وقتی خانه‌های ایرانی با انرژی خورشیدی گرم می‌شوند
سیناپرس: حل موضوع اقتصاد انرژی الکتریکی یکی از دغدغه‌های دست‌اندرکاران صنعت برق کشور است و نهادهای دولتی مثل وزارت نیرو تلاش‌های فراوانی برای وارد کردن انرژی‌های تجدیدپذیر به زندگی مردم انجام داده‌اند.
بر اساس آخرین گزارش‌ها، دولت حدود دو سال است که نسبت به گذشته رویکردهای جدی‌تری در قبال توسعه انرژی‌های تجدیدپذیر اتخاذ کرده است. به گفته مسوولان از جمله اقدامات انجام شده می‌توان به افزایش قیمت خرید تضمینی برق حاصل از انرژی‌های نو و قانون دریافت عوارض برق به‌منظور توسعه و تولید برق پاک اشاره کرد.
همچنین آنچنان که مسوولان نهادهای دولتی خبر داده‌اند، سال گذشته با برخورداری از قانون عوارض برق و با حمایت مجلس، وزارت نیرو و شرکت توانیر از محل عوارض برق به نصب سلول‌های فتوولتائیک اقدام کرده و توانسته است حدود 7500 کیلووات پنل خورشیدی در تعدادی از مدارس، مساجد نمونه، ساختمان‌های شرکت برق منطقه‌ای، توزیع برق و ساختمان‌های اداری نصب کند.
امسال نیز وزارت نیرو مکلف شده است که با مشارکت 50 درصدی مشترکان، انرژی‌های تجدیدپذیر و سامانه‌های کوچک فتوولتاییک را بر روی پشت بام‌ها گسترش دهد که اولویت و سیاست وزارت نیرو نصب این سامانه‌ها برای مشترکان خانگی است.
همانطور که بر اساس آخرین اخبار سال گذشته در هزار نقطه پنل خورشیدی از ظرفیت 1.5 کیلوواتی برای مشترکان نمونه خانگی تا 100 کیلو واتی برای اداره‌ها و مراکز بزرگ نصب شده است.
چرا انرژی خورشیدی مورد توجه دولت قرار گرفته است؟
انرژی خورشیدی منحصربه‌فردترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان و منبع اصلی تمامی انرژی‌های موجود در زمین است. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم و غیرمستقیم می‌تواند به اشکال دیگر انرژی تبدیل شود. به طور کلی انرژی متصاعد شده از خورشیدی در حدود ۸.۳ در ۱۰۲۳ کیلووات در ثانیه است.
کشور ایران نیز با داشتن حدود ۳۰۰ روز آفتابی در سال از بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان به حساب می‌آید. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و پراکندگی روستایی در کشور، استفاده از انرژی خورشیدی یکی از مهمترین عواملی است که مورد توجه مسوولان دولتی قرار گرفته است. استفاده از انرژی خورشیدی یکی از بهترین راه‌های برق رسانی و تولید انرژی در مقایسه با دیگر مدل‌های انتقال انرژی به روستاها و نقاط دور افتاده در کشور از نظر هزینه، حمل‌نقل، نگهداری و عوامل مشابه نیز است.
از طرفی با توجه به استانداردهای بین‌المللی اگر میانگین انرژی تابشی خورشید در روز بالاتر از ۳.۵ کیلووات ساعت در مترمربع (۳۵۰۰ وات/ساعت) باشد، استفاده از مدل‌های انرژی خورشیدی نظیر کلکتورهای خورشیدی یا سیستم‌های فتوولتائیک بسیار اقتصادی و مقرون به صرفه خواهد بود.
در بسیاری از قسمت‌های ایران انرژی تابشی خورشید بسیار بالاتر از این میانگین بین‌المللی است و در برخی از نقاط حتی بالاتر از ۷ تا ۸ کیلو وات ساعت بر مترمربع اندازه‌گیری شده است. ولی به طور متوسط انرژی تابشی خورشید بر سطح سرزمین ایران حدود ۴.۵ کیلو وات ساعت بر مترمربع است.
پنل‌های خورشیدی و تبدیل انرژی در آنها
سلول فتوولتائیک نور خورشید را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی پدیده «فوتوالکتریک» است که اولین بار توسط انیشتین مطرح شد. فوتو به معنای نور و ولتائیک به معنای الکتریسیته است. عنصر اصلی در ساخت سلول‌های خورشیدی، نیمه هادی‌هایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید است. اساس کار سلول‌های خورشیدی بر مبنای تئوری الکترون‌های مدارات اتم قابل توجیه است.
در سطح خارجی تراز انرژی اتم دو سطح تراز مشخص وجود دارد. سطح تراز ظرفیت اتم (والانس) که در عملیات شیمیایی دخالت دارد و سطح تراز هدایت اتم (لایه هدایت) که در هدایت الکتریکی نقش دارد. همان طور که می‌دانید هر اتم برای اینکه از تراز ظرفیتی خود به تراز هدایت انتقال یابد، احتیاج به مقدار مشخصی انرژی دارد که به آن انرژی گپ می‌گویند. علت استفاده از نیمه‌هادی‌ها هم دقیقا به این خاطر است که این عناصر نیاز به انرژی گپ بسیار پائین دارند تا به تراز هدایت منتقل شوند و با حرارتی کم در حد حرارت محیط می‌توانند این انرژی را تامین کنند. در نیمه‌هادی‌ها با اضافه کردن نا خالصی به کریستال خالص آنها می‌توان میزان انرژی گپ را بیش از پیش کاهش داد. اگر به سیلیسیم که یک نیمه هادی است فسفر اضافه شود دارای بار منفی و اگر بور اضافه شود دارای بار مثبت می‌شود.
حال اگر به الکترونی که در تراز ظرفیت است انرژی بیش از مقدار انرژی گپ داده شود به تراز هدایت منتقل شده و باعث ایجاد الکترون و حفره‌ای آزاد می‌شود. لذا از همین خاصیت برای ساخت نیمه‌هادی‌های نوع N و P استفاده می‌شود. در اثر برخورد نور به سطح نیمه هادی نوع PN و کسب انرژی گپ، حامل‌های بار(الکترون – حفره) به وجود آمده که می‌توانند در داخل نیمه هادی حرکت کرده و تولید الکتریسیته کند.
مواد گوناگونی تاکنون در ساخت سلول های خورشیدی استفاده شده‌اند که بازده و هزینه‌های ساخت متفاوتی دارند. در واقع این سلول‌ها باید طوری طراحی شوند که بتوانند طول موج‌های نور خورشید را که به سطح زمین می‌رسد با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند. موادی که برای ساخت سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شوند را می‌توان در سه نسل طبقه بندی کرد.
۱) نسل اول فناوری‌های فتوولتائیک، سلول‌های کریستالی: سیلیکون یکی از فراوان ترین عناصر حال حاضر کره زمین است. این عنصر یک نیمه هادی بسیار مناسب برای استفاده در سیستم های فتوولتائیک است. سلول های کریستالی سیلیکون بسته به این که ویفرهای سیلیکونی به چه روش ساخته می‌شوند به دو دسته کلی تقسیم بندی می‌شوند: مونو کریستال سیلیکونی و پلی کریستال سیلیکونی. دسته دیگر از سلول های کریستالی شامل گالیم آرسناید است.
۲) نسل دوم فناوری‌های فتوولتائیک، سلول‌های خورشیدی تین فیلم: پس از بیش از 20 سال تحقیق و توسعه، سلول‌های خورشیدی تین فیلم شروع به گسترش کردند. تین فیلم ها به طور قابل ملاحظه ای در هزینه تولید الکتریسیته نسبت به ویفرهای سیلیکونی کاهش ایجاد کردند. سه نوع اصلی سلول‌های خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل سیلیکون‌های آمورف (a-Si و a-Si/μc-Si)، کادمیوم تلورید (Cd-Te) و مس- ایندیم- سلنید (CIS) و مس – ایندیم – گالیم- دیسلنید (CIGS) هستند.
۳) نسل سوم فناوری‌های فتوولتائیک: فناوری‌های این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند. فناوری های نسل سوم به دسته های سی.پی.وی، سلول‌های خورشیدی ارگانیک، سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ، سلول های خورشیدی پلیمری و سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال‌های مایع تقسیم می‌شوند.
چگونگی بکارگیری سیستم‌های فتوولتاییک
سیستم‌های فوتوولتائیک جهت مصارف عمومی و کشاورزی، بصورت نیروگاه‌های مستقل از شبکه سراسری یا سیستم‌های متصل به شبکه سراسری با ساختار نصب ثابت و یا متحرک در واحدهای کوچک باتوان پائین جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز ماشین حساب‌های کوچک تا سیستم‌های بزرگ نیروگاهی، به کار می‌رود. در خصوص سیستم های متحرک باید گفت که، مزیت آن امکان ردیابی خورشید و افزایش انرژی الکتریکی حاصل از تابش خورشید درطی روز است. باوجود این مطلب، به دلیل افزایش احتمال خرابی درسیستم مکانیکی، نیاز به انرژی الکتریکی جهت به حرکت درآوردن سازه درکاربردهای کوچک و پراکنده توصیه نمی‌گردند. تنها درتعدادی از نیروگاه های برق خورشیدی (فوتوولتائیک) در جهان از این نوع سازه استفاده شده است.
روش های بکارگیری سیستم های فتوولتائیک
۱- متصل به شبکه سراسری برق : در این روش، انرژی الکتریکی حاصل از سیستم فوتوولتائیک (با استفاده از تجهیزات الکتریکی مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب، همچون اینورترهای متصل به شبکه و …) ضمن تغییر شکل و تطبیق سطح ولتاژ و فرکانس انرژی الکتریکی حاصل ازسیستم فوتوولتائیک، با مشخصات سطح ولتاژ، اختلاف فاز، فرکانس و … شبکه سراسری به شبکه سراسری برق تزریق می‌شود. با استفاده از نیروگاه‌های فوتوولتائیک متصل به شبکه سراسری به صورت متمرکز و یا غیرمتمرکز (ضمن تقویت انرژی جاری در شبکه توزیع)، به دلیل تزریق ولتاژ و جریان مانع افت ولتاژ شبکه توزیع شده و در نتیجه از فشار بر روی نیروگاه‌ها در طی روز جلوگیری کرد. این امر همانند این است که هر مشترک شبکه سراسری برق، با نصب سیستم متصل به شبکه، خود به عنوان یک تولید کننده پراکنده کوچک، به صورت نیروگاهی کوچک عمل کند. دراین روش علاوه بر تامین بخشی از انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف کننده، انرژی الکتریکی (مازاد بر مصرف) به شبکه سراسری برق تزریق می شود.
2- مستقل از شبکه سراسری برق سیستم‌های مستقل از شبکه: تامین انرژی الکتریکی ایستگاه‌های مخابراتی و تلویزیونی، خانه های مسکونی، چادرهای عشایری، کلبه های روستایی و بصورت کلی رفع نیاز انرژی الکتریکی مناطقی که فاقد شبکه سراسری برق هستند. این بخش سهم بالایی از سیستم های مستقل ازشبکه را در جهان به خود اختصاص داده است. در بسیاری از کشورهای جهان، به ویژه درحال توسعه جهت تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز روستاهای فاقد برق ازاین سیستم استفاده می‌شود. به طور مثال در سال 2007 کشور اندونزی برق رسانی به 15000 خانوارروستایی را از این طریق آغاز کرده است. عدم نیاز به سوخت و مشکلات سوخت رسانی بویژه در مناطق صعب العبور و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم وطول عمر مناسب از جمله عمده مزایایی است که در رشد و توسعه این سیستم‌ها بویژه در نقاط محروم کشور نقش عمده و بسزایی دارد.
اهم کاربردهای سیستم‌های فوتوولتائیک
یکی از کاربردها در سیستم‌های تامین برق مستقل از شبکه یا تامین برق خانه‌های مسکونی است. این سیستم‌ها در چادرهای عشایری، کلبه‌های روستایی و به صورت کلی رفع نیاز الکتریکی مناطق فاقد شبکه سراسری برق هستند، استفاده می‌شود.
یکی از کاربردهای موفق سیستم‌های فوتوولتائیک، پمپاژ آب خورشیدی است. افزایش تقاضا در این بخش نشان گر توانمندی و قابلیت کارکرد این سیستم است. بطورمثال درسال 2006 در کشور مکزیک بیش از 800 عدد پمپ با توان تجمعی 33 کیلووات و در بنگلادش بیش از 5000 عدد پمپ در سال 2005 و 2006 با مبلغ تجمعی 21 میلیون دلار نصب و راه اندازی شد و یا 6.6 درصد از سیستم های فوتوولتائیک نصب شده در کشور هند را سیستم های پمپ فوتوولتائیک تشکیل می‌دهد.
روشنایی خورشیدی در منازل مسکونی و مدارس، ایستگاه‌های بین راهی، تونل‌ها، فانوس‌های دریایی، چراغ های پارکی و غیره از دیگر کاربردهاست. میزان روشنایی درشب یک امتیاز برای شهرهای بزرگ و صنعتی است و بدون دسترسی به برق، تامین روشنایی به لامپ های دینامی و یا چراغ های نفتی محدود می‌شود. یکی از راه حل های مناسب جهت تامین روشنایی مناسب جهت مناطق فاقد دسترسی به برق، استفاده از چراغ های خورشیدی است که سالانه ده ها هزار نمونه ازاین سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می‌شود. این سیستم در تامین روشنایی منازل مسکونی و مدارس، ایستگاه‌های بین راهی، چراغ‌های راهنمایی و رانندگی، فانوس‌های دریایی وغیره موثر واقع شده است. به گونه‌ای که تعداد بسیار زیادی از آنها در کشور ما نیز درشهرها و جاده های کشور نصب شده است.
کاربرد دیگر در سیستم تغذیه کننده پرتابل (قابل حمل و نقل) همچون خودروهای خورشیدی، مصارف الکتریکی غیرصنعتی در ابزارهایی مانند، اسباب بازی ها، ماشین حساب های خورشیدی و غیره است. قابلیت حمل و نقل سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم‌ها است که در رشد و توسعه آن نقش بسزایی دارد.
No tags for this post.
