پتانسیل های ویژه ای که در زمینه انرژی های تجدیدپذیر وجود دارد بتوان ظرفیت این انرژی ها را افزایش داد تا با توجه به مشکلاتی از قبیل تخریب محیط زیست و تغییرات اقلیمی، آینده ای بهتر رقم زد.
ما انرژی را به حالت های مختلفی در دسترس دارم و مورد مصرف قرار می دهیم. یکی از منابع انرژی که می توان گفت از جمله منابع تجدیدپذیر هم می باشد، خورشید است. خورشید انرژی بیش از اندازه کافی برای تامین انرژی مورد نیاز جهان را فراهم می کند و برخلاف سوخت های فسیلی، به این زودی ها تمام نمی شود که این مهم گویای این مطلب است که می توان از این موهبت الهی برای جایگزینی دیگر منابع انرژی (که غالبا تجدیدناپذیر هم هستن) استفاده کرد. به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر، تنها محدودیت انرژی خورشیدی توانایی ما برای تبدیل آن به برق به روشی کارآمد و مقرون به صرفه است. در یک بیان ساده، می توان گفت که انرژی خورشیدی، کلید آینده انرژی های پاک است. یکی از ساده ترین و رایج ترین راه های استفاده از انرژی خورشیدی، بکارگیری سیستم های خورشیدی (فوتوولتاییک) است. بگونه ای که امکان تبدیل انرژی خورشید به انرژی برق را فراهم می کند و هر چه میزان دریافت پرتوی خورشید بیشتر باشد (و یا اینکه بیشتر در معرض نور خورشید باشد) میزان انرژی برق تولید شده بیشتر خواهد بود که در اینصورت سیستم خورشیدی (فوتوولتاییک) راندمان بالاتری را خواهد داشت. فن آوری های خورشیدی بخشی از این انرژی را در حال حاضر برداشت می کنند و در آینده هم از نظر استفاده و هم بهره وری افزایش خواهند یافت.
طبق تجربه، شاهد هستیم که اگر سرمایه گذاری های جدید کلان ملی (در حوزه انرژی و تامین آن) را بیشتر در زمینه احداث و راه اندازی نیروگاه های تجدیدپذیر متمرکز شود، هنگامی که انرژی برق توسط پنل های خورشیدی تولید می گردد، هیچ گاز گلخانه ای و مضری در هوا منتشر نمی شود که از این رو میزان آلودگی زیست محیطی و تاثیرات آن بسیار کاهش می یابد و به طبع آن هم میزان وابستگی منابع تجدیدناپذیر و محدود کاهش می یابد. باتوجه به این مسئله که فرآیند فتوولتائیک (تبدیل نور خورشید به انرژی برق)، نیازی به استفاده از سوخت نیست و هزینه های متغیر و اضافه هم ندارد که موجب می شود بازده و راندمان تولید افزایش یافته و پیچیدگی های فرآیندهای تبدیل و تولید انرژی نیز کاهش می یابد که این خود، موجب کاهش استحلاک و افزایش طول عمر نیروگاه ها خواهد شد؛ با این حال، لازم به توضیح است که پس از نصب پنل های خورشیدی، هزینه های عملیاتی در مقایسه با سایر اشکال تولید برق بسیار کم خواهد بود.
نوع دیگری از فناوری فعال خورشیدی، انرژی خورشیدی متمرکز یا نیروی خورشیدی متمرکز (concentrated solar power) است. فناوری CSP از لنزها و آینه ها برای متمرکز کردن نور خورشید از یک منطقه بزرگ به یک منطقه بسیار کوچکتر استفاده می کند. این ناحیه شدید تشعشع یک سیال را گرم می کند که به نوبه خود برق تولید می کند یا سوخت فرآیند دیگری را تامین می کند. کوره های خورشیدی (Solar furnaces) نمونه ای از انرژی متمرکز خورشیدی هستند. انواع مختلفی از کوره های خورشیدی از جمله برج های انرژی خورشیدی (solar power towers)، فرورفتگی های سهموی (parabolic troughs) و بازتابنده های فرنل (Fresnel reflectors) وجود دارد. آنها از همان روش کلی برای جذب و تبدیل انرژی استفاده می کنند. برج های انرژی خورشیدی از هلیواستات ها (heliostats) استفاده می کنند، آینه های مسطحی که برای دنبال کردن قوس خورشید در آسمان می چرخند. آینه ها در اطراف یک برج جمع کننده مرکزی (central collector tower) چیده شده اند و نور خورشید را به یک پرتو متمرکز نور منعکس می کنند که به یک نقطه کانونی بر روی برج (focal point) می تابد. در طرح های قبلی برج های انرژی خورشیدی، نور متمرکز خورشید ظرفی از آب را گرم می کرد که بخار تولید می کرد که به یک توربین انرژی می داد. اخیراً، برخی از برج های انرژی خورشیدی از سدیم مایع استفاده می کنند که ظرفیت گرمایی بالاتری دارد و گرما را برای مدت زمان طولانی تری حفظ می کند. این بدان معناست که سیال نه تنها به دمای 773 تا 1273 کلوین (500 تا 1000 درجه سانتیگراد یا 932 تا 1832 درجه فارنهایت می رسد)، بلکه می تواند به جوشاندن آب و تولید نیرو حتی زمانی که خورشید نمی تابد ادامه دهد. فرورفتگی های سهموی و بازتابنده های فرنل (Fresnel reflectors) نیز از CSP استفاده می کنند، اما شکل آینه های آنها متفاوت است. آینه های سهموی منحنی هستند و شکلی شبیه به زین دارند. بازتابنده های فرنل از نوارهای باریک و مسطح آینه برای جذب نور خورشید و هدایت آن بر روی یک لوله مایع استفاده می کنند. بازتابنده های فرنل مساحت سطح بیشتری نسبت به فرورفتگی های سهمی دارند و می توانند انرژی خورشید را تا حدود 30 برابر شدت طبیعی آن متمرکز کنند. نیروگاه های خورشیدی متمرکز اولین بار در دهه 1980 توسعه یافتند. بزرگترین تاسیسات در جهان مجموعه ای از گیاهان در صحرای موهاوی کالیفرنیا است. این سیستم تولید انرژی خورشیدی (Solar Energy Generating System) هر سال بیش از 650 گیگاوات ساعت برق تولید می کند. گیاهان بزرگ و موثر دیگری در اسپانیا و هند توسعه یافته اند. از انرژی خورشیدی متمرکز نیز می توان در مقیاس کوچکتر استفاده کرد (به عنوان مثال می تواند برای اجاق های خورشیدی گرما تولید کند). مردم روستاهای سراسر جهان از اجاق های خورشیدی (solar cookers) برای جوشاندن آب برای بهداشت و پختن غذا استفاده می کنند. اجاق های خورشیدی مزایای زیادی نسبت به اجاق های هیزمی دارند: خطر آتش سوزی نیستند، دود تولید نمی کنند، به سوخت نیاز ندارند و از بین رفتن زیستگاه در جنگل هایی که درختان برای سوخت برداشت می شوند، کاهش می دهند. اجاق های خورشیدی همچنین به روستاییان این امکان را می دهند که در زمان هایی که قبلاً برای جمع آوری هیزم استفاده می شد، برای تحصیل، تجارت، بهداشت یا خانواده وقت خود را دنبال کنند. اجاق های خورشیدی در مناطق مختلفی مانند چاد، اسرائیل، هند و پرو استفاده می شود.
انرژی زمین گرمایی، حرارتی است که از زیر سطح زمین بدست می آید. آب و یا بخار، انرژی زمین گرمایی را به سطح زمین منتقل می کنند. بسته به مشخصات، انرژی زمین گرمایی می تواند برای اهداف گرمایشی و سرمایشی یا تولید برق پاک مورد استفاده قرار گیرد. این منبع کلیدی انرژی، مقدار قابل توجهی از نیاز الکتریسیته کشورهایی مانند ایسلند، السالوادور، نیوزلند، کنیا و فیلیپین و بیش از ۹۰ درصد نیاز گرمایی ایسلند را پوشش می دهد. ایسلند پرچمدار استفاده از این انرژی است. مزایای این نوع انرژی این است که به شرایط آب و هوایی بستگی نداشته و ظرفیت بسیار بالایی ا دارد.
در این نوع از انرژی، مبدل ها، انرژی موجود در امواج اقیانوس ها را جذب کرده و با استفاده از آن ها الکتریسیته تولید می کنند. مبدل ها و روش های مختلفی بسته به فاصله از ساحل و سیستم های جذب انرژی برای تبدیل انرژی موج به الکتریسیته وجود دارد.
اینورتر خورشیدی یکی از ادوات اساسی در هر سیستم خورشیدی است. کارکرد اصلی اینورتر تغییر جریان برق مستقیم پانل های خورشیدی به جریان برق متناوب (AC به DC) است. برق تولید شده توسط پنل خورشیدی سولار سیستم به شارژ کنترلر، باتری و سپس به اینورتر جهت استفاده در منازل یا صنعت منتقل می شود. اجزای مختلف الکتریکی و الکترونیکی متصل به مدار در تبدیل کمک می کند. خروجی اینورتر های خورشیدی به چهار دسته تقسیم می شود:
- خروجی به شکل موج مربعی، خروجی به شکل موج مربعی اصلاح شده، خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)، خروجی به شکل سیسنوسی خالص
- اینورتر توصیه شده برای سولار سیستم، اینورتر های خورشیدی با خروجی سینوسی کامل می باشد؛ اما اگر هدف از نصب سیستم فتوولتاییک روشنایی و یا برق دوربین مدار بسته می باشد، می توان از اینورتر خورشیدی شبه سینوسی به جای اینورتر خورشیدی سینوسی استفاده نمود.
- توان جریان متناوب تبدیل شده برای راه اندازي مصرف کننده هایی مانند تلویزیون ، یخچال ، مایکروویو و غیره استفاده می شود. برای برخی از برنامه های خاص ، می توانیم مستقیماً از توان جریان مستقیم از پنل خورشیدی مانند چراغ های شب LED ، یک شارژر تلفن همراه استفاده کنیم. به طور کلی ، از قدرت یک سیستم خورشیدی خانگی برای بارهای AC استفاده می شود.
- این نوع از اینورتر ها به نام اینورتر شبکه ای (اینورتر رشته ای) و حتی میکرو اینورتر نیز شناخته می شود. برق تولید شده در هر صفحه خورشیدی به طور مجزا به اینورتر خورشیدی خود وصل می شود. از جمله مزایای این نوع از اینورترها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- نصب کم هزینه و سریع نسبت به اینورتر های مرکزی
- کاهش خطر بروز آسب به پنل به علت تفکیک اینورتر پنل ها
- جلوگیری از وقوع حوادثی همچون آتش سوزی
- افزایش 5 برابری بازده پنل های خورشیدی
- توانایی گشترش سریع سیستم خورشیدی
- از نظر کلی، می توان گفت که در عمل ساختار آرایش اینورتر های مرکزی و اینورتر های آرایه ای مشابه هم دیگر است.
این نوع خاص از اینورترها به ویژه برای جذب انرژی از باتری طراحی شده اند. شارژ باتری با استفاده از یک شارژر روی صفحه حفظ می شود و انرژی اضافی به شبکه منتقل می شود. اینورترها این امکان را دارند که در هنگام قطع برق ، منبع تغذیه AC را برای بارهای خاص تأمین کنند. آنها همچنین عملکرد ضد جزیره ای دارند
در این ساختارهای متصل به شبکه، تغذیه اینورتر در شبکه برق، توسط فاز و فرکانس متناظر انجام می شوند (بعنوان مثلا فرکانس 50 هرتز در هند و 60 هرتز در آمریکای شمالی).
ابتدا انرژی تولید شده توسط پنل های خورشیدی به جعبه تقسیم رفته و سپس به اینورتر مرکزی انتقال پیدا می کند تا برای مصرف کننده و یا انتقال به شبکه خطوط برق آماده شود. لازم به توضیح است که برای هر اینورتر مرکزی حداقل به 7 عدد صفحه خورشیدی نیاز دارد.
کاربرد اصلی آن نوع اینوترها در سیستم های از راه دور (Remoted System) می باشد که در آن، اینورتر خورشیدی از پنل جریان برق مستقیم (DC) باتری تغذیه می کند؛ این پانل باتری توسط پنل های خورشیدی شارژ می شود. این نوع اینورترها با شارژرهای اصلی باتری ادغام شده اند که می تواند برای تقویت باتری از یک جریان برق متناب (AC) استفاده شود.
{{ پ }}
پنل های از نوع مونو کریستال سیلیکونی (Mono-Si) یا پلی کریستال سیلیکونی (Poly-Si)، معمولا از یک طرف در معرض نور خورشید قرار می گیرند. تحقیقات در دهه 1960 در مورد استفاده از طرف پنل فوتوولتائیک آغاز شد اما در عمل، سال 2010 شروع به ساخت و تولید نمونه های آزمایشی صورت گرفت. بکمک پنل های دوطرفه و با داشتن امکان ردیابی خورشیدی (Solar Tracking) ممکن است راندمان تا 40٪ در مقایسه با پانل های یک طرفه افزایش یابد، اما در بیشتر موارد بهبود 6-9٪ اتفاق می افتد (ردیابی خورشیدی شامل تنظیم مداوم زاویه پانل های فوتوولتائیک برای گرفتن بیشترین میزان انرژی خورشیدی در طول روز است). در پنل خورشیدی دو طرفه، ورقه پشتی که بطور سنتی تیره رنگ است با یک ماده شفاف (معمولاً شیشه)، جایگزین می شود و قاب آلومینیومی نیز اغلب کنار گذاشته می شود.
{{ چ }}
مواد فتوولتائیک بیشترین حساسیت خود را نزدیک به طیف مرئی (حدود 400 تا 1100 نانومتر) (near-infared and visible spectrum) دارند و نسبت به اشعه ماوراء بنفش (ultraviolet) با حساسیت کم و نسبت به تابش امواج بلند (long-wave radiation) بدون حساسیت و تاثیر پذیر هستند. برای فرآیند انتقال انرژی، سیستم‌های انرژی حرارتی در مقیاس تجاری معمولاً از کلکتورهای خورشیدی بازتابنده (reflective solar collectors) استفاده می شود که انرژی موج بلند (long-wave) و هم انرژی موج کوتاه (short-wave) تابیده شده در محیط را اندازه گیری می کنند که معمولاً با استفاده از رادیومترهای نوع ترموپیل (radiometers thermopile) با پاسخ طیفی مسطح (flat spectral response) انجام می‌شود. این گونه ابزارها اندازه گیری های دقیقی از کل انرژی خورشیدی موجود در تمام شرایط آسمان گزارش می دهند. کاربردها داده‌های بدست آمده از آنها را می‌توان در هواشناسی، ماهواره‌ها و انواع سیستم‌های انرژی خورشیدی (فوتوولتائیک و گرمایی)، استفاده کرد.
{{ ز }}
استفاده از زیست انرژی (Bioenergy) به دو دسته اصلی تقسیم می شود: سنتی و مدرن. استفاده سنتی، به سوزاندن زیست توده در اشکال چوب، لاشه حیوانات و زغال اشاره می کند. تکنولوژی زیست انرژی مدرن، شامل سوخت های زیستی مایع که از قارچ ها و دیگر گیاهان تولید می شود، پالایشگاه های زیستی، بیوگاز که از طریق هضم بی هوازی پسماند ها تولید می شود و دیگر تکنولوژی ها می باشد. زیست توده پتانسیل زیادی برای افزایش و ارتقاء تامین انرژی در کشورهای پر جمعیت با افزایش تقاضا مانند برزیل، هند و چین را دارد. زیست توده می تواند بطور مستقیم برای گرمایش و یا تولید برق سوزانده شود یا می تواند به جایگزین نفت یا گاز تبدیل شود. سوخت های زیستی مایع، به عنوان یک جایگزین تجدیدپذیر مناسب برای بنزین، بطور گسترده در بخش حمل و نقل استفاده می شود. ظرفیت زیست انرژی تا پایان سال ۲۰۱۷ نزدیک به ۱۱۰ هزار مگاوات است که از این مقدار، حدود ۹۰ هزار سهم زیست توده، ۱۷ هزار مگاوات سهم بیوگاز و ۳ هزار سهم سوخت زیستی مایع است
{{ س }}
ساختمانی است که در برابر حفظ منابع زیست محیطی در طول عمر خود، از زمان طراحی و احداث تا بهره برداری و بازسازی متعهد است. در این ساختمان دوستدار طبیعت، علاوه بر اینکه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در اولویت بوده و مصرف انرژی آن ناچیز است، مصالح آن نیز از منظر زیست محیطی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد؛ هدف ساختمان سبز، استفاده بهینه از منابع و کاهش تأثیر منفی ساختمان بر روی محیط زیست است.
ساختمانی با مصرف انرژی صفر با آلاینده كربن صفر سالیانه می باشد. در اكثر تعاریف مربوط به صفر انرژی تنها به مصرف انرژی در طول زمان پرداخته شده است؛ این درحالی است كه باید انرژی مصرفی در ساخت وساز وبهربرداری، تجهیزات و مواد مصالح برای برقراری تعادل مورد بررسی قرار گیرد. ساختمان انرژی صفر یکی از اهداف کلیدی ساختمان سبز را بصورت کامل محقق ساخته و باعث کاهش آلاینده‌ها و گازهای گلخانه‌ای در طول مدت استفاده از ساختمان خواهد شد؛ با این وجود نمی‌توان آنها را در تمامی زمینه‌ها از جمله کاهش زباله ضایعات یا استفاده از مواد قابل بازگشت به طبیعت، سبز تلقی نمود. در یک ساختمان صفر انرژی مقدار مصرف انرژی نزدیک به صفر می رسد و این مقدار ناچیز انرژی را نیز با بکارگیری انرژی های تجدید پذیر تامین می شود؛ از این رو می توان گفت كه در یک ساختمان صفر انرژی در مرحله اول مصرف منابع انرژی به حداقل می رسد و در مرحله دوم مقادیر ناچیز مصرفی نیز با منابع تجیدید پذیر تامین می شود، به عبارتی دیگر بهتر می توان گفت كه این ساختمان ها بدون نیاز به اتصال با منابع انرژی بیرونی هستند و ساختمان های موجود برای برقراری كمیت رابطه بین گرما و تقاضای برق با هدف به صفر رسیدن تعیین شده اند.
هنگامی که نور خورشید به سلول خورشیدی برخورد می کند، یک الکترون بر اثر فوتوالکتریک آزاد می شود. دو نیمه هادی غیرمشابه دارای یک تفاوت طبیعی در پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) هستند که باعث می شود الکترون ها در مدار خارجی جریان پیدا کنند و نیروی بار را تامین کنند. جریان الکتریسیته از ویژگی های نیمه هادی ها ناشی می شود و به طور کامل با برخورد نور به سلول نیرو می گیرد. سلول های فتوولتائیک کوچکی که با نور خورشید یا نور مصنوعی کار می کنند، کاربرد عمده ای در کاربردهای کم مصرف پیدا کرده اند (مثلا، بعنوان منابع انرژی برای ماشین حساب ها و ساعت ها). از اندازه های بزرگتر نیز برای تامین برق به مقادیر بیشتر و مقیاس بزرگتر استفاده می شود (بعنوان مثال، برای تامین برق پمپ های آب و سیستم های ارتباطی در مناطق دور افتاده و ماهواره های آب و هوا و ارتباطات). پانل های سیلیکونی کریستالی کلاسیک و فن آوری های نوظهور با استفاده از سلول های خورشیدی لایه نازک (از جمله فتوولتائیک یکپارچه در ساختمان)، می توانند توسط صاحبان خانه و مشاغل بر روی پشت بام هایشان نصب شود تا منبع برق معمولی را تقویت و یا حتی جایگزین آن شود.
به بیان علمی، پروسکایت ها یک نام عمومی برای گروه بزرگی از ترکیبات شیمیایی با ساختاری شبیه به یک ماده طبیعی به نام تیتانات کلسیم (Calcium Titanate) است. تولید آنها آسان و ارزان بوده و بسیاری از آنها ویژگی های فتوولتائیک خیلی خوبی دارند. در سال 2012 اولین پروسکایت لایه نازک (Thin-Film Perovskite) با بازده 10 درصد ساخته شد که با پیشرفت های سریع در شرایط آزمایشگاهی بازدهی به 25 درصد رسید. سلول هایی با ساختار پروسکایت بر روی سیلیکون (Perovskite on Silicon) با بازده 29.1 درصد رکوردها را می شکند و هیچ پایانی برای آن قابل مشاهده نیست. در تست نمونه اولیه، این سطح از راندمان به مدت 300 ساعت حفظ شد. با توجه به اینکه پروسکایت های فعلی به هیچ وجه پایداری حرارتی ندارند، این مدت زمان فوق العاده به شمار می رود. البته، پروسکایت‌ها راه طولانی در پیش دارند تا بتوانند با سلول‌های سیلیکونی (Si) نسل اول که بیش از 25 سال دوام می‌آورند، رقابت کنند (با حداقل تخریب و کاهش کارآیی).
سلول های خورشیدی چند اتصالی که سلول های انباشته نیز نامیده می شوند، کارایی بیشتری نسبت به سلول های تک اتصالی (Single-Junction) دارند. تا کنون، راندمان تقریباً 45٪ اغلب در شرایط آزمایشگاهی به دست آمده است. بنظر می رسد که آنها روزنه های درخشانی برای انقلاب انرژی پاک هستند و امروزه در حال یافتن برخی کاربردهای تجاری در فناوری فضایی هستند. با این حال، دستگاه های چند منظوره هنوز هم بسیار گران هستند و هنوز برای استفاده خانگی و غیر صنعتی در دسترس نیستند.
سلول های فوتوولتائیک چند اتصالی بر این واقعیت استوار است که مواد نیمه رسانای مختلف، تابش خورشید را در طول موج های مختلف جذب می کنند. با این حال، برای اینکه آنها با هم کار کنند، صرفاً روی هم چیدن (Stacking) دو، سه یا بیشتر مواد کافی نیست و اغلب از نظر ساختاری بسیار متفاوت هستند. تا کنون، محققان دو راه حل برای انجام سلول های انباشته (Stacked Cells) ارائه کرده اند (به عنوان مثال، آنها ممکن است اتصالات تونلی (Tunnel Junctions) را از طریق لایه هایی که الکترون ها در آن حرکت می کنند ایجاد کنند یا ممکن است از مواد نیمه رسانای مختلفی استفاده کنند که به راحتی می توانند از نظر شیمیایی به یکدیگر متصل شوند. انرژی از طریق اتصالات شیمیایی به گردش در می آید و باعث می شود که مواد به صورت الکتریکی نیز به هم متصل شوند). تا به امروز بالاترین راندمان سلول فوتوولتائیک چند اتصالی، در شرایط آزمایشگاهی و با استفاده از شش اتصال چندگانه (Six Multi-Junctions) به 47.1 درصد رسیده است.
نسل اول سلول های خورشیدی فناوری غالب در تولید تجاری سلول های خورشیدی هستند، که حدود 80 تا 90 درصد سهم سلول های خورشیدی را به خود اختصاص داده اند. این سلولها نوعا با استفاده از ویفر (Wafer) بلور سیلیکونی تولید شده اند. که حاصل از برش کاری شمش‌های بزرگ در آزمایشگاه‌های بسیار تمیز بدست می آیند و ممکن است تکمیل آن یک ماه طول بکشد. ساختار شمش ها یا به صورت بلورهای مونوکریستال (Mono-Crystal) و یا بصورت پلی‌کریستال (Poly-Crystal) هستند. سلول‌های خورشیدی نسل اول از یک پیوند ساده و بین لایه‌های سیلیکون نوع منفی و نوع مثبت استفاده می‌کنند. شمش نوع منفی با گرم کردن تکه‌های سیلیسیم (یا همان سیلیکون) با مقادیر کمی عناصر فسفر ()، آنتیموان () یا آرسنیک () بعنوان عامل آلاینده ساخته می‌شود، در حالی که در یک شمش نوع مثبت از عنصر بور () به عنوان عامل آلاینده استفاده می‌شود. سپس برش‌های سیلیکون نوع منفی () و نوع مثبت () ذوب می‌شوند تا محل پیوند ایجاد شود. از نظر کلی، در معماری ساختار سلول خورشیدی یک پوشش ضد انعکاس (Anti-Reflection) نیز اضافه می‌شود که جذب نور را بهبود می‌بخشد و در ادامه شیشه محافظ در جلو و پشت پلاستیکی و اتصالات فلزی می‌دهد تا سلول بتواند به مدار وصل شود.از جمله مزیت های سلول خورشیدی نسل اول، می توان به جذب وسیعی از طیف و تحرک پذیری بالای حامل ها اشاره کرد. از معایب این نسل از سلول ها نیز می توان به فناوری تولید پرهزینه، فرآیند برشکاری دشوار (برای بدست آوردن سلول ها از شمش ها) و پایین بودن میزان بهره وری مناسب از میزان تابش و حرارت دریافتی (میزان راندمان پایین) اشاره کرد.
با نگاهی بر تکنولوژی تولید سلول خورشیدی نسل اول و دوم، در می یابیم که سلول خورشیدی نسل اول با ضخامتی در حدود 200 میکرومتر در مقایسه با سلول‌های نسل دوم (با لایه نازک از جنس TPSCیا TFPV) و ضخامت چند میکرومتر، تقریباً 100 برابر بار ضخیم تر هستند که این موضوع موجب احتیاج به فضای بیشتر، سازه های نگهدارنده قوی تر و نیز وزن بیشتر کل خواهد شد که این مسائل، از نظر اقتصادی و نیز اجرایی محدودیت هایی را برای مشتریان و کاربران بهمراه خواهد داشت. در تکنولوژی تولید سلول های خورشیدی نسل دوم، اگرچه هنوز از سیلیکون استفاده می شود؛ اما به کمک بهره گیری از نوع دیگر سیلیکون، یعنی سیلیکون آمورف (a-Si) در ساختار داخلی سلول خورشیدی نسل دوم، اتم‌ها بطور تصادفی قرار می‌گیرند؛ نه اینکه دقیقاً در یک ساختار بلوری منظم مرتب شوند. هر چند که در برخی موارد تولیدی از دیگر عناصر، به ویژه از کادمیوم تلورید (Cd -Te) و دی‌سلنید گالیوم ایندیم مس (CIGS) نیز استفاده می شود.
باتوجه به این مسئله که یکی از ویژگی های مهم در سلول‌های خورشیدی نسل دوم، کاهش محسوس ضخامت آنها نسبت به نسل اول می باشد، این موضوع موجب شده است تا نازک بودن، وزن سبک و قابلیت انعطاف را به ارمغان آورد و امکان نصب و استفاده از آنها را بر روی پنجره‌ها، نورگیرها، کاشی‌های سقف و انواع لایه از جمله فلزات، شیشه، پلیمرها و پلاستیک‌ها فراهم شود. نکته قابل توضیح این است که در سلول‌های نسل دوم، در مقابل افزایش انعطاف‌پذیری، میزان بهره‌وری و راندمان آنها کاهش می یابد. در همین خصوص، می توان اشاره کرد که سلول‌های خورشیدی نسل اول نسبت به نسل دوم بازده بهتری دارند؛ اگرچه در عمل ممکن است یک سلول با کیفیت از نسل اول به بازدهی 15 تا 20 درصد برسد، اما عنصر سیلیکون آمورف (که از جمله عناصر کاربردی در ساخت سلول های نسل دوم می باشد) برای به دست آوردن بازدهی بالاتر از 7 درصد، با چالش هایی دست و پنجه نرم کند. این در حالی است که بهترین سلول‌های ساخته شده از کادمیوم تلورید (Cd -Te) با فیلم نازک فقط حدود 11 درصد بازدهی دارد. سلول‌های ساخته شده از دی‌سلنید گالیوم ایندیم مس (CIGS) نیز بهتر از این نیستند و بازدهی آنها از 7 تا 12 درصد است. در واقع، میزان بهره وری و راندمان پایین تر در سلول های نسل دوم، یکی از دلایل اصلی که با در نظر گرفتن مزیت‌های عملی آن ها، تاکنون تأثیر نسبتاً کمی بر بازار انرژی خورشیدی داشته‌اند و مورد استقبال کافی قرار نگرفته اند.
در جدید ترین نسل از سلول خورشیدی سعی بر آن شده است تا ویژگی‌های برتر نسل اول و دوم باهم در اختیار باشد بگونه ای که مانند نسل اول دارای بازده نسبتاً بالا (30 درصد یا بیشتر) و مشابه نسل دوم، از موادی هم خانواده سیلیکون (مانند سیلیکون آمورف، پلیمرهای آلی و بلورهای پروسکایت و دیگر مواد که دارای پیوند از مواد نیمه‌هادی مختلف هستند و از چند لایه ساخته شده‌اند، در تولید استفاده شود. قابل انتظار است که سلول‌های نسل سوم نسبت به نسل اول یا نسل دوم، ارزان‌تر، کارآمدتر و کاربردی‌تر باشند
فتوسنتز همچنین مسئول تمام سوخت های فسیلی روی زمین است. دانشمندان تخمین می زنند که حدود 3 میلیارد سال پیش، اولین اتوتروف ها در محیط های آبی تکامل یافتند. نور خورشید به زندگی گیاهان اجازه رشد و تکامل را داد. پس از مرگ اتوتروف ها، تجزیه شده و به عمق زمین منتقل می شوند، گاهی اوقات هزاران متر. این روند برای میلیون ها سال ادامه یافت. تحت فشار شدید و دمای بالا، این بقایا به چیزی تبدیل شدند که ما به عنوان سوخت های فسیلی می شناسیم. میکروارگانیسم ها به نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ تبدیل شدند. مردم فرآیندهایی را برای استخراج این سوخت های فسیلی و استفاده از آنها برای انرژی ایجاد کرده اند. با این حال، سوخت های فسیلی یک منبع تجدید ناپذیر هستند. میلیون ها سال طول می کشد تا شکل بگیرند.
{{ ص }}
برخی صاحب نظران، پنل های خورشیدی نوع فیلم نازک یا تین فیلم (Thin Film) را نسل دوم پنل های خورشیدی می دانند که قابلیت انعطاف پذیری خوبی دارند، به راحتی جا به جا می شوند و دارای بالا ترین بازده ممکن جهت تولید برق از انرژی خورشید می باشند.از جمله معایب پنل خورشیدی فیلم نازک یا تین فیلم (Thin Film) می توان به هزینه بالای تولید و در دسترس نبودن تکنولوژی و دانش تخصصی ساخت این پنل ها اشاره نمود که منجر انحصاری بودن شده و از میزان استقبال در بازار آن کاسته شود. کشور ایران نیز با همین مسئله همراه است و متاسفانه نسبت به سایر نوع های پنل خورشید، جایگاه ویژه ای که باید داشته باشد را ندارد؛ با این وجود، امید است با افزایش روز افزون تکنلوژی روزی شاهد ساخت پنل های خورشیدی فیلم نازک یا تین فیلم (Thin Film) توسط دانشمندان و صنعتگران متخصص کشور عزیزمان ایران باشیم.
{{ ف }}
تقریباً تمام حیات روی زمین به طور مستقیم یا غیرمستقیم برای غذا به انرژی خورشیدی متکی است. تولیدکنندگان بطور مستقیم به انرژی خورشیدی متکی هستند. آنها نور خورشید را جذب کرده و از طریق فرآیندی به نام فتوسنتز آن را به مواد مغذی تبدیل می کنند. تولیدکنندگان که اتوتروف (Autotrophs) نیز نامیده می شوند، شامل گیاهان، جلبک ها، باکتری ها و قارچ ها بوده و پایه و اساس شبکه غذایی هستند. مصرف کنندگان برای مواد مغذی به تولیدکنندگان متکی هستند. علفخواران، گوشتخواران، همه چیز خواران و جانوران خوار به طور غیرمستقیم به انرژی خورشیدی متکی هستند. گیاهخواران گیاهان و سایر تولیدکنندگان را می خورند. گوشتخواران و همه چیزخواران هم تولیدکنندگان و هم گیاهخواران را می خورند. آفت خواران با مصرف مواد گیاهی و جانوری آن را تجزیه می کنند. فتوولتائیک نوعی فناوری خورشیدی فعال است که در سال 1839 توسط الکساندر دموند بکرل فیزیکدان 19 ساله فرانسوی کشف شد. بکرل کشف کرد که وقتی کلرید نقره را در محلول اسیدی قرار داد و آن را در معرض نور خورشید قرار داد، الکترودهای پلاتین متصل به آن جریان الکتریکی تولید می کنند. این فرآیند تولید برق مستقیماً از تابش خورشیدی، اثر فتوولتائیک یا فتوولتائیک نامیده می شود. امروزه، فتوولتائیک احتمالاً آشناترین راه برای مهار انرژی خورشیدی است. آرایه های فتوولتائیک (Photovoltaic arrays) معمولاً شامل پانل های خورشیدی، مجموعه ای از ده ها یا حتی صدها سلول خورشیدی است. هر سلول خورشیدی حاوی یک نیمه رسانا می باشد که معمولاً از سیلیکون ساخته شده است. هنگامی که نیمه هادی نور خورشید را جذب می کند، الکترون ها را آزاد می کند. یک میدان الکتریکی این الکترون های آزاد را به جریان الکتریکی هدایت می کند که در یک جهت در جریان است. کنتاکت های فلزی (Metal contacts) در بالا و پایین یک سلول خورشیدی، جریان را به یک جسم خارجی هدایت می کنند. جسم خارجی می تواند به کوچکی یک ماشین حساب با انرژی خورشیدی یا به بزرگی یک ایستگاه برق باشد. فتوولتائیک برای اولین بار بطور گسترده در فضاپیماها استفاده شد. بسیاری از ماهواره ها، از جمله ایستگاه فضایی بین المللی، دارای بال های بازتابنده (reflective wings) گسترده از صفحات خورشیدی هستند. آنها دارای دو بال آرایه خورشیدی (solar array wings) است که هر کدام از حدود 33000 سلول خورشیدی استفاده می کنند. این سلول های فتوولتائیک تمام الکتریسیته را به ایستگاه فضایی بین المللی تأمین می کنند و به فضانوردان اجازه می دهند ایستگاه را راه اندازی کنند، ماه ها بطور ایمن در فضا زندگی کنند و آزمایش های علمی و مهندسی را انجام دهند. نیروگاه های فتوولتائیک در سراسر جهان ساخته شده اند. بزرگترین ایستگاه ها در ایالات متحده، هند و چین هستند. این نیروگاه ها صدها مگاوات برق تولید می کنند که برای تامین خانه ها، مشاغل، مدارس و بیمارستان ها استفاده می شود. فناوری فتوولتائیک را می توان در مقیاس کوچکتر نیز نصب کرد. پنل ها و سلول های خورشیدی را می توان بر روی سقف یا دیوارهای بیرونی ساختمان ها نصب کرد و برق سازه را تامین کرد. آنها را می توان در کنار جاده ها تا بزرگراه های روشن قرار داد. سلول های خورشیدی به اندازه ای کوچک هستند که حتی دستگاه های کوچک تری مانند ماشین حساب، پارکومتر، متراکم کننده زباله و پمپ های آب را تامین کنند.
برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی (Solar Cell) تعبیه شده در پنل های خورشیدی (Solar Panel) تولید می گردد. یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک (Photo Voltaic Phenomena) نامیده می شود، استفاده می کند؛ این پدیده نشان می دهد مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند که به واسطه سلول‌های خورشیدی (یا مواد فوتوولتاییک) انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌نماید. در حال حاضر، فتوولتائیک، یکی از پشرو ترین عصرهای فناوری در عرصه برق می باشد که رشد قابل توجهی را در بین تکنولوژی های انرژی تجدیدپذیر دارد. سیستم های خورشیدی فتوولتائیک، می تواند در مقیاس های مختلف مانند مقیاس تجاری و یا در مقیاس کوچکتر و مصارف شخصی استفاده شود به گونه ای که در مقایس کوچک، برای کاربردهایی که دسترسی به خطوط انتقال برق وجود ندارد و یا دشوار است، ایده بسیار مناسبی و پایداری است. این مسئله در حالی است که در کشورهای در حال توسعه با تابش مناسب خورشید، یک طرح بسیار ایده آل به حساب می آید.
سایه انداختن روی یک پنل خاص و اتلاف انرژی برق ناشی از آن مشکل فناوری های فوتوولتائیک است. همانطور که مشاهده می شود، اگر پدیده سایه (Shadow Effect) 20 تا 30 درصد سطح پنل را پوشش دهد، می تواند توان خروجی یک آن را تا 40 درصد کاهش دهد! که برای سرمایه گذار و یا مصرف کننده عادی هم موجب از دست رفتن سرمایه و کاهش میزان صرفه جویی در انرژی شود. هر چند که مسئله، مشابه افتادن سایه بر روی چندین پانل نیست. حل این مشکل به چیزی مانند میکرواینورتر (Micro Inverter) نیاز دارد. دیودهای بای پس (Bypass Diode) به مسئله بازده یا اتلاف توان ناشی از سایه زدن روی یک سلول کمک می کند که در فناوری نیمه سلولی (Half Cell) فراهم شده است. فناوری نیمه سلولی، بر این اصل استوار است که سلول های فوتوولتائیک، مقاومت کمتری در برابر جریان الکترون ها در مدار دارند؛ (به عنوان مثال، یک ماژول معمولی 60 سلولی دارای 120 نیم سلول – هر یک به دو قسمت تقسیم شده – با تنها نیمی از مقاومت خواهد بود). این مسئله موجب می شود تا در کل، مقاومت کمتر در برابر جریان الکتریکی بوجود بیاید و نهایتا بازده را تا حدود 2-3٪ افزایش یابد. از زمانی که استفاده از انرژی خورشیدی به یک گزینه انرژی تجدیدپذیر قابل دوام و پایدار تبدیل شد، جستجو برای راه‌هایی برای افزایش راندمان و توان خروجی آرایه‌های فوتوولتائیک ضمن توجه به روند کاهش هزینه‌ها (هم در زمینه تولید و هم در زمینه قیمت تمام شده)، ادامه دارد. با تشدید بحران آب و هوایی اقلیمی، بررسی فناوری‌هایی که بر محیط زیست تأثیر منفی نمی‌گذارند نیز در اولویت قرار گرفته است. بنابراین، کشف طیف گسترده‌ای از کاربردهای فتوولتائیک که امروزه وارد بازار می‌شوند، قابل انتظار است. در ادامه چند مورد از پیشرفت های فناوری های انرژی خورشیدی ارائه می شود که برای کابردهای خانگی و غیر صنعتی می تواند، به تنهایی یا در ترکیب با سایر پیشرفت های خورشیدی تهیه گردد که استفاده از آنها در بهره برداری از انرژی تابشی برای تولید برق مصرفی، نوید زیادی دارد.
همانطور که فناوری لایه نازک در دهه 80 توسعه یافت، PERC یک فناوری الحاقی است که هدف آن بهبود کارایی در سلول‌های خورشیدی نسل اول است. در این فناوری، دو لایه در پشت سلول سیلیکونی کریستالی در نظر گرفته می شودکه میزان حرکت الکترون ها را در سلول افزایش می دهند. تاثیر فناوری PERC افزایش 1% کارایی می باشد که در حالت متوسط قرار دارد. البته باید اشاره کرد که، سلول‌های خورشیدی با فناوری PERC در معرض تخریب ناشی از نور و دمای بالا هستند که با گذشت زمان موجب می شود تا کارایی آنها کاهش می‌دهد. یک مطالعه نشان داد که در طولانی مدت، کاهش 20٪ کارایی را می توان در 2-3 سال در سلول های خورشیدی با PERC را شاهد بود. همواره اشاره شده است که، در زمان خرید پنل های خورشیدی ضمانت نامه خود را بررسی کنید تا ببینید آیا ضمانت شامل افت کارایی و به موجب آن، کاهش میزان انرژی برق تولید شده هم می شود یا خیر.
تلاش برای افزایش کارایی و توان خروجی سلول های فوتوولتائیک، برند Sanyo (که بعداً Panasonic نام گرفت) فناوری های HJT را در دهه 1980 توسعه داد. در سال 2010 که حق امتیاز آن منقضی شد، بسیاری از شرکت های تحقیقات خورشیدی، فناوری HJT را برای بهبود کارایی پانل های تولیدی خود بکار گرفتند تا از مزایای این فناوری هم در پیشرفت محصولات خود استفاده کنند. بسیاری از پنل های با کارایی و راندمان بالا در بازار امروز، مانند سری Alpha از گروه تولیدی REC، از این فناوری استفاده می کنند.
در فناوری HJT، یک لایه نازک آمورف-Si، (a-SI)، – بدون ساختار کریستالی منظم – در هر دو طرف یک ویفر (Wafer) مونو کریستال سیلیکونی (Mono-Si) یا پلی کریستال سیلیکونی (Poly-Si) اضافه می شود. این لایه های اضافی از مواد فوتوولتائیک می توانند انرژی پرتوی های خورشیدی ای که ویفر سیلیکونی جذب نکرده، دریافت کنند. بنابراین، انرژی خورشیدی بیشتری دریافت شده و می توان به میزان برق بیشتری در اختیار داشت.در عمل، تولید لایه های نازک (Thin Layout) آسان است و نسبت به سلول های خورشیدی نسل اول هزینه کمتری دارد. البته به خودی خود، آنها بسیار کارآمد نیستند و در حدود 12٪ بالاتر هستند. اما هنگامی که آنها در فناوری HJT استفاده شوند، بازده کلی پنل فوتوولتائیک به بیش از 21٪ افزایش می یابد که با بهترین پنل های خورشیدی موجود در بازار امروز قابل مقایسه است. خوشبختانه، فناوری HJT به مراحل تولید کمتری نسبت به سایر فناوری‌های مورد استفاده برای افزایش کارایی نیاز دارد و بنابراین از نظر اقتصاد مهندسی، هزینه تولیدی ارزان‌تری نسبت به بسیاری از فناوری‌ها از جمله PERC دارد. طبق تجربه می توان اشاره کرد که پانل های کریستال سیلیکونی (Si) در گرمای زیاد عملکرد خوبی ندارند، این در حالی است که سیلیکون آمورف (Amorphous-Si) در دمای بالا نیز بخوبی عملکرد خود را حفظ می کند. این مسئله موجب شده تا در فناوری HJY به عامل اصلی برای افزایش کارایی تبدیل شود. با این وجود، کماکان فناوری PERC بر اثر تاثیرات نور و گرما دچار کاهش راندمان و تخریب می شود.
رایج ترین نمونه BIPV، ** خورشیدی (Solar Shingles) است که برای اولین بار در سال 2005 به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت که هر یک به راحتی می توانند انرژی برقی در حدود 60 وات تولید کرده و حتی در برخی از برندها، تا 100 وات هم بدست می آید.
فناوری CPV با استفاده از کلکتورهای نوری (Optical Collectors) (مانند لنزها و آینه ها)، نور خورشید را بر روی یک سلول فتوولتائیک کوچک متمرکز می کند. با توجه به مسئله که اصالتا سلول خورشیدی برای کاربردهای فضایی یا نظامی طراحی و برای تحمل گرمای زیاد در نظر گرفته شده است، می توان برای بالاترین راندمان (تاکنون حدود 30 درصد در شرایط محیطی و اما تا 43 درصد در شرایط آزمایشگاه)، از سلول های خورشیدی چند اتصالی (Multi-Junction) استفاده شود. برای اینکه این سیستم در وضعیت بیشترین میزان تابش مستقیم کار کند، به یک دستگاه ردیاب خورشیدی دو محوره (Double-Axis Solar Tracking) با خنک کننده فعال (Active Cooling) برای جلوگیری از آسیب حرارتی (Thermal Damage) نیاز است. باید توجه داشت که پرتوهای نور ورودی باید همیشه در حالت عمود بر عدسی تابیده شود.فناوری CPV علیرغم کارایی باورنکردنی که دارد، به دلایل زیادی برای مصارف مسکونی بسیار محبوب نیست؛ به عنوان مثال، هزینه نصب حدود 2.5 تا 4 برابر بیشتر از پنل های سیلیکونی سنتی است، فقط در روزهای روشن و آفتابی به خوبی کار می کند، ردیاب ها به فضای زیادی نیاز دارند و هزینه های نگهداری نیز بالاست.
{{ م }}
در طول یک روز، انرژی خورشیدی بخشی از فرآیند همرفت حرارتی (thermal convection) یا انتقال گرما (movement of heat) از یک فضای گرمتر به یک فضای سردتر است. هنگامی که خورشید طلوع می کند، شروع به گرم کردن اجسام و مواد روی زمین می کند. این مواد در طول روز گرمای تابش خورشید را جذب می کنند. در شب، زمانی که خورشید غروب می کند و اتمسفر سرد می شود، مواد گرمای خود را دوباره به جو باز می گرداند. تکنیک های انرژی خورشیدی غیرفعال (Passive solar energy) از این فرآیند گرمایش و سرمایش طبیعی بهره می برند. خانه ها و دیگر ساختمان ها از انرژی خورشیدی غیرفعال برای توزیع موثر و ارزان گرما استفاده می کنند. محاسبه جرم حرارتی (thermal mass) ساختمان نمونه ای از این است. جرم حرارتی ساختمان حجم عمده موادی است که در طول روز گرم می شود. نمونه هایی از جرم حرارتی ساختمان عبارتند از چوب، فلز، بتن، خشت، سنگ یا گل. در شب، جرم حرارتی گرمای خود را به اتاق باز می گرداند. سیستم های تهویه مؤثر (Effective ventilation systems) که شامل راهروها، پنجره ها و کانال های هوا می شود، هوای گرم شده را توزیع می کنند و دمای متوسط و ثابت داخل خانه را حفظ می کنند. فناوری خورشیدی غیرفعال اغلب در طراحی ساختمان دخیل است (به عنوان مثال، در مرحله برنامه ریزی ساخت و ساز، مهندس یا معمار ممکن است ساختمان را با مسیر روزانه خورشید برای دریافت مقادیر مطلوب نور خورشید هماهنگ کند). این روش عرض جغرافیایی، ارتفاع و پوشش ابر معمولی یک منطقه خاص را در نظر می گیرد. علاوه بر این، ساختمان ها را می توان برای داشتن عایق حرارتی (thermal insulation)، جرم حرارتی (thermal mass) یا سایه زنی اضافی (extra shading) ساخته یا بهسازی کرد. از دیگر نمونه های معماری غیرفعال خورشیدی می توان به سقف های خنک (cool roofs)، موانع تابشی (radiant barriers) و بام های سبز (green roofs) اشاره کرد. سقف های خنک به رنگ سفید رنگ می شوند و به جای جذب تابش خورشید، آن را منعکس می کنند. سطح سفید میزان گرمایی را که به داخل ساختمان می رسد کاهش می دهد که به نوبه خود میزان انرژی مورد نیاز برای خنک سازی ساختمان را کاهش می دهد. موانع تابشی مشابه بام های خنک کار می کنند. آنها عایق را با مواد بسیار بازتابنده مانند فویل آلومینیومی فراهم می کنند. فویل به جای جذب، گرما را منعکس می کند و می تواند هزینه های خنک کننده را تا 10٪ کاهش دهد. علاوه بر سقف و اتاق زیر شیروانی، موانع تابشی نیز ممکن است در زیر طبقات نصب شوند. بام های سبز سقف هایی هستند که کاملاً پوشیده از پوشش گیاهی هستند. آنها به خاک و آبیاری برای حمایت از گیاهان و یک لایه ضد آب در زیر نیاز دارند. بام های سبز نه تنها مقدار گرمای جذب شده یا از دست رفته را کاهش می دهند، بلکه پوشش گیاهی را نیز فراهم می کنند. از طریق فتوسنتز، گیاهان روی بام های سبز دی اکسید کربن را جذب کرده و اکسیژن منتشر می کنند. آنها آلاینده ها را از آب باران و هوا فیلتر می کنند و برخی از اثرات مصرف انرژی در آن فضا را خنثی می کنند. بام های سبز برای قرن ها در اسکاندیناوی یک سنت بوده و اخیراً در استرالیا، اروپای غربی، کانادا و ایالات متحده رایج شده است. برای مثال، شرکت فورد موتور 42000 متر مربع (450000 فوت مربع) از سقف کارخانه مونتاژ خود در دیربورن، میشیگان را با پوشش گیاهی پوشانده است. سقف ها علاوه بر کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، با جذب چندین سانتی متر بارندگی، رواناب آب طوفان را کاهش می دهند. بام های سبز و بام های خنک نیز می توانند اثر جزیره گرمایی شهری (urban heat island) را خنثی کنند. در شهرهای شلوغ، دما می تواند بطور مداوم بالاتر از مناطق اطراف باشد. عوامل زیادی در این امر نقش دارند: شهرها از مصالحی مانند آسفالت و بتن ساخته شده اند که گرما را جذب می کنند. ساختمان های بلند مانع باد و اثرات خنک کننده آن می شوند. و مقادیر زیادی گرمای زباله توسط صنعت، ترافیک و جمعیت زیاد تولید می شود. استفاده از فضای موجود روی پشت بام برای کاشت درختان، یا انعکاس گرما با سقف های سفید، می تواند تا حدی افزایش دمای محلی را در مناطق شهری کاهش دهد.
منابعی مانند سوخت های فسیلی از جمله نفت، گاز، زغال سنگ و … هستند. این منابع طی صدها میلیون سال و بر اثر فسیل و تدفین گیاهان و موجودات و در ادامه با فشار و گرمای درونی زمین فشرده شده‌اند، نتیجه شده اند. طبق ارقام و آمار رسمی، منابع محدود، حدوداً 80 تا 90 درصد از انرژی جهان را تأمین می‌کنند.
این منابع، همانطور که از عنوان شان پیداست، منابعی هستند که از سرچشمه های دائمی، در دسترس قرار می گیرند، به نحوی که ممکن است در برحه ای از زمان، از شدت و یا میزان آنها کاسته شود اما در یک چرخه جاویدان و نسبتا پایدار قرار دارند. از جمله این منابع می توان به انرژی حاصل از جریان عبور باد، امواج اقیانوس، انرژی خورشیدی، زیست‌توده (گیاهانی که به ویژه برای انرژی پرورش می‌یابند) و دیگر منابع را اشاره کرد. طبق اطلاعات در دسترس، منابع نامحدود (تجدید پذیر) در حال حاضر حدود 10 تا 20 درصد از انرژی جهان را تأمین می‌کنند.
میکرو اینورتر ها در صنایع خورشیدی مدرن هستند. آنها کوچک ، اندازه جمع و جور و قابل حمل با عملکرد بسیار زیادی هستند. آنها شامل تمام ویژگی های اینورترهای مرکزی هستند. میکرو اینورترها نسبت به نسل های رایج و قدیمی تر، چندین مزیت دارند. مزیت اصلی آنها این است که پنل‌ها را به صورت الکتریکی از هم ایزوله و مجزا می‌کنند؛ بنابراین وجود مقدار کمی سایه، گرد و خاک یا برف روی هر ماژول خورشیدی، یا حتی خرابی کامل آن، خروجی کل آرایه را یکباره و بدون تناسب کاهش نمی‌دهد. یکی دیگر از مزایای میکرو اینورتر برطرف کردن مشکلات اتلاف انرژی در مسیر انتقال انرژی از پنل تا اینورتر مرکزی می باشد. میکرو اینورتر هیچ نقطه شکستی ندارد که این مسئله در یک سیستم بزرگ با پنل های مختلف، بسیار حائز اهمیت می باشد؛ این به این معنی است که بر خلاف سیستم های اینورتر رشته ای، اگر یک پنل یا اینورتر کوچک دارای یک خطای جدی باشد، در بقیه سیستم تأثیری نخواهد داشت. عیب اساسی میکرو اینورتر این است که نسبت به توان معادل یک اینورتر مرکزی، هزینه اولیه تجهیزات بالاتری دارد؛ دلیل این امر این است که هر اینورتر باید در همسایگی پنل نصب شود (معمولاً در سقف) که این امر نگهداری آنها را سخت‌تر کرده و جابجایی و برداشتن آنها را پرهزینه تر می‌کند. یک میکرو اینورتر اغلب طول عمر بیشتری نسبت به اینورتر مرکزی دارد که نیاز به جایگزینی آن در طی طول عمر پنل های خورشیدی وجود دارد؛ بنابراین عیب مالی در ابتدا، ممکن است در طول عمر بیشتر تبدیل به یک مزیت شود.
{{ ن }}
انرژی برق آبی، انرژی است که از جریان آب بدست می آید. بیش از ۲۰۰۰ هزار سال پیش، در یونان باستان، از این انرژی برای به حرکت درآوردن چرخ های بزرگ به منظور آسیاب کردن استفاده می شد. امروزه این روش یکی از ارزان قیمت ترین روش های تولید برق است و اغلب در صورت وجود امکان اجرای آن، به سایر روش های دیگر ترجیح داده می شود. در این روش، از آب برای به چرخش درآوردن توربین استفاده می شود. نیروگاه های برق آبی در دو نوع با سد و بدون آن وجود دارند. سد های برق آبی با یک مخزن بزرگ می توانند آب را برای مدت طولانی ذخیره کنند تا در صورت نیاز و در پیک مصرف برای تولید برق استفاده شود. در واقع می توان مخازن این سد ها را یک باتری بزرگ در نظر گرفت که انرژی را در خود ذخیره کرده اند. در نوع بدون سد و مخزن ذخیره، الکتریسیته در یک مقیاس کوچکتر و عموما با استفاده از تجهیزاتی که برای بهره برداری در رودخانه ها، بدون دخالت در جریان آب طراحی می شوند تولید می گردد. به همین دلیل است که اکثر افراد، این روش را نسبت به روش استفاده از سد، گزینه سازگارتری با محیط زیست می دانند.
در نیروگاه های خورشیدی متمرکز (Concentrated solar power)، با متمرکز کردن (concentrating, or focusing) يا بکمک كلكتورهای خورشیدی (sunlight collectors)، پرتوهای تابیده شده دريافتي در يك ناحيه وسيع را بر روي يك گيرنده كوچك سياه شده (small blackened receiver)، منعکس و گردآوری می شود و که شدت نور (light’s intensity) بطور قابل توجهي افزايش مي یابد و میزان گرما و دماهاي بالا نیز در دسترس است. آرایه هایی (arrays) از آینه ها یا عدسی هایی که به دقت تراز شده اند (carefully aligned mirrors or lenses) می توانند نور خورشید را به اندازه کافی متمرکز کنند تا هدف را تا دمای 2000 درجه سانتی گراد (3600 درجه فارنهایت) یا بیشتر گرم کنند. سپس از این گرما می توان برای راه اندازی دیگ بخار استفاده کرد که به نوبه خود بخار برای نیروگاه ژنراتور الکتریکی توربین بخار تولید می کند. برای تولید مستقیم بخار، آینه های متحرک (movable mirrors) را می توان به گونه ای چیدمان کرد که مقادیر زیادی از تابش خورشید را بر روی لوله های سیاه شده (blackened pipes) متمرکز کند که آب از طریق آن به گردش در می آید و در نتیجه گرم می شود.
در این روش پرتوی خورشید بکمک آیینه های مخصوص (و محدب) به تقطه خاصی متمرکز می شود. انرژی همراه با پرتوی خورشید، یک سیال را گرم کرده و با ایجاد بخار، موجب به چرخیدن توربین و در نهایت تولید انرژی برق می گردد. از این روش برای تولید برق در نیروگاه ها با مقیاس بزرگ استفاده می شود که از جمله کشورهای پیش رو در این زمینه می توان به ایالات متحده امریکا، جمهوری خلق چین، هند اشاره کرد (بعنوان نمونه، تأسیسات انرژی خورشیدی ایوانپا (۳۹۲ مگاوات) در ایالات متحده (فناوری برج های خورشیدی) و پروژه خورشیدی Mojave (354 مگاوات) در ایالات متحده (چاه های پارابولیکی)).
آکادمی انرژی های تجدید پذیر ایران
برای یک متخصص همیشه کار هست...
صفحه اصلی دوره ها ارتباط با مجموعه
آدرس: تهران،منطقه نیاوران،محله کاشانک،انتهای خیابان صبوری،پارک نیلوفر،آکادمی انرژی های تجدید پذیر ایران
تلفن: 02188946217
