بخشی از مقاله
چکیده
براي افزایش بازده الکتریکی صفحات فتوولتائیک باید شدت تابش خورشید را به صورت یکنواخت بر روي آنها افزایش داد. تا کنون تحقیقات متعددي بر روي متمرکزکنندههاي خورشیدي براي متمرکز نمودن نور خورشید در یک نقطه یا خط صورت گرفته است؛ با این وجود متمرکز نمودن نور خورشید به صورت یکنواخت بر روي یک صفحه موضوعی است که کمتر به آن پرداخته شده است. در مطالعه حاضر متمرکزکنندههاي گوناگون براي متمرکز نمودن نور بر روي یک صفحه طراحی شده و با شبیهسازي اپتیکی مورد ارزیابی قرارگرفتند.
متمرکزکنندههاي مورد بررسی عبارتند از: منعکسکننده تخت، سهموي، استوانهاي و فرسنل خطی. نتایج حاکی از آن است که یکنواختترین الگوي تابش مربوط به آینه تخت میباشد اما شدت تابش را به صورت محدود افزایش میدهند. متمرکزکننده سهموي گزینه مناسبی براي متمرکز کردن نور بر صفحه نمیباشد. با توجه به پارامترهاي طراحی، متمرکزکنندههاي استوانهاي و فرسنل خطی، یکنواختی و شدت تابش مناسبی را فراهم مینمایند.
مقدمه
نیمهرساناها ظرفیت جذب نور خورشید و تبدیل بخشی از انرژي فوتونهاي جذب شده را به جریان الکتریکی دارند. سلول خورشیدي یک دیود نیمه رساناي ساده است که به دقت طراحی و ساخته شده است تا انرژي نور خورشید را به انرژي الکتریکی تبدیل نماید . - Luque and Hegedus, 2003 - سلولهاي خورشیدي علاوه بر داشتن مزایایی چون تامین انرژي پاك، عمر کاري بالا، سازگاري با اقلیمهاي مختلف و عدم نیاز به نگهداري و شبکه توزیع برق، متاسفانه هزینهي بالایی دارند. بالا بودن هزینه اولیه سلول- هاي خورشیدي موجب عدم تمایل کشاورزان در استفاده از این فناوري گشته است - . - GargandPrakash, 2000
براي افزایش صرفه اقتصادي سامانههاي فتوولتائیک باید به دنبال راهکارهایی براي کاهش قیمت به ازاي توان الکتریکی دریافتی از آنها بود. یکی از موثرترین قدمها در این زمینه افزایش شدت تابش خورشید بر سطح مشخصی از سلولهاي خورشیدي می- باشد تا به این طریق بازده الکتریکی سامانه افزایش یابد. ترکیب سلولهاي فتوولتائیک و متمرکزکنندههاي خورشیدي باعث افزایش بهرهوري در تولید الکتریسیته میشود.
محققان افزایش بازده به این روش را تا 41 درصد - در نوع خاصی از سلولهاي خورشیدي - گزارش نمودند . - Green, et al.2009 - توانایی بالقوه سیستمهاي ترکیبی در افزایش بهرهوري میتواند باعث کاهش قیمت ژنراتورهاي خورشیدي در آینده شود . - Kerzmann and Schaefer, 2012 - متاسفانه با افزایش نسبت تمرکز، روند کاهش بازده به دلیل افزایش گرماي سلولهاي فتوولتائیک بیشتر میشود بنابراین بهرهوري و بازده بیشتر با به کارگیري سیستمهاي خنک کننده امکانپذیر است.
متمرکز کردن نور خورشید بر روي سلولهاي فتوولتائیک و استفاده از لنزها و آینههاي نسبتا ارزان به جاي گسترش سطح سلول- هاي فتوولتائیک، روشی است که با استفاده از آن میتوان برق خورشیدي ارزانتري تهیه کرد به شرطی که گرماي ایجاد شده در سلول خورشیدي به روش مناسب از آن دفع شود. براي متمرکز نمودن نور خورشید در تحقیقات گذشته از روشهاي متعددي بهره گرفته شده است. از مهمترین انواع متمرکزکننده میتوان به متمرکزکنندههاي تخت، سهموي، استوانهاي و فرسنل1 اشاره نمود.
متمرکزکنندههاي متداول براي متمرکز نمودن نور خورشید بر یک نقطه - نقطه کانونی - و یا یک خط - محور کانونی - به کار گرفته میشوند اما در تحقیق حاضر به متمرکز کنندهاي نیاز است که بتواند سطح پانل خورشیدي را به صورت یکنواخت مورد تابش قرار بدهد. عدم تابش یکنواخت نور خورشید بر پانل فتوولتائیک موجب اختلاف دما در سلولهاي مختلف در قسمتهاي مختلف پانل میگردد. از آنجا که ولتاژ تولید شده در هر سلول وابسته به دماي آن سلول میباشد از این رو سلولها ولتاژهاي متفاوت خواهند داشت. ولتاژ کل پانل خورشیدي به کمترین ولتاژ سلولی محدود میگردد بنابراین عدم یکنواختی تابش نور بر قسمتهاي مختلف پانل موجب کاهش بازده الکتریکی میشود . - Royne et al. 2007 -
با توجه به مقدمه ذکر شده مشخص میگردد که براي متمرکز نمودن نور خورشید بر پانل فتوولتائیک به طرح خاصی از متمرکزکننده نیاز است که بر خلاف متمرکزکنندههاي متداول که نور را بر یک نقطه یا یک خط متمرکز میکنند، قادر به متمرکز نمودن نور خورشید به صورت یکنواخت بر یک صفحه - سطح پانل فتوولتائیک - باشد. به منظور نیل به این هدف تغییراتی در طراحی متمرکزکنندههاي متداول - تخت، سهموي، استوانهاي و فرسنل - ایجاد شده و نتایج این تغییرات بر شدت تابش و توزیع تابش مورد بررسی قرار گرفته است.
تئوري تحقیق
متمرکزکننده تخت
استفاده از متمرکزکننده تخت سادهترین روش براي متمرکز نمودن نور خورشید میباشد - . - Daffie& Beckman; 1991 در این روش از یک آینه تخت براي منعکس کردن نور خورشید بر یک صفحه استفاده میشود. طرح سادهاي از این نوع متمرکزکننده در شکل 1 نشان داده شده است. با توجه به شکل 1 زاویه آینه با افق - α - است. طول آینه بستگی به زاویه α دارد. طول مفید آینه - L - برابر با طولی از آینه است که قادر است آخرین باریکه نور را به منتها الیه صفحه فتوولتائیک بتاباند. در شکل 1 آخرین باریکه نور و طول مفید L نشان داده شده است.
