به نام خدا
سمینار درس سلول های خورشیدی
1/16
1- مقدمه و تاریخچه
2- اهمیت استفاده از تکنولوژی رکتنی
3- ساختار و اجزا
4- بعضی از شرایط لازم
5- مقایسه و نتیجه گیری
فهرست
2/16
رکتن خلاصه شده ی واژه های یکسوکننده و آنتن است.
Rectifier + antenna Rectenna
ایده اولیه چهار دهه پیش (1972) بوسیله بیلی مطرح شد.
تا سال 2005 جنبه تجاری نگرفت و پیشرفت چندانی نکرد.
دیدگاه کلاسیکی نور (امواج الکترومغناطیس) بر خلاف سلول های خورشیدی متداول.
با پیشرفت تکنولوژی نانو، اکنون گزینه ای برای جایگزینی پنل هایPV
کلیت کار:
پیوند بین آنتن نانو سایز با دیود فوق سریع
دریافت تشعشع توسط آنتن
یکسو شدن آنها بوسیله دیود
تولید توان DC
مقدمه و تاریخچه
3/16
طیف خورشیدی تقریبا با توان به سطح زمین می رسد و محدوده فرکانسی وسیعی دارد:
فرابنفش (9%) : طول موج کمتر از400 nm ، فرکانس بیش از 750 THz
مرئی (39%) : طول موج 400 – 700 nm ، فرکانس 428 – 750 THz
فروسرخ (52%) : طول موج 700nm – 1 mm ، فرکانس 0.3 – 428 THz
اهمیت تکنولوژی رکتنی
طیف نوری خورشید
4/16
در سلول هاس ی خوشیدی متداول بخش زیادی از از طیف نوری در محدوده مرئی و فروسرخ (1-3 um) از دست خواهد رفت.
هزینه ساخت بالایی دارند ( لایه نازک ارزانتر ، اما بازدهی آنها نهایتا 20% است)
حد نهایی بازدهی 44% است که در حالت عملی به حدود 30% محدود می شود.
سلول های چندپیوندی با هدف بهبود تبدیل باند پهن اختراع شدند.
مشکلات این سلول ها:
یافتن مواد برای جذب در بخش های مختلف
جریان کشی از لایه ها ددر یک سطح
هزینه بالای تولید مواد نیمه هادی
اهمیت تکنولوژی رکتنی
5/16
یک سلول خورشیدی رکتنی شامل :
آنتن نانو سایز (مرتبه ای از طول موج فرکانس های مرئی و فرو سرخ)
یکسوساز دیودی
فیلتر پایین گذر
بار
ساختار و اجزا
سیستم آنتن های یکسوکننده پشت یک سلول خورشیدی قرار می گیرد
صفحه سیلیکنی نقش یک فیلتر پایین گذر را ایفا می کند.
اجزای یک سلول خورشیدی رکتنی
قرار دادن سلول رکتنی پشت سلول خورشیدی سیلیکنی
6/16
برای یک سلول رکتنی، مدار معادلهای مختلفی وجود دارد :
دو نمونه مدار معادل سلول خورشیدی رکتنی
ساختار و اجزا
7/16
در سیستم رکتن خورشیدی، ملیون ها آنتن و یکسوساز در کنار هم قرار گرفته و هریک جداگانه الکتریسیته تولید می کنند.
ساختار و اجزا
قرار گرفتن رکتن ها در کنار هم برای تولید اکتریسیته
8/16
برخورد موج الکترو مغناطیس به سطح نانو آنتن
ساختار و اجزا
ایجاد جریان متغییر با زمان روی سطح نانو آنتن
ایجاد ولتاژی در محل شکاف تغذیه آنتن
جاگذاری مناسب یکسوساز در محل شکاف تغذیه
تولید توان DC مطلوب
فرایند تولید توان :
9/16
جهت دریافت امواج، سایز آنتن باید در مرتبه ای از طول موج مد نظر باشد.
برای طیف های مرئی و فروسرخ، آنتن نانو سایز می باشد.
ساختار و اجزا
انواع نانوآنتن ها :
انواع آنتن ها :
مارپیچی دایره ای
دو قطبی
مارپیچی مربعی
آرایه ای
10/16
لزوم همدوسی جریان ورودی به آنتن (در غیر اینصورت جریان خروجی حذف می شود).
در سلول های خورشیدی متداول این موضوع مطرح نیست(جذب مستقل فوتونها)
دایره ای به شعاع 19میکرومتر، همدوسی 90% را می دهد.
تاثیر این محدودیت سطح روی بازده خروجی :
همدوسی نور خورشید
1- شار فوتون فرودی بزرگتر جریان نوری بیشتر پایداری حریان نشتی در بایاس معکوس بازدهی بالاتر
2- جریان نوری بزرگتر امکان ترکیب فرکانسی بهبود بازدهی روی طیف وسیعتر
بعضی از شرایط لازم
11/16
نقش ولتاژ کاری در بهره باند پهن معادل شکاف باند در سلول های خورشیدی متداول است.
شروط اساسی انتقال موثر توان بین آنتن و دیود :
تطبیق امپدانس مناسب بین آنتن و دیود
ثابت زمانی RC پایین (R؛ ترکیب موازی مقاومت های آنتن و دیود)
در صورت تحقق دو شرط فوق، دیودی با جریان نشتی کم،به ازای هر فوتون یک الکترون تولید کرده و جریان یکسو شده بوجود می آید.
ولتاژ کاری دیود
بعضی از شرایط لازم
12/16
یکسو سازی نانو متری
نبود یکسوساز مناسب برای فرکانس های بالا(بیش از 30تراهرتز)
دیود شاتکی (افت ولتاز پایین و سریع) ، توانایی آشکار سازی و یکسو سازی تا 5 تراهرتز را دارد.
در سلول های خورشیدی رکتنی، یکسوسازهای MIM استفاده می شوند.
یکسوسازی براساس تونل زنی در طول لایه عایق
سرعت تونل زنی الکترون درحد فمتوثانیه است (جایگزین مناسب شاتکی)
دو شرط تکمیل فرایند تونل زنی :
ضخامت لایه عایق MIM درحد چند نانومتر باشد
مساحت لایه عایق برای افزایش فرکانس قطع خیلی کوچک باشد
دیاگرام باند ساده دیود MIM
تونل زنی الکترونها از فلز1 به فلز2
بعضی از شرایط لازم
13/16
فرکانس قطع دیود MIM :
مقاوت دیود به فرایند ساخت مربوط می شود.
تنها خازن دیود قابل تغییر است تا فرکانس قطع افزایش یابد.
یکسو سازی نانو متری
برای کاهش خازن دیود :
اگر d افزایش یابد احتمال تونل زنی کم می شود.
پس تنها گزینه پیش رو کاهش A است.
برای یکسوسازی مگا هرتزی سطح عایق حداقل می شود.
بعضی از شرایط لازم
14/16
بازدهی تئوری به 100% هم می رسد.
نانو آنتن ها توانایی جذب در زاویه وسیعی را دارند. (به سیستم ردیاب خورشیدی نیازی نمی باشد)
بدلیل جذب بالا ، در صورت تابش مایل خورشید بازدهی آنها تا حد زیادی حفظ می شود.
می توانند انرژی تابیده شده از سطح زمین (طول موج 10میکرومتر) را جذب کنند و بدین ترتیب در آب و هوای بد و طول شب هم تولید الکتریسیته دارند.
لایه های فلزی و عایقی لایه نازک و زیر لایه از جنس شیشه یا پلاستیک همگی کم هزینه هستند.
این فناوری هنوز در مراحل مطالعاتی و تحقیقاتی قرار دارد.
مقایسه و نتیجه گیری
15/16
با تشکر از توجه شما
16/16