مقاله در مورد برق، باطری خورشیدی ، الکترو ، اشعه گاما، تحقیق، تحقیق دانشجویی، انواع مقالات دانشجويي،
باتري خورشيدي
يا سلولهاي فوتو ولتايي ابزارهايي الکترونيکي هستند که با استفاده از پديده فوتو ولتائيک ، نور يا فوتون را مستقيما به جريان و ولتاژ الکتريکي تبديل مي*کنند. دانشمندان اولين باتري خورشيدي را در سال 1954 ، با استفاده از ماده نيمه رساناي سيليسيوم ، در آزمايشگاههاي تلفن بل ساختند.
سير تحولي و رشد
دانشمندان و مهندسان بلافاصله به ارزش باتريهاي خورشيدي براي تأمين انرژي ماهواره*ها پي*بردند، زيرا اين باتريها جرم کمي دارند و هيچ بخش متحرک مکانيکي ندارند. نخستين ماهواره آمريکايي در فضا به باتريهاي خورشيدي از ****** سيليسيوم مجهز شد. و امروزه هم سلول فوتو ولتايي سيليسيومي هنوز منبع قدرت همه سفينه*هاي فضايي هستند. البته در اين ميان کاوشگرهايي که به فراسوي منظومه شمسي و مکان مياني که نور خورشيد در آنجا ضعيف است رهسپار مي*شوند، استثنا هستند.
تهيه باتري خورشيدي
باتري خورشيدي اوليه از تک بلور سيليسيوم (Si) ساخته مي*شد که روي صفحات تختي کنار هم قرار مي*گرفت. کاربرد اين روش ، براي مصارف عمومي و توليد انرژي در فضايي بزرگ ، بسيار گران تمام مي*شود. هر چند ماده خام SiO2 براي تهيه Si فراوان است، اما پالايش شن و خالص سازي کافي Si براي تهيه باتريهاي خورشيد پر هزينه است. برش قطعات بلوري منفرد به صورت قطعه* نازکي که ويفر نام دارند، نيازمند بريدن با الماس ، پرداخت بيشتر و بالاخره چندين عمل اضافي براي افزودن ناخالصيهاي مناسب است.
کاهش هزينه ساخت
يک روش ممکن براي کاهش هزينه ، که در مورد بلوري گران قيمت نظير Si و اخيرا گاليوم ارسنيد (GuAs) ، استفاده از عدسي بزرگ و ارزان قيمت فرنل براي تمرکز نور روي سلول کوچک است. ضرايب تمرکز 25 تا 1000 با موفقيت بکار گرفته شده است. اگر چه طراحي تمرکز دهنده*ها نياز به ردگيري دو بعدي وضعيت خورشيد در طول روز است.
استفاده از مواد در باتريخورشيدي
طرح بسيار نويد بخش ديگري براي سلول فوتو ولتايي ، کاربرد ورقه*هاي فيلمهاي بسيار نازکي است که روي مواد نظير شيشه يا فولاد زنگ نزن نشانده مي*شوند. سه ماده که به صورت ورقه*هاي نازک (به ضخامت تقريبي 1 تا 3 ميکرومتر) نتايج فوتوولتايي خوبي بدست داده*اند. عبارتند از: سيليسيوم هيدروژن دار آدورف (? - Si:H) ، سي اندپوم دي سليند (CuLnSe2 يا بطور ساده CIS) و کادميوم تلوريد (CdTe). ماده* ? - Si:H به صورت ورقه*هاي نازک با ساختار آمورف ، ساختار چند بلوري با دانه*هايي به صورت ورقه*هاي نازک با ساختار بلوري با دانه*هايي به اندازه حدود 1 ميکرومتر کاربرد دارند.
خورشيد فوتو ولتاييدر باتري خورشيدي CdTe
فرآيند فوتو ولتايي در باتري خورشيد CdTe در شکل زير داده شده است. هر کوانتوم نور (فوتون) داراي انرژي hv است که در آن h ثابتپلانک و v بسامد نور است. (? = C/?) که در آن C سرعت نور و ? طول موج نور است). چنانچه انرژي فوتون بيشتر از گاف انرژي نيم رسانا (فاصله ميان نوارهاي نوارهاي ظرفيت و رسانش) باشد، به آن صورت فوتون جذب ماده مي*شود و الکتروني را از نوار ظرفيت برانگيخته مي*کند و به نوار رسانش مي*برد که الکترون در آنجا مي*تواند آزادانه درون بلور به حرکت در آيد.
الکترون بار منفي دارد، اما حفره ايجاد شده در نوار ظرفيت داراي بار مثبت است. وقتي که الکترون حفره به سرعت از هم جدا نشوند، الکترون جذب حفره مثبت مي*شود و بدون ايجاد هيچ جرياني نابود خواهد شد. بنابراين لازم است که ميدان الکتريکي براي جداسازي بارها برقرار شود. اين کار با افزودن مقدار کمي ناخالصي آلاييده به نيم رسانا و ايجاد پيوندگاهي ميان مناطق نوع n (که ذرات حامل بار در آن بار منفي دارند) و نوع p (که با ذرات حامل در آن مثبت است) انجام مي*شود، شکل 1 پيوند ناهمگني را نشان مي*دهد که کادميوم سولفيد (CdS) نوع n و کادميوم تلوريد (CdTe) نوع p تشکيل شده است.
هنگامي که فوتون ، زوجهاي الکترون - حفره را در نزديکي اين پيوندگاه n - p که در آن ميدان الکتريکي قوي برقرار است ايجاد کند، فرآيند فوتو ولتايي بيشترين بازدهي را خواهد داشت. باتري خورشيدي در اين حال حفظ به اتصال هاي فلزي نياز دارد. تا با سيم هايي که به جريان الکتريکي در وسيله اي خارجي امکان عبور مي دهند مرتبط شود. براي باتري CdS/CdTe ، اکسيد قلع (SnO2) به عنوان اکسيد رسانشي شفاف (TCO) براي اتصال به CdS نيز نيکل ، گرانيت ، يا طلا براي اتصال CdTe کاربرد دارند.
ساختار باتری خورشیدی
به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژیهای نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۵/۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلولها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می‌گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد.
سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند. باتری‌های خورشیدی معمولاً از مواد نیمه‌رسانا، مخصوصاً سیلیسیم، تشکیل شده‌است.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.
هر اتم سیلیسیم با چهار اتم دیگر پیوند تشکیل می‌دهد و بدین صورت، شکل کریستالی آن پدید می‌آید. در باتری‌های 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 حفره ی اضافی ایجاد می شود. حفره را به گونه ای می توان 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 می شود و به آن سیلیسیم نوع P) Positive) می‌گویند . هر باتری خورشیدی از ۶ لایه تشکیل شده که هر لایه را ماده‌ای خاص تشکیل می‌دهد که در شکل مشخص شده‌است.
عملکرد باتری خورشیدی ، صفحات خورشیدی
در بسیاری از موارد ناخالصی سبب ایجاد اشکال در سیستم می‌شود، اما در باتری‌های خورشیدی با ایجاد ناخالصی به سیستم به گونه‌ای کمک می‌کنیم! البته این زمانی آشکار می‌شود که دو نوع pو nرا کنار یکدیگر بگذاریم. در این حالت این ماده، جریان برق را تنها از یک سو عبور می‌دهد (یعنی کار دیود را انجام می دهد)، اما این موضوع برای ما مهم نیست. آنچه اهمیت دارد این است که وقتی فوتونی به این ماده برخورد کند و با شرط اینکه دارای انرژی کافی باشد، آنگاه تمام انرژی خود را به یک الکترون داده و باعث حرکت آن الکترون می‌شود و به طبع هم یک حفره در ماده ایجاد می‌شود. چون ماده نوعی دیود است و همانند آن عمل می‌کند، بدین سبب حفره را به قسمت pو الکترون را به قسمت nمی‌فرستد. حال اگر ما یک رسانای خارجی بگذاریم به گونه‌ای که دو قسمت nو pرا به هم وصل کند، الکترونها با عبور از این مسیر و رسیدن به حفره‌ها و ترکیب شدن با آنها، می‌توانند تولید انرژی و کار برای ما کنند.
البته توانایی تبدیل نور خورشید در بیشتر سلولهای خورشیدی بیشتر از 25 درصد نیست. یک صفحه خورشیدی 100 سانتیمتر مربعی معمولی می تواند ولتاژی حدود 700 میلی ولت یا 0.7 ولت تولید کند (البته در هنگام تابش کامل آفتاب )
گرانی صفحات خورشیدی بدلیل گرانی سیلیکون بکارر فته در آنهاست اما با توجه به پیشرفتهای نانوتکنولوژی می توان امیدواریهایی داشت.
برای مثال، دانشمندان در دانشگاه هاروارد موفق به تولید سلول های خورشیدی با استفاده از "نانو سیم" هایی شده اند که قطر آن برابرفقط 300 نانومتر است. که در نشریۀ تکنولوژی MITتوضیح داده شده است، این سلول های خورشیدی دارای مرکزی از سیلیکون متبلور، و چندین لایه سیلیکون متحدالمرکز با خواص الکترونیک متفاوت هستند. عملکرد هر لایه مشابه لایه های نیمه هادی در سلول های خورشیدی سنتی است که باجذب نور و ربایش الکترون ها، برق ایجاد می کنند.
استفادۀ اصلی ازاین سلول های میکروسکوپیک، تأمین انرژی برای دستگاه های نانو است، اما با روی هم انباشتن تعداد زیادی از آن ها می توان آن را جایگزینی برای صفحات خورشیدی که امروزه متداول هستند، به حساب آورد. با این حال، هنوز موانعی در راه تجاری کردن این تکنولوژی وجود دارد؛ محققان می بایست راه هایی برای آرایش متراکم تر این نانوسیم ها یافته و برای تبدیل نور خورشید به نیروی برق، سطح نازل کارایی آن ها را (کمتر از یک پنجم صفحات خورشیدی فعلی) ارتقا دهند.
اشعه گاما
مقدمه
با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.
فروپاشی گاما
در فروپاشی گاما ، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:
AZX*-------->AZX + γ
که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.
حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما ، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.
حالتهای فروپاشی گاما
- نشر اشعه گامای خالص :
- در این حالت فروپاشی گاما ، اشعه گامای منتشر شده بوسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از 2 کیلو الکترون ولت تا 7 میلیون الکترون ولت می‌باشد، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه می‌باشد، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.
- حالت فروپاشی بصورتتبدیل داخلی :
- در این حالت فروپاشی ، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه ، الکترونهای اوژه ، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی می‌باشد. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی می‌باشد.
-
با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و
مطالب مشابه :
مقاله در مورد برق، باطری خورشیدی ، الکترو ، اشعه گاما، تحقیق، تحقیق دانشجویی، انواع مقالات دانشجويي،
یابی ، جوک،جک، مقاله، پروژه دانشجویی ، ورزشی، هنری باطری خورشیدی ، الکترو
کاربرد الکتریسته خورشیدی در ساختمان وراهنمایی رانندگی
مقاله - پروژه کاربرد الکتریسته خورشیدی در شرایط ابری و غبار که نور کم است هم باطری ها
انرژی نورانی، مقاله، تحقیق، پایان نامه، پایاننامه، پایانامه، فیزیک، خورشیدی، باتری، باطری، مکانیکی،
جوک،جک، مقاله، پروژه دانشجویی ، ورزشی فیزیک، خورشیدی، باتری، باطری
مقاله ای درباره انرژی خورشیدی
به فکر استفاده از باطری های کهنه مقاله انرژی خورشیدی . پروژه دانشجویی. موسسه
خانه ای با مصرف انرژی صفر+تصاویر
پروژه های تاسیسات دانشجویی . باطری های مصرف برق و باطری. این فواره خورشیدی زیبا
سلول خورشیدی
ها،نمونه سوالات دانشجویی سلول خورشیدی. استفاده حداکثر از باطری
برچسب :
مقاله دانشجویی باطری خورشیدی