مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی

مقاله تولید انرژی تجدید پذیر خورشیدی در 163 صفحه ورد قابل ویرایش  

فهرست مطالب 

فصل اول   ۱
انرژی تجدید پذیر چیست؟   ۱
فایده های کلیدی آن عبارتند از:   ۴
۱- فایده های محیطی:   ۴
۲- انرژی برای نسل های آینده ما:   ۶
۳- شغل ها و اقتصاد:   ۸
انرژی نو:   ۱۱
جایگاه انرژی خورشیدی در تأمین الکتریسیته   ۱۱
ماژول های خورشیدی   ۱۶
باطری   ۱۷
شارژ کنترولر   ۱۷
برآورد هزینه تأمین الکتریسیته خورشیدی (فتوولتائیک)   ۱۸
طبقه بندی سیستم های خورشیدی   ۲۱
سیستم های فتوبیولوژی   ۲۱
سیستم های شیمیایی خورشیدی   ۲۲
سیستم های فتوولتائیک   ۲۲
عملکرد سلول های خورشیدی   ۲۳
سیستم های حرارتی   ۲۶
گردآورنده های خورشیدی تخت   ۲۶
بررسی اقتصادی سیستم های گرمایش خورشیدی   ۲۸
سرمایه گذاری:   ۲۹
هزینه اولیه:   ۳۰
سیاست توسعه سیستم های گرما خورشیدی   ۳۹
کمک های اقتصادی:   ۳۹
تحقیق، توسعه و نمایش کارکرد سیستم ها:   ۴۰
فنی:   ۴۲
اقتصادی:   ۴۲
آموزش/ اجتماعی – فرهنگی:   ۴۲
فصل دوم   ۴۳
موقعیت فعلی و آینده انرژی طبیعی   ۴۳
۱- علوم نجومی:   ۴۴
۲- علوم محیطی:   ۴۵
۳- علوم شیمیایی:   ۴۶
فصل سوم:   ۴۸
ثابت خورشیدی   ۴۸
مدل خورشیدی:   ۴۹
ترکیب طیفی ثابت خورشیدی:   ۶۵
فصل چهارم:   ۶۹
سیستم های حرارتی خورشید   ۶۹
سمت گیری رشته پانل ها:   ۷۰
اندازه رشته پانل ها:   ۷۲
رشته های سری و موازی:   ۷۳
تلفات لوله:   ۷۵
مبدل های حرارتی:   ۷۶
ذخیره سازی:   ۸۰
سرد کننده های تابشی:   ۹۳
فصل پنجم:   ۹۶
آفتاب گیری در سطح زمین   ۹۶
یک مدل جوی:   ۹۸
جذب و پراکندگی تابش خورشیدی توسط اجزای سازنده جو:   ۹۹
تابش مستقیم خورشید:   ۱۰۱
شار پخشی:   ۱۰۸
معادلات تقریبی برای شار خورشیدی کل:   ۱۱۲
اندازه گیری آفتاب گیری در سطح زمین:   ۱۱۵
شار حرارتی جو:   ۱۱۸
فصل ششم:   ۱۲۳
تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به کار – دستگاه های فتوولتایی   ۱۲۳
نیمه هادیهای ذاتی ( خالص) :   ۱۲۹
نیمه هادیهای غیر ذاتی ( نا خالص شده ):   ۱۳۵
پیوند p-n :   ۱۳۷
دستگاههای فتوولتایی پیوندی :   ۱۳۸
پاسخ دهی طیفی جریان فوتونی:   ۱۴۲
ساخت وسایل فتوو لتایی سیلسیومی :   ۱۴۸
برآورد هزینه تولید برق:   ۱۵۰
نتیجه گیری :   ۱۵۳

مقدمه:

در حال حاضرتولید انرژی الکتریکی در دنیا به مقدار زیادی بر ذغال سنگ، نفت و گاز طبیعی تكیه دارد. سوخت های فسیلی تجدید ناپذیرند، آنها بر منابع محدودی كه رفته رفته به پایان  می رسند ، بنا شده اند.

در مقابل انرژیهای تجدید پذیر مانند باد و انرژی خورشیدی، پیوسته جایگزین می شود و هیچ گاه به پایان نمی رسند. اغلب انرژی های تجدید پذیر به دو صورت مستقیم یا غیر مستقیم از خورشید ناشی می شوند.

نور خورشید یا همان انرژی خورشیدی، می تواند برای گرم كردن و روشنایی خانه ها و سایر ساختمان ها، برای تولید الكتریسیته، برای آب گرم كردن، گرم کن های خورشیدی و انواع كاربردهای اقتصادی و صنعتی مستقیماً استفاده  می شود.

همچنین گرمای خوشید موجب وزش باد می شود؛ همان انرژی ای كه توسط توربین های بادی گرفته می شود؛ سپس بادها و گرمای خورشید باعث تبخیر آب می شوند. وقتی این بخار آب به باران یا برف تبدیل می شود و از سرازیرها به رودخانه ها و مسیرهای آب هدایت می شود، انرژی آن می تواند گرفته شده و از توان هیدرو الكتریكی آن استفاده شود.

همراه با باران و برف، نور خورشید باعث می شود گیاهان رشد كنند، ماده ای كه آن گیاهان را می سازد، به عنوان توده زنده یا زیست توده می شناسیم.

بیومس می تواند به منظور تولید الكتریسیته، سوخت های حمل و نقل یا موارد شیمیایی استفاده شود. كاربرد بیومس برای هر یك از این اهداف، انرژی بیومس نامیده می شود.

هیدروژن نیز می تواند در بسیاری از تركیبات اصلی، مثل آب، یافت شود. هیدروژن فراوان ترین عنصر روی زمین است، اما بصورت یك گاز طبیعی موجود نیست. هیدروژن همیشه با دیگر عناصر تركیب شده است، مثل تركیبش با اكسیژن برای ساخت آب. وقتی هیدروژن از عنصر تركیبی اش جدا شود می تواند بعنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

تمام منابع انرژی تجدید پذیر از خورشید ناشی نمی شوند. انرژی زمین گرمایی دریچه گرمای درون زمین برای كاربردهای متنوع شامل: تولید توان الكتریكی و گرم و سرد كردن ساختمان هاست، و انرژی جزر و مد اقیانوس ها از نیروی كشش ماه و خورشید بر روی زمین ناشی می شود.

در حقیقت، انرژی اقیانوس از منابع متعددی ناشی می شود. علاوه بر انرژی جزر و مد، انرژی امواج اقیانوس بوسیله هر دو انرژی جزر و مد و باد، بوجود می آید. هم چنین خورشید بیش از آنكه عمق اقیانوس را گرم كند. سطح آنرا گرم می كند، ایجاد یك اختلاف دما می تواند بعنوان یك منبع انرژی بكار گرفته شود. تمامی اشكال انرژی اقیانوسی می تواند برای تولید الكتریسیته اعمال شود.

فصل اول

چرا انرژی تجدید پذیر مهم است؟

چرا انرژی تجدید پذیر مهم است؟

اهمیت انرژی تجدید پذیر به خاطر فواید آن است.

فایده های كلیدی آن عبارتند از:

فایده های محیطی: فن آوری های انرژی تجدید پذیر، منابعی پاك از انرژیهایی هستند كه از صنایع انرژی های مرسوم، تماس و آلودگی محیطی بسیار كمتری دارند.

انرژی برای نسل های آینده ما: انرژی تجدید پذیر پایان نخواهد پذیرفت، هرگز. اما منابع دیگر انرژی محدودند و همین روزها ته می كشند.

مشاغل و اقتصاد: سرمایه گذاری ها بر روی انرژی تجدید پذیر اغلب صرف تهیه مواد خام (لوازم و كالا) و مصرفی و ساختاری برای ساخت و نگهداری وسایل می شود، تا سرمایه گذاری بر روی واردات پر خرج انرژی. این بدان معناست كه پولی كه شما بابت انرژی می پردازید، به جای اینكه وارد اقتصاد كشوری بیگانه شود، در كشور خودمان باقی مانده، اشتغال زایی كرده و موجب صرفه جویی اقتصادی در مصرف سوخت می شود.

1- فایده های محیطی:

فن آوری های انرژی قابل تجدید از صنایع انرژی مرسوم كه بر سوخت فسیلی تكیه دارد، با محیط اطرافش بسیار دوستانه تر عمل می كند.

سوخت های فسیلی در بسیاری از مشكلات زیست محیطی كه ما امروزه با آنها مواجه هستیم، سهم قابل توجهی دارند- گازهای گلخانه ای، آلودگی هوا و آلودگی آب و خاك- در صورتیكه متابع انرژی تجدید پذیر در این امر سهم بسیار اندكی داشته یا هیچ نقشی ندارند.

گازهای گلخانه ای، دی اكسید كربن، متان، اكسید نیتروژن، هیدروكربن ها و كلروفلوئوركربن ها، جو زمین را مثل یك پتوی گرم و شفاف احاطه كرده اند، به اشعه های گرم خورشید اجازه داخل شدن می دهند و گرما را در نزدیك سطح زمین به دام می اندازند (نگه می دارند).

اثرات این گلخانه طبیعی، دمای متوسط سطح زمین را حدود 60 درجه فارنهایت
(33 درجه سانتیگراد) نگه می دارد. اما افزایش مصرف سوخت های فسیلی، بطور قابل توجهی انتشار (تولید) گازهای گلخانه ای را زیاد كرده است، مخصوصاً دی اكسید كربن، به وجود آورنده افزایش اثر گازهای گلخانه ای كه به عنوان گرمای محسوس و یكپارچه زمین شناخته می شود. مطابق نظر آژانس حفاظت محیط زیست ایالات متحده، سهم دی اكسید كربن عهده دار 2/1 تا 3/2 افزایش عمومی دماست.

با این وجود، فن آوری های انرژی قابل تجدیدپذیر، گرما و الكتریسیته را با انتشار (تولید) مقدار ناچیز یا صفر دی اكسید كربن، تولید می كند. هم چنین استفاده از انرژی سوخت های فسیلی، منبع مهمی برای آلودگی هوا، آب و خاك می باشد.

آلاینده ها نظیر منوكسید كربن، دی اكسید گوگرد، دی اكسید نیتروژن، ذرات معلق و سرب- باج غم انگیزی از محیط گرداگرد ما می گیرند!

به عبارت دیگر، اغلب فن آوری های انرژی قابل تجدید، آلودگی ناچیز یا صفر تولید می كنند.

آلودگی و گرمای زمین هر دو، احتمال حتمی خطر بزرگ سلامتی نسل بشر را مطرح می كنند.

مطابق با رای انجمن ریه (آمریكا) آلودگی هوا در امراض ریه، نظیر: تنگی نفس، سرطان ریه و عفونت های نواحی تنفسی، سهیم است و سالانه قریب به 335000 نفر در آمریكا به این علل فوت می كنند.

ضمناً ممكن است اثرات طولانی مدت مرتبط با گرمای زمین، مخرب تر نیز باشد. عوارض مرگ و میر با هوای بسیار گرم امكان دارد و هنگامی كه دما بالا
می رود، امراض می توانند انرژی نهان قوی تری برای پیشرفت داشته باشند.

نهایتاً، فن آوری های انرژی قابل تجدید، می توانند به ما برای تغییر الگوهای مرسوم مصرف انرژی، برای ارتقاء كیفیت محیط پیرامون مان، كمك كنند.

 2- انرژی برای نسل های آینده ما:

مصرف انرژی جهان، در آینده به كدام انرژی متمایل خواهد بود؟

بله، ما به خوبی می توانیم ثابت كنیم كه مصرف الكتریسیته، رشدی جهانی خواهد داشت. آژانس بین المللی انرژی مطرح می كند كه ظرفیت تولید الكتریسیته جهان تا سال 2020، تقریباً به 8/5 میلیون مگاوات، افزایش خواهد یافت. كه حدود 3/3 میلیون مگاوات، بیش از سال 2000 است.

در این حال، ذخایر سوخت های فسیلی كره زمین منبع اصلی كنونی انرژی مان، طبق نظر بهترین تجزیه و تحلیل گران صنعت نفت، از سال ها 2020 الی 2060 شروع به اتمام رسیدن  خواهند كرد.

ما چگونه احتیاجمان به آن مقدار انرژی را بر طرف خواهیم كرد؟

انرژی تجدید پذیر می تواند بهترین پاسخ ما باشد.

كمپانی بین المللی شل، پیش بینی می كند كه در سال 2060، انرژی تجدید پذیر، 60% انرژی جهان را تأمین خواهد كرد.

بانك جهانی تضمین میكند كه نرخ داد و ستد برای انرژی خورشیدی (الكتریسیته) طی 30 سال، به طور مقطوع به چهار تریلیون دلار خواهد رسید.

همچنین سوخت های بیومس (زیست توده ای) می توانند جانشین گازوئیل شوند. و بر عكس سوخت های فسیلی، منابع انرژی تجدید پذیر، قابل نگهداری می باشند و هیچ وقت تمام نمی شوند عملكرد امروز ما برای مرسوم نمودن فن آوری های انرژی قابل تجدید، نه تنها به نفع حال ماست، بلكه موجب تولید منافع زیادی نیز خواهد شد.

3- شغل ها و اقتصاد:

و) سیستم های تولید الكتریسیته

گردآورنده های خورشیدی تخت

عنصر اصلی گردآورنده های تخت خورشیدی یك ورق است كه بوسیله تابش كلی خورشید حرارت می یابد و حرارت خود را به یك سیال جذب كننده حرارت كه در حال جریان است منتقل می كند. این سیال معمولاً آب یا هوا است. رنگ ورق همیشه تیره است و ممكن است كه دارای پوشش خاصی نیز باشد كه ضریب جذب انرژی خورشیدی را به حداكثر برساند از ورق های لاستیكی، پلاستیكی و فلزی برای خروجی های با دمای بالا استفاده می شود. سیستم معمولاً دارای یك بخش ذخیره است تا حرارت خورشید را برای استفاده در شب ممكن نماید. اگر سیال سیستم یك مایع باشد بخش ذخیره یك عایق دار است و اگر سیال سیستم هوا باشد از مقداری سنگ یا بتن استفاده می شود این راه حل جاگیر است ولی در مواردی كه تغییر فاز می دهند راه حل بهتری است. اما حتی با این مواد پیشرفته هنوز ذخیره
كردن حرارت برای مدت های طولانی عملی نیست و در نتیجه بیشتر سیستم های حرارتی خورشیدی از سیستم های ثانویه ای كه با انرژی فسیلی كار می كنند به عنوان مكمل سیستم استفاده می شود. شكل (1) شیماتیك یك سیستم استاندارد گرمایشی كه سیال انتقال گرمای آن مایع می باشد را نشان می دهد در مدار گردآورنده این سیستم معمولاً از محلول آب و گلكول استفاده می گردد. برای انتقال گرما از تانك ذخیره به ساختمان از یك مبدل گرمایی آب- به- آب استفاده به عمل آمده است. یك گرمكن كمكی برای تهیه انرژی جهت تامین بار گرمایی فضا هنگامی كه نتواندآن را تانك تامین کند پیش بینی شده است.

آموزش/ اجتماعی – فرهنگی:

- مرتبط ساختن برنامه ها با ابتكارهای صرفه جویی

- آموزش و اطلاعات برای مصرف كننده/ عموم

- پیشنهاد، خدمات ارزیابی رایگان به مصرف كنندگان توسط متخصصین دوره دیده.

چنداستفاده ازانرژی خورشیدی:

همچنانكه گفته شد انرژی خورشیدی كل انرژی موجود برروی كره زمین را تشكیل می دهد برای شناخت موضوع و انرژی خورشید را از جهات علوم نجومی، بررسی قرار داده و نحوه بهره گیری از هر یك از آنها در زیر آمده است.

1- علوم نجومی:

انرژی خورشیدی از نقطه نظر علوم نجومی به دو صورت انرژی تابشی و انرژی حرارتی تقسیم می گردد.