آموزش انرژی، اگزرژی و اقتصادی سیستم فتوولتاییک ( Photovoltaics (PV) ) در نرم‌افزار EES

فتوولتاییک سیستمی است که قادر به تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته می‌باشد. استفاده از سیستم‌های فتوولتاییک به ما این قابلیت را می‌دهد که محیط زیست پاکیزه‌ تری داشته باشیم.

عبارت فتوولتاییک “Photovoltaic” ترکیبی از کلمه یونانی “Photos” به معنی نور با “Volt” به معنای تولید الکتریسیته از نور است و اولین بار اوایل سال ۱۸۳۹، «الکساندر ادموند بکرل» (Alexandre Edmund Becquerel) اثر فتوولتائیک را مشاهده کرد سپس در سال ۱۹۵۴، آزمایشگاه «Bell» واقع در ایالت متحده، اولین دستگاه فوتوولتاییک خورشیدی خود را معرفی کرد. این دستگاه مقدار قابل استفاده‌ای از برق را تولید می‌کرد.

امروزه سیستم‌های فتوولتاییک یکی از پر مصرفترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها افزوده می‌شود.

عملکرد سیستم فتوولتاییک :

همان طور که می دانید، نور خورشید از تعداد بی شماری فوتون ساخته شده است و برای آن که جریان برق در صفحات خورشیدی ایجاد شود، از سیستم های فتوولتاییک استفاده می شود.

در واقع سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی است که به کمک اثر فوتوولتاییک، انرژی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند. سلول‌های خورشیدی نوعی نیمه رسانا می‌باشند که اکثراً از  ماده توده سیلیکون ساخته می‌شوند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می‌گردد.

انواع سیستم های فوتوولتاییک :

1. سیستم های فوتوولتاییک متصل به شبکه
2. سیستم های فوتوولتاییک منفصل از شبکه

کاربردهای سیستم فوتوولتاییک :

1. مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها جهت ارسال پیام
2. سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری
3. سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی
4. سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل
5. سیستم پمپاژ خورشیدی
6. نیروگاههای فتوولتاییک
7. یخچالهای خورشیدی

مزایا سیستم فتوولتائیک :

1. فناوری فتوولتاییک بالغ، محکم و قابل اعتماد بوده، و هیچگونه اجزای متحرک نداشته و نیاز به نگهداری کمی دارد.
2. به سوخت یا شبکه تأمین سوخت نیاز ندارد.
3. نصب سامانه فتوولتاییک نسبتاً آسان و سریع است، به‌خصوص سامانه‌های متصل به شبکه.
4. اجزاء مورد استفاده در سامانه‌های فتوولتایی طی استفاده‌های طولانی مدت،قابلیت اطمینان خود را ثابت کرده‌اند.
5. به پرتو فرابنفش و آب و هوا مقاومند و تحمل دمای بالا را دارند.
6. سامانه فتوولتایی مستقل می‌تواند توان را تقریباً در هر نقطه از سیاره زمین تأمین کند.
7. سامانه فتوولتاییک تشعشعات از گلخانه‌ای ، دی‌اکسید کربن و آلودگی را کاهش می‌دهد.
8. سامانه فتوولتایی به حفاظت از منابع کمیاب کمک می‌کند.
9. عمر مفید بالایی دارد (بیش از ۲۰ سال)

معایب سیستم فتوولتاییک :

1. هزینه تولید برق توسط سلول‌های فتوولتاییک بیشتر از هزینه تولیدی برق ناشی از سوخت‌های فسیلی می‌باشد.
2. برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیرقابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمی‌باشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و … بستگی دارد.
3. هزینه‌های اولیه نصب سامانه‌های فتوولتاییک زیاد است.
4. به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیره‌سازی انرژی استفاده گردد.

فهرست سرفصل ها مطرح شده در آموزش انرژی، اگزرژی و اقتصادی سیستم فتوولتاییک ( Photovoltaics (PV) ) در نرم‌افزار EES ، در ادامه آمده است:

• مقدمه
• تشریح سیستم فتوولتاییک ( Photovoltaics (PV) )
• معادلات ترمودینامیکی مربوط
• حل یک مثال سیستم فتوولتاییک ( Photovoltaics (PV) )
• آنالیز انرژی، اگزرژی و اقتصادی
• آنالیز حساسیت سیستم
• بحث و نتیجه گیری