پایان نامه برق( مدل سازی بهینه سلول فتوولتاییک)

چکیده

امروزه بـا افزایش روز افزون جمعیـت جهان، محدودیت منابع انرژی و اثرات سوء زیست محیطی حاصل از مصرف بی­رویه سوخت­های فسیلی، توجه جهانیان متوجه استفاده از انواع انرژی­های تجدیدپذیر گردیده است. در این تحقیق ضمن معرفی سیستم­های فتوولتائیک به عنوان یک سیستم نوین انرژی­، انواع سلول­های فتوولتائیک و کاربردهای آن، مزایا و معایب استفاده از این سیستم­ها و شرایط بهینه جهت نصب این سلول ها مورد بررسی قرار گرفته است­.

بر اساس نتایج به دست آمده، تلاش در جهت ترویج بکارگیری این سیستم­ها به ویژه در مناطق دور از شبکة توزیع برق­، ضمن کاهش مشکلات ناشی از توسعه شبکه و سوخت­رسانی در این مناطق می­تواند راهکاری برای کاهش مصرف سوخت­های فسیلی بوده و تاثیر به سزایی در تقلیل انتشار گازهای گلخانه­ای دارد و در آینده با افزایش تولید این سیستم­ها و کاهش هزینه­های ساخت­، استفاده از آنها امکان­پذیر خواهد شد.

فهرست مطالب

عنوان صفحه

فصل اول: کلیات تحقیق................................................................................................................... 10

1-1- مقدمه............................................................................................................................................ 11

1-2- انگیزه پژوهش.............................................................................................................................. 12

1-3- هدف تحقیق................................................................................................................................. 14

1-4- ساختار پایان نامه......................................................................................................................... 14

فصل دوم: مفاهیم اولیه و کارهای پیشین................................................................................. 16

2-1- تاریخچه سیستم های فتوولتائیک................................................................................................ 17

2-2- سیستم های فتوولتاییک.............................................................................................................. 19

2-2-1-1- کاربردهای متصل به شبکه سیستم‌های فتوولتائیک...................................................... 20

2-2-1-2- کاربردهای منفصل از شبکه سیستم‌های فتوولتائیک..................................................... 21

2-2-1-3- سیستم‌های پشتیبانی..................................................................................................... 21

2-2-2- انواع سیستم های انرژی خورشیدی............................................................................... 22

2-2-2-1- کاربردهای غیر نیروگاهی............................................................................................... 22

2-2-3- کاربردهای نیروگاهی....................................................................................................... 23

2-2-3-1- روش غیر مستقیم........................................................................................................... 23

2-2-3-2- روش مستقیم (فتوولتائیک)............................................................................................. 23

2-2-4- ضرورت استفاده از سیستم فتوولتائیک............................................................................ 23

2-2-4-1- دلایل استفاده از سیستم های فتوولتائیک...................................................................... 24

2-2-5- اجزاء یک سیستم فتوولتائیک......................................................................................... 25

2-2-5-1- ماژول یا پانل های خورشیدی......................................................................................... 25

2-2-5-2- بخش واسطه یا پخش کننده توان مطلوب..................................................................... 26

2-2-5-3- شارژ کنترل...................................................................................................................... 26

2-2-5-4- اینورتر............................................................................................................................... 27

2-2-5-5- باتری............................................................................................................................... 27

2-2-6- مصرف کننده یا بار الکتریکی......................................................................................... 28

2-2-6-1- پانل‌های خورشیدی........................................................................................................ 29

2-2-7- انواع سلول‌های فتوولتائیک............................................................................................ 30

2-2-8- شرایط مناسب جهت نصب و راه‌اندازی سیستم‌های فتوولتائیک................................... 31

2-2-8-1- استفاده از سیستم های فتوولتائیک جهت روشنایی معابر............................................... 32

2-2-8-2- مزایا و معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک.......................................................... 33

2-3- روش های بکارگیری سیستم های فتوولتائیک........................................................................... 34

2-3-1- متصل به شبکه سراسری برق......................................................................................... 34

2-3-2- مستقل از شبکه سراسری برق سیستم های مستقل از شبکه......................................... 35

2-3-3- نحوه اجرای سیستم فتوولتائیک....................................................................................... 35

2-3-4- اهم کاربردهای سیستم های فتوولتائیک........................................................................ 36

2-3-5- مزایای استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر......................................................................... 38

2-3-6- آمار مصرف جهانی انرژی............................................................................................... 39

2-4- کاربرد سیستم های فتوولتائیک درتولید برق خورشیدی............................................................. 40

2-4-1- بررسی روند رو به رشد استفاده از سیستم های فتوولتائیک........................................... 44

2-5- ویژگی‌های مادّی ورقه‌های باریک IZO.................................................................................. 45

2-5-1- کاربردهای اکسیدزینک ایندیوم به عنوان یک ماده‌ی جدید........................................... 47

2-5-2- ویژگی‌های منحصربفرد اکسید ایندیوم........................................................................... 48

2-5-3- روش‌های آماده‌سازی ورقه‌های نازک IZO................................................................. 48

2-5-3-1- ته‌نشست لیزر پالس‌دار..................................................................................................... 49

2-5-4- برهم‌کنش لیزر- هدف..................................................................................................... 51

2-5-5- مزیت‌های فرآیند ته‌نشست لیزر پالس‌دار......................................................................... 52

2-5-6- جزئیات فرآیند PLD برای تولید ورقه........................................................................... 52

2-5-6-1- آماده‌سازی (قرص‌های) هدف......................................................................................... 52

2-5-6-2- بارگذاری هدف و زیرلایه................................................................................................. 52

2-5-6-3- دستیابی به فشار محیط و خلاء....................................................................................... 53

2-5-7- دستیابی به پالس لیزری.................................................................................................. 54

2-5-8- پرتوفکنی لیزر................................................................................................................. 54

2-5-9- ویژگی‌های مشخص ماده‌ی اکسید زینک ایندیوم......................................................... 54

2-5-9-1- ویژگی‌های ساختاری..................................................................................................... 56

2-5-9-2- ویژگی‌های ترکیبی........................................................................................................ 58

2-5-9-3- ریخت‌شناسی سطح....................................................................................................... 58

2-5-10- ویژگی‌های اپتیکال........................................................................................................ 61

2-5-10-1- ویژگی‌های فتوشبرنگی.................................................................................................. 63

2-5-11- ویژگی‌های الکتریکی..................................................................................................... 65

2-6- ویژگی‌های اپتو- الکترونیکی انواع SIS..................................................................................... 69

2-6-1- طرح‌بندی و کاربرد.......................................................................................................... 69

2-7- خلاصه فصل............................................................................................................................... 73

فصل سوم: متدولوژی تحقیق و روش پیشنهادی.................................................................. 75

3-1- مقدمه.......................................................................................................................................... 76

3-2- روش انجام تحقیق...................................................................................................................... 76

3-3- روش پیشنهادی.......................................................................................................................... 77

3-3-1- مکانیسم تبدیل بالا........................................................................................................ 77

3-3-2- مبدل بالا مورد استفاده................................................................................................... 78

3-3-2-1- بهره کوانتومی مبدل بالا................................................................................................ 79

3-4- روش RCWA.......................................................................................................................... 81

فصل چهارم: ارزیابی نتایج........................................................................................................... 84

4-1- مقدمه.......................................................................................................................................... 85

4-2- نتایج............................................................................................................................................ 85

4-3- بحث و نتیجه گیری................................................................................................................... 90

4-4- پیشنهادات................................................................................................................................... 90

منابع و مراجع.................................................................................................................................... 92

فهرست اشکال

عنوان صفحه

شکل (2-1): تولید انرژی برق توسط صفحات فتوولتائیک.................................................................................. 19

شکل (2-2): اجزاء سیستم ‌های متصل به شبکه فتوولتائیک............................................................................ 21

شکل (2-3): اجزا سیستم منفصل از شبکه فتوولتائیک...................................................................................... 22

شکل (2-4): اجزا سیستم پشتیبانی فتوولتائیک................................................................................................... 23

شکل (2-5): اجزا سیستم های فتوولتائیک............................................................................................................. 30

شکل (2-6): سلول، ماجول، پانل و آرایه‌های PV.................................................................................................. 40

شکل (2-7): انواع آرایه‌های فتوولتائیک................................................................................................................... 41

شکل (2-8): نمودارهای پراکندگی اشعه‌ی x اسکن ورقه‌های باریک.............................................................. 52

شکل (2-9): طیف EAAX ورقه‌های باریک epi-IZO........................................................................................ 53

شکل (2-10): طیف نانوی III..................................................................................................................................... 61

شکل (2-11): تبدیل نوری........................................................................................................................................... 64

شکل (2-12): طرح "Tauc" از ورقه‌های باریک IZO ته‌نشست شده در دمای ........................................ 64

شکل (2-13) طرح Awehenious ورقه‌های باریک IZO ته‌نشست شده:...................................................... 65

شکل (2-14) مشخصه‌های اپتوالکترونیکی.............................................................................................................. 70

شکل (3-1): مکانیسم های مختلف فرآیندتبدیل بالا............................................................................................ 78

شکل (3-2): تبدیل بالا در دو یون اربیوم و ایتربیوم ...................................................................... 79

شکل (3-3): نحوه قرار گیری لایه مبدل بالا در سلول خورشید....................................................................... 81

شکل (4-1): ساختار پیشنهادی برای برانگیختگی مدهای پلاسمونی.............................................................. 87

شکل (4-2): نمودار طول موج برانگیختگی مدهای پلاسمون سطحی............................................................. 88

شکل (4-3): توزیع شدت میدان الکترومغناطیسی درساختار پیشنهادی....................................................... 89

شکل (4-4): میانگین مربع افزایش شدت میدان الکترومغناطیسی................................................................. 90

خرید فایل