مقاله در مورد تکنولوژی فتوولتاییک (PV)

word قابل ویرایش
32 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

تکنولوژی فتوولتاییک (PV)

چکیده :
تکنولوژی فتوولتاییک (pv) امروزه به عنوان بخش رایجی از واژه شناسی ساختمان با امکان کاربرد در ساختمان های موجود و نو مطرح شده است. استفاده از این سیستم در پوشش ساختمان بسیار متنوع بوده و راه های نوینی به سوی طراحان خلاق می گشاید. بعنوان نمونه در فوتو ولتائیک های نیمه شفاف، مدولها می توانند در کنار ذخیره انرژی سایر عملکردهای پوششی بنا را نیز به خوبی انجام دهند. درصورتی که تاثیرات و کاربردهای جامع فتوولتاییک ها در ساختمان به دقت درک و در

کل طراحی و مفاهیم انرژی ساختمان در نظر گرفته شود، تواند در اجزای ساختمان کارکردی چند منظوره یافته و علاوه بر تولید الکتریسیته کاربردهای دیگری نیز در پوشش ساختمان به عهده گیرد.
مقدمه
امروزه آگاهی فزاینده ای که در خصوص تخریب عوامل محیطی و توجه ویژهای درباره کیفیت محیط مصنوع در اروپا وجود دارد منجر به تغییر خصوصیات و نیازمندی های ساختمان و طراحی آن شده است. در مرکز این توجهات، نما و پوشش ساختمان قرار دارد. بطوریکه پیشرفت های تکنولوژیکی جدید، رویکردهای مختلفی از سقف و نماهای ساختمان ایجاد می کند. در این میان در رابطه با چند منظورگی پوشش ساختمان، استفاده از تکنیک های فعال و غیر فعال خورشیدی بسیار ضروری است. یکی از این فنون خورشیدی که به طور قابل توجهی به عنوان بخش مهمی از فرهنگ ساختمان مطرح می شود، فتو ولتائیک یا (pv) است.
یک واحد یا مدول فتوولتائیک اساساً پوششی است که می تواند در دوره های مشخصی از روز الکتریسیته تولید کند که این تولید، شاید به عنوان حق امتیاز این محصول بی نظیر ساختمان مطرح گردد. بطوریکه این فتوولتائیک حتی قادر به شرکت در تامین نیروی برق سراسری است. اگرچه هنوز نیروی برق تولیدی آنها، پنج برابر از نیروی برق شبکه گران تر است اما فتوولتائیک های یکپارچه ساختمان یا (bipv) با ارائه مزایای هزینه ای ویژه، برای مناطق شهری نظیر هلند و آلمان که زمین خالی و کافی برای تجهیزات نیروگاه در اختیار ندارند، بسیار جالب توجه می باشند.

مهمترین مزایا و معایب سیستم های فتوولتائیک:
مزایا:
• عدم نیاز به شبکه سراسری
• عدم نیاز به سوخت
• سازگاری با محیط زیست، محیط زیست را آلوده نمی کند
• آلودگی صوتی ندارد

• برای تولید برق نیاز به آب ندارد
معایب:
• هزینه سرمایه گذاری اولیه بالا است
• وابستگی به تغییرات تابش خورشید در طی روز و ماه های مختلف

چند نمونه از کاربردهای سیستمهای فتوولتائیک:

• روشنایی خورشیدی (معابر، تونلها، منازل، مدارس، جاده ها، چراغهای دریایی و …)
• پمپ آب (کشاورزی، دامپروری و آبشخور حیوانات، پرورش ماهی، آب شرب و …)
• سیستمهای نیروگاهی (بصورت مستقل و متصل)
• سیستمهای پرتابل
• یخچال های خورشیدی

فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (bipv)
فتوولتاییک (pv) امروزه می تواند در ساختمان های موجود و جدید استفاده شود. کاربرد آن در پوشش ساختمان بسیار متنوع بوده و راه های جدیدی به سوی طراحان خلاق می گشاید.

۱- صفحات نمای ساختمان
نماها اکثریت سطح پوسته یک ساختمان را اشغال می کنند. در حقیقت یک نما نخستین احساس بصری از ساختمان را به بینندگان آخود انتقال می دهد و معماران بنا نیز با استفاده از نما به بیان ایده ها و ترجمه خواسته های کار فرما با زبانی ویژه از شکل و رنگ می پردازند. مدول های استاندارد فتوولتائیک می توانند به دیوار موجود ساختمان برای تامین نمایی موفق به لحاظ زیبا شناختی متصل گردند. این واحد ها بدون نیاز به عایق به استراکچر متصل می شوند که این عمل توسط زیرسازی شبکه ای در مدول های فتوولتائیک صورت می گیرد. بنابراین سیستمهای فتوولتائیک می توانند به عنوان بخش مهمی از عناصر نمای ساختمان مطرح می شوند. چهره اصلی یک لایه فتوولتائیک به عنوان مصالح پوششی، شبیه یک شیشه رنگی است. لایه های فتوولتائیک حفاظت طولانی مدت در برابر شرایط جوی را تامین و می توانند در هر اندازه، شکل، طرح و رنگی، برش و تهیه شوند و حتی قسمتی از نور روز را نیز به داخل ساختمان برسانند. این عناصر ساختمانی می توانند بعنوان صفحات ساده نما، عناصر جند عملکردی برای نماهای سرد و گرم، به عنوان سیستم سایه انداز یا بازشوعمل نمایند. ساختمان۳ Okotech در برلین مثال جالبی از نماهای فتوولتائیک است. نمای این بنا متشکل از گرانیت و پانلهای شیشه ای با استفاده از شیوه ستاره ای شکل (سیستم نمای SJ ) برای نگهداری پانلهاست. دست انداز طبقه دوم تا پنجم توسط صفحات فتوولتائیک پوشانده شده است و این صفحات با داشتن اندکی خاصیت انعکاسی، ظاهری نظیر پانلهای شیشه ای دیگر نما دارند.

۲- نماهای نیمه شفاف
ورقهای فتوولتائیک همانند پنجره ها می توانند کارکرد شفافیت و پش

ت نمایی خود را از دو طریق انجام دهند. سلول فتوولتائیک به تنهایی می تواند بسیار ظریف و یا لیزری بوده و از این طریق امکان ۲۰ تا ۵۰ درصد امکان دید فیلتر شده ای را فراهم کند. مدولهای سیلیکون غیر بلوری نیمه شفاف، ویژه این کارکرد، تهیه می شو

تواند در عین ایجاد فیلتر دید، فضای داخلی را روشن سازند. حتی با اضافه نمودن لایه هایی از شیشه به واحد اصلی از فتوولتائیک نیمه شفاف، عایق حرارتی و صوتی نیز برای نیازهای ویژه ساختمان تامین می شود.
۳- سیستم های سایبان
در معماری امروز نیاز شدیدی برای سیستم های سایه انداز در بازار ساختمان وجود دارد که منجر به استفاده وسیع از بازشوهای بزرگ و پرده ها و یا سایبان های دیگر می گردد. در این میان فتوولتائیک ها با اشکال مختلفی می توانند به عنوان سایبان در بالای پنجره ها و یا بخشی از سازه بام استفاده شوند، البته به شرطی که استفاده از این سایبانها منجر به تحمیل بار اضافی به سازه ساختمان نگردد. سیستم های سایه انداز فتوولتائیک می توانند به گونه ای و در جهتی آرایش یابند که در آن واحد، هم برای تولید بیشترین انرژی و هم برای تامین درجات متغیری از سایه بکار روند.

۴- مصالح بام
بامها برای فتوولتائیک ها بسیار ایده آل می باشند. چرا که معمولاً عوامل سایه ساز در پشت بام بسیار کمتر از سطح زمین است و معمولاً بام، سطح بدون استفاده وسیعی را بدین منظور در اختیار می گذارد.
یک بام شیبدار ایده آل برای فتوولتائیک ها بامی است به سمت جنوب (در نیمکره شمالی) که زاویه ای معادل عرض جغرافیایی ± ۱۵ برای بهترین تولید انرژی داشته باشد. در این خصوص بامهای روبه جنوب شرقی و جنوب غربی نیز قابل قبولند. صفحات فتوولتائیک می توانند بر پشت بام بناهای موجود نیز براحتی نصب گردند. یک روش زیبا برای استفاده از فتوولتائیک ها در بام ساختمان، استفاده از تایلها یا توفالهای PV است که امکان نصب راحت آنها را توسط یک پیمانکار بام نظیر تایلهای یا پوشالهای دیگر پشت بام میسر می سازد. بامهای مسطح نیز مزایایی همچون دسترسی مناسب و نصب آسان دارند. روش کلاسیک در این خصوص، چیدمان و آرایش واحد های فتوولتائیک بر روی زیر ساختهای شبکه ای آن و و نصب آنها که در بام شیبدار نیز صورت می گیرد، می بایست در مورد نیروی باد نیز تدابیر لازم اندیشیده شود. تجربیات و پیشرفت های اخیر در این زمینه سبب سبکی، سهولت و سرعت استعمال این سیستم ها گشته است.

۵- نورگیرها
ساختار نورگیرها معمولاً مزایای انشار نور در ساختمان را با تامین سطحی باز برای نصب مدولهای فتوولتائیک نوام می سازد. در این صورت عناصر فتوولتائیک می بایست نور و الکتریسیته را همزمان تامین کنند. بطوریکه قطعات فتوولتائیک و سازه پشتیبان مورد استفاده برای این نوع کارکرد، مشابه نماهای نیمه شفاف هستند. این ساختار که میتواند از بیرون نیز نمایان گردد، طبقات و راهروهایی زیبا و جذاب از نور پدید آورده و امکان طرح معماری مهیجی از نور و سایه فراهم می سازد.

نصب سلولهای نوری (فتوولتائیک) بر بام ساختمانها
نصب سلولهای نوری (فتوولتائیک) بر بام

ساختمانها و استفاده از انرژی الکتریکی حاصله در ساختمان از موضوعات جدید در صنعت برق دنیاست.
ایمنی و قیمت دو عامل مهم ارزیابی در این سیستمها هستند. مطالعات نشان میدهد که انگیزه های زیر می تواند عامل سرمایه گذاری در زمینه تولید برق نوری باشد.
۱- حفاظت از محیط زیست
۲ – یافتن جایگزینی برای نیروگاههای هسته ای
۳- ملاحظات و پیشرفتهای فن آوری

یکی از ابزارهای مهم برای غلبه بر مسائل زیست محیطی ناشی از تولید و مصرف برق ، سیستم های غیر متمرکز فتوو لتائیک (PV) هستند. در حال حاضر ، به دلیل هزینه های سنگین سرمایه گذاری ، سیستم های PV به صورت وسی

عی مورد استفاده قرار نمی گیرند. به منظورگسترش بازار این نوع سیستم ها ، مشوق های اقتصادی ابزار مناسبی است. به این منظور در هر کشوری شیوه های مختلفی به کار گرفته می شود. در سال ۱۹۹۰ اولین برنامه مهم بین المللی با نام “هزار بام” برای گسترش سیستم های فتوولتائیک در آلمان به اجرا گذاشته شد. نصب سیستم

وولتائیک با توان متوسط KWp 6/2 تجهیز شدند.
بزرگترین برنامه گسترش سیستمهای فتوولتائیک در سال ۱۹۹۴ در ژاپن اجرا شد. این برنامه ۵ ساله و زمان پایان آن سال ۱۹۹۹ پیش بینی شده بود. تا پایان سال ۱۹۹۷ بیش از۱۰۰۰۰ سیستم کوچک متصل به شبکه با توان متوسط KWp 3 در ژاپن نصب شده است.
خرید سیستم فتوولتائیک در رفتار مصرف کنندگان تغییراتی ایجاد می کند. مصرف کنندگانی که دارای مصرف اولیه کم اند تقاضای خود را به تدریج افزایش می دهند. اما مصرف کنندگان با مصرف اولیه زیاد برق ، در مصرف انرژی صرفه جویی خواهند کرد. بنابر این می توان گفت که ” سیستم های PV وسیله صرفه جویی انرژی برای ثروتمندان ” است.
ساختمانهایی که با سیستم های فتوولتائیک ترکیب می شود به قسمی که سیستم های PV قسمتی از نمای خارجی ساختمان را تشکیل می دهند، به نام Building Integrated Photovoltaic(BIPV) نام گذاری شده اند.
چنین سیستمی در زمستان ، بهار و پائیز نور و گرما را تامین می نماید . در تابستان که نور و گرما مطلوب نیست ، این عوامل با استفاده از کنترلرهای خورشیدی ، کنترل می شوند. سیستم هایBIPV ، کاملآ چند منظوره اند. این سیستم ها تولید الکتریسیته می کنند، به جای المانهای معمول ساختمانی مانند سایه بان ها عمل می کنند و بار سرمایی و پیک بار الکتریکی را کاهش می دهند.

بر اساس بررسی های انجام شده ، ملاحظات و نتایج زیر از نصب اولین سیستم BIPV در کره بدست آمده است:
۱- شیب وجهت پانلهای PV اثر قابل ملاحظه ای بر میزان تولید برق دارد. با توجه به زیبایی نمای ساختمان، هزینه و ایمنی امکان نصب پانلهای سایه بان با زاویه ایده آ ل یعنی ۳۲ درجه در منطقه جی هونگ وجود نداشت .
۲- وقتی از سیستم هایPV به عنوان سایه بان استفاده می شود، تاثیر سایه سایر پانلهای PV باید لحاظ شود . ت که مانع ورود گرما به ساختمان شده و بنابر این بار سرمایشی ساخنمان کاهش می یابد.
۴- نسبت تشعشع مستقیم به تشعشع پراکنده خورشید اثر قابل ملاحظه ای بر تولید برق سیستم های PV دارد.
۵- کاهش مقدار برق تولیدی سیستم ، در اثر جمع شدن گرد و غبار بر روی صفحات در طراحی باید لحاظ گردد .
۶- در یک روز تابستانی ، سیستم PV توان تولید ده در صد از نیازهای انرژی روشنایی ساختمان را داراست .

آبگرمکن های خورشیدی
مهمترین قسمت هر سیستم آبگرمکن خورشیدی یا(SWH Solar water heating) عبارتست از آرایه کلکتورهای آن که وظیفه جذب انرژی خورشیدی و تبدیل آن به حرارت را به عهده دارند. حرارت دریافت شده از طریق سیال عامل (آب، مایع ضد یخ یا هوا) که از داخل کلکتور عبور میکند جذب میشود. این حرارت میتواند مستقیماً مورد استفاده قرار گیرد یا اینکه در یک منبع ذخیره حرارتی، برای استفاده های بعدی ذخیره شود. اجزاء مختلف سیستمهای انرژی خورشیدی دائماً در معرض شرایط جوی هستند، لذا این قطعات باید بتوانند در مقابل یخ زدگی یا افزایش بیش از حد حرارت و هنگامیکه تقاضا برای مصرف کم است بطور مناسب محافظت شوند.
در سیستمهای آبگرمکن خورشیدی، آب مصرفی یا بطور مستقیم با عبور از کلکتور گرم میشود (سیستمهای گردش مستقیم) یا اینکه بطور غیر مستقیم و توسط یک مبدل حرارتی که خود در یک سیکل بسته توسط سیال داخل کلکتور گرم شده است، گرما میگیرد (سیستم گردش غیر مستقیم). سیال عامل نیز یا به صورت طبیعی ( غیر فعال یا پسیو) جابجا میشود یا اینکه بصورت اجباری به گردش در میآید (فعال یا اکتیو). گردش طبیعی سیال عامل بر اثر پدیده ترموسیفون بوجود میآید در حالیکه برای گردش اجباری این سیال از یک پمپ استفاده میشود. غیر از سیستمهای ترموسیفون و سیستمهایی که کلکتور و منبع ذخیره یکپارچه دارند، سایر سیستمهای گرمایش آب توسط ترموستاتهای تفاضلی کنترل میشوند.
پنج نوع از سیستمهای خورشیدی میتوانند برای گرم کردن آب مصرفی یا بهداشتی مورد استفاده قرار گیرند که عبارتند از: ترموسیفون، کلکتور- مخزن یکپارچه، گردش اجباری، غیر مستقیم و هوا. دوسیستم اول سیستمهای غیر فعال (پسیو) نامیده میشوند، اما سه سیستم دیگر سیستمهای فعال (اکتیو) هستند، چون یک پمپ یا فن برای گردش سیال عامل د

ر آنها نصب میشود. برای جلوگیری از یخ زدگی کلکتور در سیستمهای مستقیم از گردش معکوس(recirculation) یا تخلیه (drain-down) و در سیستمهای غیر مستقیم از تخلیه برگشتی (drain-back) استفاده میشود.
تمامی این سیستمها دارای مزایای اقتصادی خوبی هستند و بسته به نوع سوخت جایگزین، دوره بازگشت سرمایه برای آنها بین ۴ سال (برای الکتریسیته) و ۷ سال (برای دیزل) میباشد. البته دوره بازگشت سرمایه، در کشورهای مختلف بستگی به شاخصهای اقتص

ادی، نظیر میزان تورم و قیمت انواع سوخت و غیره دارد. امروزه در دنیا به میزان بسیار زیادی از کلکتورهای خورشیدی برای آبگرمکنهای خورشیدی استفاده میشود.
یخچال خورشیدی
راه های بسیاری وجود دارند که میتوان انرژی خورشید را با پروسه تولید سرما ادغام کرد. سرمایش خورشیدی را هم میتوان از طریق گرمایش خورشیدی بعنوان منبع گرمایی و هم از طریق فتوولتائیک بعنوان منبع الکتریکی ایجاد کرد. این کار را میتوان با روشهای جذبی و جذب سطحی از طریق گرمایش و یا با استفاده از یک یخچال معمولی که برق آن از فتوولتائیک تامین میشود انجام داد. سرمایش خورشیدی خصوصاً برای سرد نگهداشتن واکسنها در مناطقی که الکتریسیته در دسترس نیست یا برای سرمایش مکانها مورد استفاده قرار میگیرد. انواع روشهای سرمایش خورشیدی عبارتند از:
• یونیتهای جذب سطحی (Adsurbtion units)
جامدات متخلخل، که جاذب نامیده میشوند، بصورت فیزیکی و بازگشت پذیری میتوانند مقادیر زیادی بخار را که سیال جذبی (adsorbate) نامیده میشود خود جذب (adsorb) کنند. ایده اصلی استفاده از این پدیده در قرن نوزدهم بوجود آمد. تراکم بخار جذبی درون جامد جاذب بستگی به دمای زوج یا به عبارت دیگر ترکیب جاذب و جذب شونده و نیز فشار بخار دارد. اگر فشار ثابت باشد میتوان با تغییر دادن درجه حرارت موجب جذب یا بازپس دهی ماده جذبی توسط جاذب شد. این روش، مبنای کارکرد سیستمهای خورشیدی استفاده کننده از سیکل جذب بخار می باشد.
یک زوج جاذب- جذبی برای کار کردن در یک مبرد خورشیدی باید ویژگیهای زیر را داشته باشد:
– یک مبرد با گرمای نهان بالا
– یک زوج کاری با خواص ترمودینامیکی بالا
– یک دمای بازگشتی (بازپس دهی سیال جذبی) کوچک در مواجهه با فشار و دمای کاری
– ظرفیت گرمایی پایین
زوج آب- آمونیاک بیشترین استفاده را در بین سیستمهای موجود دا

رد و استفاده از زوجهای جذبی مناسب تر برای سیستمهای خورشیدی در حال بررسی و مطالعه و تحقیق است. بازده این سیستمها توسط دمای کندانسه محدود میشود، و بدون استفاده از تکنولوژیهای سطح بالا امکان کاهش آن وجود ندارد. برای مثال، برجهای خنک کن و رطوبت زدا (desiccant bends) برای تولید آب سرد برای کنداسه کردن آمونیاک در فشار پایین استفاده میشوند. از جمله معایب ذاتی زوج آب- آمونیاک این است که لوله ها و مخازنی با ضخامت بالا نیاز دارند، خوردگی ناشی از آمونیاک، مشکلات برودت و جدا کردن آب از آمویاک نیز می باشد. چند زوج دیگر نظیر زئولیت- آب، زئولیت- متانول و متانول-کربن فعال در حال بررسی و مطالعه هستند که از میان آنها نوع مناسب تری انتخاب گردد. تا کنون زوج متانول- کربن فعال بهترین نتیجه را داشته است .
• یونیتهای جذبی (Absorbtion units)
پروسه جذبی عبارتست از جذب و گرفتن رطوبت توسط ماده ای که رطوبت گیر نامیده میشود. رطوبت گیرها یا جاذبها موادی هستند که قابلیت جذب و در برگیری گازها یا مایعات را در خود دارند و میل ترکیبی ویژه ای با آب دارند. در حین جذب، ماده جاذب با گرفتن رطوبت، یک تغییر شیمیایی پیدا میکند، برای مثال میتوان به نمک طعام اشاره کرد که هنگام جذب رطوبت تغییر فرم داده و از جامد به سیال تبدیل میشود. ویژگی وابستگی رطوبت گیرها به رطوبت، این مواد را برای واکنشهای شیمیایی جداساز بسیار سودمند ساخته است.
سیستمهای جذبی مشابه سیستمهای تهویه مطبوع بخار-compresstion هستند اما در مرحله فشار (compresstion stage)با هم تفاوت دارند. بطور کلی یک
جاذب، قسمت کم فشار، یک سیار مبرد تبخیر شده را جذب میکند. پر استفاده ترین ترکیب مایعات شامل لیتیم برمید- آب که بخار آب نقش سرد کننده را ایفاد میکند و آمونیاک- آب که آمونیاک سرد کننده است، میباشند.
اجاق خورشیدی
کشورهای در حال توسعه که از شبکه برق پیشرفته‎ای برخوردار نیستند، برای پختن غذا از گرمایش خورشیدی پسیو استفاده می‎شود.اجاقهای خورشیدی در دو نوع رایج شلجمی و جعبه ای ساخته شده است. نوع شلجمی آن به صورت یک بشقاب سهموی می باشد که برای پختن غذا بوسیله آن باید ماده غذایی مورد نظر را در کانون این بشقاب قرار دهیم. کیت آموزشی از این اجاق در سال ۱۳۸۲ در دفتر انرژی خورشیدی سازمان انرژیهای نو ایران، در گروه کاربردهای غیرنیروگاهی، ساخته شد و جهت آموزش در اختیار مدارس و آموزشکده ها قرار گرفت.
اجاق خورشیدی نوع جعبه ای اولین بار توسط شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. این اجاق بسیار ساده بوده و از یک جعبه عایق کاری شده با یک درب شیشه‎ای تشکیل شده بود. در نوع از اجاقهای خورشیدی، گرمای حاصل از نور متمرکز شده خورشید در داخل جعبه به دام افتاده و می‎تواند غذای قرار داده شده در جعبه را گرم کرده و یا آنرا بپزد.

کوره خورشیدی
نوتورا در اوایل قرن ۱۸، اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و ب

وسیله آن یک تل چوب را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.بسمر، پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز در کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی، متشکل از دو آینه، یکی تخت و دیگری کروی می باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می شود. طبق قوانین اپتیک، هرگاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید، در محل کانون، متمرکز می شوند و به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود، که این نقطه به دماهای بالایی می رسد. امروزه پروژه های متعددی در زمینه کوره های خورشیدی در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می باشد.

 

چگونه می توان با استفاده از خورشید روشنایی ساختمان را تامین کرد؟
این کاربرد به معنی استفاده از نور خورشید برای روشن کردن داخل ساختمان است.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 32 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد