آشنایی بیشتر با سلول های فتوولتائیک در پنل ها سیستم های تولید انرژی خورشیدی (برق - الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
نکته : سلول های فتوولتائیک یا (به مخفف PV) از طریق یک فرایند الکترونیکی که بطور طبیعی در انواع خاصی از مواد به نام نیمه هادی ها رخ می دهد ، مستقیماً از نور خورشید برق تولید می کنند. الکترون های موجود در این مواد توسط انرژی خورشیدی آزاد می شوند و می توانند به دلیل عبور از طریق یک مدار الکتریکی ، برق دهی به وسایل برقی یا ارسال الکتریسیته به شبکه تحریک شوند.
فوتون ها مواد نیمه هادی یونیزه را روی صفحه خورشیدی زده و باعث می شوند تا الکترون های خارجی از پیوندهای اتمی خود شکسته نشوند. با توجه به ساختار نیمه هادی ، الکترون ها در یک جهت مجبور به ایجاد جریان الکتریکی می شوند. سلولهای خورشیدی در سلولهای خورشیدی کریستالی سیلیکون 100٪ کارآمد نیستند ، زیرا بخشی از نور فقط در طیف قابل جذب است. برخی از طیف نور منعکس شده است ، برخی برای ایجاد برق (مادون قرمز) بسیار ضعیف هستند و برخی (ماوراء بنفش) به جای برق انرژی گرما ایجاد می کنند. بیشتر سلولهای خورشیدی مدرن از سیلیکون بلوری یا مواد نیمه هادی فیلم نازک ساخته شده اند. سلول های سیلیکونی در تبدیل نور خورشید به برق کارآمد تر هستند ، اما به طور کلی هزینه های تولید بالاتری دارند. مواد فیلم باریک معمولاً راندمان کمتری دارند ، اما می توانند برای تولید ساده تر و کم هزینه تر باشند. دسته بندی تخصصی سلولهای خورشیدی - به نام سلولهای چند اتصالی یا پشتیبان - در برنامه های کاربردی به وزن بسیار کم و راندمانهای بسیار بالا مانند ماهواره ها و کاربردهای نظامی استفاده می شوند. امروزه انواع مختلف سیستمهای فتوولتائیک در انواع مختلفی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرد.
سلول های فتوولتائیک با استفاده از اشعه خورشید و سلول های خورشیدی، و با ایجاد اختلاف فشار الکتریکی در نیمه هادی هایی که به‌طور مناسب ساخته شده اند الکتریسیته تولید می شود. امروزه مؤثرترین و ارزان ترین سلولهای خورشیدی ماده ای به نام سیلیسم می باشد. ماسه یکی از منابع مهم سیلیسم بوده که پس از پالایش آن کریستال های سیلیسم بدست می آید و پس از بریده شدن به صورت صفحه آماده می شود. به عبارت دیگر سلول های فتوولتائیک که گاه نام سلول های خورشیدی نیز به آن اطلاق می گردد از پولک هایی ساخته می شوند که نور را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می کند. این پولک ها همانند ترانزیستور معمولاً از لایه های نازک یک ماده نیمه هادی مانند سیلیکان با مقادیر کمی افزودنی های خاص به منظور ایجاد مازادی از الکترون در یک لایه و کمبودی از الکترون در لایه دیگر ساخته می شوند. فوتون های نور در یک لایه الکترون های آزاد را به وجود می آورند و یک رشته هادی، الکترون ها را قادر می سازد که در یک مدار خارجی جریان یافته و به لایه هایی که فاقد الکترون است دسترسی پیدا کنند. پنل های فتوولتائیک از نیمه هادی ها ساخته شده و با اتصال سیلیکون های نوعP و N شکل می گیرند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتائیک می تابد، به الکترون ها در آن انرژی بیشتری می بخشد. با تابش نور خورشید الکترون ها در نیمه هادی پلاریزه شده، الکترون های منفی در سیلیکون نوع N و یون های مثبت در سیلیکون نوعP بوجود می‌آ یند. بدین ترتیب بین دو الکترود، اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آن ها می‌شود. از آنجا که سلولهای PV کوچک، شکننده بوده و تنها مقدار کمی برق تولید می کنند آن‌ها را به صورت مدول شکل می دهند. مدول ها در اندازه های متنوع عرضه می گردند ولی برای سهولت جابجایی ابعاد آن‌ها به ندرت از ۹۰ سانتیمتر عرض در ۱۵۰ سانتیمتر طول تجاوز می کند. هنگامی که دو سلول با مدول در یک ردیف متصل می گردند ولتاژ آن ها دو برابر می شود و هنگامی که به صورت موازی به یکدیگر متصل می شوند جریان برق آن دو برابر می گردد.
پژوهشگر و نویسنده: دکتر ( افشین رشید )
