مطالعه و بررسی مطالعه جدیدترین فن آوری ها در زمینه انرژی خورشیدی

199.000تومان

توضیحات

111 صفحه

پروژه برای تکمیل دوره کارشناسی رشته مهندسی مکانیک
مطالعه و بررسی مطالعه جدیدترین فن آوری ها در زمینه انرژی خورشیدی

 

فصل 1- پدیده فتوالکتریک —————————————————————— 8
1-1- مقدمه ای بر پدیده فتوالکتریک ———————————————————11
1-2- ساختار فتوالکتریک ——————————————————————-11
3-1- مشخصات اثر فتوالکتریک ————————————————————12
1-4- اساس کار فتوالکتریک —————————————————————-13
1-5- مشخصالت الکتریکی قطعات فتوولتاییک ———————————————–14
1-6- جذب نوری در نیم رسانا ————————————————————–16
1-7- طیف نور و پارامتر های موثر بر شدت نور رسیده به آرایه خورشید ——————–21
1-8- انواع سلول های خورشید و بازده آن ها————————————————–22
فصل 2 – تولید ماژول های فتوولتاییک —————————————————–24
2-1- تولید ماژول های فتوولتاییک از ابتدا تا انتها ——————————————-24
2-1-1- رشد بلور و تولید ویفر ————————————————————-24
2-1-2- تولید سلول ————————————————————————24
2-2- مکانیزم کار ————————————————————————-30
2-2-1- ساخت سلول خورشیدی از کره های بسیار ریز نیم میلیمتری سیلیکونی ————–31
2-3- کاهش هزینه سوخت —————————————————————–32
فصل 3 – شبیه سازی سلول —————————————————————33
3-1- شبیه سازی و بهینه سازی سلول های خورشیدی جهت اعمال بیشترین بازده ————33
3-2- شبیه سازی سلول های خورشیدی —————————————————–34
3-3- نتایج شبیه سازی ———————————————————————34
3-4- بهینه سازی سلول خورشیدی ———————————————————39
3-5- بررسی ردیاب نقطه کار حداکثر توان سیستم های فتوولتایی —————————-41
6-3-قسمت قدرت مبدل ردیاب نقطه کار حداکثر توان —————————————41
3-7- قسمت کنترل ردیاب نقطه کار حداکثر توان ——————————————-42
فصل 4 انواع سیستم فتوولتاییک —————————————————————45
4-1- انواع سیستم های فتوولتاییک ————————————————————-40
4-1-1- سیستم های فتوولتایی منفرد ———————————————————–45
4-1-2- سیستم های فتوولتایی مرکب ———————————————————-45
4-1-3- سیستم های فتوولتایی متصل به شبکه ————————————————-46
فصل 5- انواع مبدل های سلول خورشیدی —————————————————–47
5-1- مبدل ها ——————————————————————————–47
2-5- مبدل های موج سینوسی تعدیل شده ——————————————————47
5-3- مبدل های دارای شارژکننده باتری ——————————————————48
5-4- شاخص های مقایسه مبدل ها ———————————————————–48
5-5- استفاده از باتری های خورشیدی در منازل ———————————————-48
فصل 6 – نیروگاه های متمرکز کننده خورشیدی ———————————————-49
1-6- مقدمه ای بر نیروگاه های متمرکز کننده خورشیدی ————————————-49
6-2- نیروگاه های متمرکز کننده سهموی —————————————————–49
6-3- محاسبه انرژی تابشی مستقیم نور خورشید ———————————————-52
6-3-1-محاسبه هیلواستات ها —————————————————————-53
6-3-2- اثرات سایه ————————————————————————-55
6-3-3- دریافت کننده ———————————————————————–56
6-3-4- سیستم های دنبال کننده خورشیدی —————————————————57
6-3-5- سیستم تبدیل انرژی حرارتی به الکتریسته ——————————————-57
6-3-6- سیستم های تبدیل کنترل کننده نیروگاه ———————————————–57
6-3-7- سیستم ذخیره کننده انرژی ———————————————————-57
6-3-8- برج نیرو ————————————————————————-58
فصل 7 – کنترل نشانه گیری هلیواستات ها ————————————————–59
7-1- طرح تحقیقی دنبال کننده های خورشیدی ———————————————-59
7-1-1- کنترل به وسیله انسان ————————————————————–59
7-1-2- کنترل مکانیکی ——————————————————————–59
7-1-3- کنترل هیدرولیکی —————————————————————–59
7-1-4- کنترل الکترونیکی در اثر مقیاس میزان تابش نور بر روی سلول های خورشیدی —–60
7-1-5- کنترل مرکزی توسط سیستم کامپیوتری ———————————————61
کننده مرکزی ——————————————————————————61
—————————————————————–61Bcsطراحی سیستم -1-2-7
7-2-2- اجزای سخت افزاری سیستم BCS ——————————————– —-62
7-2-3- محل نصب اجزای سیستم BCS ————————————————–62
7-2-4 – شرح عملکرد سیستم BCS ——————————————————63
7-2-5- پردازش اطلاعات —————————————————————-64
7-2-6- پس زمینه ————————————————————————-65
7-2-7- محاسبات مربوط به رادیومتر ها —————————————————65
7-2-8- محاسبه ضریب کالیبراسیون ——————————————————-68
7-2-9- توان نور مستقیم —————————————————————–68
7-2-10- مرکز نور ———————————————————————-69
———————————————————–70BCS نرم افزار سیستم -11-2-7
7-2-12- پردازش اطلاعات ————————————————————–70
7-2-13- نمایش اطلاعات —————————————————————-71
فصل 8 – نیروگاه ترکیبی کلکتور خورشیدی ———————————————–72
8-1- مقدمه —————————————————————————–72
8-2- تئوری سیکل ترکیبی خورشیدی —————————————————–72
8-3- عملکرد و جنبه های اقتصادی ——————————————————-74
فصل 9 – دنبال کننده خورشیدی با سیستم ————————————————-87
9-1- دنبال کننده دو بعدی خورشیدی ——————————————————78
——————————————————————–81 BCS انتخاب فرم -9-2
9-3- حرکت خط کاونی در اثر حرکت خورشید ——————————————–83
9-4- کنترل حرکت سیستم گیرنده اشعه خورشیدی در روز های ابری ———————–84
فصل 10- سیستم ردیاب خورشیدی الکترونیکی ——————————————–85
10-1- طرز کار ردیاب خورشیدی الکترونیکی ——————————————–85
10-2- مقایسه متمرکز کننده خورشیدی بدون ردیاب با متمرکز کننده خورشیدی با ردیاب —–85
10-3- روش های طراحی ردیاب خورشیدی ———————————————–87
10-3-1- با استفاده از مقاومت حرارتی —————————————————-87
3-3-10- با استفاده از سلول نوری ——————————————————–88
10-3-4- استفاده از کنترل دور موتور —————————————————-89
فصل 11 – طبقه بندی ردیاب های خورشیدی ———————————————-93
1-11- پیوسته —————————————————————————-93
11-2- غیر پیوسته یا گسسته ————————————————————–93
فصل 12- معرفی نسل های جدیدی از نیروگاه های خورشیدی ——————————94
12-1- نیروگاه خورشیدی برج دار از نوع متمرکز کننده مرکزی —————————94
12-1-1- نیروگاه با برج دمنده ی هوای آزاد ———————————————-94
12-1-2- برج با دمنده ی هوای فشرده بسته ——————- —————————96
——————————————96Dish-stirIing نیروگاه های دارای سیستم 12-2-
12-3- نیروگاه های دود کش خورشیدی —————————————————97
12-4- نیروگاه های حوضچه خورشیدی ————————— ————- ——–97
ضمیمه ———————- ———————————————————–98
فهرت منابع————————————————————————102

 

مقدمه

فعالیت های بشر پیوسته در حال تغییر شکل زمین و اتمسفر اطراف ان است . تبدیل جنگل ها به زمین کشاورزی و یا تخریب آن ها برای مقاصد دیگر ؛ پیدایش اثر گلخانه ای و همچنین با گسترش صنعت و تکنولوژي و استفاده انبوه و بی رویه از سوخت های فسیلی ؛ خطر آلودگی و تخریب محیط زیست ؛ روز به روز بشر و این کره خاکی را مورد تهدید قرار می دهد .
طبق گزارش آکادمی ملی علوم ؛ دمای سطح زمین نسبت به قرن گذشته یک درجه افزایش یافته است که بیشترین افزایش مربوط به دهه 88 می باشد . این مسئله و همچنین روند رو به کاهش سوخت های فسیلی و سنتی در جهان باعث شد تا صنایع به دنبال استفاده از انرژی های بازیافتی و بدون آلودگی باشند
یکی از این انرژی ها ؛ انرژی خورشیدی است . خورشید یک منبع بی پایان انرژی است که همیشه و در همه جای جهان قابل استفاده می باشد . بر اساس تحقیقات آزمایشگاه ملی انرژی های قابل بازیافت آمریکا ؛ میزان انرژی خورشیدی که در هر دقیقه بر سطح زمین می تابد بیشتر از انرژی است که توسط انسان ها در یک سال مصرف می شود .
بنابراین می بایست نهایت استفاده و بهره برداری را از این منبع عظیم و رایگان برد . با پیشرفت تکنولوژی نیمه هادی ها و پیدایش سلول های خورشیدی می توان مستقیما انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرد به این سیستم تولید انرژی سیستم فتولتاییک می گویند . قبلا این طور تصور می شد که سلول های خورشیدی بخه صرف و موثر نمی باشند ؛ ولی تحت شرایط فعلی و با وجود مشکلاتی چون کمبود منابع تولید انرژی ؛ افزایش عمومی دمای زمین و تخریب محیط زیست ؛ اهمیت و لزوم استفاده از انرژی خورشیدی بیشتر از پیش آشکار می شود . از جمله محاسن این که استفاده از انرژی خورشیدی نسبتا به نیروگاه های فسیلی یا هسته ای دارد این است که تبدیل این انرژی به الکتریسیته موجب آلودگی محیط نمی شود .
نیروگاه فسیلی با پخش گازco2 موجب آلودگی محیط می شوند و نیروگاه های هسته ای علاوه بر تشعشات هسته ای موجب بالا رفتن دمای آب های نزدیک نیروگاه شده ؛ که برای محیط زیست خطرناک می باشد . همچنین دفن ضایعات هسته ای و باقی مانده نیز برای محیط زیست خطرناک می باشد . یکی دیگر از محاسن این سیستم این است که می تواند در اندازه های بسیار کوچک تا نیروگاه های بزرگ ساخته شود و نیاز مصرف کنندگان را برطرف نماید .
به طور مثال برای یک روستای دور افتاده احداث یک نیروگاه فسیلی و یا هسته ای مقرون به صرفه نیست و انتقال انرژی از نقاط دیگر نیز بسیار هزینه بر می باشد . در صورتی که می توان برای استفاده های کم برای روستاها و یا حتی جاهایی که احتیاج به انرژی کمتری دارند از سیستم فتوولتاییک استفاده نمود .

در این پروژه کل تحقیقات را بر اساس دو نوع متداول از نیروگاه های خورشیدی پیش می بریم که قسمت اول در ارتباط با سلول های خورشیدی بوده که در فصول 1تا 5 به آن ها پرداخته می شود و در قسمت دوم ما به مطالعه و بررسی نیروگاه های خورشیدی که از فصل ششم تا دوازدهم می باشد که مکانیزم کار آن استفاده از گرمای خورشید برای بخار کردن آب و استفاده از آن در سیکل نیروگاه می باشد استفاده می کنیم .

 

فصل 1 – پدیده فتوالکتریک

1-1 – مقدمه ای بر پدیده فتوالکتریک

بعد از این که پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی است ؛ یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه ای از ک انرژی به نام فوتون تشکیل شده است و تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد .
به طوری که با استفاده از این مفهوم اندر کنش های مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آن ها ناتوان بود ؛ به طور کامل تشریح گردید . از جمله این اندر کنش ها ؛ اندر کنشی است که به نام فتوالکتریک معروف است .
اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم ؛ پرتو کاتدی و یا الکترون های شتاب دار از صفحه فلزی منتشر می شود . و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم ؛ الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز ؛ انرژی زیادی دریافت می کند و در نتیجه سطح فلز را ترک می کنند و به سمت آند پیش می روند . در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ؛ اثر فتوالکتریک می گویند . در واقع تمام مواد ( جامد ؛ مایع و گاز ) می توانند در شرایط خاصی تحت تاثیر اثر فوتوالکتریک ؛ پرتو کاتدی از خود گسیل کنند ؛ گاهی به پرتوکاتدی ؛ فتوالکترون نیز می گویند .
هر کوانتوم نور ( فوتون ) دارای انرژی hv است که (υ = C/λ ) که در آن C سرعت نور و λطول موج نور است .چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا ( فاصله میان نوار های نوار ظرفیت و رسانش باشد ) ؛ به آن صورت فوتون جذب ماده می شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می کند و به نوار رسانش می برد که الکترون در آنجا می تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید . الکترون بار منفی دارد ؛ اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است .
وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند الکترون جذب حفره مثبت می شود و بدون ایجاد هیج جریانی نابود خواهد شد . بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بار ها برقرار شود . این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رساناو ایجاد پیوند گاهی میان نیمه هادی نوع n( که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند ) ونوع p( که با ذرات حامل در آن مثبت است ) انجام می شود
هنگامی که فوتون زوج های الکترون حفره را در نزدیکی این پیوندگاهn – pکه در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند ؛ فرآیند فتوولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت . باتری خورشیدی در این حال به حفظ اتصال های فلزی نیاز دارد . تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود.
برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (2SnO ) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO ) برای اتصال به CdS؛ گرانیت یا طلا برای اتصال بعد از این که پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی است ؛ یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه ای از کوانتوم های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است و تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد .
به طوری که با استفاده از این مفهوم اندر کنش های مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آن ها ناتوان بود ؛ به طور کامل تشریح گردید . از جمله این اندر کنش ها ؛ اندر کنشی است که به نام فتوالکتریک معروف است .
اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم ؛ پرتو کاتدی و یا الکترون های شتاب دار از صفحه فلزی منتشر می شود . و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم ؛ الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز ؛ انرژی زیادی دریافت می کند و در نتیجه سطح فلز را ترک می کنند و به سمت آند پیش می روند . در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ؛ اثر فتوالکتریک می گویند . در واقع تمام مواد ( جامد ؛ مایع و گاز ) می توانند در شرایط خاصی تحت تاثیر اثر فوتوالکتریک ؛ پرتو کاتدی از خود گسیل کنند ؛ گاهی به پرتوکاتدی ؛ فتوالکترون نیز می گویند .
هر کوانتوم نور ( فوتون ) دارای انرژی hv است که (υ = C/λ ) که در آن C سرعت نور و λطول موج نور است .چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا ( فاصله میان نوار های نوار ظرفیت و رسانش باشد ) ؛ به آن صورت فوتون جذب ماده می شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می کند و به نوار رسانش می برد که الکترون در آنجا می تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید . الکترون بار منفی دارد ؛ اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است .
وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند الکترون جذب حفره مثبت می شود و بدون ایجاد هیج جریانی نابود خواهد شد . بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بار ها برقرار شود . این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رساناو ایجاد پیوند گاهی میان نیمه هادی نوع n( که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند ) ونوع p( که با ذرات حامل در آن مثبت است ) انجام می شود
هنگامی که فوتون زوج های الکترون حفره را در نزدیکی این پیوندگاه n – p که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند ؛ فرآیند فتوولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت . باتری خورشیدی در این حال به حفظ اتصال های فلزی نیاز دارد . تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود.
برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (2SnO ) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO ) برای اتصال به CdS؛ گرانیت یا طلا برای اتصال بعد از این که پلانک فرمول اساسی خود را در مورد تابش جسم سیاه ارائه داد و چنین استدلال نمود که تابش دارای طبیعت کوانتومی است ؛ یعنی تابش الکترومغناطیسی از مجموعه ای از کوانتوم های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است و تحول شگرفی در علم فیزیک حاصل شد .
به طوری که با استفاده از این مفهوم اندر کنش های مختلف تابش با ماده که نظریه کلاسیک در توجیه آن ها ناتوان بود ؛ به طور کامل تشریح گردید . از جمله این اندر کنش ها ؛ اندر کنشی است که به نام فتوالکتریک معروف است .
اگر یک صفحه فلزی را تحت تابش امواج پر انرژی قرار دهیم ؛ پرتو کاتدی و یا الکترون های شتاب دار از صفحه فلزی منتشر می شود . و همچنین اگر بین دو صفحه فلزی اختلاف پتانسیل الکتریکی بسیار زیادی ایجاد کنیم ؛ الکترون های لایه ظرفیت اتم های فلز ؛ انرژی زیادی دریافت می کند و در نتیجه سطح فلز را ترک می کنند و به سمت آند پیش می روند . در این عمل چون هم نور و الکتریسیته دخالت دارند به این پدیده ؛ اثر فتوالکتریک می گویند . در واقع تمام مواد ( جامد ؛ مایع و گاز ) می توانند در شرایط خاصی تحت تاثیر اثر فوتوالکتریک ؛ پرتو کاتدی از خود گسیل کنند ؛ گاهی به پرتوکاتدی ؛ فتوالکترون نیز می گویند .
هر کوانتوم نور ( فوتون ) دارای انرژی hv است که (υ = C/λ ) که در آن C سرعت نور و λطول موج نور است .چنانچه انرژی فوتون بیشتر از گاف انرژی نیم رسانا ( فاصله میان نوار های نوار ظرفیت و رسانش باشد ) ؛ به آن صورت فوتون جذب ماده می شود و الکترونی را از نوار ظرفیت برانگیخته می کند و به نوار رسانش می برد که الکترون در آنجا می تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آید . الکترون بار منفی دارد ؛ اما حفره ایجاد شده در نوار ظرفیت دارای بار مثبت است .
وقتی که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند الکترون جذب حفره مثبت می شود و بدون ایجاد هیج جریانی نابود خواهد شد . بنابراین لازم است که میدان الکتریکی برای جداسازی بار ها برقرار شود . این کار با افزودن مقدار کمی ناخالصی آلاییده به نیم رساناو ایجاد پیوند گاهی میان نیمه هادی نوع n( که ذرات حامل بار در آن بار منفی دارند ) ونوع p ( که با ذرات حامل در آن مثبت است ) انجام می شود
هنگامی که فوتون زوج های الکترون حفره را در نزدیکی این پیوندگاه n – p که در آن میدان الکتریکی قوی برقرار است ایجاد کند ؛ فرآیند فتوولتایی بیشترین بازدهی را خواهد داشت . باتری خورشیدی در این حال به حفظ اتصال های فلزی نیاز دارد . تا با سیم هایی که به جریان الکتریکی در وسیله خارجی امکان عبور می دهند مرتبط شود.
برای باتری CdS/CdTe ، اکسید قلع (2SnO ) به عنوان اکسید رسانشی شفاف (TCO ) برای اتصال به CdS؛ گرانیت یا طلا برای اتصال cdte کاربرد دارند . در شکل ( 1-1 ) اثر فتوالکتریک و نحوه ی تولید جریان برق در نیم رسانا را به نمایش می گذارد .

شکل ( 1-1 ) نشان دادن اثر فتوالکتریک در اجسام نیم رسانا

اثر فتوالکتریک هر جسمی با گسیل فرکانس مشخصی از موج انجام می شود . اگر فرکانس موج برای جسم خاص کمتر از حد معین باشد ؛ به آن بسامد قطع می گویند اما طبق قوانین الکترو دینامیک کلایک ؛ موج با بر خورد به صفحه فلزی مقداری انرژی به آن منتقل می کند و به مرور زمان این انرژی انباشته می شود تا این که انرژی مورد نیاز برای گسیل الکترون فراهم شود. اما در آزمایشگاه خلاف آنچه که در فیزیک کلاسیک گفته شد ؛ روی می دهد یعنی گسیل موج با فرکانس کمتر از حد معین به فلز هرگز پرتو کاتدی منتشر نمی کند .

 

1-2- ساختار فتوالکتریک

یک محفظه شیشه ای در نظر بگیرید که در دو انتهای آن ؛ آند و کاتدی تعبیه شده است و داخل محفظه خلاء می باشد . اگر بر سطح کاتد ؛ نوری با فرکانس معین بتابانیم ؛ با احراز شرایط خاص ؛ فلز کاتد الکترون گسیل می کند . اگر آند و کاتد را به یک مدار خارجی وصل کنیم الکترون گسیل شده جذب آند شده و یک جریان فتوالکترونی در مدار خارجی برقرار می گردد.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “مطالعه و بررسی مطالعه جدیدترین فن آوری ها در زمینه انرژی خورشیدی”

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

48 − 45 =

شناسه محصول: gholam009 دسته: