نیروگاه خورشیدی

نیروگاه خورشیدی

نیروگاه خورشیدی

نیروگاه خورشیدی چیست؟

نیروگاه خورشیدیReviewed by محمد نظری زاده on Mar 30Rating:

نیروگاه خورشیدی احداث کنید و از اداره برق حقوق بگیرید

نیروگاه خورشیدی چیست؟

انواع نیروگاه های خورشیدی چیست

در جهان روش های زیادی برای تولید برق بوجود آمده که یکی از پاک ترین آنها استفاده از همین نیرو گاه های خورشیدی و صفحات سولار است.

برای درک روش کار نیروگاه خورشیدی ابتدا کمی روش تولید برق از خورشید را شرح می دهیم:
در ابتدا لازم است کمی در رابطه با روش کار این دستگاه ها توضیح دهیم. در کل مواد از نظر خاصیت رسانایی و هدایت الکتریکی، به سه دسته رسانا، نیمه‌رسانا و نارسانا تقسیم‌بندی می‌شوند (همان چیزی که در فیزیک همه خواندیم). برای دریافت و جذب بیشتر انرژی در سلول‌های خورشیدی، ما نیاز به استفاده از مواد نیمه‌رسانا داریم که در اینجا علت استفاده از آنها را در نیرو گاه های خورشیدی توضیح می دهیم. مواد نیمه‌رسانا موادی هستند که اتلاف و گاف انرژی آنها کمتر از هدر رفت انرژی مواد نارسانا است؛ در نتیجه اگر بتوان انرژی مورد نیاز را برای الکترون‌ها تأمین کرد، الکترون‌ها می‌توانند از سد انرژی ناشی از گاف عبور کرده و به تراز هدایت بروند و بهترین نتیجه نیز که همان میزان درست انتقال می باشد را بدست آورد. در مواد رسانا، عملاً این گاف انرژی وجود ندارد و الکترون‌ها به‌راحتی می‌توانند وارد تراز بالایی شده و در رسانش ماده همکاری کنند. حال ممکن است این سئوال مطرح گردد که چرا برای تولید این جریان الکتریکی فقط مواد نیمه‌رسانا قابل استفاده هستند و از مواد رسانا در نیروگاه خورشیدی استفاده نمی کنیم؟
روش کار نیروگاه خورشیدی

نیروگاه خورشیدی

چرا مواد نیمه رسانا بهترین مواد برای نیروگاه خورشیدی هستند؟
مهمترین علت این است که ، مواد رسانا خودشان تعداد بسیار زیادی الکترون آزاد دارند که بنابر این و شرط اول را به خوبی مهیا می‌کنند. برای تولید الکترون در مواد نیمه‌رسانا و نارسانا، لازم است شرایطی فراهم شود که الکترون‌های تراز ظرفیت بتوانند بر سد پتانسیل ناشی از گاف انرژی غلبه کرده و خود را به تراز هدایت ماده برسانند. در این صورت، این الکترون‌ها می‌توانند در هدایت الکتریکی ماده نقش ایفا کنند.

توجه کنید: به منظور تولید جریان الکتریکی، به الکترون‌ها نیاز داریم. در واقع، باید بتوانیم تعدادی الکترون را تولید کرده و آن‌ها را در یک سیم یا مدار به حرکت درآوریم. پس دو شرط لازم برای تولید جریان الکتریکی عبارتند از: اول تولید الکترون و دوم به حرکت در آوردن الکترون تولید شده.

همانطور که می دانید امواج الکترومغناطیسی نیز دارای انرژی هستند. انرژی امواج الکترومغناطیسی بر حسب طول موج آن‌ها مطابق با رابطه زیر قابل محاسبه است:

رابطه 1:

E = h.c/λ

مشخصا در این رابطه، E انرژی موج، (h) یک عدد ثابت به نام «ثابت پلانک»، c سرعت نور (m/s) و λ طول موج نور (m) است. همان طور که در این رابطه مشاهده می‌کنید، انرژی هر موج، با طول موج آن رابطه عکس دارد.

این مقاله برای تشریح روش کار نیروگاه های خورشیدی است و روش جذب انرژی توسط سولار هاست.

ساخت نیروگاه خورشیدی

همچنین یکی از راه‌های تأمین انرژی پاک که داریم به آن سمت می رویم همین انرژی قابل بازگشت خورشی است که انرژی مورد نیاز الکترون‌های تراز ظرفیت برای رسیدن به تراز هدایت و غلبه بر سد انرژی، استفاده از نور خورشید است که گستره‌ای از خانواده امواج الکترومغناطیسی را در بر می‌گیرد. طبق رابطه بالا، اگر سد پتانسیل خیلی بزرگ باشد (مانند مواد نارسانا)، برای تأمین انرژی غلبه بر سد، نیاز به طول موج‌های کوچکتر داریم؛ در حالیکه در مواد نیمه‌رسانا، این سد انرژی کوچکتر است و با استفاده از امواج با طول موج‌های بزرگتر می‌توان بر این انرژی غلبه کرد.

نیروگاه خورشیدی جدید

نیروگاه خورشیدی مدرن


واحد انرژی در بررسی ساختار الکترونی مواد

بله باید کمی علمی تر پیش برویم ، واحد انرژی در سیستم های یکاهای بین المللی SI، ژول (J) است. ژول در همه کشورها استفاده می شود ، این واحد انرژی برای بررسی ساختار الکترونی مواد، واحد بسیار بزرگی است و نیاز داریم از واحدی کوچکتر استفاده کنیم. واحد جایگزین، واحدی با عنوان الکترون-ولت با نماد eV است که بیانگر انرژی لازم برای اعمال اختلاف پتانسیل یک ولت به یک الکترون است. البته در فیزیک دبیرستان دیدیم که انرژی الکتریکی از رابطه E=qV به دست می‌آید. در این رابطه q بار الکتریکی و V اختلاف پتانسیل الکتریکی است. بنابراین برای تبدیل این دو واحد می‌توان از رابطه زیر استفاده نمود:

رابطه 2

پرسش: آیا می‌توانید رابطه 2 را توصیف نمایید؟ برای این کار می‌توانید شرایط یک آزمایش فیزیکی بر روی یک الکترون قرار گرفته در یک میدان الکتریکی را متصور شوید.

رابطه 2 : (1eV = -1.6*10^-19 (J

کاملا واضح است که همان‌طور که مشاهده می‌ نمایید، واحد eV بسیار کوچکتر از واحد ژول است. این واحد برای استفاده در مباحث مربوط به نیمه‌رساناها و سلول‌های خورشیدی مناسب است. گاف انرژی برای مواد نیمه‌رسانا کمتر از eV 4-3 و برای مواد نارسانا بیشتر از این مقدار است. از این به بعد، برای نمایش بزرگی انرژی، از واحد eV استفاده می‌کنیم. با این توضیح، می‌توان رابطه انرژی هر موج را به صورت زیر بازنویسی کرد:

رابطه 3

با توجه به اینکه در محدوده طول موج‌های مرئی و UV طول موج‌ها از مرتبه چند صد و چند ده نانومتر هستند، رابطه 3 برای محاسبه انرژی بر حسب eV بسیار مناسب است.

پرسش: آیا می‌توانید رابطه 3 را با استفاده از رابطه 1 به دست آورید؟

لزوم استفاده از نیمه‌رساناها برای تولید الکترون و حفره

رابطه 3 را می‌توان برای محاسبه انرژی هر موج مشخص به کار برد. با استفاده از این رابطه مشخص می شود که انرژی نور مرئی خورشید که سهم عمده نور خورشید رسیده به سطح زمین را تشکیل می‌دهد، بین 1.7eV تا 3.1eV است؛ زیرا طول موج ناحیه مرئی خورشید در محدوده nm400-700 است. در مواد عایق، برای جبران انرژی گاف به طول موج‌های بسیار کمتری از نور مرئی نیاز داریم. بنابراین استفاده از مواد عایق در سلول‌های خورشیدی به عنوان تولیدکننده زوج الکترون-حفره امکان‌پذیر نیست. با توجه به این توضیحات؛ برای استفاده در سلول‌های خورشیدی، مواد نارسانا امکان تولید الکترون و ایجاد جریان را ندارند و برای این منظور مناسب نیستند. البته اگر موج‌هایی با انرژی بسیار بالاتر از نورهای مرئی مورد استفاده قرار گیرند، مواد عایق نیز امکان تولید الکترون و حفره دارند؛ ولی در سلول‌های خورشیدی، قرار است از نور خورشید استفاده کنیم که بیشترین شدت آن بر روی زمین در ناحیه مرئی طیف نور است. .

رابطه 3 : (E(eV)=1240/λ(nm

حالا در ادامه  و با نتیجه گیری کل بحث پیرامون مدل کار نیروگاه های خورشیدی بر اساس آنچه به عنوان شرط دوم استفاده از یک ماده در سلول خورشیدی بیان شد، برای استفاده از الکترون‌های تولید شده، لازم است که یک اختلاف پتانسیل بین الکترون‌ها ایجاد شود. بنابراین فلزات علی‌رغم اینکه به خودی خود الکترون‌های آزاد بسیار زیادی را در اختیار ما قرار می‌دهند، نمی‌توانند شرط دوم تولید جریان را مهیا نمایند. رساناها فقط در مواردی استفاده می شوند بخواهیم با اعمال یک اختلاف پتانسیل الکتریکی، تعدادی الکترون از جایی به جای دیگر منتقل کنیم. در این شرایط رساناها به دلیل تعداد قابل توجه الکترون آزاد (الکترون‌هایی که در تراز آخر اتم وجود دارند)، به راحتی این جریان الکترون‌ها منتقل می‌کنند. به عبارت دیگر، با استفاده از فلزات نمی‌توان پتانسیل داخلی در سیستم ایجاد کرد و نیاز به ایجاد یک اختلاف پتانسیل بیرونی برای انتقال حامل‌های آزاد داریم. ولی در نیمه‌رساناها، به دلیل فاصله ترازهای انرژی از یکدیگر، با استفاده از یک سیستم چندلایه‌ای، می‌توان یک پتانسیل داخلی در سیستم ایجاد کرد و باعث جدا شدن الکترون‌ها و حفره‌ها از یکدیگر شد. در این شرایط الکترون‌ها به سمت الکترود مثبت و حفره‌ها به سمت الکترود منفی می‌روند. در مقاله‌های بعد، و با آشنا شدن با برخی ساختارهای مرسوم در سلول‌های خورشیدی، این موارد با جزئیات بیشتر مور بحث قرار خواهند گرفت.

پرسش: در این مقاله لزوم استفاده از مواد نیمه رسانا برای تولید الکترون مورد بحث قرار گرفت. آیا می‌توانید ارتباط بین مواد نیمه‌رسانا و سلول خورشیدی را توصیف نمایید؟

طرح توجیهی نیروگاه خورشیدی
در ادامه و تکمیل این موضوع به احداث نیروگاه می پردازیم

ارتباط بین نیمه‌رسانا‌ها و سلول‌های خورشیدی

در سلول‌های خورشیدی، برای تولید الکترون و در نتیجه ایجاد جریان، از مواد نیمه‌رسانا استفاده می شود. در واقع، قلب یک سلول خورشیدی، یک ماده نیمه‌رسانا است که می‌تواند با دریافت نور خورشید، الکترون تولید نماید. در فیزیک کوانتوم گفته می‌شود که نور خورشید شامل بسته‌های انرژی است. در واقع فرض می‌شود که انرژی، به صورت بسته‌های مجزا و جداگانه منتقل می‌شود. این بسته‌های جداگانه، فوتون نامیده می‌شوند. می‌توان اینگونه فرض کرد که یک باریکه نور خورشید، شامل تعداد بسیار زیادی تک موج است که هر کدام از آن‌ها را می‌توان معادل یک بسته انرژی یا فوتون فرض کرد. انرژی هر فوتون، بر اساس همان رابطه انرژی موج که قبلا به آن اشاره شد، مشخص می‌شود. زیرا هر فوتون مانند یک موج، دارای طول موج معین است. پس از برخورد فوتون با ماده نیمه‌رسانا، انرژی فوتون به الکترون داده می‌شود. اگر انرژی فوتون برابر یا بیشتر از انرژی سد پتانسیل یا همان گاف انرژی باشد، الکترون می‌تواند بر سد انرژی گاف غلبه کرده و خود را به تراز هدایت ماده برساند. این پدیده در شکل 1 نشان داده شده است. به محض اینکه الکترون از تراز ظرفیت ماده جدا شده و به سمت تراز هدایت می‌رود، به جای آن یک حفره ایجاد می‌شود. مادامی که نور خورشید در حال برخورد به ماده نیمه‌رسانا است، الکترون تولید شده و به تراز هدایت ماده می‌رود. مشابه این پدیده را در زندگی روزمره خود بسیار دیده‌ایم. برای مثال، توپی را در نظر بگیرید که در حالت طبیعی خود تمایلی به بالا رفتن ندارد. پرتاب نمودن این توپ به ارتفاع بالاتر از دیدگاه «انرژی» معادل این است که بخواهید آن را از سطح انرژی پتانسیل گرانشی پایین‌تر (ارتفاع کمتر) به سطح انرژی پتانسیل گرانشی بالاتر (ارتفاع بالاتر) منتقل نمایید. بنابراین اگر بخواهید به نحوی توپ را به بالا پرتاب کنید، باید مقدار مناسبی انرژی به توپ بدهید تا بتواند بر سد پتانسل گرانشی زمین غلبه کرده و به بالا برود؛ مثلاً توپ را شوت کنید! پس از اینکه توپ بالا رفت و به ارتفاع مورد نظر رسید، چون این سطح انرژی برای توپ غیرتعادلی است، توپ برای رسیدن به تعادل، دوباره به پایین بر می‌گردد. در واقع توپ تمایل دارد با کاهش انرژی پتانسیل خود، به شرایط تعادلی اولیه‌اش برگردد. بنابراین به پایین سقوط می‌کند.

الکترون (گوی آبی رنگ) در اثر جذب انرژی فوتون به تراز بالایی می رود و یک حفره (گوی سفیدرنگ) در تراز پایینی ایجاد می شود.

مشابه این اتفاق برای الکترون‌ها هم رخ می‌دهد. پس از اینکه الکترون با دریافت انرژی بر سد پتانسیل الکتریکی گاف غلبه کرد و به تراز هدایت رفت، هیچ تمایلی به باقی ماندن در آن ندارد و به سرعت می‌خواهد به تراز ظرفیت برگشته تا به سطح پایدار برسد. اگر این اتفاق رخ دهد، دیگر نمی‌توان از الکترون استفاده کرد و در نتیجه، امکان تولید هیچ جریانی وجود ندارد. پس باید شرایطی برای الکترون ایجاد کرد که این اتفاق رخ ندهد.

 

پرسش: چگونه می‌توانیم جلوی بازگشت الکترون تهییج شده را به نوار ظرفیت بگیریم و از بازترکیب آن با حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت جلوگیری کنیم؟ آیا می‌توانید ساز و کاری را برای این هدف پیشنهاد دهید؟

 

در نهایت

در این مقاله، مقدماتی از ساز و کار عملکرد سلول‌های خورشیدی را به عنوان قطعات الکترونیکی با هم مرور کردیم. آموختیم که قلب یک سلول خورشیدی، یک ماده نیمه‌رسانا است که با جذب نور خورشید با طول موج‌های مناسب، الکترون و حفره تولید می‌کند.

نیروگاه خورشیدی

تحقیق در مورد نیروگاه خورشیدی pdf

درآمد نیروگاه خورشیدی چقدر است

وام احداث نیروگاه خورشیدی به چه اقرادی تعلق می گیرد

حداقل هزینه راه اندازی نیروگاه خورشیدی

نحوه ساخت نیروگاه خورشیدی خانگی و آیا این کار کلا بازده و شود خوبی دارد؟

آیا اداره برق پول افرادی را که به آن برق فروخته اند پرداخت نموده؟

با ما همراه باشید در قسمت دوم نیروگاه خورشیدی

Facebooktwittergoogle_pluslinkedin

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سایت دانشجو