بنابراین مجموع هزینه های سیستم فتوولتائیک بر اساس روش ارزش حال بشرح زیر میباشد.
هزینه های سیستم فتوولتائیک = هزینه های متغیر + سرمایه گذاری اولیه
- محتوی
روند کلی در این پایان نامه به این ترتیب است که در ادامه مباحثی در رابطه با ساختار کلی سلولهای فتوولتائیک مطرح می شود و مدل مناسب و جامع و معروف در این زمینه مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته و روابط آن به دست خواهد آمد. سایر مدلها در قسمت پیوست به صورت جامع و کامل مطرح شدهاست. در ادامه همین فصل به بررسی استانداردهای مختلف در زمینه سلولهای خورشیدی و اتصال آن به شبکه خانگی و پیگیری روشهای توان ماکزیمم پرداختیم. همچنین تاثیر عوامل مختلف روی مشخصههای پنل خورشیدی و تغییر مشخصهی آنها در ادامه این فصل آمده است در نهایت نیز به طور مختصر در مورد انواع اتصالات در مبدل سلول خورشیدی مورد بررسی قرار گرفت. در فصل سوم این پژوهش به بررسی روشی جهت افزایش بازدهی و راندمان متصل به شبکه پرداخته خواهد شد و به همین دلیل به بررسی انواع روشهای تعقیب ماکزیمم توان در سلولهای فتوولتائیک خواهیم پرداخت. از همین رو مدل مورد استفاده جهت افزایش کارایی و راندمان سلول در فصل چهارم مورد بررسی و شبیه سازی قرار گرفته است به نحوی که میزان تلفات و راندمان و توان تولیدی سلول و ارائه و ماژول مورد محاسبه قرار میگیرد. در نهایت در فصل پنجم نتایج کار و جمعبندی بیان شده و پیشنهادات جهت ادامه کار بیان خواهد شد.
- فصل ۲: مروری بر مطالعات انجام شده
- مقدمه
عبارت فتوولتائیک به معنای تولید الکتریسیته از نور است. سلول های خورشیدی از مواد نیمه رسانا ساخته می شوند. با اتصال تعداد زیادی از سلول های خورشیدی به هم می توان ولتاژ و جریان مورد نظر را به دست آورد. ۹۰ درصد سلولهای خورشیدی دنیا از نوع کریستالی می باشند.
در سال ۱۹۸۸ مؤسسه‌ی ASEC[8] اولین سلول تک پیوندی را با بازده ۱۷٪ ساخت. در همان سال این مؤسسه سلول خورشیدی دو اتصالی را از اتصال GaAsبر روی لایه‌ای از Ga ساخت. این روش با تغییر لایه‌ی زیرین به GaAs با ناخالصی دیگر در سال‌های بعد ادامه پیدا کرد و بازده سلول خورشیدی را تا ۲۲٪ بالا برد. در سال‌های بعد با بهره گرفتن از اتصال سه لایه‌ای بازده تا ۳۸٪ بالا رفت. بالاترین عدد ثبت شده‌ی رسمی برای بازده سلول خورشیدی مربوط به شرکت spectrolab است که در ۲۰۰۶ در محیط آزمایشگاهی به بازده ۴۰.۷٪ دست یافت. شایان ذکر است این شرکت آمریکایی به همراه شرکت دیگر آمریکائی EMCORE، ۹۵٪ سلول خورشیدی سه لایه را با بازده ۳۸٪ تولید کرده‌اند. یکی از پیشرفت‌های مهم تاریخی برای سلولهای خورشیدی در اواخر دهه ۹۰ میلادی با ساختن PVهایی بصورت یکپارچه با نمای ساختمانی (BIPV[9]) بود که سلول‌هایی بصورت یکپارچه با مصالح ساختمانی همچون پنجره، سقف یا سفال‌های رو کار برای شیروانی‌ها ساخته می‌شد. با این کار مقداری از هزینه لازم برای نمای ساختمان که ضروری بود از بین می‌رود. این سلول‌ها که در ژاپن و اروپا بخصوص در آلمان و اسپانیا و هلند مورد حمایت دولت قرار گرفت، بصورت متصل به شبکه برق سراسری بکار می‌رود.
در کشور ما از حدود سال ۱۳۷۰ تلاش ها و برنامه ریزی ها در جهت شناخت پتانسیل انرژی های نو و به ویژه انرژی خورشید و کاربرد هر چه بیشتر آنها آغاز شده است.
سیستم های فتوولتائیک مستقل از شبکه ی معمولی دارای مزایای سیستم ساده پیکربند ی و مدار کنترل هستند. ولتا ژ خروجی آرایه خورشیدی با تغییر تشعشع خورشیدی و دمای محیط متغیر است.
لذا به منظور اتصال به شبکه برق ، ولتاژ خروجی از آرایه PV باید ثابت و به ولتاژ AC تبدیل شود که می تواند توسط اینورتر انجام شود. مبدل و اینورتر برای تضمین عملیات ایمن و کارآمد ، ردیابی حداکثر قدرت آرایه سلول های خورشیدی و کنترل قدرت است که از اینورتر به شبکه برق تزریق می شود.
در این بخش ابتدا مروری بر فناوری ساخت و مدل‌های مختلف استفاده شده برای سلول خورشیدی خواهیم داشت سپس به معرفی آرایش‌های گوناگون اینورترهای چند سطحی در سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه پرداخته میگردد.در فصل آینده با توجه به اهمیت دنبال‌کردن نقطه توان بیشینه، استراتژی‌های گوناگون MPPT مورد مرور، ارزیابی و مقایسه قرار میگیرد.
- فناوری‌های ساخت سلولهای خورشیدی
در دنیای امروز به دلیل رشد تکنولوژی و ورود عناصر و فرایندهای دیگری همچون فناوری نانو به عرصه تولید سلولهای فتوولتائیک، دسته‌بندی روشهای تولید به شرح زیر بیان میگردد.
- فناوری نسل اول: سیلیکون بلوری[۱۰]
- فناوری نسل دوم: لایه نازک [۱۱]
- فناوری نسل سوم: سلولهای نسل جدید
فناوری نسل اول بر پایه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت ۴۰۰-۳۰۰ میکرومتر است که ساختاری بلوری و یا چند بلوری داشته، از بریدن شمش بدست می‌آیند و یا با کمک خاصیت مویینگی رشد داده می‌شوند. در سیلیکن کریستالی، ساختار مولکولی یا آرایش اتمی در ماده منظم و یکنواخت است. این یکنواختی برای انتقال الکترون در ماده ایده‌آل است. سلولهای سیلیکنی موجود در بازار بازدهی بین ۱۰ تا ۲۰ درصد دارند.
فناوری نسل دوم یا فناوری لایه نازک، بر اساس لایه نشانی نیمه هادی روی بسترهای شیشه‌ای، فلزی و یا پلیمری و در ضخامت‌های ۵-۳ میکرومتر است. جامدهای آمورف مانند شیشه‌های معمولی موادی هستند که اتم‌های آنها نظم ذره‌ای خاصی ندارند و دارای ساختار پیچیده‌ای می‌باشند و به دلایل مشابه مذکور در بالا بازده پائین‌تری نسبت به تکنولوژی کریستالی دارند. رشد تکنولوژی نسل جدید سلولهای فتوولتائیک عمدتا بر پایه تکنولوژی لایه نازک می‌باشند.
هزینه مواد اولیه در فناوری نسل دوم پایین‌تر است، از آن گذشته اندازه سلول تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از اندازه سلول ساخته شده با فناوری نسل اول است که مزیتی برای تولید انبوه آن محسوب می‌شود. با این وجود بازدهی سلولهای نسل اول، که اغلب سلولهای بازار را تشکیل می‌دهند، به دلیل کیفیت بالاتر مواد از بازدهی سلولهای نسل دوم بیشتر است. انتظار می‌رود اختلاف بازدهی میان سلولهای دو نسل با گذشت زمان کمتر شده، فناوری نسل دوم جایگزین نسل اول شود.
در سال ۱۹۶۱، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای ۳۰۰ درجه کلوین، نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع فناوری بکار رفته در آن ۳۰٪ است. بنابراین بازدهی سلولهای خورشیدی نسل اول و دوم حتی در بهترین حالت نمی‌تواند از حوالی ۳۰٪ بیشتر شود. این در حالی است که حد کارنو برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی ۹۵٪ است و این مقدار تقریبا سه برابر بیشتر از بازدهی نهایی سلولهای نسل اول و دوم است. بنابراین دستیابی به سلولهای با بازدهی دو تا سه برابر بازدهی کنونی امکان‌پذیر است. سلولهای خورشیدی که دارای چنین بازدهی باشند نسل سوم سلولهای خورشیدی نامیده می‌شوند. سلولهای متوالی، سلولهای خورشیدی چاه کوانتومی، سلولهای خورشیدی نقطه کوانتومی، سلولهای حامل داغ، نسل سوم سلولهای خورشیدی را تشکیل می‌دهند.
- مدار معادل سلول خورشیدی
مدار معادل تک دیودی سلول خورشیدی در شکل(۲-۱) نشان داده شده است. این مدل بر اساس خصوصیات فیزیکی سلول خورشیدی بیان شده است و سلول را به صورت یک منبع جریان موازی با دیود نشان می‌دهد. Iph جریان داخلی ناشی از تابش خورشید (جریان فتوولتائیک) بوده و با میزان تابش خورشید متناسب است. دو مقاومت سری و موازی نیز در این مدل دیده شده که مقاومت‌های سلول را مدل می‌کنند. با توجه به این شکل برای دیود می‌توان نوشت:[۱۲]
