سلول خورشیدی

تعریف سلول خورشیدی

یک سلول خورشیدی یا سلول فوتوولتائیک یک دستگاه الکتریکی است که انرژی نور را توسط اثر فتوولتائیک مستقیما به برق تبدیل می کند که یک پدیده فیزیکی و شیمیایی است. این یک نوع سلول فوتوالکتریک است که به عنوان یک دستگاه تعریف شده است و ویژگی های الکتریکی مانند جریان، ولتاژ یا مقاومت آن در هنگام قرار گرفتن در معرض  نور تغییر می کند. دستگاه های سلول خورشیدی انفرادی می توانند برای تشکیل ماژول ها، به نام پانل های خورشیدی ترکیب شوند و در کنار هم قرار بگیرند. به طور اساسی سلول های خورشیدی سیلیکونی تک سلولی می توانند حداکثر ولتاژ مدار باز 0.5 تا 0.6 ولت تولید کنند. سلول های خورشیدی به عنوان فتوولتائیک وصف می شوند، صرف نظر از این که منبع نور خورشید یا نور مصنوعی باشد. آنها به عنوان یک دستگاه عکاسی (به عنوان مثال آشکارسازهای مادون قرمز)، تشخیص نور و یا دیگر تابش الکترومغناطیسی در نزدیکی محدوده قابل مشاهده و یا اندازه گیری شدت نور استفاده می شوند.

ویژگی های مورد نیاز سلول فتوولتائیک

استفاده از یک سلول فوتوولتائیک (PV) به سه ویژگی اساسی نیاز دارد:

جذب نور، تولید جفت سوراخ الکترون یا اکسایتون.

جداسازی حامل های شارژ از انواع مخالف.

استخراج جداگانه آن حامل ها به مدار خارجی.

در مقابل، یک کلکتور حرارتی خورشیدی با جذب نور خورشید گرما را به منظور گرمای مستقیم یا تولید برق غیر مستقیم از گرما تامین می کند.

از سوی دیگر سلول فوتوالکترولیتیک (سلول فوتوالکتروشیمیایی) به نوعی از سلول فوتوولتائیک یا به دستگاهی که آب را به طور مستقیم به هیدروژن تجزیه می کند و اکسیژن تنها با استفاده از نور خورشید اشاره دارد.

اجتماع سلول های خورشیدی برای ساخت ماژول های خورشیدی که تولید برق از نور خورشید را تولید می کنند، به عنوان "ماژول حرارتی خورشیدی" یا "پنل خورشیدی آب گرم" شناخته می شوند ، استفاده می شوند.

سلول ها، ماژول ها، پانل ها و سیستم ها

سلول های خورشیدی چندگانه در یک گروه یکپارچه، همه در یک صفحه، پانل یا ماژول فتوولتائیک خورشیدی را تشکیل می دهند. ماژول های فتوولتائیک اغلب دارای یک ورق شیشه ای در طرف آفتاب هستند که اجازه می دهد تا نور را در حین محافظت از ویفر های نیمه هادی عبور دهد. سلولهای خورشیدی معمولا در مدارهای سری و موازی یا مجموعه ای در ماژول ها متصل می شوند و ولتاژ افزایشی ایجاد می کنند. اتصال سلول ها به موازات موجب افزایش جریان می شود؛ با این حال، مشکلاتی مانند اثرات سایه می تواند رشته موازی ضعیف (کمتر روشن) (تعدادی از سلول های متصل به سری) را خاموش کند و موجب از دست دادن قدرت قابل توجه و آسیب های احتمالی شود. رشته های سلول های سری معمولا به صورت مستقل بکار گرفته می شوند و به طور موازی متصل نمی شوند، اما از سال 2014، جعبه های قدرت انفرادی اغلب برای هر ماژول تامین و به صورت موازی متصل می شود.

تاریخچه سلول خورشیدی

اثر فتوولتائیک ابتدا توسط فیزیکدان فرانسوی ادوم بکورل اثبات شد. وی در سال 1839، در سن 19 سالگی، اولین سلول فوتوولتائیک جهان را در آزمایشگاه پدرش ساخت. Willoughby Smith ابتدا "اثر نور بر روی سلنیوم در هنگام عبور جریان الکتریکی" در 20 فوریه 1873 در یک مسئله طبیعت توضیح داد.

در سال 1883، چارلز فریتس اولین سلول فوتوولتائیک حالت جامد را با پوشش سلنیوم نیمه هادی با یک لایه نازک طلا برای تشکیل اتصالات ساخت؛ این دستگاه تنها حدود 1٪ کارآیی داشت. در سال 1888، فیزیکدان روسی الکساندر استولوتوف نخستین سلول را بر اساس اثر فوتوالکتریک بیرونی که هینریچ هرتز در سال 1887 کشف کرد، ساخت. در سال 1905، آلبرت اینشتین تئوری جدید کوانتومی نور را پیشنهاد کرد و اثر فوتوالکتریک را در یک مقاله برجسته توضیح داد که برای او جایزه نوبل فیزیک در سال 1921 را بهمراه داشت. نخستین سلول فتوولتائیک عملیاتی در 25 آوریل 1954 در آزمایشگاه Bell به طور عمومی نشان داده شد.

برنامه های کاربردی 

سلول های خورشیدی برای اولین بار در زمانی که آنها در ماهواره پیشاهنگ در سال 1958 پیشنهاد شدند و در ماهواره ونگارد به عنوان منبع برق جایگزین برای منبع اصلی باتری مورد استفاده قرار گرفتند. با اضافه کردن سلول به خارج از بدن، زمان ماموریت می تواند بدون تغییر عمده ای به فضاپیمای یا سیستم های قدرت آن گسترش یابد. با اضافه کردن سلول به خارج از بدن، زمان ماموریت می تواند بدون تغییر عمده فضاپیما یا سیستم های قدرت آن طولانی تر شود. در سال 1959، ایالات متحده اکسل 6 را راه اندازی کرد که دارای آرایه های خورشیدی با شکل بزرگ بود که در ماهواره ها یک ویژگی مشترک شد. این آرایه ها شامل 9600 سلول خورشیدی هوفمن بود. در دهه 1960، سلول های خورشیدی (و هنوز هم) منبع اصلی برای بسیاری از ماهواره های مدار زمین و تعدادی از کاوشگر در منظومه شمسی هستند، زیرا بهترین نسبت قدرت به وزن را دارند.

تئوری

سلول خورشیدی در چندین مرحله کار می کند:

- فوتون ها در نور خورشید به پنل خورشیدی برخورد می کنند و توسط مواد نیمه هادی مانند سیلیکون جذب می شوند.

- الکترون ها از مدار فعلی مولکولی / اتمی خود برانگیخته می شوند. هنگامی که یک الکترون برانگیخته شود می تواند انرژی را به عنوان گرما از بین ببرد و به مدار خود وارد شود یا از سلول عبور کند تا آن را به یک الکترود برساند. جریان فعلی از طریق مواد برای لغو پتانسیل و این برق الکتریسیته بدست می آیند.

پیوندهای شیمیایی مواد برای این روند حیاتی هستند، و معمولا سیلیکون در دو لایه استفاده می شود، یک لایه با بورون و دیگری با فسفر انجام می شود. 

- مجموعه ای از سلول های خورشیدی انرژی خورشیدی را به یک مقدار قابل استفاده از برق مستقیم DC تبدیل می کند. 

- اینورتر می تواند قدرت را به جریان متناوب (AC) تبدیل کند.

اخباری و مطالب مربوط به سلول خورشیدی را در زیست آنلاین دنبال کنید.

ساتکین: تحریم ها مانع توسعه تجدیدپذیرها شد

معاون وزیر نیرو در امور انرژی‌های تجدیدپذیر گفت: در شرایطی که تحریم‌ها برداشته شود امکان سرمایه گذاری و صادرات تجدیدپذیر‌ها افزایش می‌یابد و می‌توان کل برق تولیدی از تجدیدپذیر‌ها و نیروگاه‌های برق آبی کوچک و بزرگ را صادر کرد.

دلایل مخالفان ممنوعیت واردات پنل های خورشیدی

زیست آنلاین: در روزهای اخیر مصوبه ای از سوی وزارت صنعت منتشر شده است که واردات پنل خورشیدی را ممنوع کرده است. بی شک سیاستهای حمایتی هوشمندانه به هنگام و ارزش آفرین از تولیدات داخلی میتواند سبب شکوفائی صنعت تولید پنل خورشیدی داخلی خواهد شد. اما هنگامی که این صنعت به بلوغ کافی نرسیده باشد، حمایتهایی نظیر این مصوبه سبب خواهد شد که نه تنها روند افزایش کیفیت خود را که به سبب رقابت با تولیدات وارداتی به دست آورده بود را کند یا متوقف کند، بلکه با انحصار به وجود آمده دیگر نمیتوان انتظار قیمتهای رقابتی

استفاده از پروسکایت در نسل بعدی سلول های خورشیدی

زیست آنلاین: پروسکایت ها با ساختارهای کریستالی و خواص الکترو نوری امیدوارکننده خود می توانند ماده موثری باشند که نسل بعدی سلولهای خورشیدی کم هزینه، کارآمد، سبک و قابل انعطاف تولید شود.

ایجاد یک مدرسه پایدار در هند

زیست آنلاین: بنیاد اکشیر آسام در هند، ماموریتی برای ایجاد یک مدرسه پایدار جدید با مدل آموزشی منحصر به فرد خود انجام داه است. در این مدرسه ابتکار ویژه ای صورت گرفته است تا دانش آموزان با شیوه های پایدار و حفاظتی محیط زیست آشنا شوند و در مسیر درست تری قدم بردارند.

افزایش کارایی سلول‌های خورشیدی با کافئین

دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا و سولارگیگا انرژی در چین کشف کرده‌اند کافئین می‌تواند موجب افزایش کارایی تبدیل نور به الکتریسیته در سلول‌های خورشیدی شود.

تولید سلول خورشیدی با قابلیت تولید همزمان انرژی و سرمایش

دانشمندان در حال توسعه‌ی نوعی تجهیزات خورشیدی هستند که بتوان از دو قابلیت تولید برق و سرمایش به صورت همزمان بهره برداری کرد. محصول نهایی پنل‌های دو لایه می‌باشد، لایه‌ی بالایی، از یک ماده‌ی نیمه‌هادی ساخته شده که به‌عنوان سلول خورشیدی عمل خواهد کرد و لایه‌ی زیرین، وظیفه‌ی خنک‌سازی را بر عهده دارد.

سلول‌های خورشیدی ارگانیک

سلول‌های خورشیدی ساخته شده از مواد ارگانیک در مقایسه با همتای سیلیکونی خود، بازده بسیار کمتری دارند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت‌هایی مانند انعطاف پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند.
1
2 3