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