سلول خورشیدی، صفحه 2

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.

توسعه دانش فنی تولید سلول خورشیدی

دانش فنی تولید سلول خورشیدی با راندمان بالا توسط ستاد توسعه فناوری حوزه انرژی معاونت علمی با همکاری یک شرکت آلمانی توسعه می یابد.

تولید برق از جلبک زنده

محققان موفق شده اند با کمک جلبک های زنده و مهندسی ژنتیک شده، سلول خورشیدی بسازند که نیروی مورد نیاز خود را تامین می کند.

تقویت باتری‌های خورشیدی با ریزجلبک‌ها

دیاتوم‌ها نوعی جلبک هستند که به‌طور شگفت‌انگیزی تولیدمثل می‌کنند و به خاطر توانایی‌شان در کنترل نور به «جواهرهای دریا» معروف‌اند. اکنون محققین امیدوارند که با کنترل این ویژگی بتوانند تکنولوژی خورشیدی را توسعه دهند.

انواع سلول خورشیدی

یکی از اجزای مهم انرژی خورشیدی، سلول های خورشیدی می باشد، که انتخاب درست آن تاثیری زیادی در بازده این انرژی دارد. در این مطلب سعی شده تا با معرفی انواع سلول های خورشیدی و خصوصیات آن، کمک زیادی در انتخاب نوع سلول شود.

حذف کربن از اقتصاد

زیست آنلاین: گذار به اقتصاد مبتنی بر منابع تجدید پذیر تنها نباید به بخش انرژی محدود شود، بلکه کل مواد مصرفی بشر باید مورد تحول قرار گیرد. با این حال، فوریتی ترین فعالیت ها باید متمرکز بر بخش انرژی باشد.

تولید برق از باران توسط سلول خورشیدی گرافنی

در سال‌های اخیر پیشرفت‌های فنی، سلول‌های خورشیدی را به ابزاری کارآمد و مقرون به صرفه بدل کرده است. فناوری صفحات خورشیدی هنوز محدودیت هایی دارد که یکی از آن‌ها آب وهواست.
1
2
3