سلولهای فتوولتایک:
سلولهای فتوولتایک ، که به عنوان سلولهای خورشیدی نیز شناخته می شوند ، شایع ترین روش تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. آنها از مواد نیمه هادی ساخته شده اند که از طریق فرآیندی که به عنوان اثر فوتوالکتریک شناخته می شود ، نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می کنند.
یک سلول فتوولتایک از لایه های سیلیکون تشکیل شده است که به طور خاص تحت درمان قرار می گیرند تا دارای خاصیت الکتریکی مختلفی باشند. هنگامی که نور خورشید به سلول حمله می کند ، الکترون ها را در سیلیکون هیجان زده می کند و باعث می شود آنها از طریق لایه ها جریان پیدا کنند و یک جریان الکتریکی ایجاد کنند.
جریان الکتریکی تولید شده توسط یک سلول فتوولتایک برق جریان مستقیم (DC) است که همان نوع برق مورد استفاده در باتری ها است. با این حال ، بیشتر خانه ها و مشاغل از برق متناوب جریان (AC) استفاده می کنند ، که نوع برق است که از یک پریز دیواری خارج می شود. برای تبدیل برق DC از یک سلول فتوولتائیک به برق AC که می تواند توسط یک خانه یا تجارت استفاده شود ، از اینورتر استفاده می شود.
سلولهای فتوولتایک بسیار متنوع هستند و می توانند در انواع برنامه ها ، از ماشین حساب های کوچک و ساعت گرفته تا نیروگاه های خورشیدی در مقیاس بزرگ استفاده شوند. آنها قطعات متحرک ندارند ، بدون انتشار گازهای گلخانه ای تولید نمی کنند و به نگهداری بسیار کمی نیاز دارند و آنها را به یک منبع بسیار مطمئن و ماندگار انرژی پاک تبدیل می کند.
راندمان سلولهای فتوولتایک طی سالها به طرز چشمگیری بهبود یافته است و هزینه تولید آنها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. این امر باعث شده است که آنها به طور فزاینده ای با سایر منابع برق رقابت کنند و اکنون آنها به طور گسترده در سراسر جهان به عنوان منبع انرژی تمیز و تجدید پذیر مورد استفاده قرار می گیرند.
انرژی خورشیدی متمرکز (CSP):
انرژی خورشیدی غلیظ از آینه ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک استفاده می کند و گرما را ایجاد می کند. سپس از گرما برای تولید بخار استفاده می شود که یک توربین را برای تولید برق هدایت می کند.
انرژی خورشیدی متمرکز (CSP) روشی برای تولید برق از انرژی خورشیدی است که از آینه ها یا لنزها برای تمرکز نور خورشید بر روی یک منطقه کوچک استفاده می کند. سپس از نور خورشید غلیظ برای تولید گرما استفاده می شود که سپس برای تولید برق استفاده می شود.
انواع مختلفی از سیستم های CSP وجود دارد ، اما رایج ترین نوع سیستم از طریق پارابولیک است. این سیستم از آینه های طولانی و خمیده استفاده می کند که خورشید را ردیابی می کند و نور خورشید را روی لوله ای که از مرکز آینه عبور می کند ، متمرکز می کند. این لوله با یک مایع انتقال حرارت مانند روغن یا نمک مذاب پر شده است که توسط نور خورشید غلیظ گرم می شود و سپس برای تولید بخار استفاده می شود. بخار یک توربین را ایجاد می کند که برق تولید می کند.
نوع دیگری از سیستم CSP سیستم برج برق است. این سیستم از یک زمینه آینه به نام Heliostats استفاده می کند که خورشید را ردیابی می کند و نور خورشید را بر روی یک گیرنده مرکزی ، واقع در بالای یک برج منعکس می کند. گیرنده حاوی یک مایع مانند نمک مذاب یا آب است که توسط نور خورشید غلیظ گرم می شود و سپس برای تولید بخار برای تولید برق استفاده می شود.
سیستم های CSP نسبت به انواع دیگر سیستم های انرژی خورشیدی دارای چندین مزیت هستند. آنها حتی در صورت تابش خورشید می توانند برق ایجاد کنند ، زیرا مایع انتقال حرارت می تواند برای چند ساعت گرما را ذخیره کند. آنها همچنین پتانسیل تولید برق را با هزینه کمتری نسبت به سلولهای فتوولتائیک ، به ویژه در مناطقی با سطح بالای تابش خورشیدی دارند.
با این حال ، سیستم های CSP به زمین زیادی نیاز دارند ، زیرا آنها نیاز به استفاده از تعداد زیادی آینه یا هلیوستات دارند. آنها همچنین به مقدار قابل توجهی آب احتیاج دارند ، زیرا قبل از استفاده مجدد از آن باید مایع انتقال حرارت خنک شود. با وجود این چالش ها ، فناوری CSP در سالهای اخیر به سرعت در حال بهبود است و به منبع مهمی از انرژی تجدید پذیر تبدیل می شود.
انرژی حرارتی خورشیدی:
سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی از نور خورشید برای گرم کردن مایعی استفاده می کنند که می تواند برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد. یک مثال یک سیستم از طریق پارابولیک است که از آینه ها برای تمرکز نور خورشید بر روی لوله ای پر از مایع انتقال حرارت استفاده می کند.
انرژی حرارتی خورشیدی ، همچنین به عنوان انرژی خورشیدی غلیظ (CSP) نیز شناخته می شود ، روشی برای تولید برق از انرژی خورشیدی است که از گرما از خورشید برای تولید بخار استفاده می کند ، که سپس برای رانندگی توربین و تولید برق استفاده می شود.
انواع مختلفی از سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی وجود دارد ، اما رایج ترین نوع سیستم از طریق پارابولیک است. این سیستم از آینه های طولانی و خمیده استفاده می کند که خورشید را ردیابی می کند و نور خورشید را روی لوله ای که از مرکز آینه عبور می کند ، متمرکز می کند. این لوله با یک مایع انتقال حرارت مانند روغن یا نمک مذاب پر شده است که توسط نور خورشید غلیظ گرم می شود و سپس برای تولید بخار استفاده می شود. بخار یک توربین را ایجاد می کند که برق تولید می کند.
نوع دیگری از سیستم انرژی حرارتی خورشیدی سیستم موتور ظرف/استرلینگ است. این سیستم از یک آینه بزرگ ظرف به نام کنسانتره استفاده می کند تا نور خورشید را بر روی گیرنده متمرکز کند که حاوی موتور استرلینگ است. موتور از گرما از نور غلیظ خورشید برای تولید برق استفاده می کند.
نوع سوم سیستم انرژی حرارتی خورشیدی سیستم برج است. این سیستم از یک زمینه آینه به نام Heliostats استفاده می کند که خورشید را ردیابی می کند و نور خورشید را بر روی یک گیرنده مرکزی ، واقع در بالای یک برج منعکس می کند. گیرنده حاوی یک مایع مانند نمک مذاب یا آب است که توسط نور خورشید غلیظ گرم می شود و سپس برای تولید بخار برای تولید برق استفاده می شود.
انرژی حرارتی خورشیدی نسبت به انواع دیگر سیستم های انرژی خورشیدی دارای چندین مزیت است. این بیماری حتی در صورت عدم درخشش خورشید می تواند برق ایجاد کند ، زیرا مایع انتقال حرارت می تواند برای چند ساعت گرما را ذخیره کند. همچنین این یک روش بسیار کارآمد برای تبدیل نور خورشید به برق است که برخی از سیستم ها به کارآیی تا 40 ٪ دست می یابند.
با این حال ، سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی پیچیده تر و گران تر از سلولهای فتوولتائیک هستند و برای خنک کردن مایع انتقال حرارت به مقدار قابل توجهی آب نیاز دارند. با وجود این چالش ها ، انرژی حرارتی خورشیدی این پتانسیل را دارد که منبع مهمی از انرژی تمیز و تجدید پذیر در بسیاری از مناطق جهان باشد.
ترموالکتری خورشیدی:
ترموالکتری خورشیدی ، که به عنوان ترموفوتوولتائیک نیز شناخته می شود ، از گرما از خورشید برای تولید مستقیم برق استفاده می کند. این فناوری هنوز در مرحله آزمایش است.
ترموالکتری خورشیدی روشی برای تولید برق از انرژی خورشیدی است که از دستگاهی به نام ژنراتور ترموالکتریک استفاده می کند. یک ژنراتور ترموالکتریک وسیله ای با حالت جامد است که با استفاده از اثر Seebeck ، گرما را مستقیماً به برق تبدیل می کند.
اثر Seebeck پدیده ای است که در آن اختلاف دما در یک ماده باعث جریان جریان الکتریکی می شود. در یک ژنراتور ترموالکتریک ، یک طرف دستگاه توسط نور خورشید غلیظ گرم می شود ، در حالی که طرف دیگر با استفاده از سینک گرما یا آب خنک می شود. اختلاف دما بین دو طرف دستگاه ولتاژ ایجاد می کند که جریان الکتریکی را هدایت می کند.
راندمان ژنراتور ترموالکتریک به مواد مورد استفاده برای ساخت دستگاه بستگی دارد. بهترین مواد ترموالکتریک دارای ضریب Seebeck بالایی هستند ، به این معنی که آنها ولتاژ بزرگی را برای اختلاف دمای معین و یک هدایت حرارتی کم تولید می کنند ، به این معنی که در حفظ گرما خوب هستند.
ژنراتورهای ترموالکتریک اغلب در برنامه های از راه دور یا خارج از شبکه مانند سنسورهای برق یا سایر دستگاه های الکترونیکی کوچک استفاده می شوند. آنها همچنین برای استفاده در وسایل نقلیه ساخته شده اند ، جایی که می توانند گرمای زباله را از موتور به برق تبدیل کنند و باعث افزایش راندمان سوخت شوند.
با این حال ، ژنراتورهای ترموالکتریک به اندازه سایر سیستم های انرژی خورشیدی ، مانند سلولهای فتوولتائیک یا سیستم های انرژی حرارتی خورشیدی کارآمد نیستند و در حال حاضر در تولید برق در مقیاس بزرگ رقابتی نیستند. با این وجود ، تحقیقات در مورد مواد ترموالکتریک در حال انجام است ، و ممکن است در آینده مواد جدیدی تهیه شود که به طور قابل توجهی کارایی و زنده ماندن ژنراتورهای ترموالکتریک را بهبود بخشد.
فتوولتایک ارگانیک (OPV):
فتوولتائیک های آلی نوعی سلول خورشیدی است که به جای نیمه هادی های معدنی از مواد آلی استفاده می کند. آنها برای تولید سبک ، انعطاف پذیر و ارزان هستند ، اما هنوز به اندازه سلولهای خورشیدی سنتی کارآمد نیستند.
Photovoltaics آلی (OPV) نوعی سلول خورشیدی است که از مواد آلی برای تبدیل نور خورشید به برق استفاده می کند. بر خلاف سلولهای خورشیدی سنتی ، که از مواد معدنی مانند سیلیکون استفاده می کنند ، OPV ها از مواد آلی مانند پلیمرها یا مولکول های کوچک استفاده می کنند.
OPV با جذب فوتون از نور خورشید ، که الکترون ها را در مواد آلی هیجان زده می کنند و جفت های سوراخ الکترون ایجاد می کنند ، کار می کنند. این الکترون ها و سوراخ ها به ترتیب توسط یک گیرنده الکترون و یک اهدا کننده الکترونی از هم جدا و جمع آوری می شوند. سپس از بارهای جدا شده برای تولید جریان الکتریکی استفاده می شود.
OPV ها نسبت به سلولهای خورشیدی سنتی چندین مزیت دارند. آنها سبک و انعطاف پذیر هستند و همین امر باعث می شود آنها برای استفاده در برنامه هایی که سلولهای خورشیدی سنتی عملی نیستند ، مانند لباس یا سایر وسایل پوشیدنی ، مناسب باشد. آنها همچنین برای تولید نسبتاً ارزان هستند ، زیرا مواد آلی را می توان با استفاده از تکنیک هایی مانند چاپ جوهر افشان بر روی یک بستر انعطاف پذیر چاپ کرد.
با این حال ، OPV در حال حاضر راندمان کمتری نسبت به سلولهای خورشیدی سنتی دارند ، با راندمان معمولی از 5 ٪ تا 15 ٪. آنها همچنین نسبت به سلولهای خورشیدی سنتی پایدار هستند و می توانند با گذشت زمان سریعتر تخریب شوند ، به خصوص در معرض رطوبت یا اکسیژن.
با وجود این چالش ها ، تحقیقات در مورد OPV در حال انجام است و علاقه قابل توجهی به تولید مواد آلی با راندمان و ثبات بالاتر وجود دارد. OPV ها این پتانسیل را دارند که در آینده منبع مهمی از انرژی تجدید پذیر باشند ، به ویژه در برنامه هایی که انعطاف پذیری و کم هزینه مهم هستند.
