امتیاز : 16

فهرست: 

 علوم نجومي

 استفاده از انرژي تابشي

انرژي حرارتي

علوم محيطي

علوم شيميايي

ثابت خورشيدي

مدل خورشيدي

مدل ساده خورشيد

تعاريف زير دربايه ايده آل سازي سطوح واقعي مفيد است

طيف الكترومغناطيسي

مقادير ثابت در اين تابع به قرار زير است

واگرايي زاويه اي عبارتست

تركيب طيفي ثابت خورشيدي

انرژي خورشيدي 

سيستم هاي حرارتي خورشيد

سمت گيري رشته پانل ها

اندازه رشته پانل ها

رشته هاي سري و موازي

تلفات لوله 

مبدل هاي حرارتي 

ذخيره سازي 

سيستم هايي كه از نور خورشيد كمك مي گيرند 

شار حرارتي جو

سرد كننده هاي تابشي

آفتاب گيري در سطح زمين

يك مدل جوي

اجزاي تشكيل دهنده جو، خواه مولكول هايي مانند n2 

تابش مستقيم خورشيد

شار پخشي

معادلات تقريبي براي شار خورشيدي كل

اندازه گيري آفتاب گيري در سطح زمين

پمپ حرارتي كه از خورشيد كمك مي گيرد 

تبديل مستقيم انرژي خورشيدي به كار 

دستگاه هاي فتوولتايي

نيمه هاديهاي ذاتي ( خالص) 

نيمه هاديهاي غير ذاتي ( نا خالص شده )

نتيجه گيري 

دستگاههاي فتوولتايي پيوندي 

پاسخ دهي طيفي جريان فوتوني

 ساخت وسايل فتوو لتايي سيلسيومي 

برآورد هزينه توليد برق

پيوند p-n

 

 

موقعيت فعلي و آينده انرژي طبيعي

انرژي خورشيدي 

همچنانكه گفته شد انرژي خورشيدي كل انرژي موجود بد روي كره زمين را تشكيل مي دهد براي شناخت موضوع و انرژي خورشيد را از جهات علوم نجومي، بررسي قرار داده و نحوه بهره گيري از هر يك از آنها در زير آمده است.

1- علوم نجومي 

انرژي خورشيدي از نقطه نظر علوم نجومي به دو صورت انرژي تابشي و انرژي حرارتي تقسيم مي گردد. 

الف) استفاده از انرژي تابشي

 بيشتر در جهت توليد برق و روشن سازي بكار گرفته مي شود. مقدار انرژي تابشي خورشيد در روي كره زمين 10000 برابر مصرف مقدار انرژي ساليانه كل دنيا 

مي باشد. براي تبديل انرژي تابشي به الكتريكي مي توان از فتوولتائيك بهره گرفت و مستقيماً آن را به انرژي الكتريكي تبديل نمود. از اين روش مي توان تا مقياس يك روستا را برق رساني نمود. تكنولوژي آن ساده و تعمير و نگهداري نيز ضرورتي ندارد. بطور مثال فتوولتائيك با 15% راندمان مفيد در شرايط هواي آفتابي 2 W/m100 توليد برق مي نمايد. روشن سازي محيط انرژي تابشي خورشيد به طور طبيعي صورت مي گيرد و پديده روشنايي كره زمين در طي روز توسط انرژي تابشي مي باشد. 

 

ب) انرژي حرارتي: 

انرژي حرارتي خورشيد خود به طور مستقيم مورد استفاده هاي مختلفي دارد.براي مثال با كاربرد كلكتورهاي خورشيدي مي توان آبگرم، گرمايش داخل فضاها، سرمايش، آب شيرين، خشك كردن محصولات كشاورزي و توليد برق و حرارت نمود. 

بطور مثال در مقايسه با سرمايش و گرمايش با سيستم هاي متعارف و متداول با استفاده از كلكتورهاي خورشيدي و چيلر جذبي مي توان در انرژي مورد نياز براي گرمايش و سرمايش منازل به ترتيب %52 و %39 صرفه جويي انرژي نمود يا با افزايش سطح عدسي و جمع كردن اشعه بيشتر حرارت زيادتري تحصيل نمود. در فرانسه كوره خورشيدي نصب شده در روي Pyreness تقريبا داراي قدرت تحصيل 3300 درجه سانتي گراد بوده كه مي تواند فلز تنگستن را ذوب كند. 

2- علوم محيطي: 

انرژي خورشيدي از نقطه نظر علوم محيطي به دو نوع انرژي آب و انرژي باد تقسيم مي شود. 

الف) رودخانه ها كه بوسيله گرمايش خورشيد و ذوب شدن برف ها بوجود مي آيند. به دو صورت مي توانند در توليد برق مؤثر باشند. اولاً توليد برق توسط انرژي آب بوسيله افت آب از ارتفاع زياد و به حركت در آوردن توربين ميسر مي باشد. در اينروش ساخت سدها نمونه بارز اين مصداق است. ثانياً حركت آب رودخانه ها نيز امكان چرخش توربين را نيز ميسر مي كنند كه نتيجتاً برق توليد مي گردد. 

ب) باد كه از گرم شدن لايه هاي هوا و حركت اين هوا و جابجايي آن بوجود مي آيد. در حال حاضر در توليد نيروي برق و گرمايش بكار گرفته مي شود و كشورهاي آمريكا و اروپاي غربي در اوايل دهه 1980 اقدام به آزمايش توليد چندين مگاوات برق مصرفي از نيروي باد گرديدند. البته تا به حال در توليد برق بوسيله نيروي باد، با نصب مجموعه اي از توربين بادي در يك نقطه موفق به كسب 50 تا 100 كيلووات برق شده اندو بخصوص در ايالات كاليفرنيا واقع در ساحل غربي با نصب 10000 دستگاه توربين بادي به ظرفيت كل 1000 كيلووات در حال حاضر برق توليد مي گردد.

3- علوم شيميايي: 

از نقطه نظر علوم شيميايي فعل و انفعالات شيميايي بوسيله نور را مي توان نام برد. در پديده فتوسنتز در گياهان تبديل انرژي نور به شيميايي صورت مي گيرد، كلروفيل موجود در سلول هاي گياهان نور خورشيد را جذب و با ازدياد انرژي در آنها موجب فعل و انفعالات شيميايي شده و نهايتاً از گاز دي اكسيد كربن (2co) و آب (o 2H) و اكسيژن (2o) احيا مي شود. اين انرژي نه فقط موجب رشد و نگهداري گياهان شده بلكه رل اصلي زندگي انسان و حيوان روي زمين  را ايفا مي نمايد. اين فعلو انفعالات، گاز كربنيك (2co) موجود در اكسيژن (2o) تبديل كرده و تركيبات اتمسفريك را نيز بطور يكسان و متعادل نگهداري مي نمايد. به عقيده برخي صاحبنظران، نفت، ذغال سنگ، گاز و به عبارت ديگر انرژي فسيلي در طول زمان بوسيله انرژي فتوسنتز ذخيره شده در گياهان بوجو آمده است (اين نظريه مورد قبول برخي ديگر از كارشناسان قرار نگرفته است). 

ثابت خورشيدي

مدل خورشيدي: 

خورشيد مبدأ نهايي بيشترين انرژيي است كه اكنون براي زمين وجود دارد. اين انرژي شامل انرژي براي گرمايش مستقيم، انرژي باد، نيروي هيدروالكتريك و انرژي حاصل از سوخت هاي فسيلي است. سوخت هاي فسيلي كه در حال حاضر وجود دارند نتيجه فرايند فتوسنتز هستند. فرايندي كه طي آن، گياهان انرژي خورشيدي را به انرژي شيميايي، تبديل مي كنند. درك كامل تكنولوژي انرژي خورشيد تنها از طريق تجزيه و تحليل كامل از تابش خورشيد ميسر است. 

خورشيد، نزديكترين ستاره به ما، براي بقاء حيات بر روي كره زمين انرژي توليد مي كند و براي اينكه سياره ما، در مداري تقريبا مدور باقي بماند، كشش گرانش مورد نياز را ايجاد مي كند.خورشيد داراي جرم kg 30 10×99/1 = M (تقريباً 5 10×3/3 برابر جرم زمين) و شعاع m 8 10×96/6 = R (تقريباً معادل 109 برابر شعاع زمين) است. فاصله بين زمين و خورشيد از 0167/1 واحد نجومي (در نقطه بعيد خورشيدي، تقريباً 13 تير ماه) تا 983/0 واحد نجومي است (يك واحد نجومي تقريباً برابر 

11 10× 5/1 متر است). 

قسمت دروني خورشيد در دسترس ما نيست تا آزمايشات مستقيم بر روي آن انجام دهيم، ولي بر اساس مشاهداتي كه از سطح خورشيد صورت گرفته و بررسي هاي نظري، ستاره شناسان معتقدند كه دماي دروني آن حدود 15 ميليون درجه كلوين است، تركيب شيميايي خورشيد به طور عمده هيدروژن و مقدار كمتري هيليوم است. اين دو عنصر شيميايي كه 96 تا 99 درصد جرم خورشيد را تشكيل مي دهند تحت فشار شديدي قرار دارند و تنها كشش گرانش زياد خورشيد اين توده را در كنار يكديگر نگه مي دارد انرژي در درون خورشيد از طريق همجوشي هسته اي هيدروژن به هليوم توليد مي شود. 

اين انرژي راه خود را به سطح خورشيد مي گشايد و سرانجام عمدتا به شكل تابش الكترومغناطيسي در فضا منتشر مي شود. سطح خورشيد يا فوتوسفر در واقع ناحيه انتقالي است كه در آن چگالي به سرعت تقليل مي يابد. با عبور دادن خورشيد به قسمت خارجي فوتوسفر از يك محيط كه از لحاظ نوري به محيط نسبتاً شفاف مي رسيم. علاوه بر اين، دما نيز به حدود 6000 درجه كلوين تنزل مي يابد. در بالاي فوتوسفر جو خورشيد قرار دارد كه كروموسفر نام دارد زيرا به انتخابي رنگ هاي بخصوصي از تابش رسيده از فوتوسفر را جذب مي كند چون اين لايه نسبتاً شفاف است، اثر ان را بر روي تابش خورشيدي تابيده مي شود و ناديده مي گيريم. 

 

ْ53/0= واريان

اين مقدار، اندكي بيشتر از   است بطوري كه شار تشكيل دهنده ثابت خورشيدي را مي توان همچون تابش تك جهتي دانست. 

شكل 5-3- استفاده از هندسه براي تعيين زاويه واگرايي ثابت خورشيدي

تركيب طيفي ثابت خورشيدي: 

همان طور كه ذكر شد، طيف ثابت خورشيدي توسط معادله 1-12 معلوم مي شود كه به شكل روبرو است:  ثابت =   

كسري از انرژي (F) كه توسط طول موج هاي بين 0 تا   منتقل مي شود، با سطح زير منحني جسم سياه متناسب است كه بين اين دو حد واقع است. اين مقدار را 

مي توان با حل انتگرال هاي زير تعيين كرد: 

(13-3)         

از معادله 13-3 به نظر مي رسد كه انتگرال ها را بتوان حل كرد و به ازاي هر دما بدون استثناء ارزيابي كرد. اين آن موردي نيست كه مي توان با تغيير انتگرال با استفاده از جايگزيني   مشاهده كرد. با استفاده از معادله (7-3- ب) مي توان معادله

2-13 را به شكل زير نوشت: 

(14-3)

از اين رو اگر انتگرال را بتوان حل كرد و (X)f را بصورت جدولي در آورد، در آن صورت مي توان كسري از انرژي بين 0 تا   را به ازاي منحني هاي جسم سياه در هر دما تعيين كرد.

جذب و پراكندگي تابش خورشيدي توسط اجزاي سازنده جو: 

اجزاي تشكيل دهنده جو، خواه مولكول هايي مانند: n2 ، o2 ، Co2 و H2o خواه ازن و ذرات بزرگتري چون قطرات ريز مه، دوده يا گرد و غبار مي توانند توسط فرآيند جذب يا پراكندگي بر تابش اثر بگذارند. در فرايند جذب، انرژي تابيده به شكل ديگري از انرژي كه معمولاً حرارت است تبديل مي شود. بخشي از كسر جذب شده تا حدي با سطح مقطع جذب جرمي  ، آن جزء تعيين مي شود. اين پارامتر از يك مولكول تا مولكول ديگر فرق مي كند و به طول موج تابش رسيده نيز بستگي دارد همان طور كه خواهيم ديد، مولكول هاي n2 ، o2 به نحو قابل ملاحظه اي در طيف خورشيدي جذب نمي شوند، از سوي ديگر Co2 و H2o در گستره هاي منتخبي از ناحيه مادون قرمز طيف خورشيدي به مقدار زياد جذب مي شوند. اين نواحي را نوارهاي جذبي مشخص مي نمامند (شكل 1-5). 

در مناطق ماوراي بنفش طيف خورشيدي، نوارهاي جذبي توسط ازن در لايه استراتوسفر به وجود مي آيند. 

 

شار پخشي: 

كل شار خورشيدي كه بر سطوحي دريا مي تابد شامل يك پرتو تك جهتي شار مستقيم به علاوه مولفه اي از شار پخشي است. جزء پخشي متشكل از تابش يا منعكس شده از اجزاي تشكيل دهنده جو و نيز تابش منعكس شده از زمين زير آن است حتي براي يك جو لايه مسطح فرموله كردن رفتار و عكس العمل مولفه پخش مشكل است و هيچ فرمول ساده اي مشابه معادله 7-5 براي آن وجود ندارد. در اينجا به جاي سعي در به دست اوردن راه حل هاي دقيق براي شار پخشي يك تجزيه و تحليل را مطرح مي كنيم تا آن را تخمين بزنيم و نيز نشان دهيم چگونه عواملي بر محيط تأثير مي گذارند. 

نيمه هاديهاي ذاتي ( خالص) :

بر طبق نظريه كوانتومي ماده، الكترونهاي يك اتم منفرد مجاز هستند كه فقط در حالات معين، با انرژي كاملاً تعيين شده اي وجود داشته باشند . ممكن است به يك انرژي واحد بيش از يك حالت نسبت داده شود. البته در هر زمان مفروض در هر حالت نمي تواند بيش از يكم الكترون وجودداشته باشد هنگامي كه چندين اتم مشابه در يك مجموعه منظم مرتب شوند مانند يك  جامد بلوري خالص، لايه هاي خارجي تمايل دارند به نوارهاي انرژي كه داراي چندين حالت فضايي نزديك به هم هستند گسترش يابند. حالات درون اين نوارها براي الكترونها دردسترسند، درحالي كه ترازهاي انرژس بين اين نوارها ممنوع هستند (شكل 2-6 ب)

در حوالي صفرمطلق الكترونها سعي مي كنند حالات موج ود درنوارهاي كمترين انرژي را اشغال كنند بر  طبق اصل انحصار تنها يك الكترون مي تواند يك حالت معين را اشغال كند در نتيجه الكترونها مجبور مي شوند كه درلايه هايي با انرژيهاي روبه افزايش قرار گيرند. به اين دليل كه تعداد الكترونهاي درون هرماده محدود است. حالات اشغال شده تنها به يك تراز انرژي خاص مي رسند اگر اين تراز دربالاي يك نوار انرژي قرارداشته باشد جامد مورد نظر مانند يك عايق عمل مي كند خارجي ترين نوار كاملاً پر شده عايق را نوار والانسي و نوار خالي بالاي نواروالانسي رانوار هدايت مي نامند. براي اينكه عايق هدايت الكتريكي از خود نشان دهد ، برخي از الكترونها بايد درمجاورت يك ميدان الكتريكي سرعت رانش كوچكي بهدست آورند. الكترونه براي دستيابي به اين سرعت بايد انرژي جنبشيشان را به تدريج افزايش دهند .البته اين امرممكن نيست زيراافزايش كم انرژي مستلزم آن است ك ه الكترونهاي مجاور بالاي نوار والانسي به داخل كشاف ممنوع بروند درنتيجه درنزديكي صفرمطلق، ماده جامدي كه به الكترونهاي آن فقط براي پر كردن نوار والانسي كافي باشد مانند عايق كامل عمل مي كند. هنگامي كه دماي جامد به نحو چشمگيري بالارود، برخي از الكترونهاي مجاور بالاي نوار والانسي تحريك (برانگيخته ) و وارد نوار هدايت مي شوند. به اين ترتيب ماده مذكور الكترونهاي كمي داردكه بتواند يك سرعت رانش به دست آورد. وبنابراين قابليت هدايت الكتريكي كمي از خود نشان  مي دهد

نيمه هاديهاي غير ذاتي ( نا خالص شده ):   

اكنون اثر افزودن مقداركمي فسفر را به سيليوم خالص بررسي مي كنيم يك اتم فسفر داراي ظرفيت 5+ است ( يك واحد بيشتر از ظرفيت اتم سيلسيوم).اثر خالص افزودن اتمهاي فسفر دوجانبه است .ابتدا اينكه يك سطح انرژي مجاز در بالاي شكاف ممنوع ، يعني درست زير نوار هدايت به وجود مي آيد دوم اينكه اتمهاي فسفر الكترونهايي را به اشتراك مي گذارند تا اين سطح كاملاً پر شود ( شكل 3-6الف) حتي دردماي اتاق همه اين الكترونهاتحريك مي شوند وبه سوي نوارهدايت مي روند. لذا تعداد زيادي از الكترونها براي هدايت الكتريكي دردسترس هستند .درواقع هرانم فسفر يك الكترون منفرد را بانوارهدايت با اشتراك مي گذارند از اين رو اين اتمها را اتمهاي دهنده 

مي نامندچگالي حامل الكترون كه تو سط اتم دهنده تامين مي شود عبارتست از:

(9-6) ( ماده نوع n )                                      

كه Nd تمركز اتم دهنده است. بايد به خاطر داشت كه اين الكترونها يك حفره متحرك پشت سر خود به جا نمي گذارند، درعوض يونهاي دهنده مثبت درداخل شبكه بلورين ثابت مي مانند. هرچند كه چگالي ناخالصي دهنده خيلي كمتر از چگالي اتمي خود شبكه است ولي حامل غيرذاتي صدها بار بيشتر از چگالي جفت الكترون حفره دروني است. كه دراثر  تحريك حرارتي نوار والانسي پديد مي آيد چون يك ناخالصي از نو ع دهنده الكترونهاي زيادي براي عمل هدايت توليد مي كند.مي گوييم كه ماده ناخالصي از نوع n است و اين الكترونها را حامل اكثريت مي نامند .پيدا شدن تعداد زيادي الكترون تمركز تعادلي حاملها ي اقليت يعني حفره هارا كه تو سط حرارت بوجود مي آيند برهم مي زند. كاهش تمرز حفره ها با استفاده از قانون اثرجرم بدست مي آيد كه:

                                        

 

  گزارش تخلف  |  افزودن به فایل های من | mjavad25 | تاریخ ارسال : 01 /12 /1393

شما هم می توانید در مورد این فایل نظر دهید.