معرفی و دانلود کتاب سلول‌های خورشیدی مواد تشکیل دهنده و بازیافت آن

معرفی کتاب سلول‌های خورشیدی مواد تشکیل دهنده و بازیافت آن

کتاب سلول‌های خورشیدی مواد تشکیل دهنده و بازیافت آن نوشته‌ی حسین ترکمن و حامد کریمی، به طور کامل چگونگی بازیافت مواد شیمیایی در سلول‌های فتوولتائیک را مورد بررسی قرار داده است.

حسین ترکمن و حامد کریمی این کتاب را با هدف اصلی پوشش کامل همه‌ی زمینه‌ها و انواع سلول‌های خورشیدی ارائه داده‌اند تا بتواند به عنوان مرجع تخصصی کاملی برای مطالعه‌ی محققان و پژوهش‌گران مختلف در زمینه‌های انرژی‌های نو و سلول‌های خورشیدی، قابل استفاده باشد.

در سال‌های اخیر با توجه به نیاز روزافزون بشر به منابع انرژی و به منظور جلوگیری از آلودگی‌های زیست محیطی، گرایش به سمت استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر افزایش یافته است. یکی از پاک‌ترین این انرژی‌ها، انرژی تابشی بی‌پایان خورشید است. با تبدیل این انرژی به انرژی الکتریکی می‌توان بخش اعظمی از نیاز انسان به انرژی را برطرف کرد.

در حال حاضر سلول‌های خورشیدی که کار تبدیل انرژی نوری خورشید به جریان الکتریکی را بر عهده دارند، تنها می‌توانند درصد کمی از انرژی خورشید را تبدیل کنند بنابراین، از ابتدای پیدایش سلول‌های خورشیدی در سال 1839 تا زمان حال که کار بر روی سلول‌های نانو ساختار در حال انجام است، افزایش بازده این سلول‌ها به عنوان هدف اصلی پژوهشگران مورد توجه بوده است. در کشور ما نیز در سال‌های اخیر فعالیت‌های پژوهشی در زمینه طراحی و ساخت سلول‌های خورشیدی آغاز شده است. با این وجود، جای خالی یک کتاب تالیفی جامع در زمینه سلول‌های خورشیدی که مورد استفاده تمامی پژوهشگران داخلی قرار گیرد، احساس می‌شود.

کتاب در فصل اول به توضیح و تشریح سلول‌های خورشیدی پرداخته است. چگونگی پیدایش و اولین نوع سلول‌های ساخته شده از جنس سیلیکون بودند. بنابراین در فصل دوم مواد ساختمانی سلول خورشیدی به طور کامل مورد بحث قرارگرفته است. فصل سوم به مقایسه مواد مختلف و ترکیبات آن‌ها برای بهینه سازی سلول‌های خورشیدی و توصیف و تحلیل ساختارهای داخلی می‌پردازد. در فصل چهارم به محاسبه و مقایسه بازده توان تولیدی ترکیبات مختلف آن‌ها از جمله راندمان و عملکرد تئوری جامع حد تعادلی به عنوان پایه‌ای‌ترین بستر ریاضی طراحی سلول‌های خورشیدی به عنوان بخشی از سلول‌های لایه نازک اختصاص دارد.

بهترین ترکیبات مواد نیمه هادی برای ساختن سلول‌های خورشیدی به لحاظ بازده توان تولیدی شامل سلول‌های پلیمری، رنگدانه‌ای و ساختارهای کوانتومی در فصل پنجم این کتاب ارائه شده است. در این فصل جدیدترین دستاوردهای پژوهشگران سلول‌های خورشیدی در زمینه ساختار سلول‌های نانو ارائه شده. همچنین در فصل ششم به چگونگی بازیافت سلول‌های خورشیدی در پایان عمر که برای اهداف زیست محیطی و اقتصادی، بازیافت ماژول‌های PV لازم است. فرآیند بازیافت برای ماژول‌های PV شامل روش‌های شیمیایی و فیزیکی است که با موفقیت انجام شده است. در سایر صنایع بازیافت، مانند الکترونیک یا بازیافت سخت‌افزار استفاده می‌شود.

امید است کتاب حاضر به عنوان یک کتاب کامل، مورد توجه و بهره‌برداری اساتید، دانشجویان و پژوهشگران در زمینه‌های گوناگون سلول‌های خورشیدی قرار گیرد.

در بخشی از کتاب سلول‌های خورشیدی موادتشکیل دهنده و بازیافت آن می‌خوانیم:

الکترون‌های موجود در ذرات نانوی فلزات نجیب بی‌وقفه با فرکانس نور با هم نوسان می‌کنند. محققین دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد نشان دادند که این پدیده می‌تواند در ساخت سلول‌های خورشیدی بهتر و ارزان‌تر مورد استفاده قرار گیرد، با این وجود تاکنون سلول‌های خورشیدی نتوانسته‌اند از نظر اقتصادی با سوخت‌های فسیلی رقابت کنند. محققین هم اکنون در حال بررسی این مسئله هستند که چگونه نانو تکنولوژی می‌تواند در پایین آوردن هزینه‌ها کمک نماید. سلول‌های خورشیدی از لایه‌هایی ساخته می‌شوند که می‌توانند نور خورشید را جذب کند و آن را به جریان الکتریسته تبدیل کنند.

اگر قابلیت جذب نور خورشید توسط سلول‌های خورشیدی بهینه گردد، سلول‌های با ضخامت کمتر می‌توانند الکتریسته بیش‌تر و همچنین ارزانتری را نسبت به سلول‌های امروزی تولید نمایند. یکی از راه‌های افزایش قابلیت جذب مواد جذب کننده نور در سلول خورشیدی، استفاده از ذرات نانوی فلزات نجیب است. کارل هاگلاند از دانشگاه چالمز در پروژه دکتری خود که به تازگی به اتمام رسانده به چگونگی این مطلب پرداخته است.

ذرات مذکور خصوصیات ویژه نوری دارندکه علت آن الکترون‌های آن‌هاست که با به جلو و عقب با بسامدی برابر بسامد نور، یعنی رنگ نور، نوسان می‌کنند. این ذرات همانند یک آنتن کوچک نور را می‌گیرند و با نوسانات خود انرژی را به صورت الکتریسیته منتقل می‌کنند. این نوسانات، پلاسمون‌ها، در بسامد‌های رزونانس پلاسمون معین بسیار قوی هستند، که این نوسانات، خود تحت تاثیر شکل و اندازه ذرات و نیز ذرات مجاور آن‌هاست.

فهرست مطالب کتاب

فصل 1: سلول‌های خورشیدی
1-1- مقدمه
2-1- گرانی نفت و تولید برق از منابع تجدید پذیر
3-1- تاریخچه سلول‌های فتوولتاییک
4-1- منابع انرژی‌های تجدید پذیر
1-4-1- انرژی خورشیدی
2-4-1- دلایل استفاده از انرژى خورشیدى
3-4-1- مزایای نیروگاه‌های خورشیدی
4-4-1- کاربرد سلول‌ها در نیروگاه‌های خورشیدی
5-4-1- اجزای نیروگاه‌های فتوولتاییک
6-4-1- انداره سلول‌های خورشیدی
7-4-1- تولید الکتریسیته از منبع انرژی خورشیدی
5-1- روش‌های استحصال از انرژی خورشید
6-1- سیستم‌های فتوولتاییک
1-6-1- پنل خورشیدی
2-6-1- مدار زمین
3-6-1- زاویه ارتفاع خورشید
4-6-1- فاصله ماژول ها
5-6-1- محاسبات سایت خورشیدی
1- 7- ردیاب خورشیدی (Solar Tracker) 
1-7-1- ردیاب خورشیدی تک محوره
1- 7-2- سیستم‌های ردیاب
8-1- سیستم فتوولتاییک متمرکزکننده
فصل 2: مواد ساختمانی سلول‌های خورشیدی
1-2- مقدمه
2-2- مبانی فیزیکی سلول‌های خورشیدی
3-2- مدار معادل کامل یک سلول PV
4-2- مبانی فیزیکی و مدل ریاضی PV
1-4-2- ضریب پر کردن (FF) 
2-4-2- شدت جریان اتصال کوتاه
3-4-2- ولتاژ مدار باز
4-4-2- توان خروجی یک سلول خورشیدی
5-4-2- مشخصه ولتاژ- جریان مدار دو یودی
6-4-2- کارایی مدول PV
5-2- معادله‌ی تعادل انرژی برای مدول‌های PV
6-2- عوامل طبیعی موثر بر عملکرد سلول ها
1-6-2- نور خورشید و سایه
2-6-3- جریان باد
4-6-2- برف
7-2- عوامل تاثیر گذار بر منحنی مشخصه ولتاژ- جریان
8-2- انواع سلول‌های فتوولتاییک
1-8-2- ناخالص ساختن سیلیکون
2-8-2- ناخالصی نوع N
3-8-2- ناخالصی نوع P
9-2- سیلیکون در سلول‌های خورشیدی
11-2- تابش نور بر سطح سلول
12-2- امواج الکترو مغناطیسی
13-2- اتلاف انرژی
14-2- جنس سلول‌های فتوولتاییک
1-14-2- گالیوم آرسناید (GaAs) 
2-14-2- سیلیکون و ژرمانیوم
3-14-2- کریستال سیلیکون (Si_C) 
15-2- تجهیزات چند تایی با بهره وری بالا
16-2- سلول‌های خورشیدی پیشرفته
17-2- طراحی برای بهره برداری از انرژی خورشیدی در فضا
18-2- واحد ذخیره سازی انرژی و عملکرد الکتروشیمیایی یک سلول
فصل 3: مقایسه مواد مختلف و ترکیبات آن‌ها برای بهینه سازی سلول‌های خورشیدی
1-3- مقدمه
2-3- سلول‌های ترکیبی
3-3- سلول‌های خورشیدی آرسنید گالیم – آرسنیدآلومینیم
4-3- طرح انعکاس لایه (Bragg) 
5-3- مدل و ساختار سلول‌های خورشیدی
6-3- تفصیل تجربه‌ای سلول‌های خورشیدی
7-3- پاسخ طیفی (نوری) و چگالی جریان سلول‌های خورشیدی
8-3- سلول‌های خورشیدی با (SLS) 
9-3- ولتاژ جریان باز و عامل سیری در سلول‌های خورشیدی
10-3- راندمان سلول خورشیدی
11-3- بررسی ساختارهای CU/Ti و Cu/Mo
12-3- سلول خورشیدی فیلم نازک
13-3- روش انجام آزمایش
فصل 4: محاسبه و مقایسه بازده توان تولیدی ترکیبات مختلف
1-4- مقدمه
2-4- نمودار مسیر خورشید
3-4- مکان، زاویه انحراف و زاویه ازیموت
4-3-1- زاویه ساعت و معادله زمان Et
4-3-2- محاسبه زاویه z
4-3-3- محاسبه زاویه سمت خورشیدی s
4-3-5- زاویه برخورد روی سطح دلخواه
4-3-6- میزان جرم هوا یا ضخامت اپتیکی
4-3-7- ضریب تیرگی و میزان بخار آب موجود در جو
4-3-8- میزان کل تابش رسیده در جهت نرمال سطح در خارج از اتمسفر Gen
4-3-9- میزان کل تشعشع رسیده در خارج از اتمسفر بر صفحه افقی
4-3-10- تابش دریافت شده بر روی زمین در جهت نرمال سطح Gbn
4-3-11- ضریب صافی هوا
4-4- تاثیر سایه جزئی و عامل دمای هوا
5-4- انرژی تولیدی نیروگاه در طول یک شبانه روز
6-4- تعداد و مساحت کل پنل ها
4-7- تعداد باتری ها
4-8- مشخصات جریان ولتاژ در سلول‌های فتوولتاییک
9-4- انتخاب مدول ها
1-9-4- مدول‌ها با ولتاژ پایین
2-9-4- مدول‌ها با ولتاژ متوسط
3-9-4- مدول‌ها با ولتاژ بالا
10-4- راندمان
11-4- مواد تشکیل دهنده سلول‌های خورشیدی و توان خروجی آنها
12-4- انواع روش‌های MPPT
1-12-4- الگوریتم گام متغیر بهبود یافته
2-12-4- الگوریتم گام متغیر جدید
3-12-4- روش اصلاح خطی جدید
13-4- الگوریتم احتمال
1-13-4- ردیابی ولتاژ ثابت
2-13-4- الگوریتم احتمال
فصل 5: بهترین ترکیبات مواد نیمه هادی برای ساختن سلول‌های خورشیدی به لحاظ بازده توان تولیدی
1-5- مقدمه
2-5- ایندیم مس دی سلناید
3-5- کادمیم تولراید (CdTe) 
4-5- سیلیکون چند کریستالی
1-4-5- روش تولید سیلیکون تک کریستالی
2-4-5- روش سی زورالسکی
3-4-5- روش FZ
4-4-5- روش تولید سیلیکون چند کریستالی
5-5- سیلیکون آمورف یا بدون شکل
6-5- اتلاف در سلول‌های خورشیدی
1-6-5- اتلافات حرارتی
2-6-5- اتلافات اپتیکی
عنوان صفحه
3-6-5- اتلافات در اثر مقاومت الکتریکی
4-6-5- اتلاف دیگر
7-5- راه‌هایی برای بهبود اتلاف و بالا بردن راندمان
8-5- کریستال منفرد اکسید تیتانیوم با سطح واکنش پذیر
9-5- ترکیب سلول‌های فتوولتاییک با کاتالیزور مایع
10-5- سلول سیلیکونی UNSW
11-5- ذرات نانوی پر انرژی
12-5- بازدهی سلول‌های خورشیدی
13-5- ساخت نانو لوله‌های کربنی رسانا و انعطاف پذیر
14-5- تولید سلول‌های خورشیدی قابل انحلال
15-5- تولید سلول خورشیدی با بیشترین میزان تولید انرژی
16-5- شیشه با ویژگی سلول خورشیدی
17-5- فتوولتاییک در کاربرد نظامی
18-5- سلول‌های خورشیدی نانوسیم
19-5- پشرفت انرژی خورشید به کمک نانو تکنولوژی
20-5- سلول خورشیدی بر مبنای هیدروژن
21-5- سلول‌های هیبرید
22-5- ساختار سلول‌های خورشیدی Bandgap
23-5- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
24-5- سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ (DSSC) 
25-5- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر کریستال‌های مایع
26-5- سلول‌های خورشیدی مبتنی بر نقاط کوانتومی
فصل 6: بازیافت مواد سلول خورشیدی در پایان زندگی
1-6- مقدمه
2-6- سلول‌های PV
6-3- طول عمر سلول‌های PV
1-3-6- خوردگی ماژول‌های PV
2-3-6- تغییر رنگ ماژول‌های PV
3-3-6- خنثی سازی ماژول‌های PV
4-3-6- شکستن و خرد کردن ماژول‌های PV
4-6- ترکیب ماژول PV
1-4-6- ماژول‌های PV سیلیکون کریستالی
2-4-6- ماژول‌های PV سیلیکون غیر کریستالی
4-4-6- ماژول PV III-V
5-4-6- ماژول‌های CIGS PV
5-6- فرآیند بازیافت
1-5-6- بازیافت ماژول‌های PV سیلیکون بلوری
2-5-6- بازیافت ماژول‌های PV سیلیکون غیر کریستالی
3-5-6- بازیافت ماژول PV CdTe
4-5-6- بازیافت ماژول‌های PV III-V
5-5-6- بازیافت ماژول‌های CIGS PV
6-6- مزایای بازیافت ماژول PV
7-6- مقادیر ارزشمند
1-7-6- گالیم
2-7-6- ایندیوم
3-7-6- نقره
4-7-6- ژرمانیوم
8-6- اثرات زیست محیطی
1-8-6- کادمیوم
2-8-6- آرسنیک
3-8-6- سرب
9-6- گاز گلخانه‌ای (سمی)