مشخصات این فایل
عنوان: تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی
فرمت فایل : word( قابل ویرایش)
تعداد صفحات: 155
این مقاله درمورد تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی می باشد .
خلاصه آنچه در مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی می خوانید :
طبقه بندی سیستم های خورشیدی
سیستم های خورشیدی، سیستم هایی هستند که به وسیله آنها انرژی خورشیدی در جهت براوردن نیازهای جوامع بشری به انرژی استفاده می شود.
1-1- سیستم های فتوبیولوژیکی
2-1- سیستم های شیمیایی
3-1- سیستم های فتوولتائیک
4-1- سیستم های حرارتی
سیستم های فتوبیولوژی
فرآیند فتوسنتز قدیمی ترین و گسترده ترین روش استفاده از انرژی خورشیدی است. گیاهان تشعشع خورشیدی را جذب کرده و به کمک آن گاز کربنیک و آب را به مواد قندی تبدیل می کنند. در روند این فعل و انفعالات گیاهان اکسیژن را آزاد و نیتروژن و مواد فسفری را که برای ادامه حیات آنها ضروری است جذب می کنند. نتیجه این فرآیند ذخیره سازی بیولوژیکی انرژی خورشیدی است. انرژی خورشیدی (ذخیره شده در گیاهان) از طریق سوزاندن چوب یا تهیه سوخت هایی از قبیل الکل و متان بازیابی می شود. امروزه تهیه سوخت از مواد گیاهی به علت بازدهی پایین آن به ندرت
می شود راندمان این فرآیند بین 25/0 درصد تا 5/0 بوده که به طور قابل ملاحظه ای از بازدهی اشکال دیگر استفاده از خورشید کمتر است حتی با وجود این بازدهی کم هزینه تولید انرژی از بعضی از گیاهان با هزینه تولید سوخت های فسیلی قابل مقایسه می باشند از سوی دیگر می توان از سلولز که نتیجه مستقیم فرایند فتوسنتز بوده و به مقدار زیادی در مواد مازاد کشاورزی و گیاهی موجود است به عنوان یک منبع انرژی زا برای تهیه مواد غذایی یا مواد شیمیایی مورد نیاز صنایع بهره گرفت.
سیستم های شیمیایی خورشیدی
سیستم های شیمیایی خورشیدی به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
الف) سیستم های فتو شیمیایی که در آن از تشعشع خورشید در فرآیندهای شیمیایی استفاده می شود.
ب) سیستم های هلیوترمیک که در آن از خورشید به عنوان منبع حرارت بهره
می گیرند. هر دو سیستم در سنتز که بدو انرژی حرارتی و نورانی نیاز دارند به کار رفته و در نتیجه این فرآیند سوخت تولید می شود.
سیستم های فتوولتائیک
روندی که انرژی خورشیدی را بدون بهره گیری از مکانیزم های متحرک به انرژی الکتریکی تبدیل کند پدیده فتوولتائیک نامیده می شود. عاملی که در آن فرآیند بکار
می رود سلول های خورشیدی نام دارد استفاده از این سلول ها حدود 43 سال پیش (از سال 1960) با به کار بردن آنها به عنوان مولد الکتریکی در زمینه های فضایی خورشیدی می تواند انرژی خورشیدی را با بازدهی معادل 5 تا 20 درصد مستقیماً به الکتریسیته تبدیل کند اما استفاده از آنها به علت بهای بسیار زیادشان جز در نقاط صعب العبور هنوز با صرفه نبوده.
عملکرد سلوا های خورشیدی
الکتریسیته یا ایجاد اختلاف فشار الکتریکی در نیمه هادی هایی که به طور مناسب ساخته شده اند تولید می شود. امروزه مؤثر ترین و ارزان ترین سلول های خورشیدی سلول خورشیدی سیلسیم می باشد. ماسه یکی از منابع مهم سیلسیم بوده و بعد از پالایش ان کریستال های سیلسیم بدست می آید. که پس از بریده شدن به صورت لایه در میآید. سیلسیم به طور خالص از نظر هدایت الکتریکی، هادی ضعیفی (نیمه هادی) است اما اگر هنگام پالایش فسفر به آن اضافه شود بار منفی (الکترون) و در صورتی که بور (Borne) به آن اضافه گردد بار مثبت (حفره) پیدا می کند. نوع اول را سیلسیم نوع N و شکل دوم را سیلسیم نوع P می نامند می دانیم که سیلسیم دارای چهار الکترون در مدار خارجی است هنگامی که تعداد اتم فسفر به داخل کریستال سیستم وارد کنیم با توجه به اینکه فسفر پنج الکترون در مدار خارجی خود دارد. چهار الکتررون مدار خارجی فسفر با چهار الکترون مدار خارجی سیستم یک مدار بوجود می آورند و بدین ترتیب یک الکترون به صورت آزاد باقی مانده و سیلسیم با بار منفی باردار شده و سیلسیم نوع N بوجود می آید. از سوی دیگر اگر بجای استفاده از اتم بور که دارای سه الکترون در مدار خارجی است استفاده شودحوزه هایی که مثل الکترون قابلیت حرکت دارند ایجاد شده و سیلسیم به طور مثبت باردار می شود. اگر یک طرف یک کریستال نوع P را از نوع N باردار کنیم اتصال P- N بوجود می آید. در طرف نوع P حفره های آزاد و اتم های بور با بار منفی و ساکن و در طرف نوع N الکترون ها آزاد و اتم های فسفر با بار مثبت (به علت از دست دادن یک الکترون) وجود دارد میدان ایجاد شده توسط اتم های باردار ساکن نمی شود زیرا حفره های طرف P نمی توانند جای خود را به حفره های طرف N بدهند چون درست Nحفره وجود ندارد. به همین ترتیب حرکت الکترون های طرف N نمی باشد. حال اگر یک فوتون (ذره ای از نور) به سطح گذر برخورد کند می تواند الکترون را از اتم سیلسیم جدا کرده و در نتیجه حفره به وجود می آورد.
حفره مزبور تحت تأثیر میدان به سمت ناحیه P و الکترون به سوی ناحیه N حرکت کرده و این دو حرکت متضاد و مخالف با بارهای گوناگون یک جریان الکتریکی بوجود می اورند انرژی الکتریکی ایجاد شده با سطح برخورد اشعه بر سطح گذر و قدرت تشعشع متناسب بوده و بازده ان حداکثر 20% می باشد. یک سلول فتوولتائیک معمولا به ضخامت 300 میکرون و از ضخامت دایره ای سیلسیم با قطر 3 تا 9 سانتی متر ساخته شده است. اتصالات در سطح بیرونی سلول که از یک شبکه فلزی پوشیده شده قرار دارد. پشت سلول با یک ورقه فلزی پوشیده شده است.
نوع دیگر از سلول های فتوولتائیک نیز وجود دارد که در آن به جای سیلسیم به عنوان عنصر پایه از کادمیم استفاده می شود. مساحت سطوح سلول جریان تأثیری بر ولتاژ آن نداشته و معمولاً حدود 5/0 ولت می باشد اما شدت جریان تابع مساحت سطح سلول و شدت تشعشع خورشید بوده و در شرایط ایده آل معادل 250 آمپر در هر متر مربع‌ای سطح سلول می باشد برای ایجاد یک ژنراتور، سلول ها به طور سری و یا موازی به یکدیگر متصل می شوند مثلا در صورت اتصال 24 عدد سلول خورشیدی به طور سری، ولتاژی معادل 12 ولت در درجه حرارت 25 درجه سانتی‌گراد ایجاد می شود. با ازدیاد درجه حرارت قدرت تولیدی سلول خورشیدی کاهش می یابد.
موارد استفاده:
از سلول فتوولتائیک به دلیل خواص آن در طرح های دراز مدت استفاده می شود.
سلول های فتوولتائیک پس از نصب به مراقبت و نگهداری نیاز ندارند. به همین علت در نقاطی مانند ایستگاه های رله امواج رادیو و تلویزیون و چراغ های راهنمایی دریایی و چراغهای راهنمایی هوایی که بازدید و مراقبت از سیستم مشکل است بکار می رود. به طور کلی در نقاطی که دور از شبکه انرژی بوده و به مقدار انرژی کم اما مستمر نیاز است بکارگیری سیستم های فتوولتائیک از نظر اقتصادی و فنی بسیار مناسب می باشد.
سیستم های حرارتی
در حال حاضر اقتصادی ترین سیستم هاف انرژی خورشیدی بشمار می آید این گروه سیستم ها را می توان به ترتیب زیر طبقه بندی کرد:
الف) سیستم های آبگرم
ب) سیستم های گرمایش و سرمایش
ج) سیستم های خشک کردن و پختن
د) سیستم های آب شیرین کن
ن) سیستم های پمپاژ
و) سیستم های تولید الکتریسیته
گردآورنده های خورشیدی تخت
عنصر اصلی گردآورنده های تخت خورشیدی یک ورق است که بوسیله تابش کلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خود را به یک سیال جذب کننده حرارت که در حال جریان استمنتقل می کند. این سیال معمولاً آب یا هوا است. رنگ ورق همیشه تیره است و ممکن است که دارای پوشش خاصی نیز باشد که ضریب جذب انرژی خورشیدی را به حداکثر برساند از ورق های لاستیکی، پلاستیکی و فلزی برای خروجی های با دمای بالا استفاده می شود. سیستم معمولاً دارای یک بخش ذخیره است تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممکن نماید. اگر سیال سیستم یک مایع باشد بخش ذخیره یک عایق دار است و اگر سیال سیستم هوا باشد از مقداری سنگ یا بتن استفاده می شود ه این راه حل جاگیر است ولی موادی که تغییر فاز
می دهند راه حل بهتری است. اما حتی با این مواد پیشرفته هنوز ذخیره کردن حرارت برای مدت های طولانی عملی نیست و در نتیجه بیشتر سیستم های حرارتی خورشیدی از سیستم های ثانویه ای که با انرژی فسیلی کار می کنند به عنوان مکمل سیستم استفاده می شود. شکل (1) شیماتیک یک سیستم استاندارد گرمایشی که سیال انتقال گرمای آن مایع می باشد را نشان می دهد در مدار گردآورنده این سیستم معمولاً از محلول آب و گلکول استفاده می گردد. برای انتقال گرما از تانک ذخیره به ساختمان از یک مبدل گرمایی آب- به- آب استفاده به عمل آمده است. یک گرمکن کمکی برای تهیه انرژی جهت تامین بار گرمایی فضا هنگامی که نتوان آن را تانک تامین نمود پیش بینی شده است.
شکل 1- طرح شماتیک یک سیستم استاندارد گرمایش خورشیدی با سیال مایع
بررسی اقتصادی سیستم های گرمایش خورشیدی
با توجه به تغییرات شرائط آب و هوایی در طول سال به کارگیری سیستم های گرما خورشیدی بهره می گیرند اقتصادی نخواهد بود و بهتر است که از یک انرژی کمکی مانند سوخت های فسیلی نیز در کنار این سیستم استفاده به عمل آید، یه این ترتیب سیستم قادر خواهد بود که در شرایط نا مساعد هوا و همچنین در مواقع غیر آفتابی به کار خود ادامه دهد. به عبارت دیگر سیستم خورشیدی در طول روز (ساعات آفتابی) عمل نموده و در مواقع غیر آفتابی انرژی فسیلی مورد ایتفاده قرار خواهد گرفت. در چنین سیستمی هزینه تولید انرژی و یا نسبت انرژی و هزینه مصرفی را به انرژی تولید شده کمتر از سیستم است که کل انرژی آن توسط خورشید تأمین گردد. هزینه هایی که برای ساخت و نگهداری یک سیستم گرما خورشیدی مورد نیاز می باشد را
می توان در موارد زیر خلاصه نمود:
1- هزینه ساخت و نصب تجهیزات
2- سوخت
3- تعمیرات و نگهداری
4- طراحی سیستم
تجهیزات سیستم خود شامل قسمت های مختلفی است مانند:
1- کلکتورها، سازه نگهدارنده
2- سیستم انتقال انرژی شامل پمپ ها، لوله ها و یا کانال ها
3- سیستم ذخیره انرژی
سرمایه گذاری:
تصمیم گیری بر روی سرمایه گذاری ها معمولاً بر پایه آینده نگری و میزان برگشتی است که آن سرمایه گذاری در آینده به بار خواهد آورد. آنالیز اقتصادی معمولاً بایستی بر اساس مقایسه اقتصادی آلترناتیوهای مختلفی باشد که در این میان جرایان های نقدی هر آلترناتیو می تواند به عنوان ضابطه ای به کار برد. اگر چه اقتصادی مهندسی سعی بر دلالت دادن پارامترهای کمی در مسئله دارد ولی این نکته را نبایستی از نظر دور داشت که ظوابط کیفی در بسیاری از حالات اهمیت کمی ها را تحت الشعاع قرار می دهد. مسائل اجتماعی، فرهنگی، محیط زیست که به عنوان پارامترهای پروژه تعریف می شوند. شاید اهمیت کمتری از میزان سرمایه گذاری و بازدهی کمی پروژه ها نداشته باشند. نوع معمولی و رایج سرمایه گذاری در واحدهای صنعتی الگویی از سرمایه گذاری در حال حاضر و هزینه یا درآمدهایی است که از نتیجه این سرمایه گذاری حاصل می گردد، می باشد. معمولاً هر سرمایه گذاری بعد از زمانی که به آن عنر اقتصادی می گویند مستهلک شده و له ارزشی می رسد که به آن ارزش اسقاطی گویند در بعضی از مواقع این ارزش صفر منظور می گردد. یعنی دستگاه و یا تجهیزات پس از طی عمر اقتصادی ارزش ندارد.
هزینه اولیه:
این مقدار برابر با هزینه های اولیه ای مثل هزینه کلکتورها، مخزن، لوله، هزینه نصب و سایر هزینه هایی که در ابتدا اتفاق می افتد می باشد.
الف) هزینه کلکتور:
کلکتورها یه دو دسته تقسیم می شوند. کلکتورهای آبی به علت وجود لوله های مسی جهت انتقال سیال هزینه بالاتری نسبت به کلکتورهای هوائی دارد. هزینه کلکتورهای آبی 000/300 ریال برای هر متر مکعب خواهد بود که در مورد کلکتورهای هوائی به دلیل نداشتن لوله های مسی و هزینه پرسنلی کمتر حدود 000/200 ریال می باشد.
ب) هزینه منبع ذخیره:
منبع ذخیره در اکثر کاخانجات ایران در ظرفیت های متفاوت ساخته می شود که هزینه آن برای هر لیتر حجم منبع حدود 600 ریال برآورد گردیده با توجه به اینکه هر متر مکعب کلکتور 75 لیتر ذخیره انرژی منظور گردیده لذا هزینه مخزن حدود 45000 ریال برای هر متر کلکتور خواهد بود.
ج) هزینه نصب و سازع کلکتورها:
این هزینه نیز بر حسب متر مربع کلکتور محاسبه شده است که برای نصب 20000 ریال برای سازه 5000 ریال برای هر متر مربع کلکتور در نظر گرفته شده است. جدول (2) لیست تجهیزات را بر حسب متر مربع کلکتور نشان می دهد.
جدول (2): هزینه تجهیزات سیستم گرمایش و آبگرم خورشیدی بر حسب متر مربع کلکتور
در این بررسی، مقایسه اقتصادی سیستم های گرمایش و آبگرم خورشیدی از نظر مصرف کننده و دیدگاه ملی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
الف) از نظر مصرف کننده:
در ابتدا استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت مصرفی خانوار در کنار سیستم خورشیدی بررسی مر گردد. قیمت هر متر مکعب از گاز طبیعی 18 ریال است. متوسط انرژی مورد نیاز برای تامین گرمایش و آبگرم مصرفی منازل (خانواده 5 نفر) در ایران
3 10×121 مگاژول در سال می باشد. ارزش حرارتی متوسط گاز طبیعی
3 mj/m 3/37 بوده و راندمان سوخت های گازی 60 درصد در نظر گرفته شده است که به این ترتیب مصرف سالیانه متوسط هر خانواده 5500 متر مکعب حاصل خواهد شد.
در صورتی که درصدی از انرژی مورد نیاز هر خانواده توسط انرژی خورشید تأمین می گردد. با توجه به راندمان سیستم های خورشیدی مساحت مورد نیاز بصورت فوق حاصل می شود.
که در رابطه فوق Q مقدار انرژی دریافتی، راندمان وI متوسط سالانه انرژی خورشیدی بر روی صفحه شیبدار در کشور می باشد و برای 34 نقطه از کشور مقدار متوسطس .yr 2 Mj/m 6700 بدست آمده است. هزینه اولیه سیستم های خورشیدی همانطور که ذکر شد شامل: هزینه کلکتور، منبع ذخیره، نصب، سازه و سایر هزینه هاست که هزینه تولید انبوه آن برای هز متر مربع کلکتور 300000 ریال پیش بینی می گردد. برای مقایسه اقتصادی دو سیستم سوخت فسیلی گازی و هیبرید (مشترک گازی و خورشیدی) از روش محاسبه ارزش فعلی هزینه ها استفاده شده است و حداقل نرخ جذب 15 و 20 درصد با عمر مفید 25 سال برای سیستم ها در نظر گرفته شده است. برای مقایسه اقتصادی سیستم های گرمایش و آبگرم از دید خاوار و در شرایط کلی می توان رابطه ای را بر اساس ارزش فعلی هزینه های سیستم خورشیدی و فسیلی ارائه نمود.
....
بخشی از فهرست مطالب مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی
فصل اول
انرژی تجدید پذیر چیست؟
فایده های کلیدی آن عبارتند از:
?- فایده های محیطی:
?- انرژی برای نسل های آینده ما:
?- شغل ها و اقتصاد:
انرژی نو:
جایگاه انرژی خورشیدی در تأمین الکتریسیته
ماژول های خورشیدی
باطری
شارژ کنترولر
برآورد هزینه تأمین الکتریسیته خورشیدی (فتوولتائیک)
طبقه بندی سیستم های خورشیدی
سیستم های فتوبیولوژی
سیستم های شیمیایی خورشیدی
سیستم های فتوولتائیک
عملکرد سلول های خورشیدی
سیستم های حرارتی
گردآورنده های خورشیدی تخت
بررسی اقتصادی سیستم های گرمایش خورشیدی
سرمایه گذاری:
هزینه اولیه:
سیاست توسعه سیستم های گرما خورشیدی
کمک های اقتصادی:
تحقیق، توسعه و نمایش کارکرد سیستم ها:
فنی:
اقتصادی:
آموزش/ اجتماعی – فرهنگی:
فصل دوم
موقعیت فعلی و آینده انرژی طبیعی
?- علوم نجومی:
?- علوم محیطی:
?- علوم شیمیایی:
فصل سوم:
ثابت خورشیدی
مدل خورشیدی:
ترکیب طیفی ثابت خورشیدی:
فصل چهارم:
سیستم های حرارتی خورشید
سمت گیری رشته پانل ها:
اندازه رشته پانل ها:
رشته های سری و موازی:
تلفات لوله:
مبدل های حرارتی:
ذخیره سازی:
سرد کننده های تابشی:
فصل پنجم:
آفتاب گیری در سطح زمین
یک مدل جوی:
جذب و پراکندگی تابش خورشیدی توسط اجزای سازنده جو:
تابش مستقیم خورشید:
شار پخشی:
معادلات تقریبی برای شار خورشیدی کل:
اندازه گیری آفتاب گیری در سطح زمین:
شار حرارتی جو:
فصل ششم:
تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به کار – دستگاه های فتوولتایی
نیمه هادیهای ذاتی ( خالص) :
نیمه هادیهای غیر ذاتی ( نا خالص شده ):
پیوند p-n :
دستگاههای فتوولتایی پیوندی :
پاسخ دهی طیفی جریان فوتونی:
ساخت وسایل فتوو لتایی سیلسیومی :
برآورد هزینه تولید برق:
نتیجه گیری :
دانلود مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی
