فتوولتائیک، انرژی خورشیدی، نیروگاه خورشیدی

دانلود پایان نامه ارشد

د که دماي زير 100 درجه سانتي گراد مورد نياز باشد. اين کلکتورها از نظر مونتاژ ساده بوده و امتيازات ديگر آنها عبارتند از هزينه کم، سهولت در طراحي و ساخت؛ با دوام، عدم نياز به رديابي خورشيد، امکان استفاده در روزهاي ابري و ايجاب کمترين ميزان نگهداري. متوسط عمر دستگاه آب گرم کن خورشيدي به طور معمول تقريباً 20 سال فرض مي شود.
استفاده از انرژي تجديدپذير براي گرم کردن آب مي تواند ذخاير الکتريکي را افزايش داده، فاکتور بار دستگاه را ارتقاء داده و ضمن بهبود بخشيدن به امکانات بعدي بار نياز به گسترش ظرفيت را کاهش دهد. علاوه بر آن، استفاده از منابع انرژي تجديدپذير فرصت هاي آشکاري براي کاهش دي اکسيد کربن، مونوکسيد کربن، نيتروژن اکسيد، سولفور اکسيد، ترکيبات آلي فرّار و ذرات بسيار ريز در حين توليد برق را فراهم مي کند. وقتي فناوري هاي چهارگانه آب گرم کن به صورت آلترناتيو (گرم کردن الکتريکي و استاندارد آب، گرم کردن آب با استفاده از پمپ حرارتي، دستگاه آب داغ خورشيدي و سوپرگرم کن هاي خنثي ساز پمپ حرارتي) با هم مقايسه شدند نتايج حاکي از آن بودند که دستگاه هاي آب داغ خورشيدي مؤثرترين بوده و بيشترين کاهش را در تقاضاي پيک الکتريکي دارا مي باشند.
در اين تحقيق، ارزيابي فني- اقتصادي متداول ترين دستگاه هاي آب گرم کن خورشيدي در ايران با کميت سنجي ميزان انرژي خورشيدي به دست آمده، مورد نياز و استفاده شده و دوره بازگشت سرمایه مورد بررسی قرار می گیرد و نکته بسیار مهم که باید به آن توجه داشت ، این است که عملکرد دستگاه آب گرم کن هاي خورشيدي به جهت گيري آن، خواص اُپتيکي و هندسي آن، شرايط جوي خرد و کلان، موقعيت جغرافيايي، پارامترهاي عملياتي و مدت استفاده بسيار بستگي دارد.

2-1- مروري بر بکارگيري انرژي خورشيدي از گذشته تا کنون
2-1-1- تاريخچه بکارگيري انرژي خورشيدي
کاربرد انرژی خورشیدی به قرن هفتم قبل از میلاد مسیح باز می گردد. از انرژی خورشیدی برای گرمایش، پخت و پز، روشنائی و روشن نمودن آتش استفاده می کردند. یونانیان و رومیان باستان معماری هایی را برای استفاده از نور و گرمایش انرژی خورشیدی در داخل ساختمان خود داشته اند. در قرن هفتم قبل از میلاد مسیح مردمان باستان از ذره بین برای تمرکز نور خورشید جهت روشن نمودن آتش استفاده می کردند. در قرن سوم قبل از میلاد مسیح رومیان و یونانیان با استفاده از آینه مشعلهای خود را روشن می نمودند و در قرن دوم پیش از میلاد مسیح ؛ ارشمیدس دانشمند یونانی با استفاده از بازتابش نور خورشید از سپری برنزی و متمرکز نمودن نور خورشید توانست کشتی های چوبی دشمنان را آتش بزند.

شکل 2-1: به آتش کشیدن کشتی های چوبی به کمک متمرکز نمودن نور خورشید

بیست سال بعد از میلاد مسیح مردمان چین از آینه برای روشن نمودن مشعلهای خود استفاده کردندو در فواصل قرن یک تا چهارم میلادی رومیان حمامهای خانه های خود را به گونه ای طراحی نمودند که از نور خورشید برای گرم شدن آب بهره ببرند. در قرن سیزدهم میلادی اجداد پوئبلو در آمریکای شمالی خانه های صخره ای خود را رو به جنوب ساختند تا از گرمای خورشید در زمستان بیشتر بهره ببرند.
به همین ترتیب کاربرد انرژی خورشیدی ادامه یافت تا در سال 1767 میلادی دانشمندی سوئیسی اولین کلکتور خورشیدی را ساخت و در سال 1839 میلادی ادموند بکرل دانشمند فرانسوی اثر فتوولتائیک را کشف نمود. او هنگام کار با پیل الکترولیز که با دو الکترود فلزی در محلول الکترولیت خود بود به این نتیجه رسید که وقتی در معرض نور خورشید قرار می گیرد میزان تولید برق افزایش می یابد . در سال 1860 میلادی ریاضیدان فرانسوی August Mouchet کار بر روی موتور بخار خورشیدی را آغاز کرد. بعد از 20 سال او و دستیارش Abel Pifre  موتورهایی را ساختند که نمونه های مدرن آن در حال حاضر در کلکتورهای سهموی خطی استفاده می گردد. تحقیقات ادامه پیدا کرد تا در سال 1873 میلادی Willoughby Smith قابلیت هدایت نور سلنیوم را کشف نمود و William Grylls Adams  و Richard Evans Day کشف کردند که وقتی سلنیوم در مقابل نور خورشید قرار می گیرد برق تولید می کند. اکتشافات ادامه پیدا کرد تا در سال 1891 میلادی اولین آب گرمکن خورشیدی توسط کلارنس آمریکایی ثبت اختراع گردید و در سال 1908 میلادی ویلیام جی بیلی یک کلکتور با سیم پیچ مسی و یک جعبه عایق ساخت که این طرح تقریبا شبیه همان طرحی است که امروزه برای کلکتورهای خورشیدی استفاده می شود.
حال نوبت به بهره گیری از این اکتشافات بود که برای اولین بار از سال‌ 1940 به بعد استفاده از انرژي خورشيدي در توليد آب گرم مصرفي و گرمايش ساختمان‌ها در کشورهاي آمريکا، روسيه (تاشکند و عشق‌آباد)، استراليا و ساير کشورهاي جهان، رو به توسعه گذاشت. در اين زمان، 80% خانه‌هاي جديدي که در ميامي طي سال‌هاي 1935 و 1941 ساخته شد، سيستم‌هاي خورشيدي داشت. شايد حدود 60000 آبگرمکن خورشيدي طي اين دوره، تنها در اين ناحيه فروخته شد. همچنين، آزمايش‌هايي در زمينه به کارگيري انرژي خورشيدي براي گرم کردن خانه‌ها به وسيله مؤسسه فناوري ماساچوست در کلرادو صورت گرفت. در سال 1946 در هندوستان، کوره‌هايي ساخته شد که با انرژي خورشيدي کار مي‌کردند و در اواسط دهه 1950 میلادی اولین ساختمان اداری تجاری در جهان که با آبگرمکن خورشیدی کار می کرد طراحی شدو در سال 1963 میلادی ژاپن یک پنل 24 واتی را بر روی یک فانوس دریایی نصب نمود. همچنین همچنین سال 1964 میلادی یک رخداد تاریخی صورت پذیرفت و ناسا اولین ماهواره ای که با سلولهای فتوولتائیک به ظرفیت 470 وات تغذیه می گردید توسط سفینه فضایی به فضا پرتاب نمود و همچنین مرکز تحقیقات لوئیس ناسا برای اولین بار شروع به نصب 83 سیستم فتوولتائیک در سرتاسر جهان نمود که برای روشنائی درمانگاهها، پمپاژ آب و تلویزیون کلاس ها و موارد دیگر به کار می رفت.
طراحی های عظیم در راستای استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشید ادامه پیدا کرد تا اینکه در سال 2002 میلادی بزرگترین سیستم خورشیدی پشت بامی در کالیفرنیا نصب گردید و در اواخر سال 2008 میلادی بزرگترین پارک خورشیدی در آلمان بوسیله سیستمهای تین فیلم راه اندازی گردید.

2-1-2- استفاده کنوني از انرژي خورشيدي در جهان
با توجه به آمار جهانی انرژی خورشیدی در راستای سیستم های فتوولتائیک ،حدود 30 گیگاوات از ظرفیت فتوولتائیک جدید در سراسر جهان در سال 2011 عملیاتی شده است و با افزایش 74 درصدی در کل دنیا به میزان 70 گیگاوات رسیده است. نصب و راه اندازی واقعی در طول سال 2011 نزدیک به 25 گیگاوات بوده است چراکه بعضی از ظرفیتهای متصل شده به شبکه در سال 2010 نصب شده بوده اند. ظرفیت عملیاتی سیستمهای فتوولتائیک در آخر سال 2011 در حدود 10 برابر میزان کل نصب شده جهانی در 5 سال قبل بوده است و بدین وسیله به طور متوسط نرخ رشد سالانه 58 درصدی را در بازه زمانی 2006 تا 2011 به ارمغان آورده است.
گرمايش خورشيدي آب نیز سهم عمدهاي در دستيابي به هدف کاهش انتشار CO2 را دارا بوده است. براي اين منظور، هدف کوتاه مدت اتحاديه اروپا دستيابي به 15 ميليون متر مربع جمعکننده تا سال 2004 بوده است. وضعيت فعلي بازار وآمارها نشان ميدهدکه روشنترين راهبرد توسعه بازارحرارتي خورشيدي، بکارگيري آبگرمکن هاي خورشيدي در خانههاي ويلايي و سيستمهاي اشتراکي (جمعي) گرمايش آب در کل کشورهاي اتحاديه اروپاست. هدف بلند مدت اتحاديه اروپا دستيابي به 100 ميليون مترمربع سطح جمعکننده تا سال 2010 است.

2-1-3- کاربرد انرژی خورشیدی در ایران
خوشبختانه در چند سال اخير فعاليت در زمينه انرژي خورشيدي در ايران گسترش چشمگيري داشته است. در چند مرکز، از جمله مرکز تحقيقات و کاربرد انرژيهاي نو و مرکز پژوهشهاي خواص و کابرد مواد و نيرو و چند دانشگاه و همچنين در تعدادي مراکز توليدي فعاليت در زمينه انرژي خورشيدي در جريان است. اولين سمينار انرژيهاي نو در ايران در ارديبهشت 1360 تشکيل شد و تعداد 20 مقاله در اين سمينار ارائه شد. در دومين سمينار انرژيهاي نو در تير 1362 تعداد 17 مقاله در زمينه انرژي خورشيدي ارائه شد.
کشور ایران نیز در نواحی پرتابش واقع است و مطالعات نشان می دهد که استفاده از تجهیزات خورشیدی در ایران مناسب بوده و میتواند بخشی از انرژی مورد نیاز کشور را تأمین نماید. ایران کشوری است که بين عرض جغرافيايي 25 تا 5/39 درجه شمالي قرار گرفته است و با وجود حدود 300 روز آفتابی در بیش از دو سوم آن و متوسط تابش 5/5 – 5/4 کیلووات ساعت بر متر مربع در روز ، یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است. 

شکل 2-2: پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران
مقدار کل تابش به وسيله زاويه تابش تعيين مي شود. در نتيجه جنوب ايران به دليل زاويه عمودي تر مقدار انرژي بيشتري نسبت به شمال دارد. يکي ديگر از دلايل افزايش شدت تابش از شمال به طرف جنوب ابرناکي آسمان است که مقداري از تابش را بر مي گرداند. سواحل درياي خزر به علت کمي ساعات آفتابي و ارتفاع کم حداقل انرژي تابشي را دارد. تمام مناطق آذربايجان، بخشي از کردستان و قسمتهاي از شمال شرقي انرژي کمي دريافت مي کند، مناطق با تابش زياد شامل دامنه هاي جنوبي البرز، ارتفاعات خراسان، زاگرس مياني، جلگه و سواحل جنوب و نيز مناطق با تابشي خيلي زياد شامل زاگرس جنوبي، دشت لوت، چاله جازموريان و ارتفاعات بشاگرد مي‌باشد.

2-1-4- فعالیتهای اجرا شده و در حال اجرا در حوزه انرژی خورشیدی در ایران
احداث نیروگاه حرارتی خورشیدی سهموی خطی شیراز به ظرفیت 250 کیلووات تا مرحله تولید بخار و انجام تحقیقات در زمینه فناوری ساخت و تست قالب مربوط به آینه کلکتور.
شروع این پروژه در سال 1379 بوده و در سال 1387 نیز فاز بخار آن تکمیل شده است. نیروگاه خورشیدی شیراز از 48 عدد کلکتور سهموی در 8 ردیف 6 تایی تشکیل شده است که در راستای شمال- جنوب نصب گردیده است. طول هر کلکتور 25 متر و دهانه آن 4/3 متر میباشد بر روی هر کلکتور 6 عدد لوله جاذب استوانه ای شکل با پوشش کرم سیاه یا سرمت میباشد که بوسیله شیشه های پیرکس پوشانده شده است. این لوله ها در طول خط کانونی کلکتور قرار میگیرد.کل مجموعه بر روی سازه های نگهدارنده نصب شده است و توسط سیستم های ردیابی با سیستم کنترلی خورشید را در طول روز تعقیب میکند.
انرژی حرارتی پرتو های خورشید توسط لوله های گیرنده جذب شده و به سیال انتقال حرارت که روغن میباشد منتقل میشود . سیال تا 265 درجه سانتیگراد گرم میشود و سپس روغن داغ وارد مبدلهای حرارتی شده و پس از عبوراز مبدل، آب را به بخار سوپر هیت تبدیل میکند و بخار حاصل وارد ماشین بخار شده و توسط ژنراتور برق تولید میشود .نیروگاه خورشیدی شیراز  شامل 48 عدد کلکتور ، 4992 عدد آینه نصب شده بر روی کلکتور ها ، 288 عدد لوله گیرنده میباشد.همچنین هر آینه تعداد 4 عدد پایه سرامیکی و هر کلکتور 416 عدد پایه سرامیکی دارد. مجموع تعداد پایه سرامیکی کل نیروگاه 19968 عدد می باشد .

برقرسانی فتوولتائیک به روستاها (برقرسانی به 358 خانوار روستایی) جمعاً به ظرفیت386 کیلووات
طرح برقرسانی روستایی در سال 1385 ابتدا از استان قزوین آغاز و سپس دراستانهای گیلان ، زنجان ، بوشهر ، یزد و کردستان اجراءگردید  .در این پروژه مجموعاً نصب  58 سیستم فتوولتائیک جهت برق رسانی به روستاهای فاقد برق و به صورت پایلوت با موفقیت انجام شده است . تنوع توانهای 700 وات و 5/1 کیلووات به جهت تست شرایط مختلف در سیستم های پایلوت ، تجربه های مفیدی را در بر داشته است که از جمله مهمترین آنها استفاده بهینه از این سیستمها میباشد بطوریکه مشاهده میگردد این سیستمها قابلیت استفاده در سراسر ایران را دارد ، چنانچه فرهنگ مدیریت بر مصرف و نگهداری این سیستمها وجود داشته باشد. در همین راستا پروژه برقرسانی به 634 خانوار روستایی نیز در سال 1387 تعریف گردیده و تاکنون در دست اجرا می باشد.

طراحی ،نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتائیک با ظرفیت اسمی 97 کیلووات در منطقه

پایان نامه
Previous Entries انرژی خورشیدی، هزینه های اجتماعی، آبگرمکن خورشیدی Next Entries انرژی خورشیدی، فتوولتائیک، تابش خورشیدی