بخشی از مقاله
چکیده
آرایههای خورشیدی که در اغلب مأموریتهای فضایی منبع تأمین توان هستند، در هنگام عملکردشان شرایط محیطی دشواری را تحمل میکنند و در معرض انواع آسیب دیدگیها یا افت کارآیی هستند. بنابراین در روند ساخت و تجمیع باید از نظر کیفی به طور دقیق مورد ارزیابی و تأیید قرار گیرند. آزمونهای مورد بحث در این استانداردها، علاوه بر تعیین مشخصههای الکتریکی سلول، تأیید کیفی سلول و پنل خورشیدی برای استفاده در کاربردهای فضایی را نیز مد نظر قرار دادهاند. در این تحقیق انواع پنلهای خورشیدی مورد ارزیابی قرار گرفت مدلهای استاندارد که از لحاظ اقتصادی و مقرون به صرفه بوده و دارای بازده توان مناسبی باشند بررسی شد و از بین این پنلها، پنل مناسب جهت طراحی منبع تغذیه الکتریکی انتخاب گردید. و با استفاده از نرم افزار متلب شبیهسازی منبع تغذیه الکتریکی پیشنهادی با سلولهای خورشیدی مناسب طراحی گردید. این منبع دارای توان مناسب و جریان و ولتاژ DC میباشد که با استفاده از یک مبدل مناسب میتوان برای راهاندازی سیستمهای الکترونیکی در مصارف مختلف استفاده کرد. این پنل از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
واژگان کلیدی: سلولهای خورشیدی، بازده خروجی توان، سیلیکون، فتوولتاییک
-1 مقدمه
نیاز به منابع انرژی غیر از سوختهای فسیلی معمولی با کاهش این سوختها و افزایش سریع در قیمت سوختها دیکته شده است. یکی از پتانسیلهای مهم منابع انرژی تبدیل مستقیم انرژی به سلولهای فوتوولتائیک است. قابلیت سلولها، وزن کم و قابلیت خام بودن مواد، مزایای اصلی سلولهای خورشیدی میباشند. هزینه این سلولها که مانع استفاده وسیع آنها در دو دهه گذشته شده است، اکنون به سرعت قابل محسوسی در حال پایین آمدن است. استفاده از سلولهای خورشیدی به طور ویژه در کشورهای در حال توسعه به علت فراوانی تابش خورشیدی در بیشتر این کشورها و چون مناطق روستایی این کشورها نیاز فوری به منابع قابل دسترس انرژی جهت تامین نیازهای اولیه از جمله آب و برق و غیره دارند، سودمند است.[1]
تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از میان یک سلول فتوولتاتیک میباشد، که بطور معمول یک سلول خورشیدی نامیده میشود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون ساخته شده است نور خورشید از فتو نهی، یا ذرات انرژی خورشیدی ساخته شده است این فتو نهی مقادیر متغیر انرژی را شامل میشود مشابه طول مولدهای متفاوت اسپکترومهای نوری هستند. وقتی فتو نهی به یک سلول فتوولتاتیک برخورد میکند، ممکن است منعکس شوند یا مستقیم از میان عبور کنند یا جذب شوند. فقط فتو نهی جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم میکنند وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمهرسانا جذب شود، الکترون از اتمهای جسم جابجا میشوند.[2]
-2 پنل خورشیدی
برای بدست آوردن ولتاژ مناسب برای مصارف روزانه معمولا از چندین سلول خورشیدی به جای یک سلول استفاده میکنند و بدین ترتیب توان تولیدی نیز، بیشتر میشود. ایده این کار از سری کردن چندین سلول خورشیدی مطابق شکل1 تشکیل میشود و بعد از سری شدن سلولها با هم ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست میآید.برای مثال یک پنل خورشیدی که برای چراغ های پیاده روها استفاده میشود از 21 عدد سلول تشکیل شده است و بنابراین ولتاژ خروجی 10/5 ولت خواهد بود که می تواند یک باطری 10/5 ولتی را شارژ نماید.در هنگام تعیین پنل خورشیدی برای یک سیستم باید به میزان توان تولیدی آن دقت کرد و همچنین بسته به نوع سلولهای سازنده بهرهوری پنل نیز متغیر خواهد بود. پنلهای موجود در بازار ایران اکثرا از نوع پولی کریستالین بوده و به قیمتهای مناسبی قابل تهیه میباشد.
پنلهای خورشیدیعموماً از چندین جزء تشکیل میگردند که عبارتند از: شیشه مخصوص پنل، جعبه اتصال، آرایه سلول های سری شده، محافظ پلاستیکی مخصوص ، دیود های محافظ ،ریبون های مخصوص برای اتصال سلو های خورشیدی ، فریم محافظ پنل ، کابلهای مخصوص خروجی برای ساخت یک پنل خورشیدی 211 واتی نیاز به تهیه 11 سلول خورشیدی 5 واتی داریم با این حساب هر سلول میتواند تا ده آمپر جریان تولید نماید در هنگام تهیه سلولها به کیفیت سلولها و مقاومت آنها توجه نمایید و در زمان حمل آنها از هرگونه ضربه و تکان خودداری نمایید زیرا که به شدت شکننده میباشند و سلولهای آسیب دیده توان کمتری نسبت به سلولهای سالم تولید میکنند. اگر در ساخت پنل تجربهای ندارید از پنلهای کوچکتری در رنج 91 وات و پایینتر شروع کنید.برای شروع ساخت پنل ابتدا سلولها را به وسیله ریبون مخصوص خودش به هم دیگر متصل نمایید و آرایه کاملی از سلولها را بسازید.
این کار نیاز به حوصله و دقت فراوانی دارد زیرا که در صورت تکان شدید ، سلولها آسیب خواهند دید سپس با انتقال آرایه سلولها به فریم و قرار گرفتن شیشه مخصوص پنل در جلو و محافظ پلاستیکی در پشت آرایه سلولها، بدنه پنل تکمیل میگردد و در نهایت باید با نصب جعبه اتصال و دیودهای محافظ پنل تکمیل میگردد. دیودهای محافظ برای جلوگیری از دشارژ باطری روی پنل مورد استفاده قرار میگیرند، به این خاطر که در هنگام شب پنل توانی تولید نمیکند و مثل یک بار مقاومتی معمولی رفتار میکند و در صورت نبود دیودها باعث خالی شدن باطری میگردد .نکتهای درباره شیشه مخصوص پنل وجود دارد این است که این شیشه نور خورشید با فرکانس معینی را که انرژیای در اندازه مقدارمورد نیازگپ بین لایه والانس و لایه الکترونهای پر شده دارد را عبور داده و فرکانسهای دیگر را بلوکه میکند تا مانع داغ شدن پنل و افت توان گردد.
-3 ساختار پانل خورشیدی
پانل خورشیدی یک پارچه که در شکل2 نشان داده شده است بر روی یک بستر شیشهای، ترجیحاً شیشهای شناور پوشش یافته با لایه شفاف، اکسید رسانا - ITO - مانند اکسید قلع ایندیوم، ساخته شده است.ITO در نوارهای طولانی، باریک و متوازی تقسیم میشود که هر کدام الکترود جلو را برای سلولهای مجزا تعریف میکند. این شکاف در میان الکترودها جهت حداقل رساندن ناحیه غیر فعال باید تا حد امکان باریک باشند. مواد سلول فعال در قالب لایههای پیوسته در بالای سطح دستگاه تعبیه گشتهاند. پس این لایهها همچنین در نوارهایی، مشابه نوارهای ITO تقسیم میشوند، اما به یک طرف منحرف میشوند. همان طور که در شکل2 نشان داده شده است. یک الکترود فلزی پایین سطح a-si:H نعبیه شده و ITO برای فرمدهی همزمان اتصال بین الکترود و یکی از سلولها و الکترود جلویی سلول مجاور میباشد. تکنیکهای فوتولیتوگرافی در ساخت دستگاه مورد استفاده قرار میگیرد.
هر چند طراحی دستگاه نشان داده شده در شکل2 درست است تجزیه و تحلیل ساختار آن به منظور تعیین ابعاد سلول بهینه لازم و ضروری مینماید. جریان الکتریکی تولید شده در هر یک از سلولهای مجزا دائمی بوده و ارزش جریان مشابه را برای تمام سلول دارا میباشد. این جریان در الکترودها جمعآوری میشود جایی که زیر لایه حرکت میکند و بر شکاف عمود است همانطور که در شکل2 میبینید. در حالی که چگالی جریان در غشای a-Si:H یکنواخت است، به طور موازی از صفر تا حداکثر عرض، پهنای سلول همانطوری که در شکل2 نشان داده شده است، تغییر میکند.خطوط کامل عمودی بیانگر گپهای میان سلولهای مجزا میباشد. طول و عرض سلول به ترتیب L و W میباشد. اگر تنها الکترود مقابل به عنوان محدود کننده در جریان در نظر بگیریم، پس میتوان نشان داد که اتلاف توان P بدلیل الکترود ITO در میان دستگاه n سلول میباشد:
