Weitere ähnliche Inhalte Ähnlich wie مقدمة لتحويل الطاقة الشمسية / Lecture, June 21st. 2013 / El Jadida, Morocco (20) Mehr von Prof. Dr. Ahmed Ennaoui (6) Kürzlich hochgeladen (20) مقدمة لتحويل الطاقة الشمسية / Lecture, June 21st. 2013 / El Jadida, Morocco1. Lecture, June 21st. 2013 / El Jadida, Morocco ودكالة بالمغرب المستمادة والتنمية المتجددة الطاقات
الشمس من الكهرباء إنتاج وراء والتكنولوجيا العلوم
المركزة الشمسية الطاقة توليد نظامالكهروضوئية الخاليا مع ومقارنة(PV) (CSP)
البلوري السليكون تكنولوجيا(c-Si)
الحراري االحتباسرض األ سطح حرارة درجة واعتدال (Greenhouse effect)
المعرفة على المبني واالقتصاد االستدامة
أساسية حقائق:المتجددة الطاقة انتاج عملية
This material is intended for the individual needs and for use in lectures and as handouts to students. Permission of the author and publisher is required for any other usage.
للطالب وكنشرات والعروض المحاضرات وفى فردية احتياجات لتلبية المواد هذه استعمال يمكن.الضروري من يصبح آخر استخدام ألي ،الناشر من اإلدن
اإلنترنت مواد هي المصادر معظمmost sources are internet materials
E-mail: ennaoui@helmholtz-berlin.de
Prof. Dr. Ahmed Ennaoui
الشمسية الطاقة من الكهربائية توليد تكنولوجيات
Technologies to generate electricity from solar energy
http://www.helmholtz-berlin.de
العريضة الخطوط
الناشئة الرقيقة الشمسية الخاليا وبعض
2. Greenhouse effect
مطرد بشكل ارتفعت قد الحرارة مقياس قراءات الصناعية الثورة بداية منذ
تقول االدلة من الكثير:السبب نحن
(2000- 2009)(1880 - 1889)
الحراري االحتباس
البحر سطح مستوى ارتفاع إلى القطبية الجليدية القمم مساهمة
متطرفة طقس حاالت
NASA’s Goddard Institute for Space
معهد في علماء أجراها التي المستمرة الحرارة درجة تحليل
بنحو زادت قد األرض على العالمية الحرارة درجة0.8عام منذ مئوية درجة1880
Greenhouse effect
الحراري االحتباس
Source: free encyclopedia
البي على والحفاظ التلوث أضرار نقلل كيف؟ ئةالرياح وطاقة الشمسية الطاقة على اإلعتماد
3. الماء بخار
الكربون أكسيد ثاني
الميثان
أكسيدالنيتروجين
الكلوروفلوركاربون
األوزون
CO2
N2O
CFCs
O3 CH4
األرض سطح حرارة درجة اعتدال
الجوي الغالف مكونات أهمالدفيئة والغازات
األرض سطح تدفئة في ورئيسيا حيويا دورا تلعب الدفيئة الغازات
الحمراء تحت األشعة من جزء امتصاص على الطبيعية الدفيئة الغازات تقوم
الحرارة درجة استقرار على قادرة الدفيئة الغازات
Source: free encyclopedia
النيتروجين78% N2
األكسجين21% O2
الخاملة الغازات
الكبريت أكاسد
الهيدروجين
األرغون
نيون
الشمسية االشعاعات من المنبعثة الطاقة األرض تمتص
الخارجي الفضاء إلى االشعاعات هذه من جزء تعكس
Greenhouse gas
الجوي الغالف في الموجودة الغازات بعض خالل من يمتص الطاقة هذه من جزء
452
SOx
Ar
Ne
يحتاجه ما يفوق مقدارها أصبح لدرجة الدفيئة الغازات زيادة
ثابتة األرض سطح حرارة درجة على للحفاظ الجوي الغالف
اآللة استثمار عبر الثروة
4. Photosynthesis
CO2
السكريات
H2O
O2
الضوئي البناء
أكسجين
الماء
(CH20)n
من الكربون النباتات تسحبالهواءصورة في.CO2
الضو البناء عملية بفضل ثابتة الجو في الغاز هذا نسبة تبقىئي.
الغذائية والمواد األكسجين هي النهائية المنتجات.
الحراري واالحتباس الطبيعي التوازن تهدد التي األخطار
98%منثانىالط ِبإنتاج ِقّلتعَي الكربون اكسيدِةاق.
البشر نشطة لأل كنتيجة األخيرة السنوات في ارتفعت الجو في الكربون اكسيد ثاني نسبهية
الكربون دورة:
بين الكربون نقل يتم كيف لوصف يستخدم مصطلح هو
والمحيطات والنباتات واألراضي الجوي الغالف
Carbon cycle
Carbon cycle
الكربون دورة
5. أطلقالمغربمشروعضخممنخمسمحطات
ستمكنالمغربمنتقليصتبعيتهفيمجال،الطاقةمايجعل
المملكةأحدأهممنتجيالطاقةالنظيفةبحلولالعام2020
المتجددة الطاقة مجال في الكبيرة المغربية المشاريع
منشآت خمس بناء المغربي الشمسية الطاقة عمشرو يتضمن
اتزازور في(شرق جنوب)وبوجدور العيونو(المغربية اءرالصح)وطرفاية(جنوب)
مطهر بني وعين(البالد وسط ،فاس شرق)هكتار االف ةبعشر تقدر مساحة على.
أكسيدالكربون ثاني من المغرب انبعاثات سيقلل عالمشرو
و ماليين ثالثة بمعدل700السنة في طن الف.
CO2
اثنين يوازي ما للبالد الخمس المحطات تؤمن ان المشروع عن المسؤولون ويتوقع
من ابتداء ،احتياجاتها من المئة في وأربعين2020.
الحديثة المغربية النهضة ركائز من جديد جيل ميالد
جعل مما الجفاف خطر المغرب جنبت التي السدود سياسة
والزراعة لألغذية المتحدة األمم منظمة(الفاو)بسداد تعترف
جوائزها أكبر إحدى وتمنحه رؤيته
الشمسية للطاقة المغربي المشروع
السدود سياسة بفضل العالم أنظار إليه جذب المغرب االستقالل بعد لما األولى الخمسينية خالل
6. المتجددة الطاقة انتاج عملية
x, أشعة
الشمس
5ثانية كل في إنتاجها يتم الطاقة من طن ماليين
الشمس طاقة:
كيلووات 4 x 1023
4,000,000,000,000,000,000,000,00 kW
طاقة إلى الكتلة تحويل
E = M . c2
تحويل يتم700إلى الهيدروجين من طن مليون695ثانية كل الهليوم من طن مليون
ا من عليها الحصول يمكن التي الطاقةﻟﺸﻤلمدة س105دﻗﻴﻘﺔإ تكفيﺣﺘﻴﺎﺟﺎوإ تﺳﺘﻬﻼعام لمدة العالم ك
بمعدل الشمس حول تدور األرض1جولةفي365.25أيام
بمعدل الخاص محورها حول تدور األرض1الواحد اليوم في جولة
هو األرض دوران محور ميل
الفصول عن المسؤول
تقريبا األرض محور يميل.
23.45درجة
23.45°
7. الشمسي اإلشعاع
الشمسي اإلشعاع احتجاب فترة أثناء منها لالستفادة الطاقة تخزين
والتنمية البحث يشجع الهندسة ومدارس المغربية الجامعات مع بالتعاون
للغاية دقيقة دراسة يتطلب ،فعال بشكل الشمسية الطاقة استخدام
المغرب في مختلفة مواقع في الشمسي لإلشعاع دراسات
الفصول كل وخالل اليوم خالل معين موقع في ثابتة ليست الشمسية الطاقة
الجنوبالشمال
شروق
غروب
المتجددة الطاقة انتاج عملية
العالم في الشمسية اإلشعاعات أعلى لديها التي البلدان بين من المغرب.
من أكثر3000سنويا الشمس اشعة من ساعة
8. التكنولوجيا مجال في الكهرومغناطيسية الموجات
Heat
Electricity الكهرباء
أشعة
x
فوق
البنفسجية
ميكروويف أشعة
Bluetooth راديوية موجات
تحتالحمراء
سينية أشعة
الطب في
المطارات في األمن الضوء
المرئي
للجراثيم مبيدة
500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
SolareEinstrahlung/W*m-2
*nm-1
Wellenlänge / nm
AM1.5-Spektrum (Erdoberfläche)
شمسية خاليا
ASTMG-173-03
األرضسطحعلىاأللوانسلم
أجهزة
الليلية للرؤية
OV-10 Bronco
Photosynthesis
2H2O + energy 2H2 + O2
Sources: Internet
9. الشمسية الطاقة تسخير تقنيات تضم
المرئي الضوء استخدام
الحرارية الطاقة استخدام
الشمس من الكهرباء إنتاج وراء التكنولوجيا
التعليم مجال في االستثمارات
الكهربائية الهندسة
اإللكترونية الهندسة
الذكية الشبكة
المعلومات تكنولوجيا
المواد علوم
المواد هندسة
تحتالحمراء
الكهربائية والتيارات المغناطيسية المجاالت بين العالقة
Heat
فارادي قانونالمغناطيسي للحث Faraday
Faraday
ةّيالحرك الطاقة تحويل
كهربائية طاقة إلى
G
طاقة
ةّيحرك
طاقة
كهربائية
مغناطيس نحاسية أسالك حركة
12. المركزة الشمسية الطاقة مصنعConcentrated solar power plant
http://maroc-solaire.com/
الشمس أشعة السترداد الفرن
فقدان يتم30000المغرب في سنويا الغابات من هكتار
الغابية الثروة على والحفاظ للحطب المحدود االستعمال.
المواد:واأللومنيوم الصلب
قوة700واط
تغلي3في الماء من لتر30دقيقة.
13. المركزة الشمسية الطاقة مصنع
حرارة الى الشمس ضوء يحول و يمتص للنظام الشمسية الطاقة مجمع
قوة أو التوربينات
يدفع الذي المحرك
المولدات.
الكهرباء هي النهائية المنتجات.
عالي ضغط و عالية حرارة بدرجة بخار بواسطة التوربينة تشغيل خالل من الكهرباء توليد
ضياع اي بدون الجامع االنبوب على الشمس لضوء متكامل تركيز
الشمس ضوء جمع و لعكس الشمس اشعة تتبع.
الى تصل ان بسهولة يمكنها الحرارة درجة300°004ــC
Concentrated solar power plant
أنابيب بداخل يجري الذي الحرارة نقل سائل في الحرارة درجة ترتفع
الحرارة لتوليد مركزية نقطة على الشمس أشعة لتركيز المرايا من اآلالف استخدام
15. الذرات
والجزيئات
الكهربائية الطاقة لتوليد الشمسية الخاليا
اللون=موجي طول
أحمر
برتقالي
أصفرأخضرأزرقبنفسجي
لون كل=المعالم واضحة طاقة
لون كلواحد إلكترون تحرير إلى يؤدي
الشمسية الخاليا بوساطة كهربائية طاقة إلى مباشرة الضوئي اإلشعاع تحويل
الضوء امتصاص على قادرة والجزيئات الذرات
ناقلة نصف مواد من الشمسية الخلية تتألف
Semiconductor
الموجي والطول الطاقة ترتبط
+
يحتاج دائرة في كهربائي تيار مرور
كهربائي جهد فرق الى
2.5 V
المئوية النسبة هي الطاقة تحويل كفاءة
بينكهرباء إلى تحويلها يتم التي الطاقة
المستهلكة الطاقة
+
-
16. المحرك إلى تتدفق التي الطاقة من كمية ضبط
العجالت لدفع الطاقة المحرك يستخدم
تحكم وحدة
المحرك
العجالتالعجالت
العجالتالعجالت
الطاقة تخزين
البطاريات في
طاقة امتصاص
الشمس
الجولف سيارات(سرعة40كم/ساعة)
بورزازات التخصصات المتعددة الكلية
الشمس من الكهرباء إنتاج وراء التكنولوجيا
Source internet
17. الشمسية الطاقة وحدات باستخدام المياه ضخ
الشمسية الطاقة وحدات:المطلوب المياه وتدفق البئر عمق على اعتمادا.
الشمسية الطاقة بواسطة مباشرة الموردة الشرب مياه ضخ
من مختلفة أنواع هناك
المياه لضخ المحركات
12V 832ــV
الى يصل ضخ280متر
1مكعب ميتر/الى يوميا500مكعب ميتر
المياه إمدادات إدارة(الماء برج.)
الري
18. الشمسية األلواح
اإلنتاج
استهالك
الشبكة
اإلنتاج من أكبر االستهالك
أعلى اإلنتاج
االستهالك من
منه لالستفادة الطاقة تلك تخزين تقنيةا
الشمسي اإلشعاع احتجاب فترة أثناء
الكهروضوئية األنظمة ربط شبكة
لمدة المصباح تشغيل سيكلف كم
كامل يوم(24ساعة)؟
100Watts 25Watts
100 Watts x 24 hours = 2400 Watt Hours (2400 Watt Hours = 2.4 Kilowatt Hours)
25 Watts x 24 hours = 600 Watt Hours (600 Watt Hours = 0.6 Kilowatt Hours)
CFLW L
http://en.wikipedia.org/wiki/Compact_fluorescent_lamp
الشمسية الخاليا باستخدام منزلك في الكهرباء إنتاج يمكنك
بالشبكة المتصلة الشمسية األلواح
الصيان من القليل إال تتطلب وال الجو تلوث وال ًاوقود تستهلك الة
الشبكة في الطاقة فائض حقن
19. الرقيقة الشمسية الخاليا تصنيع
تبعا أنواع عدة إلى الشمسية الخاليا تصنفﹰال في المستخدمة للمادةتصنيع:
البلوري السليكون
تترواحكفاءةتحويلأشعةالشمسإلىتياركهربيمن18-%25
وتصلالكفاءةالنظريةالى%29.
Crystalline silicon
الشمسي الطاقة من الكهرباء انتاج منظومات في ًارئيسي ًامكون بمثابة تعتبرة
الشمسية الطاقة وحدات
تتراوحكفاءتهامن%30-.35ويمكنالحصولعلىكفاءةتزيدعن%42
خالياذاتاتصالينأوثالثةوصالت
ألوان من الون عدة بامتصاص فيها طبقة كل تقوم
المار الطيف
هو الوصل متعددة الشمسية الخاليا من الهدف
وتحويله الضوء من قدر أكبر مجموعها في امتصاص
كهرباء إلى.
وتتميزهذهالخاليابصعوبةصناعتهاوكلفتهاالعالية.
إلمداد استخدمتالصناعية األقماربالطاقة
الوصل متعددة الشمسية الخالياMultijunctions
غالبا وهيﹰأرسينايد كاليوم مادة من تصنع ماGaAs
GaInP/GaInAs/Ge Cells have powered
Mars Exploration Rovers (MER)
At $200/m2 the capital cost would be $1.50/Wp
20. Device fabrication
1. Surface etch, Texturing
2. Doping: p-n junction formation
3. Edge etch: removes the junction at the edge
4. Oxide Etch: removes oxides formed during diffusion
5. Antireflection coating: Silicon nitride layer reduces reflection
Cells
Metallurgical Grade Silicon
STEP 1: Metallurgical Grade Silicon (MG-Silicon is produced from SiO2 melted and taken through a
complex series of reactions in a furnace at T = 1500 to 2000°C.
STEP 2: Trichlorosilane (TCS) is created by heating powdered MG-Si at around 300°C in the reactor,
to remove impurities such as Fe, Al and B.
STEP 3: TCS is distilled to obtain hyper-pure TCS (<1ppba) and then vaporized, diluted with high-purity
hydrogen, and introduced into a deposition reactor to form polysilicon: SiHCl3 + H2→Si + 3HCl
Electronic grade (EG-Si), 1 ppb Impurities
STEP 1
STEPE 2 and 3
Source: Wacker Chemie AG, Energieverbrauch: etwa 250kWh/kg im TCS-Process, Herstellungspreis von etwa 40-60 €/kg Reinstsilizium
Ingot sliced
to create wafers
Making single
crystal silicon
Czochralski (CZ)
crucible
Seed crystal slowly grows
Microelectronic
Crystalline Si PV technology البلوري السليكون تكنولوجيا(c-Si)
من معقدة سلسلة خالل من التحول بعد السيلكا رمال
كهربائية حرارية افران في التفاعالت
المعدنية جودة ذات السيليكون
المعدنية جودة ذات السيليكون معالجة
اإللكترونية السيليكون جودة على للحصول
SiO2 + C → Si + CO2
Si + 3HCl SiHCl3 + H2
ع تبريدالسيلكو يتمن
في وضعه طريق
أفقية قوالب
(MG-Silicon
شمسية خاليا إلي لتصل مختلفة مراحل عبر تعالج و رقائق إلي يؤرب
21. الشمسية الخاليا أنواع
Thin Film Solar Cells خالياالرقيقة االغشيةالشمسية الخاليا من الثاني الجيل هو
لها مواد وتصنيع تطويرأكبر قابليةالشمسية الطاقة امتصاص على
جدا رقيقة فيلم من ممكنة استفادة( 2 /1000000)متر
الشمسية الخاليا رقائق صناعة في واعد مثال
الكيميائي رمزه
Cu(In,Ga)(Se,S)2
سيلينيد غاليو إنديوم نحاس مركب(كبريت)
التبخر:الحرارة بفعل الغازية الحالة إلى السائلة الحالة من المادة جزيئات تحول
قليلة بتكلفة الشمسية الخاليا لصناعة تقنية
واالنديوم والغاليوم النحاس لفلزات الفراغ تحت ترسيب
CupperGallium
Indium
نحاسغاليو إنديوم
والكبريت السيلينيد بخار مع ًاحراري ويخمر الناتج يحمى ثم
Se S
كبريتسيلينيد
نفس مع الهامبرغر من اثنين
الحرارية السعرات من الكمية
البلوري السليكون
22. الرقيقة االغشية خاليا
الخلف من موصل
صحيحغيرمقياس
الرقيقة الشمسية الخاليا تصنيع
Back contact
Cu(In,Ga)Se2
1m
1000.000
1m
10.000.000.000
متغايرة وصلة إنشاءHeterojunction
أكسيدالزنك العضوي مركبi-ZnO
CdS جدا رقيقة طبقة
باأللومنيوم إشابته طريق عن سالب موصل شبه
أكسيدالزنك العضوي مركبZnO:Al
صودا زجاج-كلسSoda-lime-Glass
فلز من بطبقة وجهيها بأحد مغطاةالموليبدنوم
Sequences of thin films
الرقيقة األغشية من سلسلة
إلكتروني بالمجهر دراسة
إلى تعريضها لدى صلبة مادة من الذرات لفظ
الطاقة عالية جسيمات من قذف
Cu(In,Ga)Se2Sputtering technology
من متميزة حالة
حاالتالمادة
Plasma
المهبطي الرش
23. الشمسية الخاليا من والثالت الثاني الجيل
Organic thin film PV
Inorganic Thin Film PV
جدا عالية بنسبة الطاقة تحويل كفاءة على الحصول يمكن نظريا
الناشئة التكنولوجيات بين من والثالت الثاني الجيل من الشمسية الخاليا
مستمرا يزال ال والتطوير البحث
الطباعة تكنولوجيا تطوير
C60
poly-3-hexyl-
thiophene (P3HT)
20.4%
~11.1%
~12%
19.7%
18.7%
Cadmium free
CIGSS Jan. 2013
Flexible substrate
CIGSe Jan. 2013
Cu-Zn-Sn-S-Se
2011 - 2013
Organic PV 2013
TU Dresden
Heliatek GmbH
CdTe/CdS Feb. 2013
البالستيكية الشمسية الخاليا
الكادميوم من خالية
fullerene
البالستيكية الشمسية الخاليا
Cu(In,Ga)Se2
24. المعرفة على المبني واالقتصاد االستدامة
Sustainability and Knowledge Based Economy
المستدامة التنمية مفهوم
Biogeochemical cycle
الحيوية الكيميائية الدورات
البيئية المنظومة
Ecosystem
في بعضها مع تتفاعل أخرى وكائنات وحيوان نبات من الحية الكائنات
االستقرار حالة إلى تصل حتى والتوازن الدقة بالغ نظام في بيئتها.
The concept of sustainable development
حفظ على يعتمد وهذا الطويل المدى على نعيشها التي الحياة نوعية حفظ على قدرتنا
الطبيعية للموارد المسؤول واالستخدام الطبيعي العالم.
والعامة الشخصية القرار صنع عملية في واالقتصادية البيئية المبادئ إدماج.
environmental degradation & economic growth االقتصادي والنمو البيئي التدهور
التعليم إلصالح شامل نهج على ينطوي المستدامة التنمية أجل من التعليم.
الدراسية المناهج وكاالت ، التربويين اإلداريين ،المدرسين انتباه يتطلب
التعليم إصالح:المستدامة التنمية أجل من والتعليم التعلم وخبرات ومفاهيم أهداف إدماج
التعليمية والبرامج المناهج في
25. CULTURE
ECONOMICS
والموارد اإلنتاج
والنقل التبادل عمليات
والتنظيم المحاسبة
واالستخدام االستهالك
والرفاه العمل
التحتية والبنية التكنولوجيا
وتوزيعها الثروة
POLITICSالسياسة العلوم
واإلدارة التنظيم
والعدالة القانون
والحركة التواصل
والتفاوض التمثيل
والوفاق األمن
والمصالحة الحوار
والمساءلة األخالقيات
ECOLOGY
والطاقة المواد
والهواء الماء
والحيوانات النباتات
والنفايات االنبعاثات
والفضاء المكان
الثقافة
والهوية المشاركة
واإلبداع الترفيه
واإلسقاط الذاكرة
والمضمون العقيدة
والتعلم االستفسار
البيئة علماالقتصاد علم
جيد بشكل ومفهوم واضح هذا يكون أن ينبغي.
جامعاتنا في المستمر والتكوين التربية دور هو.
اجتماعيا مستدامة نتائج تحقيق نحو الموجهة المشاريع وإدارة االستدامة لتقييم وسيلة
Circles of Sustainability االستدامة دوائر
رنان
جيد
للغاية مرضية
مرضية +
مرضية -
للغاية مرضية غير
سيئة
حرج
المعرفة على المبني واالقتصاد االستدامة
Sustainability and Knowledge Based Economy
26. االقتصادي األداء في واالبتكار المعرفة ودور أهمية
الصادرات في التكنولوجيا نسبة
المعرفة تراكم على االقتصادي النمو يبنى
واالبتكار والتكنولوجيا للعلم وطنية سياسة
المعرفة واستثمار ونشر توليد
باالقتصاد التعليم ربط
وخبير متعلم مجتمع
المعرفة على المبني واالقتصاد االستدامة
Sustainability and Knowledge Based Economy
اًياقتصاد والغاز النفط محل لتحل المتجددة الطاقة مجال في والتنمية البحت
global Competitiveness
الجديدة والتكنولوجيات النظيفة الطاقات على التركيز
العالمية التنافسية اعتبارنا في نضع أن علينا يجب
والصناعة الجامعة بين شراكة
28. الشمسية الطاقة من الكهربائية توليد تكنولوجيات
CO2
H2O
O2 أكسجين
في الطاقة
غذائية مواد شكل
الماء
(CH20)n
من الكربونالهواء
Prof. Ahmed Ennaoui
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
E-mail: ennaoui@helmholtz-berlin.de
اهتمامكم على لكم شكرا