سلول های فتوولتائیک

مواد فتوولتائیک و متعلقات آن نور خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. یک واحد مستقل فتوولتائیک به سلول معروف است. هر سلول خورشیدی معمولا ابعاد کوچکی داشته و میتواند 1 یا 2 وات برق تولید کند. این سلول های از مواد نیمه هادی مختلفی ساخته می شود و معمولا ضخامت آنها کمتر از 4 تار موی انسان میباشد. برای اینکه این سلول ها بتوانند سالیان سال در شرایط محیطی مختلف کارکنند، آنها را در بین مواد محافظی که ترکیبی از شیشه و پلاستیک هستند، قرار می دهند.

برای افزایش توان تولیدی سلول های فتوولتائیک آنها را به صورت زنجیرای به هم وصل کرده تا واحد های بزرگتری به نام ماژول یا پانل ها را تشکیل دهند و با اتصال ماژول ها به هم دیگر آرایه ها شکل می گیرند. به دلیل ماژولار بودن سیستم های فتوولتائیک، می توان برای تامین برق هر وسیله الکترونیکی چه کوچک چه بزرگ از سامانه های فتوولتائیک استفاده کرد.

ماژول و آرایه ها تنها بخشی از یک سیستم فتوولتائیک محسوب می شوند. در این سیستم ها علاوه بر پنل به سازه نگهدارنده نیاز داریم تا بتوان همواره این ماژول ها را تحت زاویه مناسب رو به خورشید نگهدارند. برق تولیدی پنل های فتوولتائیک از نوع مستقیم(DC) می باشد در حالی که تجهیزات خانگی به برق متناوب(AC) نیاز دارند. برای تبدیل برق مستقیم پنل ها به برق متناوب به یک مبدل نیاز داریم که به آن اینورتر می گویند.

مفهوم عبارت فتوولتائیک

عبارت فتوولتائیک “Photovoltaic” ترکیبی از کلمه یونانی “Photos” به معنی نور با “Volt” به معنای تولید الکتریسیته از نور است.

کاشف پدیده فتوولتائيک

کشف پدیده فتوولتائیک به فیزیکدان فرانسوی «ادموند بکرل» نسبت داده می‌شود که در سال 1839 با چاپ مقاله اي تجربيات خود را با باتري تر ارائه نمود.  او مشاهده نمود که ولتاژ باتري وقتي که صفحات نقره اي آن تحت تابش نور خورشيد قرار مي گيرند ، افزايش نمي يابد . اما اولين گزارش از پديده Photovoltaic در يك ماده جامد در سال 1877 بود وقتي كه دو دانشمند کمبريج در مقاله اي تغييراتي که در خواص الكتريكي سلنيوم وقتي که تحت تابش نور قرار مي گيرد را، توضيح دادند.

در سالCharles Edgar Fritts 1883 که يك مهندس برق اهل نيويورک بود، يك سلول خورشيدي سلنيومي ساخت که از برخي جهات شبيه به سلول هاي خورشيدي سيليكوني امروزي بود. اين سلول از یک ویفر نازک سلنیوم تشکیل شده بود که با یک توری از سیم های خیلی نازک طلا و یک ورق حفاظتی از شیشه پوشانده شده بود. اما سلول ساخت او خیلی کم بازده بود. بازده یک سلول خورشیدی عبارت از درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به سطح آن می‌باشد که به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد.

کمتر از % ۱ انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح این سلول ابتدایی به الکتریسیته تبدیل می‌شد. با وجود این، سلول‌های سلنیومی در نورسنج‌های عکاسی به طور وسیعی بکار گرفته شد.

سیستم های فتوولتائیک

امروزه سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (0.5 وات تا چند صد مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلول‌های خورشیدی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل فتوولتائیک می گویند.این سیستم ها به دو دسته متصل به شبکه و منفصل از شبکه تقسیم می شوند

  انواع سیستم های خورشیدی فتوولتائیک

پنل‌های فتوولتائیک یا به عبارت ساده‌تر صفحات خورشیدی، وسایلی هستند که با استفاده از آن‌ها نور خورشید مستقیماً به الکتریسیته (برق جریان مستقیم) تبدیل می‌گردد. صفحات فتوولتائیک در ابعاد و اندازه‌های مختلفی (از چند میلیمترمربع تا بیش از 2 مترمربع) ساخته می‌شوند. نمونه‌های کوچک این صفحات بر روی ماشین‌های حساب نوری بسیار متداول است و نمونه‌های بزرگ‌تر این صفحات برای ساخت نیروگاه‌های فتوولتائیک یا مصارف خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سلول‌ فتوولتائیک از چندین لایه نازک سیلیکون ساخته شده‌ و زمان برخورد نور خورشید الکترون‌ درون سلول جدا می‌شود. با جذب کردن نور، الکترون‌ اتم سیلیکون منحرف ‌شود و حفره‌ مثبت را بر جا ‌گذارد.

الکترون‌ آزاد و حفره‌ها در کنار هم در حالت طبیعی قرار داشته که برای تولید برق باید الکترون‌ و حفره‌ را از هم جدا کرد.این کار را انجام را با تزریق بار مخالف به لایه سلول انجام  دهد. درآخر الکترون‌ نمی‌توان به بار مثبت حفره برگرد. زمان که اتصال الکتریک خارج صورت گیرد الکترون‌ آزاد در مدار به طرف حفره‌ بار مثبت جاری ‌شود که این باعث جریانی الکتریک می‌شود.

فقط تعداد محدود مواد ‌مخصوص با رفتار نیمه هادی وجود دارد که می توان رفتار PV با بازده انرژی معقول را نشان ‌دهد. در بخش عمده سلول‌ فتوولتائیک از سیلیکون ساخته شود. در کل سلول‌ به  دو دست کریستال و فیلم نازک تقسیم  شود.

سلولهای فتوولتائیک (PV) برای کاربردهای خارج از منزل خود به عنوان سلولهای خورشیدی شناخته شده اند. با این حال ، سلولهای خورشیدی نیز می توانند با برداشتن نور داخل خانه ، انرژی تولید کنند. آنها می توانند با استفاده از لوازم الکترونیکی مصرفی برای تأمین انرژی دستگاههای الکترونیکی کم مصرف ادغام شوند. یكی از آشناترین نمونه ها ماشین حساب های جیبی با سلول خورشیدی است كه در اواخر دهه 1970 تجاری می شدند. سلول های خورشیدی سیلیکونی آمورف برای استفاده از نمایشگرهای کریستال مایع به کار می روند ، زیرا از نظر کارآمد و قادر به کار در محدوده ولتاژ پایین 1.5 تا 2 ولت هستند. اخیراً ، علاقه زیادی به استفاده از سلولهای خورشیدی است كه از نور داخلی استفاده می كنند. دستگاه های الکترونیکی برای اینترنت اشیاء. چنین دستگاههایی با ولتاژ DC  برای استفاده در خانه های هوشمند ، دفاتر هوشمند و ساختمانهای هوشمند جذاب هستند .

 سلول سیلیکون :

یک سلول سیلیکون کریستال از یک تکه کریستال ساخته ‌شده ورایج ‌تر راه موجود روش که سلول‌ PV ساخته شده از سیلیکون مولتی کریستالین به دلیل قیمت پایین تولید امروزه رایج شده‌ و، اگرچه بازده کمتر دارد ساخت سلول مولتی کریستالین معمول از راه فرآیند حرارت صورت می ‌گیرد. در این راه سلیکون ذوب شده و به راه کریستال جامد  شود و طی این فرآیند کریستال در راه از قبل تعیین شده آرایش‌ یابد. این محصول که به شکل شمش مستطیل ساخته شده از سیلیکون مولتی کریستالین بوده به تکه‌ بریده ‌شود که در آخر این تکه‌ به ویفر نازک سلیکون برای ساخت سلول‌ تبدیل ‌شود. یک راه حذف ناهمواری، رشد نوار سلیکون مولتی کریستالین که از قبل به شکل  نازک با عرض مناسب برای مصرف به‌عنوان سلول‌ PV  انتخاب شده  وبیش ترین بازده ثبت شده برای سلیکون کریستال 7/24 و بازده ثبت شده سلول‌ ساخته شده از مواد نیمه رسانا و ستون بیش تر از 25 درصد هست.

 تعریف فیلم نازک :

ماژول‌ فیلم نازک از نشاندن لایه‌ زیاد نازک از مواد فتوولتائیک بر روی لایه ای کم‌ارزش مثل شیشه،فلز ضد زنگ یا پلاستیک ساخته ‌شود. یک سلول خورشیدی بعد از حکاکی با لیزر روی لایه‌ ساخته  شود.  مصرف فیلم نازک امکان کاهش قیمت را فراهم می آورد.دلیل پایین بودن قیمت قیمت آن که اول مواد نیمه رسانای کمتر مورد نیاز و دوم هزینه کارگر کم  چون فیلم‌ به‌ شکل وسیع تولید ‌شود. این در حال که ماژول‌ از  متصل سلول‌ به وسیله سیم‌ روی قاب‌ ساخته می شود.

 وسیع‌ تر تکنولوژی فیلم نازک سلیکون آمورفوس و سلیکون آمورفوس ماده‌ که مناسب برای کاربرد مصرفی و این در حال که  کاربرد قدرت مناسب نیست.بازده ماژول‌ سلیکون آمورفوس از5/3%  در سال 1980 به 7 درصد بهبود پیدا کرده که ماژول‌های با بیش ترین بازده از مواد فتوولتائیک چند لایه ساخته شده  وبرای  مثل در ماژول های 3 لایه با اضافه نمودن ژرمالیم اضافی به دو لایه  بازده کل  5/13% برای سلول ثبت و نوع دیگر فیلم‌  نازک را می‌توان از سیلیکون پلی کریستالین، تلوراید کادیم و دی سنلاید گالیم-ایندیوم-مس تهیه کرد.

منبع:  

invertergroup
 hamyarsolar