برق خورشیدی (فتوولتائیک)
بی تردید یکی از مهمترین فعالیتهای کشورهای پیشرفته در کاهش مصرف انرژیهای ناپاک،گسترش تکنولوژیهایی است که از منابع تجدیدپذیر و نامحدود انرژی استفاده می کنند. این موضوع تاثیر فراوانی را هم بر اقتصاد و هم بر محیط زیست در پی خواهد داشت. بدین معنی که با استفاده از منابع تجدید پذیر انرژی از پایان منابع فسیلی سوخت جلوگیری شده و مضرات زیست محیطی آنها نیز ایجاد نخواهد شد.تا زمانیکه از منابع انرژی تجدیدپذیر استفاده شود،سیستمهای فتوولتائیک یکی از بهترین راههای تولید انرژی از خورشید خواهند بود.
ماده اوليه به كار رفته در سيستم هاي برق خورشیدی (فتوولتاييك)، سيليكون است. زمانيكه صفحه هاي سيليكون در معرض تابش نور خورشيد قرار مي گيرند، جريان الكتريكي مستقيم DC در آنها توليد مي شود. پانلهاي فتوولتاييك نسبت به تابش هاي مستقيم و پراكنده عكس العمل نشان مي دهند. اما مقدار خروجي انرژي الکتريکي با افزايش مقدار تابش نور يا پرتو افكني بيشتر، افزايش مي يابد.
اجزای سیستمهای فتوولتائیک (برق خورشیدی)
1- سلولهای فتوولتائیک(مولد برق خورشیدی)
این سلولها مربعهای نازک، دیسک ها یا فیلمهایی از جنس نیمه هادی هستند که ولتاژ و جریان کافی را در زمان قرار گرفتن در معرض تابش نور خورشید، تولید می کنند.
2- کنترل کننده شارژ
تجهیزاتی هستند که ولتاژ باتریها را تنظیم و کنترل می کنند و از آسیبهای احتمالی وارد بر باتریها جلوگیری می کنند.
3- ذخیره کننده باتری خورشیدی
وسیله ایست که انرژی الکتریکی تولیدیDC را در خود ذخیره می کند.
بخاطر وجود تغيير در ميزان شدت تابش پرتوهاي خورشيدي در طول روز و در فصول مختلف، يك باطري به منظور ذخيره كردن انرژي الكتريكي توليدي توسط آرايه‌هاي فتوولتائيك و به عنوان يك عامل واسط بين آرايه‌هاي خورشيدي و مصرف كننده انرژي الكتريكي براي بهره‌وري بيشتر مورد نياز مي‌باشد.
4- مبدل (اينورتر)
وسیله ایست که جریان DC را به جریان AC برای مصرف،تبدیل می کند.

انواع سیستمهای فتوولتائیک
1- سیستمهای فتوولتائیک ساخته شده با باتری شارژی
فانوسهای خورشیدی و شارژرهای فتوولتائیک مورد استفاده در باتریهای رادیو، ازاین نمونه بوده و بازار فروش مناسبی دارند. در این سیستم همه اجزاء یکپارچه شده و بجای باتریهای یکبار مصرف، از باتریهای قابل شارژ استفاده می شود.

2- سیستمهای استفاده در روز
ساده ترین و ارزانترین سیستمهای فتوولتائیک برای استفاده در روز طراحی شده اند. این سیستمها معمولا شامل مدولهایی می شوند که ابزار ذخیره سازی ندارند و مستقیما با تابش خورشید، الکتریسیته تولید می کنند. برخی فن ها، دمنده ها یا پره های توزیع انرژی حرارتی در سیستم های گرمایش آب، و نیز وسیله های استفاده کننده، از انرژی خورشیدی چون ماشینهای حساب و ساعتهای مچی از این دسته اند.

3- سیستم جریان مستقیم (DC ) با باتری ذخیره خورشیدی
برای استفاده از سیستمهای فتوولتائیک در شب یا مواقع ابری، از سیستمهای مجهز به باتری ذخیره استفاده می شود. اجزای اصلی این سیستم یک مدول فتوولتائیکPV) )،کنترل کننده های شارژ، باتریهای ذخیره و سایر وسایل است.
سیستمهای با باتری ذخیره می توانند شامل وسایل کوچکی مانند چراغ قوه با یک باتری تا ابزار آلات بزرگ با تعداد زیادی باتری صنعتی باشند.
نکته مهم در مورد باتریهای شارژی آنست که باید بمنظور دوام بیشتر، بطور کامل تخلیه شوند و سپس کاملا شارژ گردند. اندازه و شکل منبع باتری باید متناسب با عملکرد ولتاژ سیستم، مقدار استفاده در شب، شرایط آب و هوایی محل و ... طراحی گردند. در برخی از این سیستمها یک کنترل کننده شارژ، طراحی شده است که از شارژ بیش از حد باتریها یا تخلیه غیرعادی آنها با قطع اتصال مدول از منبع باتری، جلوگیری می کند و این موضوع در حفظ کیفیت و دوام باتری موثر است.

4- سیستم های خورشیدی جریان مستقیم تغذیه کننده جریان متناوب
مدولهای فتوولتائیک در اثر تابش آفتاب انرژی الکتریکی DC را تولید می کنند. اما اکثر لوازم الکتریکی به انرژی AC نیازمندند. لذا سیستمهای فتوولتائیک باید مبدلی را جهت تبدیل جریان DC به AC داشته باشند، این مبدلها انعطاف پذیری سیستم را افزایش داده و تسهیلاتی را ایجاد می کنند. اما افزایش هزینه را نیز در پی دارند.

5- سیستمهای برق خورشیدی متصل به شبکه شهری
این سیستمها به باتری ذخیره نیازی ندارند. چون خود شبکه برق، عمل ذخیره سازی انرژی را انجام می دهد. انرژی اضافی تولید شده را مالک سیستم به شبکه شهری می فروشد و درصورت نیاز از شبکه شهری دریافت می کند. بر این اساس شرایطی باید فراهم شود تا خرید و فروش انرژی بین مالک و شبکه شهری امکانپذیر باشد. بدین منظور برخی از کمپانی های شبکه برق شهری کنتورهایی را به مشتریان خود می دهند که مقدار خرید و فروش الکتریسیته را معین می کند.

مزایای تکنولوژی فتوولتائیک (تولید برق خورشیدی)
دوام:
تکنولوژی بکار رفته در ساخت مدولهای فتوولتائیک از مصالح بادوامی است. در گذشته دوام سیستمها را حدود 10 سال در نظر می گرفتند اما با پیشرفتهای انجام شده، متوسط عمر مفید این سیستمها به 25 سال رسیده است.
هزینه های پایین حفظ و نگهداری:
در سیستم منابع تجدیدناپذیر، هزینه های حمل و نقل مواد و نیروی کار بسیار بالا است. اما درسیستمهای فتوولتائیک چنین هزینه هایی در چرخه تولید وجود ندارد. زیرا سیستم به بازرسی های دوره ای و نگهداری با هزینه اندک نیاز دارد.
عدم نیاز به مواد سوختی:
در سیستمهای فتوولتائیک نیازی به منابع سوختی فسیلی و ... نمی باشد. بنابراین مضرات زیست محیطی ناشی از این منابع و هزینه های حمل و نقل و انبارداری آنها حذف می شود.
کاهش آلودگی صوتی:
سیستمهای فتوولتائیک بدون حرکت و کاملا بی صدا بوده و آلودگی صوتی ندارد.
قابلیت نصب و راه اندازی سیستمهای فتوولتائیک در ظرفیتهای گوناگون:
با توجه به مدولهای پیش ساخته در این سیستمها می توان الکتریسیته را در مقیاسهای مختلف تولید کرد.چنانچه با سیستمهای فتوولتائیک می توان از چند میلی وات تا چندین مگاوات انرژی بدست آورد. اگر این سیستم را بصورت مدولهای کوچک و منفرد استفاده کنیم، برای نیازهای بسیار ناچیز و اگر در مزرعه ای مجموعه ای از آرایشهای گسترده فتوولتائیک را بکار بریم، نیروگاه خورشیدی عظیم را ایجاد کرده ایم.
عدم وابستگی به شبکه برق شهری:
در مواقعی که انتقال برق شهری امکانپذیر نباشد، می توان از این سیستم ها بهره گیری کرد زیرا بصورت مستقل الکتریسیته تولید کرده و نیازی به نگهداری فراوان ندارند. پس در مناطق دورافتاده و صعب العبور، استفاده از این سیستمها گزینه مناسبی خواهد بود.
دوام اجزاء فتوولتائیک:
مدت کارکرد مدولهای خورشیدی،در سالهای گذشته بطور متوسط 10 سال در نظر گرفته می شده لیکن با پیشرفتهای فنی میانگین زمان کارکرد مدولها به 25 سال رسیده است. بسیاری از اجزاء و مواد اولیه این مدولها قابل بازیافت و استفاده اند. مثلا شیشه ها، جعبه های پلاستیکی و کلافهای فلزی نصب و ... قابل استفاده مجدداند. اما بازیافت برخی از اجزا چون نیمه هادیها و ... امکانپذیر نیست.

سیستمهای سرمایش خورشیدی

گرمايش و سرمايش ساختمانها با استفاده از انرژي خورشيد، ايده تازه‌اي بود که در سالهاي ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از يک دهه به پيشرفتهاي قابل توجهي رسيد. در زمينه گرمايش با استفاده از انواع گرمكن هاي خورشيدي مي توان از آب و يا هوا به عنوان سيال ناقل انرژي استفاده كرد. همچنين با افزودن سيستم خورشيدي به سيستم تبريد جذبي علاوه بر آب گرم مصرفي و گرمايش از اين سيستم‌ها در فصول گرما براي سرمايش ساختمان نيز استفاده ميگردد.
بيلان ساليانه مصرف انرژي كشور نشان دهنده آن است كه بيشينه ميزان مصرف انرژي در ماه هاي گرم سال اتفاق مي افتد؛ علت اصلي چنين افزايشي، انرژي بري بالاي دستگاه هاي سرمايش مي باشد؛ با كمي دقت اين نكته نمايان مي شود كه در اين فصول در كنار چنين افزايش مصرفي، انرژي تابشي خورشيد با قابليت كاردهي بالا در دسترس مي باشد به نظر مي رسد كه جايگزيني منابع عظيم انرژي خورشيدي در دسترس در اين فصول راهكار مناسبي براي كاهش ميزان بيشينه مصرف انرژي مي­باشد.
در اين راستا و با هدف استفاده از انرژي خورشيدي در سيستم های سرمايش، شرکت سولار بام اقدام به ارائه مقالات علمی و راهکارهای متعددی نموده است.
به منظور تولید سرمایش، استفاده از سیکل های تبرید جذبی و تراکمی مرسوم می باشد. مطابق تحقیقات بعمل آمده، استفاده از سيستم سرمايش جذبي با سيكل هاي بازيافت بسيار مقرون به صرفه مي باشد و در مقابل در صورتي كه غير از سيكل هاي بازيافت از اين سيستم استفاده شود ميزان انرژي بيشتري نسبت به سيستم تراكمي مصرف خواهد شد. البته لازم به يادآوري است كه استفاده از سيستم سرمايش جذبي به جاي سيستم تراكمي تنها از ديدگاه مصرف انرژي مورد بررسي قرار نمي گيرد بلكه از لحاظ ميزان آلاينده هاي زيست محيطي در مقايسه با سيستم سرمايش تراكمي آلودگي كمتري به محيط زيست تحميل مي نمايد.
 اما تامین انرژي حرارتي مورد نياز يك سيستم سرمايش جذبي بوسيله دو منبع خورشيدي و فسيلي به صورت موازي راهکار مناسبی است که باتوجه به شرایط آب وهوایی و شدت تابش بالای خورشید در تابستان، پیشنهاد می گردد.
در این حالت ديگ آب داغ موظف به تأمين انرژي مورد نياز چيلر در ساعاتي كه انرژي خورشيد مستقيماََََ جوابگوي نياز سيستم نیست، می باشد.

كلكتور تخت خورشيدي:

به صورت كلي يك كلكتور خورشيدي يك مبدل حرارتي است كه انرژي خورشيد را به گرما تبديل مي­كند، در مبدل هاي معمولي انتقال انرژي از طريق يك سيال به سيال ديگر صورت مي گيرد ولي در كلكتورهاي خورشيدي انتقال انرژي از طريق تشعشع به سيال انتقال مي يابد.
كلكتورهاي تخت قابليت توليد دمايي تا حدودC 100ْ را دارا بوده كه با دريافت تابش هاي مستقيم و پخش شده خورشيدي به اين دما دست مي يابد. عموما‍ٌ براي اين نوع كلكتورها مكانيزم رديابي در نظر گرفته نمي شود و با تنظيم در جهت مناسب به صورت دايمي نصب مي گردند. كلكتورهاي تخت عموماٌ شامل يك يا چند لايه محافظ با فاصله هوايي مابين و يك قالب اصلي و يك جذب كننده مي­باشند.
نماي كلي سيستم در شكل زیر نمايش داده شده است.

شکل 1 : شماتیک سیستم سرمایش خورشیدی

 

در بارهاي سرمايي پايين (كمتر از 100 تن تبريد) استفاده از سيستمهاي سرمايش خورشيدي مقرون به صرفه تر به نظر ميرسد، در اين سيستم ها با توجه به نياز كمتر چيلر جذبي به انرژي گرمايي تعداد كلكتورها و سطح آن به طبع كاهش پيدا مي كند.
با توجه به اينكه چيلر هاي ابزورپشن در دماهاي پايين تري كار مي كنند (حدود 60-90 درجه سانتي گراد) براي سرمايش خورشيدي مناسب تر به نظر مي رسند.

در زیر یک نمونه شماتیک از سیستم چیلر جذبی تجمیع شده با سیستم خورشیدی (سرمایش خورشیدی) آورده شده است:

1و2و3        محلول رقيق ورودي به مولد
4و5و6        محلول غليظ خروجي از مولد
7               بخار مبرد
8و9            مايع مبرد
10             بخار مبرد
11و12        آب داغ ورودي و خروجي از مولد
13و14        آب خنك كننده ورودي و خروجي از جذب كننده
15و16        آب خنك كننده ورودي و خروجي از چگالنده
17و18        آب سرد ورودي و خروجي از تبخير كننده
19و20        آب داغ ورودي و خروجي از كلكتور خورشيدي
21و22        آب داغ ورودي و خروجي از منبع حرارتي اضطراري