انرژی خورشیدی و چگونه حاصل شدن آن
خورشید به عنوان یک منبع انرژی تجدید پذیر ، پاک و مقرون به صرفه برای تولید انرژی شناخته می شود .خورشید یه عنوان یک راکتور هسته ای طبیعی ، بسته های انرژی که فوتون نامیده می شوند را آزاد می کند و فوتون ها در مدت زمان ۸٫۵ دقیقه فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید تا زمین را طی می کنند .جالب توجه هست که این ذرات برای تولید انرژی خورشیدی سالانه و برآورده ساختن نیاز های انرژی جهان کافی هستند .توان فتوولتائیک فعلی تنها پنج دهم از انرژی مصرفی ایالات متحده را تشکیل می دهد.اما فناوری خورشیدی در حال پیشرفت است و هزینه های پیاده سازی این نوع انرژی هم با سرعت چشمگیری در حال کاهش است .متداول ترین نوع انرژی خورشیدی ، انرژی فتوولتائیک است .سیستم فتوولتائیک خورشیدی یک سیستم الکتریکی است که از پنل های خورشیدی، معکوس کننده و چند جزء دیگر تشکیل شده است.
سلول های خورشیدی : عملکرد و انواع
مؤلفه اصلی پنل های خورشیدی ، سلول های خورشیدی است. گاهی به آنها سلول های فتوولتائیک نیز گفته می شود. این سلول ها با جذب نور خورشید ، برق تولید می کنند .سلول های خورشیدی از مواد نیمه رسانا ساخته شده اند که متداول ترین نوع آن کریستالین سیلیکون است. دو نوع کریستالین سیلیکون وجود دارد ، اما نوع مونو کریستالین سیلیکون کاربرد بیشتری دارد : این نوع سلول دارای یک ساختار مربعی است و خاصیت سیلیکونی بالای آن قوی تر (و البته گران تر ) از دیگر مصالح پنل خورشیدی است .نوع دیگر کریستالین سلیکون ، پلی کریستالین ، نمونه ارزانتر با کارایی و تاثیر کمتر است. از این نوع در فضاهای بزرگ ( برای مثال مزرعه خورشیدی ؛ مناطق غیر مسکونی ) استفاده می شود .
نسل دوم سلول‌های خورشیدی، سلول‌های نواری (Thin film) هستند که از سیلیکون آمورفوس یا مواد غیر سیلیکونی مثل کادمیوم تلورید تشکیل شده اند .سلول های خورشیدی تین فیلم از لایه های مواد نیمه رسانا با ضخامت تنها چند میلی متر استفاده می کنند . این سلول ها به دلیل انعطاف پذیری بالا می توانند برای پوشش های سقفی ، ساخت نما یا لعاب شیشه ای نورگیر ها یه کار روند .
نسل سوم سلول های خورشیدی علاوه بر سیلیکون از انواع مواد جدید از جمله مرکب های خورشیدی و با استفاده از فناوری های معمولی پرینت ، رنگ های خورشیدی و پلاستیک های رسانا ساخته می شوند .
نحوه و روش های ذخیره سازی سلول های خورشیدی
پتانسیل انرژی خورشید مصرفی انسان بر اساس معیار هایی مثل شرایط جغرافیایی، تغییرات زمانی ، پوشش ابری و زمین متغیر است . شرایط جغرافیایی می تواند بر پتانسیل انرژی خورشیدی تاثیر بگذارد ، زیرا نواحی نزدیک تر به استوا تشعشعات خورشیدی بیشتری را دریافت می کنند .تغییرات زمانی هم بر پتانسیل انرژی خورشیدی هم تاثی می گذارد زیرا در طول شب پرتو های خورشیدی قابل جذب برای پنل های خورشیدی کمتر هستند . معیار مهم دیگر زمین مناسب است ، زمین باید بدون استفاده و برای نصب پنل های خورشیدی مناسب باشد .
پنل های خورشیدی (پی وی) ، برق جریان مستقیم (دی سی) را تولید می کنند . در برق دی سی الکترون ها از یک جهت دور مدار به جریان در می آیند . به عنوان یک مثال برای جریان دی سی می توان تقویت یک لامپ با یک باتری را اشاره کرد . الکترون ها از قطب منفی باتری حرکت کرده ، از لامپ عبور می کنند و دوباره به قطب مثبت بر می گردند .در جریان آی سی (جریان متناوب) الکترون ها در یک مسیر متناوب دچار نوسان می شوند ، این وضعیت مشابه سیلندر موتور ماشین است .
به دلیل ارزان بودن انتقال برق آی سی در مسافت های طولانی ، شبکه نیروی برق ایالات متحده از برق آی سی استفاده می کند . این در حالی است که پنل های خورشیدی برق دی سی تولید می کنند . حالا سوال اینجاست که چگونه می توان برق دی سی را یه شبکه آی سی منتقل کرد ؟
پاسخ ، استفاده از مبدل یا معکوس کننده است .
عملکرد مبدل یا معکوس کننده خورشیدی
مبدل خورشیدی ، برق دی سی را از پنل های خورشیدی دریافت کرده و آن را به برق آی سی تبدیل می کند. معکوس کننده ها مغز های سیستم به شمار می روند . مبدل ها علاوه بر تبدیل توان دی سی به آی سی ،وضعیت سیستم از جمله ولتاژ و جریان موجود در مدارهای آی سی و دی سی ، تولید انرژی و ردیابی حداکثر توان را هم نمایش داده و از خطا جلوگیری می کند . از ابتدای شکل گیری صنعت خورشیدی ، مبدل های مرکزی متداول ترین انواع مبدل بوده اند . ظهور مبدل های میکرو یکی از بزرگترین تحولات فناوری در صنعت فتوولتاییک بود . مبدل های میکرو عملکرد هر پنل را به صورت مستقل بهینه سازی می کنند و مانند مبدل های مرکزی بر کل سیستم تاثیر نمی گذارند .
به این صورت هر پنل خورشیدی حداکثر پتانسیل خود را ارائه می کند . از دیگر معایب مبدل مرکزی این بود که بروز مشکل روی یک پنل خورشیدی (برای مثال قرار گرفتن آن در سایه یا کثیف شدن آن) عملکرد کل مجموعه خورشیدی را مختل می‌ساخت .
مبدل های میکرو این مشکل را حل کردند . درصورتی‌که یک پنل خورشیدی مشکلی داشته باشد، بقیه‌ی مجموعه خورشیدی بدون هیچ مشکلی به کار خود ادامه می‌دهند .
نحوه عملکرد سیستم پنل خورشیدی
این مفهوم را با ذکر یک مثال توضیح دهیم .
در ابتدا ، نور خورشید به پنل خورشیدی بر روی سقف می تابد . پنل ها انرژی را به جریان دی سی تبدیل می کنند تا در معکوس کننده جریان پیدا کند . معکوس کننده برق دی سی را به آی سی تبدیل می کند ، در مرحله‌ی بعدی می‌توان از این برق برای تأمین نیروی یک خانه استفاده کرد. این انرژی ساده و پاک، مقرون‌به‌صرفه و بهینه است .
اما ساعاتی که شما در خانه نیستید چه اتفاقی می‌افتد؟ یا مثلا هنگام شب که سیستم خورشیدی، قادر به تولید برق نیست چه کار باید کرد ؟
جای هیچ نگرانی نیست، در این شرایط می‌توان از سیستم نت مترینگ استفاده کرد . این سیستم یک نوع خاص از سیستم معمولی PV مبتنی بر شبکه است که در ساعات اوج روز انرژی بیشتری را تولید می‌کند ، نابراین انرژی مازاد دوباره به شبکه بازمی‌گردد . مصرف‌کننده می‌تواند از انرژی اضافه در هنگام شب یا روزهای ابری استفاده کند .
