close
تبلیغات در اینترنت
خرید دامنه
سلول خورشیدی
loading...

کهکشان دانش

سلول خورشیدی

بازدید : 28 یکشنبه 23 ارديبهشت 1397 زمان : 12:57 نظرات ()

مبانی نور

در این بخش درباره ماهیت نور و برهم کنش آن با ماده صحبت می کنیم.

خواص نور

نوری که هر روز می بینیم تنها بخش کوچکی از کل انرژی منتشر شده توسط خورشید است که به سطح زمین برخورد می کند. نور خورشید شکلی از تابش الکترومغناطیسی است و نور مرئی که مشاهده می کنیم زیرمجموعه ای کوچک از طیف الکترومغناطیسی است که در شکل سمت چپ نشان داده شده است.

طیف الکترومغناطیسی نور را به مانند یک موج توصیف می کند که دارای طول موج خاصی است. توصیف نور به عنوان موج اولین بار در اوایل سالهای 1800 پذیرفته شد، زمانی که آزمایشهای توماس یانگ، فرانسوا آراگو و آگوستین ژان فرنل اثرات تداخل را در پرتوهای نور نشان دادند، که مشخص می کرد نور از امواج ساخته شده است. در اواخر دهه 1860 نور به عنوان بخشی از طیف الکترومغناطیسی مشاهده شد. اگرچه در اواخر دهه 1800 مشکلی با دیدگاه مبتنی بر موج درباره نور ظاهر شد، زمانی که آزمایشهای اندازه گیری طیف طول موج اشیای گرم شده را نمی شد با استفاده از معادلات نور مبتنی بر موج توضیح داد. این اختلاف با کارهای پلانک (1) در سال 1990 و اینشتین (2) در سال 1905 حل شد.

 

طیف الکترومغناطیس

 

شکل 1- طیف الکترومغناطیسی

پلانک پیشنهاد کرد که کل انرژی نور از اجزای انرژی غیر قابل تشخیص یا کوانتای انرژی تشکیل شده است. زمانی که اینشتین اثر فوتوالکتریک را بررسی می کرد (انتشار الکترونها از فلزات و نیمه رساناها هنگامیکه نور به آنها برخورد می کند)، مقادیر این اجزای انرژی کوانتومی را به درستی تشخیص داد. پلانک و اینشتین برای کارشان در این زمینه برنده جایزه نوبل فیزیک در سالهای 1918 و 1921 شدند، و بر اساس آن نور می تواند به عنوان ترکیبی از "بسته ها" یا ذرات انرژی ملاحظه شود که فوتون نامیده می شوند.

امروزه مکانیک کوانتومی هر دو دیدگاه ماهیت موجی و ذره ای نور را توضیح می دهد. در مکانیک کوانتومی، یک فوتون مانند همه ذرات دیگر مکانیک کوانتومی همچون الکترونها، پروتونها و غیره، با بیشترین دقت به عنوان "بسته موج" مجسم می شود. یک بسته موج مانند مجموعه ای از امواج توصیف می شود که می تواند به گونه ای واکنش نشان دهد که یا بصورت جایگزیده در مکان ظاهر شود (بطور مشابه مانند یک موج مربعی که از افزودن تعداد نامحدودی امواج سینوسی حاصل می شود)، یا به سادگی بطور متناوب ظاهر شود مانند یک موج. در مواردی که بسته موج بصورت مکانی جایگزیده باشد مانند یک ذره عمل می کند. بنابراین بسته به وضعیت، یک فوتون ممکن است به عنوان یک موج یا یک ذره ظاهر شود که این مفهوم "دوگانگی موج – ذره" نامیده می شود.

 

بسته موج فوتون

 

شکل 2-  فوتون انرژی بالا برای نور آبی – فوتون انرژی پایین تر برای نور قرمز – فوتون کم انرژی برای نور مادون قرمز (که باید نامرئی باشد!)

توصیف فیزیکی کامل خواص نور نیازمند آنالیز کوانتوم مکانیکی نور است، زیرا نور نوعی ذره کوانتوم مکانیکی است که فوتون نامیده می شود. برای کاربردهای فوتوولتاییک این سطح از جزییات به ندرت مورد نیاز است و بنابراین تنها چند جمله درباره ماهیت کوانتومی نور در اینجا ارائه شده است. با این حال در بعضی شرایط، (خوشبختانه سیستمهای فوتوولتاییک به ندرت با آن مواجه می شود)، نور ممکن است به گونه ای رفتار کند که به نظر می رسد بر اساس توضیحات ساده ای که اینجا ارائه شده خلاف عقل سلیم است. اصطلاح "عقل سلیم" به مشاهدات خود ما اشاره می کند و نمی توان برای مشاهده اثرات مکانیک کوانتومی به آن تکیه کرد، زیرا این اثرات تحت شرایط خارج از حیطه مشاهدات انسان رخ می دهند. برای اطلاعات بیشتر در مورد تفسیر مدرن نور لطفا به کتاب فاینمن (3) مراجعه کنید.

چندین ویژگی کلیدی از انرژی خورشیدی که به سطح زمین می رسد وجود دارد که در تعیین اینکه چگونه نور خورشید تابش شده به زمین با یک مبدل فوتوولتاییک یا هر جسم دیگری برهم کنش انجام می دهد، حیاتی است. ویژگیهای مهم انرژی خورشیدی تابشی عبارتند از:

·         محتوای طیفی نور تابشی

·         چگالی توان تابشی از خورشید

·         زاویه ای که تابش خورشیدی به یک ماژول فوتوولتاییک برخورد می کند

·         انرژی تابشی از خورشید در طول یک سال یا یک روز برای یک سطح خاص.

در پایان این فصل شما باید با چهار مفهوم فوق آشنا شده باشید.

 

یک: مکس پلانک، توزیع انرژی در طیف طبیعی

Max Planck, Distribution of energy in the normal spectrum, Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, vol. 2, pp. 237-245, 1900   

دو: آلبرت اینشتین، تولید و تبدیل نور

Albert Einstein, Generation and transformation of light, Annalen der Physik, vol. 17, 1905

سه: ریچارد فیلیپ فاینمن، الکترودینامیک کوانتومی: نظریه عجیب نور و ماده

Richard Phillips Feynman, QED : The Strange Theory of Light and Matter. 1985

QED: quantum electrodynamics

 

تابش الکترومغناطیسی: electromagnetic radiation

طیف الکترومغناطیسی: electromagnetic spectrum

توماس یانگ: Thomas Young

فرانسوا آراگو: François Arago

آگوستین ژان فرنل: Augustin Jean Fresnel

اثر فوتوالکتریک: photoelectric effect

فوتون: photon

بسته موج: wave-packet

دوگانگی موج – ذره: wave-particle duality

ماژول: module

 

سلول خورشیدی

نویسنده و مترجم: سوزی دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد. 

 

کتاب فیزیک ناممکن ها توسط فیزیکدان مشهور، میچیو کاکو به نگارش درآمده است. کاکو در این کتاب به بحث در مورد سفرهای فضا – زمانی، چاله های کرم و بسیاری موارد دیگر می پردازد. با هر بحث در مورد تکنولوژیهای داستانهای علمی تخیلی، کاکو موانع تحقق این تکنولوژیها و زمان تقریبی دسترسی به آنها را توضیح می دهد. برای آشنایی بیشتر و خرید کتاب از فروشگاه مبتکران می توانید از لینک زیر استفاده کنید:

خرید کتاب فیزیک ناممکن ها


 

بازدید : 31 دوشنبه 14 اسفند 1396 زمان : 15:38 نظرات ()

اثر گلخانه ای

اگرچه امروزه بخش عمده ای از دستگاههای فوتوولتاییک صرفا به دلایل عملی و اقتصادی مورد استفاده قرار می گیرند، مزیت بالقوه آنها این است که فوتوولتاییک یکی از مطلوبترین منابع تولید برق برای محیط زیست است. تاثیر تولید برق بر محیط زیست، به ویژه اثر گلخانه ای، دلیل مهمی برای آزمودن فوتوولتاییک ها است. مرور خلاصه ای از اثر گلخانه ای در زیر آمده است.

دمای زمین ناشی از تعادلی است که بین تشعشعات ورودی از خورشید و انرژی تابش شده از زمین به فضا برقرار شده است. تابش خروجی که توسط زمین منتشر می شود به شدت تحت تاثیر حضور و آرایش جو زمین است. اگر جو زمین وجود نداشت، همانطور که در ماه چنین است، دمای میانگین سطح زمین در حدود 18- درجه سانتی گراد بود. با این حال، سطح طبیعی دی اکسید کربن (CO2) موجود در اتمسفر با مقدار ppm 270، تابش خروجی را جذب می کند که نتیجه آن، حفظ این انرژی در جو و گرم شدن زمین است. جو باعث می شود که دمای زمین بطور متوسط در حدود 15 درجه سانتی گراد باشد، یعنی 33 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای ماه. دی اکسید کربن بیشترین جذب را در محدوده طول موج μm 19-13 دارد و بیشتری جذب بخار آب، گاز دیگری در جو، در محدوده طول موج μm 7-4 است. بیشتر تابش خروجی در حدود %70 در روزنه ای بین μm 13-7 فرار می کند.

فعالیتهای انسانی بطور فزاینده ای "گازهای انسانی" (گازهای تولید شده توسط انسانها مربوط به برخورد و تماس انسان با طبیعت) را در جو آزاد می کند که تابش خروجی را در محدوده طول موج μm 13-7 (یعنی همان روزنه ای که تابش خروجی می تواند از زمین خارج شود) جذب می کنند، به ویژه دی اکسید کربن، متان، اوزون (ازن)، اکسیدهای نیتروژن دار و کلروفلوئوروکربن ها (CFC). این گازها از فرار عادی انرژی جلوگیری می کنند و بطور بالقوه باعث افزایش دما در زمین می شوند. شواهد موجود نشان می دهد که سطح موثر دی اکسید کربن تا سال 2030 دو برابر می شود، که باعث گرمایش جهانی از 1 تا 4 درجه سانتی گراد خواهد شد. این امر منجر به تغییرات در الگوی بادها و بارندگی می شود و درنتیجه سبب می شود که قاره ها از درون خشک شوند و سطح اقیانوسهای زمین بالا بیاید. افزایش بیشتر در آزادسازی گازهای انسانی البته باعث تاثیرات شدید بیشتری می شود.

 

دی اکسید کربن

 

شکل 1-  ارتباط افزایش غلظت دی اکسید کربن در جو (خط آبی) با افزایش دمای میانگین (خط قرمز).

نمودار بالا تنها به اواسط دهه 90 محدود می شود. در آن زمان اینکه آیا گرم شدن یک روند است یا یک نوسان آماری بطور قابل توجهی مورد بحث قرار گرفت. امید کمی وجود داشت که دماهای میانگین دوباره تا سطح متوسط آماری پایین برود. در سالهای بعد دمای زمین همچنان افزایش یافته همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است.

 

دمای میانگین زمین

 

شکل 2-  دمای میانگین زمین. دما در حال افزایش است.

واضح است که فعالیتهای انسانی در حال حاضر به درجه ای رسیده است که بر محیط سیاره و جذابیتهای آن برای انسانها تاثیر شدید می گذارند. اثرات جانبی می تواند ویرانگر باشد و فناوریهای کم اثر بر روی محیط زیست و بدون انتشار گازهای گلخانه ای احتمالا در دهه های آینده از اهمیت بیشتری برخوردار خواهند بود. از آنجا که بخش انرژی، تولید کننده اصلی گازهای گلخانه ای از طریق احتراق سوختهای فسیلی است، تکنولوژیهایی مانند فوتوولتاییک که می تواند جایگزین سوختهای فسیلی شود، باید به گونه ای روزافزون مورد استفاده قرار گیرد.

 

μm : میکرومتر

ppm : در علم و مهندسی نماد "تعداد در هر" یا pp، مجموعه ای از شبه واحدها برای توصیف مقادیر کوچک از کمیتهای بدون بعد گوناگون است، به عنوان مثال کسر مولی یا کسر جرم. از آنجایی که این کسرها، مقیاسهای مقدار به ازای هر مقدار است، آنها عددهای خالص و بدون واحد اندازه گیری هستند. معمولا ppm (تعداد در میلیون، 10-6ppb (تعداد در میلیارد، 10-9ppt (تعداد در تریلیون، 10-12) و ppq (تعداد در کادریلیون، 10-15) مورد استفاده قرار می گیرد. این نمادگذاری بخشی از سیستم SI نیست و معنای آن مبهم است.

ppm: parts-per-million

ppb: parts-per-billion

ppt: parts-per-trillion

ppq: parts-per-quadrillion

 

اثر گلخانه ای: the greenhouse effect

گازهای انسانی: anthropogenic gases

متان: methane

اوزون: ozone

اکسیدهای نیتروژن دار: nitrous oxides

کلروفلوئورو کربن ها: chlorofluorocarbons

گاز گلخانه ای: greenhouse gas

 

سلول خورشیدی  

نویسنده و مترجم: سوزی دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.  

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد.

 

مجموعه ای ارزشمند برای دانشجویان کارشناسی ارشد فیزیک نوشته کارملی را به شما معرفی می کنیم که شامل 5 جلد کتاب در زمینه فیزیک نظری با موضوعات میدان های کلاسیک، نسبیت خاص کیهانشناسی، نظریه گروه، نسبیت عام و نظریه اسپینورها است. برای خرید این مجموعه از فروشگاه مبتکران از لینک زیر استفاده نمایید: 

خرید مجموعه کتاب های فیزیک نظری کارملی

 

بازدید : 38 شنبه 28 بهمن 1396 زمان : 21:56 نظرات ()

معرفی فوتوولتاییک

فوتوولتاییک فرایند تبدیل نور خورشید به برق بطور مستقیم با استفاده از سلولهای خورشیدی است. امروزه فوتوولتاییک به جایگزین تجدید شدنی به سرعت در حال رشد و بطور فزاینده مهم برای تولید برق نسبت به سوختهای فسیلی مرسوم تبدیل شده است، اما از آنجایی که اولین دستگاههای کاربردی فوتوولتاییک در دهه 1950 عرضه شدند، فوتوولتاییک در مقایسه با سایر تکنولوژیهای تولید برق نسبتا تازه وارد محسوب می شود. تحقیق و توسعه فوتوولتاییک اولین پیشرفت اصلی خود را از صنعت فضا در دهه 1960 به دست آورد، جایی که نیاز به یک منبع تغذیه جداگانه (جدا از شبکه توزیع برق) برای کاربردهای ماهواره ای نیاز بود. این سلولهای خورشیدی فضایی هزاران بار از سلولهای امروزی گرانتر بودند و نیاز قابل درک برای یک روش تولید برق جدا از شبکه توزیع هنوز یک دهه عقب بود، اما در کنار پیشرفت به سرعت در حال گسترش ترانزیستورهای سیلیکونی، سلولهای خورشیدی به یک مسیر علمی جدید و جالب تبدیل شدند که بازارهای تخصصی بالقوه خود را داشتند. بحران نفت در دهه 1970 سبب شد تمرکز جهانی بر منابع انرژی جایگزین برای استفاده زمینی متمایل شود، که به نوبه خود تحقیقات فوتوولتاییک را به عنوان راهی برای تولید انرژی زمینی (انرژی مورد استفاده بر روی زمین) ترویج کرد. اگرچه بحران نفت کوتاه بود و انگیزه مالی برای توسعه آنها کاهش یافت، با این حال سلولهای خورشیدی به عرصه تکنولوژی تولید انرژی وارد شده بودند. کاربرد و برتری آنها در زمینه منبع تغذیه جدا از شبکه توزیع به سرعت تشخیص داده شد و موجب توسعه صنعت فوتوولتاییک زمینی شد. وسایل قابل حمل در مقیاس کوچک (مانند ماشین حسابها و ساعتها) مورد استفاده قرار گرفتند و در کاربریهایی که انرژی جدا از شبکه توزیع مورد نیاز بود، بهره گرفتن از فوتوولتاییک آغاز شد.

در دهه 1980 پژوهشها درباره سلولهای خورشیدی سیلیکونی به ثمر رسید و سلولهای خورشیدی شروع به افزایش راندمان خود کردند. در سال 1985 این سلولها مرحله مهمی را با دستیابی به بازده 20 درصد به انجام رساندند. در طول دهه آینده صنعت فوتوولتاییک نرخ رشد پایدار بین 15 تا 20 درصد را تجربه کرد، که عمدتا توسط بازار منبع تغذیه جدا از شبکه توزیع برق توسعه یافت. سال 1997میزان رشد 38 درصدی را به خود دید و امروزه سلولهای خورشیدی نه تنها به عنوان ابزاری برای تامین برق و افزایش کیفیت زندگی برای کسانی که به شبکه توزیع برق دسترسی ندارند، بلکه به عنوان وسیله ای برای کاهش چشمگیر تاثیر آسیب محیط زیست ناشی از روشهای مرسوم تولید برق، در کشورهای صنعتی پیشرفته شناخته شده اند.

بازار رو به افزایش و مشخصات فوتوولتاییک به این معنی است که دستگاههای بیشتری نسبت به قبل بر اساس انرژی فوتوولتاییکی طراحی شده اند. محدوده این دستگاهها از نیروگاههای چند مگاواتی است تا ماشین حسابهای خورشیدی که همه جا موجود هستند.

هدف ما ارائه یک بررسی از فوتوولتاییک زمینی برای مجهز کردن افراد غیر متخصص با اطلاعات پایه است. امید است که با استفاده از این مطالب شما اصول کلی کاربردهای دستگاههای فوتوولتاییک و عملیات سیستم را درک کنید. همچنین شما قادر به شناسایی کاربردهای مناسب خواهید بود، و نیز توانایی طراحی سیستم فوتوولتاییک را خواهید داشت. امیدواریم با افزایش تدریجی افرادی که با مفاهیم و کاربردهای فوتوولتاییک آشنا هستند، استفاده از آن در کاربریهای مناسب افزایش یابد.

 

ترانزیستور سیلیکونی: silicon transistor

سلول خورشیدی سیلیکونی: silicon solar cell

 

سلول خورشیدی 

نویسنده و مترجم: سوزی دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.   

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد. 

 

مجموعه با ارزشی از کتابهای مکانیک کوانتومی برای دانشجویان دوره کارشناسی و کارشناسی ارشد فیزیک که به شما کمک می کند این درس نسبتا پیچیده را آسانتر فرا بگیرید. برای خرید این مجموعه از فروشگاه مبتکران می توانید از لینک زیر استفاده کنید.

مجموعه کتابهای مکانیک کوانتومی

 

بازدید : 31 پنجشنبه 19 بهمن 1396 زمان : 17:4 نظرات ()

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی در شکل های مختلف منبع تقریبا تمام انرژی ها بر روی زمین است. انسانها، مانند سایر حیوانات و گیاهان، برای غذا و گرمایش به آن وابسته اند. با این حال، مردم همچنین انرژی خورشید را در بسیاری روش های دیگر به کار می برند. به عنوان مثال، سوخت های فسیلی (ماده گیاهی از دوران های زمین شناسی گذشته)، برای حمل و نقل و تولید برق به کار می رود و این در واقع انرژی خورشیدی است که از میلیون ها سال پیش ذخیره شده است. بطور مشابه، توده زیستی انرژی خورشیدی را به سوخت تبدیل می کند که می تواند برای گرما، حمل و نقل یا تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار گیرد.

انرژی باد که صدها سال برای تولید انرژی مکانیکی یا حمل و نقل به کار می رفته، از جریان هوا استفاده می کند، که این جریان با هوای گرم شده توسط خورشید و چرخش زمین ایجاد می شود. امروزه توربین های بادی انرژی باد را علاوه بر استفاده های سنتی آن به برق تبدیل می کنند. حتی برق آبی (برق تولیده شده از آب یا بخار آب)، از خورشید گرفته می شود. این برق وابسته است به تبخیر آب توسط خورشید و سپس بازگشت آن به زمین به عنوان باران تا آب سدها را تامین کند.

فوتوولتاییک یک روش ساده و ظریف برای استفاده از انرژی خورشید است. دستگاه های فوتوولتاییک (سلول های خورشیدی) منحصر به فرد هستند که تابش خورشیدی را بطور مستقیم به الکتریسیته تبدیل می کنند، بدون هیچ سر و صدا، آلودگی یا قطعه های متحرک، که سبب می شود محکم، قابل اطمینان و دارای عمر طولانی باشند. سلول های خورشیدی بر پایه همان مواد و اصولی که در پشت انقلاب کامپیوتر و ارتباطات است ساخته می شوند.

این مبحث عملیات و کاربردهای سیستم ها و دستگاه های فوتوولتاییک را پوشش می دهد.   

 

عکس از فانوس دریایی خورشیدی در جزیره مونتاگ، یک پارک ملی و پناهگاه حیات وحش در ساحل شرقی استرالیاست. پنل کوچک در سمت چپ برق فانوس دریایی را تامین می کند. پنل بزرگ در سمت راست برق خانه های روستایی را فراهم می کند که تا اندازه ای در پس زمینه دیده می شوند. کلبه ها شامل امکاناتی برای سرپرستان پارک ملی و محققان در جزیره است.

 

فوتوولتاییک اغلب به اختصار با PV مخفف Photovoltaic نشان داده می شود.

توده زیستی: biomass

برق آبی: hydroelectricity hydropower

جزیره مونتاگ: Montague Island

 

سلول خورشیدی 

نویسنده و مترجم: سوزی دهقان

 

کلیه مطالب کهکشان دانش توسط نویسندگان آن تهیه و ترجمه شده است.

استفاده از مطالب و تصاویر این وبلاگ بدون ذکر منبع با لینک فعال موجب پیگرد قانونی خواهد شد. 

 

فیزیک هالیدی کتاب مرجع مورد استفاده برای تمام دانشجویان علوم پایه و فنی مهندسی است. این کتاب برای درک بهتر فیزیک کلاسیک و آشنایی با فیزیک مدرن و آمادگی برای آزمون کارشناسی ارشد و سایر آزمونها مفید واقع می شود. برای خرید چاپ دهم این کتاب به همراه حل المسائل کامل آن از فروشگاه مبتکران بر روی لینک زیر کلیک کنید:

کتاب فیزیک هالیدی همراه با حل المسائل کامل

 

 

تعداد صفحات : 2

تبلیغات
Rozblog.com رز بلاگ - متفاوت ترين سرويس سایت ساز
اطلاعات کاربری
نام کاربری :
رمز عبور :
  • فراموشی رمز عبور؟
  • آمار سایت
  • کل مطالب : 35
  • کل نظرات : 0
  • افراد آنلاین : 2
  • تعداد اعضا : 0
  • آی پی امروز : 3
  • آی پی دیروز : 7
  • بازدید امروز : 13
  • باردید دیروز : 28
  • گوگل امروز : 0
  • گوگل دیروز : 5
  • بازدید هفته : 73
  • بازدید ماه : 575
  • بازدید سال : 575
  • بازدید کلی : 5,005