پنل خورشیدی

در حال حاضر دو فناوری در ساخت سلولهای خورشیدی غالب است: فناوری نسل اول و نسل دوم. فناوری نسل اول بر پایه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت ۴۰۰-۳۰۰ میکرومتر است که ساختاری بلوری یا چند بلوری دارند که یا از بریدن شمش بدست میآیند یا از روش EFG و با کمک خاصیت مویینگی رشد داده می‌شوند. تکنولوژی نسل دوم یا تکنولوژی لایه نازک ، براساس لایه نشانی نیمهه هادی روی بسترهای شیشه‌ای، فلزی یا پلیمری، در ضخامت¬های ۵-۳ است[۱]. هزینه مواد اولیه در تکنولوژی نسل دوم، پایین¬تر است و از آن گذشته، اندازه سلول تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از اندازه سلول ساخته شده با تکنولوژی نسل اول است که مزیتی برای تولید انبوه آن محسوب می‌شود. در عوض 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 و تکنولوژی نسل دوم جایگزین نسل اول شود[۲] در سال 1961، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای 300 کلوین نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، 30% است که در انرژی شکاف eV1.4 یعنی انرژی شکاف گالیم آرسناید بدست می آید[۳]. بنابراین بازدهی سلول های خورشید نسل اول و دوم حتی در بهترین حالت نمی تواند از حوالی 30% بیشتر شود. این در حالی است که حد کارنو برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی 95% است[۴]. و این مقدار تقریباً سه برابر بیشتر از بازدهی نهایی سلولهای نسل اول و دوم است. بنابراین دستیابی به سلول هایی با بازدهی هایی دو تا سه برابر بازدهی های کنونی، امکان پذیر است. سلول های خورشیدی که دارای چنین بازدهی هایی باشند، نسل سوم سلول های خورشیدی نامیده می شوند. سلول های متوالی ، سلول های خورشیدی چاه کوانتومی ، سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی ، سلول های حامل داغ ، نسل سوم سلول های خورشیدی را تشکیل می دهند

یو پی اس

پارامترهاي اصلي جهت خريد دستگاه يوپي اس

1- (THD (Total Harmonic Distortion

وجود بارهايي كه از منابع تغذيه سوئيچينگ استفاده مي كنند، به دليل ايجاد هارمونيك در شبكه، باعث داغ شدن سيم هاي نول و به تبعه آن باعث بروز گرما در سيستم برق مي شوند. بنابراين براي مكان هايي كه تعداد دستگاه هاي كامپيوتري زيادي دارند، توصيه مي شود از يوپي اس با THD جريان ورودي پايين مثلا % 10 استفاده شود.

2- Switch Time
به فاصله زماني بين سوئيچ از برق شهر به باتري و بالعكس گفته مي شود. هر چه اين زمان بيشتر باشد احتمال Restart شدن كامپيوتر در لحظه سوئيچ بيشتر خواهد بود. دستگاه هايي كه زمان سوئيچ آنها حدود صفر است به دستگاه هاي On-Line معروف هستند.

3- Backup Time
زمان مورد نياز براي وضعيتي است كه برق شهر قطع شده و لازم است براي تغذيه بار مصرفي از شارژ باتري استفاده شود. اين زمان بستگي به باتري دارد و با كم و زياد شدن باتري، كم و يا زياد مي شود. يو پي اس ممكن است داراي باتري داخلي بوده و يا امكان اضافه نمودن باتري خارجي (كابينت باتري) به جهت طولاني نمودن مدت زمان برق دهي، براي آن وجود داشته باشد.

4- Noise Filtration
فيلتراسيون نويز بسته به مكان استفاده تغيير مي كند و زماني كه كنترل نويزهاي NormalوCommon ورودي به سيستم مهم است از آن استفاده مي شود.

5- Audible Noise
زماني كه دستگاه روشن است بر اساس صداي ناشي از فن يا ترانس دستگاه ميزان نويز صوتي سيستم مشخص مي شود.

6- Size & Weight
سايز و حجم دستگاه مي تواند بر اساس مكان استفاده متفاوت و در بحث حمل و نقل و يا خدمات مهم باشد.

7- Interface and Ergonomy
شكل ظاهري و تناسب دستگاه با توجه به نوع و مكان استفاده، نقش مهمي در انتخاب يو پي اس دارد.

8- Robustness and Reliability
استحكام و قابليت اطمينان زياد در برابر شرايط سخت و بحراني از مهمترين پارامترهاي انتخاب يو پي اس مناسب مي باشد.

9- Technology & Wave Shape
يكي از پارامترهاي مهم در انتخاب يو پي اس مناسب، تكنولوژي ساخت آن مي باشد كه توضيحات آن ها در ادامه آمده است.
چنانچه منابع تغذيه دستگاه هاي مورد استفاده (بار) بسيار حساس بوده و هيچگونه نويز يا اعوجاجي نبايد به آن وارد شود و شكل موج خروجي به صورت سينوسي كامل و بدون قطعي و بدون وابستگي به ولتاژ ورودي لازم باشد، توصيه مي شود از يو پي اس هاي On-line و چنانچه ورود نويز يا تغيير شكل موج خروجي از درجه اهميت كمتري برخوردار است، يو پي اس هاي Line-Interactive توصيه مي شود.

10- Rated VA
توان نامي دستگاه پارامتري است كه از دو راه مي توان مقدار آن را محاسبه و سپس دستگاه مناسب را خريداري نمود.
روش اول: مجموع مقادير توان دستگاه هاي مصرفي بر حسب وات را محاسبه نموده و بر 0.6 تقسيم مي نمائيم. عدد به دست آمده، مقدار توان مصرفي مي باشد.
روش دوم: مقدار كل جريان را به دست آورده و آن را در 220 ضرب نموده تا مقدار توان مصرفي به دست آيد.

11- Input Voltage Range
به ميزان تغييرات ولتاژ ورودي يو پي اس گفته مي شود. مثلا دستگاه يو پي اس كه بازه ي ولتاژ ورودي آن 148-270 VAC باشد، بدان معناست كه يو پي اس بين ولتاژ 148 تا 270 ولت برق شهر بدون استفاده از باتري و با در اختيار گرفتن فيلتراسيون داخلي به كار خود ادامه داده و ولتاژ خروجي مناسبي را ارائه مي دهد.

12- Input Frequency Range
به ميزان تغييرات فركانس ورودي يو پي اس گفته م يشود. مثلا دستگاه يو پي اس كه بازه ي فركانس ورودي آن50 Hz± % 5 مي باشد، بدان معناست كه يو پي اس در بازه ي فركانسي 47.5 تا 52.5 هرتز بدون استفاده از باتري و با در اختيار گرفتن فيلتراسيون داخلي به كار خود ادامه داده و خروجي مناسبي را ارائه مي دهد. يو پي اس در خارج از اين بازه، ورودي يو پي اس را غيرنرمال تشخيص داده و در حالت Backup و ولتاژ خروجي را از باتري تأمين مي نمايد.

13- Output Voltage Range
Line Regulation -
Load Regulation -
بازه ي ولتاژ خروجي يو پي اس كه مقدار آن با بازه ي ولتاژ ورودي دستگاه هاي مصرفي بايد هماهنگ باشد.

14- Output Frequency Range
بازه ي فركانس خروجي يو پي اس كه مقدار آن با بازه ي فركانس ورودي دستگاه هاي مصرفي بايد هماهنگ باشد.

15- Efficiency
Normal Mode -
Backup Mode -
مقدار توان خروجي دستگاه يو پي اس با توجه به مقدار توان ورودي دستگاه تحت عنوان Efficiency مطرح بوده كه اين عدد معمولا % 100 نيست، زير ا مقداري از توان ورودي توسط خود يو پي اس مصرف مي شود.
ميزان راندمان و كارايي دستگاه بنا به نوع تكنولوژي ساخت متفاوت و به خصوص در حالت باتري به علت تغذيه از باتري ها از اهميت ويژه برخوردار است.

16- UPS Management Software
يكي از معيارهاي مهم جهت خريد يو پي اس، بررسي بحث مديريت آن توسط نرم افزارهاي مرتبط با يو پي اس مي باشد. مانيتورينگ و كنترلينگ يو پي اس (حتي به صورت (Remote ، مكانيزم Auto Saving فايل ها در زمان هاي بحراني، كاربرپسند بودن و پشتيباني آن از سيستم عامل هاي مختلف از جمله مهمترين ويژگي هاي يك نرم افزار مديريت يو پي اس مي باشد.

باتری

جنس الکترودهای این نوع باتری هیدروکسید نیکل و کادمیم است. الکترولیت مورد استفاده در این نوع باتری نیز هیدروکسید پتاسیم می باشد. باتری های نیکل ـ کادمیم سرعت شارژ شدن بالایی را فراهم می سازند و می توانند طول عمر خوبی داشته باشند با بیش از هزار چرخه شارژ/دشارژ . اگر پیش از آنکه باتری های نیکل ـ کادمیم کاملا دشارژ (خالی ) نشوند آنها را شارژ کنید کارآیی آنها پایین می آید . بعضی از شارژر های باتریهای نیکل ـ کادمیم دارای مداری برای دشارژ کردن باتری ، پیش از شارژ کردن آنها هستند . باتریهای نیکل ـ کادمیم به یک دوره break-in نیاز دارند . بسیاری از سازندگان این نوع باتریها سه بار چرخه شارژ/دشارژ را پیش از آنکه باتری به حالت بهینه خود برسد توصیه می کنند .

باتری

باتری‌ های خورشیدی معمولاً از مواد نیمه‌رسانا، مخصوصاً سیلیسیم، تشکیل شده‌است. هر اتم سیلیسیم با چهار اتم دیگر پیوند تشکیل می‌دهد و بدین صورت، شکل کریستالی آن پدید می‌آید. در باتری‌ های خورشیدی به سیلیسیم مقداری جزئی ناخالصی اضافه می‌کنند. اگر اتم ناخالص ۵ ظرفیتی باشد (اتم سیلیسیم ۴ ظرفیتی است) آنگاه در ارتباط با چهار اتم سیلیسیم یک لایهٔ آن بدون پیوند باقی می‌ماند (یک تک الکترون). به همین دلیل چون بار نسبی منفی پیدا می‌کند به آن سیلیسیم نوع N) Negative) می‌گویند. و همین طور اگر اتم ناخالص دارای ظرفیت ۳ باشد آنگاه یک حفرهٔ اضافی ایجاد می‌شود. حفره را به گونه‌ای می‌توان گفت که جای خالی الکترون است، با بار مثبت (به اندازهٔ الکترون) و جرمی برابر با جرم الکترون. که این امر هم باعث مثبت شدن نسبی ماده می‌شود و به آن سیلیسیم نوع P) Positive) می‌گویند . هر باتری خورشیدی از ۶ لایه تشکیل شده که هر لایه را ماده‌ای خاص تشکیل می‌دهد .

1- انواع اختلالات رايج در برق شهر

براي درك اهميت UPS ها، در اين بخش به بررسي اختلالات رايج در برق شهر مي پردازيم.

1-1- قطع برق (Blackout/power Failure)
به قطع كامل برق براي مدتي طولاني تر از نیم سیکل اطلاق شده كه در هنگام وقوع آن، منبع برق كاملا از كار مي افتد.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:

اين وضعيت ممكن است در اثر بروز اشكال در خطوط نيرو مانند قطع كليدها، فيوزها و يا حوادثي نظير طوفان همراه با رعد و برق و يا ساير شرايط ايجاد گردد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
- از دست رفتن اطلاعات در حال اجرا درکامپیوتر
- صدمه زدن به سخت افزار دستگاه
- زيان هاي تجاري در معاملات اينترنتي On-line
- بروز خطر جاني در تجهيزات پزشکی (اتاق عمل و CCU و ...)
1-2- افت لحظه ای ولتاژ (Power Sag)
به کم شدن دامنه ولتاژ برق شهر برای چند سیکل متوالی گفته می شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:

اين امر ناشي از شروع به کار كردن يك بار بزرگ با جریان بالا مانند دستگاههاي تهويه هوا يا راه انداختن موتورهاي الكتريكي، تاسيسات حرارتي و برودتي و يا بروز اتصال كوتاه در مناطق اطراف مي باشد.
تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
در صورتيكه ولتاژ منبع اصلي آنقدر پايين بيايد كه منبع تغذيه كامپيوتر نتواند ولتاژي دريافت كند، افت ولتاژ باعث Restart شدن کامپیوتر می شود. هنگ كردن كامپيوتر، قفل كردن صفحه كليد، كم يا زياد شدن نور لامپ ها و كوچك شدن صفحه تصوير مانيتور از ديگر تبعات اين نوع اختلال مي باشد.

1-3- افزایش لحظه ای ولتاژ (Power Surge)
عبارتست از افزايش لحظه اي دامنه ي ولتاژ( معمولا بیش از 110%)كه براي چند سيكل پياپي ادامه دارد.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين اختلال معمولا به دليل به يكباره خاموش شدن دستگاه هاي توان بالا و يا پرمصرف بوجود مي آيد. همچنين اتصال كوتاه و عدم توجه به سايز مناسب براي كابل هاي برق نيز از عوامل ايجاد آن مي باشند.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
اين اختلال باعث وارد آمدن فشار به دستگاه هاي حساس شده و در طول زمان سبب خرابي آنها مي گردد. همچنين مي تواند باعث بروز خطا در داده هاي ديجيتال و قفل شدن كامپيوتر شود.
كم و زياد شدن نور لامپ ها و تغييرات ناگهاني در عرض تصوير مانيتور نيز از اثرات محسوس افزايش لحظه اي ولتاژ مي باشد.

1-4- ولتاژ ضعیف (Brownout/Under Voltage)
به کاهش دامنه ولتاژ برق شهر برای مدت طولانی گفته می شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين اختلال زماني ايجاد مي شود كه منبع اصلي توليد برق، قدرت تامين توان مورد نياز شبكه (بار مصرفي) را ندارد، به همين دليل شركت برق، ولتاژشبكه سراسري را كاهش مي دهد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
براي يك بار مصرفي، با توان ثابت، كاهش ولتاژ شبكه سبب افزايش جريان بار خواهد شد كه اين افزايش به نوبه خود مي تواند سبب كاهش طول عمرقطعات بكار رفته در دستگاه مصرفي شود.
كاهش ولتاژ بيش از يك دقيقه مي تواند موجب عملكرد نادرست تجهيزات گردد. مثلا در يك موتورالقايي، مي تواند منجر به بالا رفتن تلفات حرارتي ويا تغيير سرعت (دور موتور) شود.

1-5- ولتاژ قوی (Over Voltage)
افزایش دامنه ي ولتاژ برق شهر براي مدت زمان طولاني گفته می شود كه مي تواند موجب بالا رفتن توان راكتيو در خروجي بانك هاي خازني شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
این اختلال مربوط به شبکه توزیع می شود و صاعقه و رعد و برق از مهمترين عوامل ايجادكننده اين نوع اختلال مي باشد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
باعث سوختن دستگاه مصرفي و يا آتش سوزي مي شود.

1-6- نوسانات فرکانسی (Frequency Variation)
به تغيير فركانس شكل موج ورودي اطلاق مي شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
اين اختلال معمولا در جاهايي ديده مي شود كه منبع توليد انرژي ، ژنراتور (موتور برق) باشد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
نوسانات فركانسي باعث برش ولتاژ و كاهش دقت دستگاه هاي حساس آزمايشگاهي، مخابراتي، تجهيزات پزشكي و. . . و همچنين به هم خوردن همزماني (Synchronizing)در برخي دستگاه ها كه با عبور از صفر ولتاژ كارمي كنند، مي شود.

1-7- اعوجاج هارمونیکی (Harmonic Distortion)
یک موج اضافی بادامنه کوچک که فرکانس آن مضربی از فرکانس موج اصلی است گفته می شود.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
هارمونيك ها عموما توسط بارهاي غيرخطي بوجود مي آيند كه از برق شهر جريانهايي بالا مي كشند. مانند كامپيوتر، دستگاه هاي فتوكپي، پرينترهاي ليزري، موتورهاي دوار با سرعت متغير، دستگاه هاي جوشكاري و …

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي :
هارمونيك ها باعث افزايش نامناسب جريان و افزایش حرارت دستگاه ها و خرابي اجزاي تشكيل دهنده مي شوند.

1-8- حالت های گذرای سوئیچینگ (Switching Transient)
به تغييرات ناخواسته و ناگهانی ولتاژ گفته مي شود که معمولا در حد یک یا دو سیکل دوام دارند.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
پيدايش عناصر نيمه هادي واستفاده ي فراوان از آنها در شبكه هاي قدرت، عامل مهمي براي ايجاد هارمونيك در سيستم هاي قدرت مي باشد.
این نوسانات بر عملکرد پردازشگرها ، انتقال اطلاعات و ... اثر می گذارند .

1-9- نویز الکتریکی (Electrical Line Noise)
معمولاً توسط منابع تغذیه کامپیوترها و یا امواج رادیوئی و مغناطیسی ایجاد می شود .تداخل الكترومغناطيس (EMI) و يا تداخل ناشي از فركان سهاي راديوئي (RFI) از انواع نويزهستند.

عوامل موثر در ايجاد اختلال:
نويز الكتريكي در اثر مشكلات كابل، كابل كشي و مجاورت با تجهيزات فركانس راديويي، القاي امواج روي خطوط انتقال، كاركرد ترانسفورمرها، ژنراتورها و دستگاه هاي صنعتي بوجود مي آيد.

تاثير اختلال بر شبكه و بار مصرفي:
نویز باعث انتقال نا صحیح اطلاعات و ایجاد مشکل در عملکرد دستگاه ها می شود و همینطور باعث اشكالات نرم افزاري (مانند Hang نمودن كامپيوتر) و در نتيجه از دست رفتن اطلاعات شده ولي موجب آسيبهاي سخت افزاري نمي گردد.

1-10- اسپایک (Spike)
عبارتست از افزايش بسيار زياد لحظه اي ولتاژ