انرژی خورشیدی به عنوان ارزان‌ترین منبع انرژی جهان وارد جریان اصلی تولید انرژی شده است و بسیاری از افراد راجع به اینکه چگونه پنل‌های خورشیدی می‌توانند بسیار کارآمد و ارزان باشند در عین حالی که انرژی “سبز” تأمین می‌کنند، سوال می‌پرسند. پاسخ به این سؤال به معنای درک چگونگی کار انرژی خورشیدی، چگونگی ساخت پنل‌های خورشیدی و قسمت‌های یک صفحه خورشیدی است. بیشتر پنل‌های هادی موجود در بازار از سیلیکون تک رنگ، چند کریستالی یا فیلم نازک (“آمورف”) ساخته‌شده‌اند. در این مقاله، روش‌های مختلفی را که سلول‌های خورشیدی ساخته می‌شوند و اینکه برای ساخت پنل خورشیدی به چه قسمت‌هایی نیاز دارند، توضیح خواهیم داد.

پنل های خورشیدی چگونه ساخته می‌شوند؟
سلول‌های تک کریستاله و چند کریستاله و فیلم نازک فتوولتاییک خورشیدی با تعدادی قسمت ساخته می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها سلول‌های سیلیکونی هستند. سیلیکون، عدد اتمی ۱۴ در جدول تناوبی، ماده‌ای با خواص رسانا است که به آن امکان تبدیل نور خورشید به برق را می‌دهد. هنگامی که نور با یک سلول سیلیکون در تعامل است، باعث می‌شود که الکترون‌ها به حرکت درآیند، که این امر جریان برق را ایجاد می‌کند. این پدیده به عنوان “اثر فتوولتاییک” شناخته می‌شود.

با این حال، سلول‌های سیلیکونی به تنهایی نمی‌توانند برق خانه شما را تأمین کنند. آن‌ها با یک محفظه فلزی و سیم‌کشی جفت شده‌اند که به الکترون‌های سلول خورشیدی امکان حرکت و تأمین انرژی مفید را می‌دهد. سیلیکون در تعدادی ساختار سلول مختلف وجود دارد: تک سلولی (تک رنگ)، اشکال چند کریستالی یا آمورف، که معمولاً با صفحه‌های خورشیدی فیلم نازک همراه است.

پنل های خورشیدی تک کریستال از یک بلوک بزرگ سیلیکون تولید می‌شوند و در قالب‌های ویفر سیلیکونی تولید می‌شوند. فرآیند ساخت شامل برش ویفرهای سیلیکونی است که می‌توان آن را روی یک صفحه خورشیدی چسباند. سلول‌های سیلیکونی تک کریستالی از سلول‌های خورشیدی چند کریستالی یا آمورف بسیار کارآمدتر هستند. تولید ویفرهای تک قطبی منفرد کار بیشتری دارد و به تبع آن، تولید آن‌ها نیز گران تر از سلول‌های چند کریستالی است. سلول‌های تک کریستالی به رنگ سیاه دیده می‌شوند.

سلول‌های خورشیدی چند کریستالی نیز سلول‌های سیلیکونی هستند، اما به جای اینکه در یک بلوک بزرگ تشکیل شوند و به ویفرها بریده شوند، با تشکیل کریستال‌های سیلیکونی متعدد در کنار هم تولید می‌شوند. بسیاری از مولکول‌های سیلیکون ذوب‌شده و سپس مجدداً در داخل قاب تشکیل می‌شوند. سلول‌های چند کریستالی نسبت به سلول‌های تک کریستالی کارآیی کمتری دارند، اما قیمت آن‌ها نیز ارزان تر است. آن‌ها یک رنگ مایل به آبی دارند

سرانجام، سلول‌های سیلیکونی آمورف مواد پنل خورشیدی قابل‌انعطاف ایجاد می‌کنند که اغلب در صفحه‌های خورشیدی با فیلم‌های نازک استفاده می‌شوند. سلول‌های سیلیکونی آمورف غیر کریستالی هستند و در عوض به بستری مانند شیشه، پلاستیک یا فلز وصل می‌شوند. به همین دلیل، صفحات خورشیدی فیلم‌های نازک برخلاف یک صفحه استاندارد، نازک و قابل خم شدن هستند. اگرچه بهترین استفاده‌ای که از آن‌ها می‌توان کرد برای تطبیق‌پذیری بر روی سطوح است، سلول‌های خورشیدی آمورف در مقایسه با سلول‌های تک یا چند کریستالی بسیار ناکارآمد هستند

مواد مورد استفاده
مواد مورد استفاده در ساخت سلول‌ها برای پنل‌های خورشیدی تنها بخشی از خود پنل خورشیدی است. فرآیند ساخت پنل خورشیدی معمولاً شش مؤلفه مختلف را باهم جمع می‌کند. در اینجا بخش‌های مشترک یک صفحه خورشیدی آورده شده است:

سلول‌های خورشیدی سیلیکون
قاب فلزی (به طور معمول آلومینیوم)
ورق شیشه‌ای برای پوشش
سیم استاندارد ۱۲ ولت
سیم باس
پلکسی گلاس
علاوه بر خود سلول‌های خورشیدی، یک صفحه خورشیدی استاندارد شامل یک پوشش شیشه‌ای در قسمت جلوی پنل است تا از دوام و محافظت سیلیکون اطمینان حاصل شود. در زیر قسمت بیرونی شیشه، پنل دارای یک عایق و یک صفحه محافظ پشتی است که به محدود کردن اتلاف گرما و رطوبت داخل پنل کمک می‌کند. عایق از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است زیرا افزایش دما منجر به کاهش راندمان می‌شود و در نتیجه خروجی پنل خورشیدی پایین می‌آید. بنابراین، تولیدکنندگان پنل‌ها باید عایق را به نحوی مصرف کنند تا اطمینان حاصل شود که بدون اینکه فناوری بیش از حد گرم شود، بیش‌ترین انرژی ممکن استحصال شود
فواید انرژی خورشیدی

صرفه جویی در هزینه ها
هزینه پنل خورشیدی و انواع دیگر انرژی خورشیدی در سه دهه گذشته به میزان قابل توجهی کاهش یافته است. مهار انرژی خورشیدی با کمک فناوری هایی چون فتوولتائیک، گرمایش خورشیدی و سیستم حرارتی خورشیدی موجب کاهش هزینه و افزایش بازدهی شده است. علاوه بر این فناوری های خورشیدی بسیار قابل اطمینان هستند و پس از نصب نیاز به نگهداری اندکی دارند.

کاهش هزینه الکتریسیته در بلند مدت
از زمان نصب پنل خورشیدی چه در خانه یا محل کار کاهش هزینه را در صورتحساب برق خود خواهید دید. در سال 2011 کاهش سالیانه 7% در هر وات ثبت شده است. در سال 2015 هزینه ها با سوخت های فسیلی برابری می کند.

کمک به کاهش گرمایش زمین و آلودگی آن
انرژی خورشیدی نه تنها برای مصرف کننده پایدار است بلکه به طور نامحدود تجدیدپذیر می باشد. خورشید به صورت پاک و پایدار بدون ایجاد آلودگی سمی انرژی تولید می کند. پنل خورشیدی برای تولید الکتریسیته نیازی به آب ندارد در حالی که سوخت های فسیلی تاثیر بسزایی بر منابع آب می گذارند.

تحقیقات صورت گرفته توسط آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر آمریکا درباره تاثیرات محیطی ناشی از تولید 80% الکتریسیته کشور از طریق منابع تجدیدپذیر نشان می دهد انتشار CO2 می تواند تا 81% کاهش داشته باشد. در نتیجه روشن است که انرژی خورشیدی یکی از مهمترین راه حل ها برای بحران گرمایش زمین به حساب می آید و به عنوان جایگزین انرژی های تولید کننده CO2 می تواند با اثرات گازهای گلخانه ای بجنگد.

ایجاد اشتغال و کمک به اقتصاد
انرژی خورشیدی و منابع تجدیدپذیر دیگر پتانسیل ایجاد فرصت های شغلی بیشتر را دارند. در واقع طبق مطالعه Brookings صنعت انرژی های تجدیدپذیر 2.7 میلیون شغل ایجاد می کند. در سال 2011 صنعت خورشیدی آمریکا 100000 نفر را به صورت پاره وقت و تمام وقت در بخش های نصب، تولید  و فروش مشغول به کار کرده بود. علاوه بر این نیروگاه خورشیدی مزایای اقتصادی دیگری نیز دارد. مثلا دولت می تواند از صاحبان پروژه های خورشیدی مالیات بگیرد.

این درآمدهای دولت می تواند صرف خدمات عمومی به ویژه در مکان های دوردستی که این پروژه ها قرار دارند، بشود. همچنین این پروژه ها سرمایه ها را در اقتصاد داخلی نگه می دارند و صرف پول برای واردات زغال سنگ و گاز طبیعی را کاهش می دهند. در ضمن مناطق دور دست می توانند از مزیت فناوری های خورشیدی بهره مند شوند. از آنجا که امکان ایجاد نیروگاه خورشیدی در مکان های دوردست مانند کوهستان، جنگل یا جزیره ها که به شبکه برق رسانی متصل نیستند، وجود دارد. نیروگاه هایی با مقیاس بزرگ انعطاف پذیری بیشتری دارند و از طریق یک سیستم توزیع می توانند منطقه جغرافیایی وسیعی را پوشش دهند.

پنل خورشیدی در صنعت حمل و نقل
منابع انرژی جایگزین روز به روز به جایگاه بالاتری می رسند و صنایع مختلف را به خود جذب می کنند. صنعت حمل و نقل نیز از این قاعده مستثنا نیست.

اولین اتوبوس خورشیدی در سال 2013 میلادی در استرالیا به کار گرفته شد. شورای شهر آدلاید بر کاهش گازهای گلخانه ای مصر بود. چنانچه 30% از این گازها مربوط به حمل و نقل چه عمومی و چه شخصی می بود. این اتوبوس ها کاملا خاص بودند زیرا 100% الکتریکی بوده و بر خلاف نمونه های گازی یا هیبریدی هیچ گاز گلخانه ای منتشر نمی کردند. البته این اتوبوس ها خود تولید انرژی نمی کردند و پنل خورشیدی روی آنها سوار نبود. بلکه یک باتری در آنها تعبیه شده بود که می بایست در ایستگاه مرکزی شارژ می شد و سپس اتوبوس با انرژی باتری به راه می افتاد. در یک روز کاری با ترافیک معمولی شارژ باتری امکان 200 کیلومتر رانندگی را می داد.

در این زمینه ایده های مختلفی روی کار آمدند اما ایده ای که توجه بسیاری را به خود جلب نموده است ایستگاه های اتوبوس خورشیدی است. در حقیقت فناوری آن بسیار ساده است. پنل خورشیدی روی ایستگاه اتوبوس نصب می شود و انرژی لازم برای روشنایی ایستگاه و تابلوهای تبلیغاتی و صفحه نمایش اطلاعات اتوبوس ها را تامین می کند. از نظر بعضی افراد این مسئله بسیار ساده و غیر ضروری است ولی در واقع مردم را به استفاده از روش های طبیعت دوستانه برای امور روزانه شان تشویق می کند.

پنل خورشیدی نصب شده روی ایستگاه اتوبوس الکتریسیته تولید می کند که اندازه گیری می شود و اگر نیاز باشد چراغ ها کم نور می مانند ولی خاموش نمی شوند. هرچند با با فناوری های جدید تولید انرژی بیشتر شده است و بنابراین انرژی مازاد به شبکه برق رسانی منتقل می شود.

سلول خورشیدی (به انگلیسی: solar cell یا photoelectric cell) یا سلول فتوولتائیک (به انگلیسی: photovoltaic cell)، یک قطعه الکترونیکی حالت جامد^[۱] است که درصدی از انرژی نور خورشید را، مستقیماً توسط اثر فوتوولتاییک؛^[۲] که پدیده‌ای فیزیکی و شیمیاییاست، به الکتریسیته تبدیل می‌کند.

سلول‌های خورشیدی ساخته شده از ویفر‌های سیلیکون، کاربرد بسیاری دارند. سلول‌های تکی، برای فراهم کردن توان لازم دستگاه‌های کوچک‌تر، مانند ماشین حساب الکترونیکی به کار می‌روند. آرایه‌های فوتوولتاییک، الکتریسیتهٔ پایدار و تجدیدپذیری را تولید می‌کنند که عمدتاً در موارد عدم وجود شبکهٔ انتقال و توزیع الکتریکی کاربرد دارد. برای مثال می‌توان به محل‌های دور از دسترس، مانند ماهواره‌های مدارگرد،کاوشگرهای فضایی و ساختمان‌های مخابراتی دور از دسترس اشاره کرد. علاوه بر این استفاده از این نوع انرژی امروزه در محل‌هایی که شبکهٔ توزیع هم موجود است، به منظور کمک به کم کردن تکیه و فشار بر سوخت‌های فسیلی و دیگر دشواری‌های محیط زیست و نیز از دیدگاه اقتصادی مرسوم شده‌است

باتری خورشیدی چیست

باطری خورشیدی کولر گازی

باتری خورشیدی قیمت

باتری خورشیدی برای مصارف خانگی

باتری خورشیدی چگونه کار میکند

باتری خورشیدی موبایل

باتری خورشیدی ۶ ولتی

باتری خورشیدی 12 ولت

باتری خورشیدی خانگی

باتری خورشیدی در ایران

باتری خورشیدی

باتری خورشیدی pdf

باتری خورشیدی 0.5 وات

باتری خورشیدی 12 ولتی

باتری (پنل) خورشیدی 12 ولت

خرید باطری خورشیدی 220 ولت

سلول خورشیدی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد

این مقاله نیازمند ویکی‌سازی است. لطفاً با توجه به راهنمای ویرایش و شیوه‌نامه، محتوای آن را بهبود بخشید.

برای تأییدپذیری کامل این مقاله به منابع بیشتری نیاز است. لطفاً با توجه به شیوهٔ ویکی‌پدیا برای ارجاع به منابع، با ارایهٔ منابع معتبر این مقاله را بهبود بخشید. مطالب بی‌منبع را می‌توان به چالش کشید و حذف کرد.

سلول خورشیدی ساخته شده از ویفر سیلیکونی بلورین

با صفحه خورشیدی اشتباه نشود.

سلول خورشیدی (به انگلیسی: Solar cell) یا سلول فتوولتائیک (به انگلیسی: photovoltaic cell)، یک قطعه الکترونیکی است که به کمک اثر فوتوولتاییک، انرژی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند.^[۱]

سلول‌های خورشیدی ساخته شده از ویفرهای سیلیکونی، کاربرد بسیاری دارند. سلول‌های خورشیدی به تنهایی، برای فراهم کردن توان لازم دستگاه‌های کوچک، مانند ماشین حساب الکترونیکی کاربرد دارد. آرایه‌های فوتوولتاییک، الکتریسیتهٔ پایدار و تجدیدپذیری را تولید می‌کنند که عمدتاً در موارد عدم وجود شبکهٔ انتقال و توزیع الکتریکی کاربرد دارد. برای مثال می‌توان به محل‌های دور از دسترس، مانند کاوشگرهای فضایی و ساختمان‌های مخابراتی دور از دسترس اشاره کرد. علاوه بر این استفاده از این نوع انرژی امروزه در محل‌هایی که شبکهٔ توزیع هم موجود است، به منظور کمک به کم کردن تکیه و فشار بر سوخت‌های فسیلی و دیگر دشواری‌های محیط زیست و از دیدگاه اقتصادی مرسوم شده و در حال گسترش است.

از یک سلول خورشیدی تا آرایه‌های فتوولتائیک - نمودار همچنین اجزایی که معمولاً در سیستم‌های فتوولتائیک استفاده می‌شود نشان می‌دهد.

امروزه انسان با پیشرفت‌هایی که در زمینه‌های مختلف کرده‌است، نیازی روزافزون به انرژی پیدا کرده و ازاین رو در پی تأمین انرژی مورد نیاز از منابع مختلف تجدید پذیر است.

یکی از این منابع که طی ۲۰ سال اخیر، از آن استفاده می‌شود، انرژی خورشیدی است. خورشید در هر ثانیه حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل می‌کند که با جمع‌آوری کردن آن می‌توان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تأمین کرد.

محتویات

• ۱انرژی مورد نیاز بشر و انرژی خورشید
• ۲ساختار سلول خورشیدی
• ۳عملکرد سلول خورشیدی (اثر فوتوولتائيك)
• ۴فناوری‌های ساخت سلول‌های خورشیدی
• ۵انواع سلول‌های خورشیدی^[۸]
  • ۵.۱سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون بلورین
  • ۵.۲سلول‌های خورشیدی فیلم نازک
  • ۵.۳سلول‌های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی
  • ۵.۴فتوولتاییک یکپارچه ساختمان (BIPV) (Building Integrated PV)
• ۶نحوه تبدیل سیلیکون به سلول خورشیدی
• ۷شیوه ساخت سلول‌های خورشیدی (فتوولتائیک)
• ۸ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از مواد آلی
• ۹اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی
• ۱۰چگونگی تأمین انرژی خانه با سلول خورشیدی
• ۱۱جستارهای وابسته
• ۱۲منابع

انرژی مورد نیاز بشر و انرژی خورشید[ویرایش]

انرژی که از طریق خورشید به زمین می‌رسد ۱۰۰۰۰ بار بیشتر از انرژی مورد نیاز انسان است.^[۲] مصرف انرژی در سال ۲۰۵۰ یعنی سال ۱۴۲۹ شمسی، ۵۰ تا ۳۰۰ درصد بیشتر از مصرف امروزی آن خواهد بود. با اینحال اگر فقط ۰٫۱ درصد از سطح زمین با مبدل‌های انرژی خورشیدی پوشیده شوند و تنها ۱۰ ٪ بازده داشته باشند برای تأمین انرژی مورد نیاز بشر کافی است.^[۳]

در مرکز خورشید هر ثانیه ۷۰۰ تن هیدروژن به انرژی تبدیل می‌شود (به صورت فوتون یا نوترینو). دمای خورشید در مرکز آن ۱۵ میلیون و در سطح آن ۶ هزار درجه سانتیگراد است. انرژی تولید شده در سطح خورشید بعد از ۸ دقیقه به سطح زمین می‌رسد. نور خورشید که به زمین می‌رسد شامل طول موج‌های زیر است: ۴۷ درصد فرو سرخ، ۴۶ درصد نور مرئی، ۷ درصد فرابنفش. از این رو سلول‌های خورشیدی باید در ناحیه فرو سرخ و نور مرئی جذب بالایی داشته باشند.

ساختار سلول خورشیدی[ویرایش]

این بخش به هیچ منبع و مرجعی استناد نمی‌کند. لطفاً با افزودن یادکرد به منابع قابل اعتماد برطبق اصول تأییدپذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به بهبود این بخش کمک کنید. مطالب بدون منبع ممکن است به چالش کشیده شوند و حذف شوند.

ناسا از همان ابتدا از سلول‌های خورشیدی در ماهواره‌های خود استفاده کرد. ماهواره Explorer 6 که در ۱۹۵۹ به فضا پرتاب شد، دارای ۴ آرایه از سلوله‌های خورشیدی تاشونده بود که انرژی مورد نیاز ماهواره را برای ماه‌ها تأمین می‌کرد.

سلول ‌های خورشیدی معمولاً از مواد نیمه‌رسانا، مخصوصاً سیلیسیم، تشکیل شده‌است. هر اتم سیلیسیم با چهار اتم دیگر پیوند تشکیل می‌دهد و بدین صورت، شکل کریستالی آن پدید می‌آید.

در سلول ‌های خورشیدی به سیلیسیم مقداری جزئی ناخالصی اضافه می‌کنند. اگر اتم ناخالصی ۵ ظرفیتی باشد (اتم سیلیسیم ۴ ظرفیتی است)، آنگاه در ارتباط با چهار اتم سیلیسیم یک لایهٔ آن بدون پیوند باقی می‌ماند (یک تک الکترون). به همین دلیل چون بار نسبی منفی پیدا می‌کند به آن سیلیسیم نوع N) Negative) می‌گویند.

درصورتی که اتم ناخالصی دارای ظرفیت ۳ باشد، آنگاه یک حفرهٔ اضافی ایجاد می‌شود. حفره را به گونه‌ای می‌توان گفت که جای خالی الکترون است، با بار مثبت (به اندازهٔ الکترون) و جرمی برابر با جرم الکترون؛ که این امر هم باعث مثبت شدن نسبی ماده می‌شود و به آن سیلیسیم نوع P) Positive) می‌گویند.

هر باتری خورشیدی از ۶ لایه تشکیل شده که هر لایه را ماده‌ای خاص تشکیل می‌دهد.

عملکرد سلول خورشیدی (اثر فوتوولتائيك)[ویرایش]

این بخش به هیچ منبع و مرجعی استناد نمی‌کند. لطفاً با افزودن یادکرد به منابع قابل اعتماد برطبق اصول تأییدپذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به بهبود این بخش کمک کنید. مطالب بدون منبع ممکن است به چالش کشیده شوند و حذف شوند.

دیاگرام انرژی سلول خورشیدی

با اتصال یک نیمه هادی نوع p به یک نیمه هادی نوع n، الکترون‌ها از ناحیه n به ناحیه p و حفره‌ها از ناحیه p به ناحیه n منتقل می‌شوند. با انتقال هر الکترون به ناحیه p، یک یون مثبت در ناحیه n و با انتقال هر حفره به ناحیه n، یک یون منفی در ناحیه p باقی می‌ماند. یون‌های مثبت و منفی میدان الکتریکی داخلی ایجاد می‌کنند که جهت آن از ناحیه n به ناحیه p است. این میدان با انتقال بیشتر باربرها (الکترون‌ها و حفره‌ها)، قوی‌تر و قویتر شده تا جایی که انتقال خالص باربرها به صفر می‌رسد. در این شرایط ترازهای فرمی دو ناحیه با یکدیگر هم سطح شده‌اند و یک میدان الکتریکی داخلی نیز شکل گرفته‌است.

اگر در چنین شرایطی، نور خورشید به پیوند بتابد، فوتون‌هایی که انرژی آن‌ها از انرژی شکاف نیمه هادی بیشتر است، زوج الکترون-حفره تولید کرده و زوج‌هایی که در ناحیه تهی یا حوالی آن تولید شده‌اند، شانس زیادی دارند که قبل از بازترکیب، توسط میدان داخلی پیوند از هم جدا شوند.

میدان الکتریکی، الکترون‌ها را به ناحیه n و حفره‌ها را به ناحیه p سوق می‌دهد. به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه n و تراکم بار مثبت در ناحیه p زیاد می‌شود. این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازه‌گیری است. اگر دو سر پیوند با یک سیم، به یکدیگر اتصال کوتاه شود، الکترون‌های اضافی ناحیه n، از طریق سیم به ناحیه p رفته و جریان اتصال کوتاهی را شکل می‌دهند. اگر به جای سیم از یک مصرف‌کننده استفاده شود، عبور جریان از مصرف‌کننده، به آن انرژی می‌دهد. به این ترتیب انرژی فوتون‌های نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

هر چه میدان الکتریکی درون پیوند قوی‌تر باشد، ولتاژ مدار باز بزرگتری بدست می‌آید. برای دست یافتن به یک میدان الکتریکی بزرگ، باید اختلاف ترازهای فرمی دو ماده p و n از یکدیگر زیاد باشد. برای این منظور باید انرژی شکاف نیمه هادی بزرگ انتخاب شود؛ بنابراین ولتاژ مدار باز یک سلول خورشیدی با انرژی شکاف آن افزایش می‌یابد. اما افزایش انرژی شکاف سبب می‌شود، فوتون‌های کمتری توانایی تولید زوج الکترون-حفره داشته باشند و بنابراین جریان اتصال کوتاه کمتری نیز تولید شود؛ بنابراین افزایش انرژی شکاف، روی ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه سلول دو اثر متفاوت دارد.

فناوری‌های ساخت سلول‌های خورشیدی[ویرایش]

گسترش استفاده از فتو ولتاییک - تخمین ظرفیت جهانی سلول‌های خورشیدی نصب شده

نمودار تولید سلول‌های خورشیدی توسط کشورهای مختلف

در حال حاضر دو فناوری در ساخت سلول‌های خورشیدی غالب است: فناوری نسل اول و نسل دوم.

فناوری نسل اول بر پایه ویفرهای سیلیکونی با ضخامت ۴۰۰–۳۰۰ میکرومتر است که ساختاری بلوری یا چند بلوری دارند که یا از بریدن شمش بدست می‌آیند یا از روش EFG و با کمک خاصیت مویینگی رشد داده می‌شوند.

فناوری نسل دوم یا تکنولوژی لایه نازک، براساس لایه نشانی نیمه هادی روی بسترهای شیشه‌ای، فلزی یا پلیمری، در ضخامت‌های ۵–۳ است.^[۴]

هزینه مواد اولیه در تکنولوژی نسل دوم، پایین‌تر است و از آن گذشته، اندازه سلول تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از اندازه سلول ساخته شده با تکنولوژی نسل اول است که مزیتی برای تولید انبوه آن محسوب می‌شود. در عوض بازدهی سلول‌های نسل اول، که اغلب سلول‌های بازار را تشکیل می‌دهند، به دلیل کیفیت بالاتر مواد، از بازدهی سلول‌های نسل دوم بیشتر است. انتظار می‌رود اختلاف بازدهی میان سلول‌های دو نسل با گذشت زمان کمتر شده و تکنولوژی نسل دوم جایگزین نسل اول شود^[۵]

در سال ۱۹۶۱، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن یک سلول خورشیدی پیوندی به شکل یک جسم سیاه با دمای ۳۰۰ کلوین نشان دادند که بیشترین بازدهی یک سلول خورشیدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، ۳۰٪ است که در انرژی شکاف eV1.4 یعنی انرژی شکاف گالیم آرسناید بدست می‌آید.^[۶] بنابراین بازدهی سلول‌های خورشید نسل اول و دوم حتی در بهترین حالت نمی‌تواند از حوالی ۳۰٪ بیشتر شود. این در حالی است که حد کارنو برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی ۹۵٪ است.^[۷] و این مقدار تقریباً سه برابر بیشتر از بازدهی نهایی سلول‌های نسل اول و دوم است.

بنابراین دستیابی به سلول‌هایی با بازدهی‌هایی دو تا سه برابر بازدهی‌های کنونی، امکان‌پذیر است. سلول‌های خورشیدی که دارای چنین بازدهی‌هایی باشند، نسل سوم سلول‌های خورشیدی نامیده می‌شوند. سلول‌های متوالی، سلول‌های خورشیدی چاه کوانتومی، سلول‌های خورشیدی نقطه کوانتومی، سلول‌های حامل داغ، نسل سوم سلول‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند.^[۷]

انواع سلول‌های خورشیدی^[۸][ویرایش]

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون بلورین[ویرایش]

رایج‌ترین ماده توده برای سلول خورشیدی سیلیکون بلورین (c-Si) است ماده توده سیلیکون با توجه به نوع کریستال و اندازه کریستال به چندین بخش تقسیم می‌شود.

• سیلیکون مونو-کریستالی (c-Si)
• سیلیکون پلی-کریستالی (poly-Si) یا مولتی-کریستالی (mc-Si)
• سلول خورشیدی String Ribbon

سلول‌های خورشیدی فیلم نازک[ویرایش]

به بیان ساده فیلم نازک (Thin Film) یک روش تولید سلول خورشیدی است که طی آن یک یا چند لایه نازک از ماده فتوولتاییک روی یک بستر قرار می‌دهند. این سلول‌ها تحت عنوان Thin Film Photo Voltaic Cells (TFPV) نیز شناخته می‌شوند. انواع مختلف سلول‌های فیلم نازک را می‌توان بر اساس مادهٔ فتوولتاییک مورد استفاده در آنها طبقه‌بندی نمود.^[۹]

• Amorphous Silicon (a-Si)
• Cadmium Telluride (CdTe)
• Copper Indium Gallium Selenide (CIS/CIGS)
• Organic Photovoltaic Cells (OPC)

سلول‌های خورشیدی مبتنی بر مواد آلی[ویرایش]

این سلول در مقایسه با دیگر سلولهای خود بازدهی کمتری دارد و تنها به دلیل هزینه ساخت کمتر و قابلیت انعطاف‌پذیری برای مصارف غیر صنعتی مناسب می‌باشد و قابلیت استفاده دارد.

فتوولتاییک یکپارچه ساختمان (BIPV) (Building Integrated PV)[ویرایش]

فتوولتاییک یکپارچه ساختمان نسبت به انواع خاص تکنولوژی‌های سلول خورشیدی، دارای چندین روش ساخت و انواع اشکال مختلف می‌باشد که می‌تواند بر پایه سیلیکون کریستالی یا فیلم نازک باشد.

BIPV می‌تواند شامل نما، سقف، پنجره، دیوار و بسیاری وسایل دیگر که با ماده فتوولتاییک ترکیب شده‌اند باشد. در صورتی که پول بیشتری دارید و می‌خواهید فتوولتاییک را با عناصر مختلف خانه خود ترکیب کنید، به دنبال BIPV بروید. برای اغلب افراد این را آسان، بسیار هزینه بر است.^[۹]

نحوه تبدیل سیلیکون به سلول خورشیدی[ویرایش]

این بخش به هیچ منبع و مرجعی استناد نمی‌کند. لطفاً با افزودن یادکرد به منابع قابل اعتماد برطبق اصول تأییدپذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به بهبود این بخش کمک کنید. مطالب بدون منبع ممکن است به چالش کشیده شوند و حذف شوند.

سیلیکون در صورتی که کریستالی باشد برخی خصوصیات شیمیایی ویژه و منحصربه‌فرد دارد. یک اتم سیلیکون ۱۴ الکترون دارد که در سه پوسته مختلف مرتب شده‌اند دو لایه اول که دو و هشت الکترون دارند کاملاً پر هستند لایه یا پوسته بیرونی تنها نیمی از ظرفیتش با چهار الکترون پر شده‌است اتم سیلیکون همواره به دنبال راهی است تا لایه آخر خود را کامل کند و برای انجام این کار الکترون‌های خود را با چهار اتم کناری اش به اشتراک می‌گذارد.

شیوه ساخت سلول‌های خورشیدی (فتوولتائیک)[ویرایش]

سلول‌های فتو ولتائیک از مواد ویژه‌ای ساخته شده‌اند که آن‌ها را semiconductor یا نیمه رسانا می‌نامیم از این مواد می‌توان به سیلیکون اشاره کرد که اکنون بسیار پرکاربرد است در اصل هنگامی که نور با سلول برخورد می‌کند مقدار مشخصی از آن توسط مواد نیمه رسانا جذب می‌شود این یعنی انرژی جذب شده از نور به نیمه رسانا منتقل می‌شود انرژی به الکترون‌های سست ضربه می‌زند و اجازه می‌دهد که آن‌ها آزاد شده و به گردش در آیند. سلول‌های فتو ولتائیک دارای یک میدان الکتریکی هستند که به عنوان یک اجبار برای الکترون‌های آزاد شده توسط نور جذب شده عمل می‌کند و آن‌ها را در جهت معینی به جریان می‌اندازد این گردش الکترون‌ها یک جریان ایجاد می‌کند و با قرار دادن اتصال‌های فلزی در پایین و بالای سلول فتو ولتائیک می‌تواند این جریان را برای مصارف مختلف بیرون بکشد این جریان به همراه ولتاژ درون سلول‌ها که در نتیجه میدان یا میدان‌های الکتریکی درونی سلول ایجاد می‌شود قدرت یا ولتاژ تولیدی توسط یک سلول خورشیدی را تعریف می‌کنند.^[۱۰]

ساخت سلول‌های خورشیدی با استفاده از مواد آلی[ویرایش]

این بخش به هیچ منبع و مرجعی استناد نمی‌کند. لطفاً با افزودن یادکرد به منابع قابل اعتماد برطبق اصول تأییدپذیری و شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع، به بهبود این بخش کمک کنید. مطالب بدون منبع ممکن است به چالش کشیده شوند و حذف شوند.

سلول‌های خورشیدی ساخته شده از مواد آلی در مقایسه با همتایان سیلیکونی خود بازده بسیار کمتری دارند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و همچنین قابلیت‌هایی مانند انعطاف‌پذیری برای مصارف غیرصنعتی مناسب هستند. شارژر موبایل قابل حمل، کار گذاشتن باتری‌ها در سطوح دارای انحناء مانند بدنه ماشین‌ها و حتی استفاده از آن‌ها در لباس‌ها، از مصارفی است که برای سلولهای خورشیدی آلی (ارگانیک) پیش‌بینی می‌شود. خصوصیت دیگر آن‌ها انعطاف‌پذیری در طول موجی است که در آن بیشترین جذب را دارند. در نتیجه اگر برای مثال ماده آلی با جذب درناحیه زیر قرمز استفاده شود از سلول خورشیدی آلی می‌توان در شیشه‌های اتومبیل، شیشه‌های خانه‌ها و هر مکان دیگری که باید شفاف باشد، استفاده کرد.

اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی[ویرایش]

نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه‌ای از طول موجهای مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد. نور را هم می‌توان به طول موج‌های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می‌بینیم از آنجایی که سلول ما توسط فوتون‌هایی با دامنه انرژی‌های متفاوت مورد اصابت قرار می‌گیرد لذا برخی از آن‌ها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون حفره را ندارند آن‌ها به سادگی از درون سلول می‌گذرند درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده‌اند در حالی که برخی دیگر از فوتون‌ها انرژی بسیار زیادی دارند تنها میزان مشخصی از انرژی که با الکترون ولت اندازه‌گیری شده می‌تواند بر الکترون‌های اتم‌های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثرگذارد اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد پس انرژی اضافی هدر می‌رود مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به‌طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریباً ۷۰ درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می‌شود و کارایی ندارد^[۱۰]

یکی دیگر از دلایل اتلاف انرژی در سلول خورشیدی و عدم بازده حداکثری، بازترکیب است.

چگونگی تأمین انرژی خانه با سلول خورشیدی[ویرایش]

تمامی پشت بام‌ها جهت مناسب یا زاویه و شیب لازم برای استفده کامل ازنور خورشید را ندارند سیستم‌های فوتو ولتائیک ثابت که امکان رهگیری نور خورشید را ندارد باید در جهت مناسبی نصب شوند که بیشترین مدت روز و بیشترین مدت سال از نور مستقیم خورشید بهره‌مند شوند هنگام نصب این نکته هم باید در نظر گرفته شود که شما می‌خواهید حداکثر برق را در صبح تولید کنید یا هنگام عصر آن را در اختیار داشته باشید از خانه در زمستان بیشتر استفاده می‌شود یا تابستان و پنل‌ها نباید توسط سایه درختان اطراف خانه یا خانه‌های همسایه‌ها پوشانده شوند. اگر پشت بام شما در جهت مناسبی قرار ندارد اکنون لازم است دربارهٔ اندازه سیستم انتخابی تان تصمیم‌گیری کنید. مثلاً اینکه تولید الکتریسیته بستگی به آب و هوا هم دارد که اصلاً نمی‌توان آن را پیش‌بینی کرد. یا اینکه میزان مصرف الکتریسیته شما کاملاً متغیر است خوشبختانه اطلاعات هواشناسی به ما امکان سنجش میزان تابش ماهیانه خورشید را می‌دهند دیگر فاکتورهای مهم چون روزهای بارانی ابری و میزان رطوبت را هم برای مان پیش‌بینی می‌کنند شما باید سیستم را بر اساس بدترین ماه طراحی کنید پس از آن در تمام سال انرژی کافی و حتی اضافی در اختیار خواهید داشت با در اختیار داشتن این اطلاعات و دانستن میانگین نیاز خانه‌تان به راحتی می‌توانید محاسبه کنید که به چه تعداد ماژول فوتو ولتائیک نیاز دارید همچنین باید در خصوص ولتاژ سیستم هم از همان ابتدا تصمیم‌گیری کنید این چیزی است که با تعداد ماژولی که به صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند کنترل می‌شود.^[۱۰]

جستارهای وابسته[ویرایش]

• انرژی خورشیدی
• انرژی حرارتی خورشیدی
• توان خورشیدی
• صفحه خورشیدی
• سلول فوتوالکتروشیمیایی
• سلول خورشیدی رنگ-حساس
• فتوولتاییک
• سامانه فتوولتاییک
• اثر فوتوولتاییک
• اثر ترموالکتریک
• اثر فوتوالکتریک
• سلول خورشیدی پروسکایت
• سلول خورشیدی چالکوجناید

منابع[ویرایش]

1. ↑ Solar Cells. chemistryexplained.com
2. ↑ S. Ashok and K.P. Pande. Solar Cells 14 1 (1985), p. 61
3. ↑ Econologie.com: écologie, économie, énergie, pétrole, moteurs, énergies renouvelables et consommation durable
4. ↑ J.F. Randall, Designing Indoor Solar Products – Photovoltaic Technologies for AES, John Willey & Sons, 2005
5. ↑ M.A. Green, Physica E ۱۴ (۲۰۰۲) ۶۵–۷۰
6. ↑ M.A. Green, Solar Cells Operating Principles, Technology and System Applications, Prentice-Hall, 1986
7. ↑ ^{پرش به بالا به:۷٫۰ ۷٫۱} M.A. Green, Physica E 14 (2002) 65-70
8. ↑ «انواع سلول‌های خورشیدی». www.iust.ac.ir. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۶-۲۰.
9. ↑ ^{پرش به بالا به:۹٫۰ ۹٫۱} «راهنمای انتخاب و خرید پنل خورشیدی». دیجی نیک. ۲۰۱۶-۰۶-۲۷. دریافت‌شده در ۲۰۱۹-۰۴-۰۸.
10. ↑ ^{پرش به بالا به:۱۰٫۰ ۱۰٫۱ ۱۰٫۲} «نسخه آرشیو شده». بایگانی‌شده از اصلی در ۴ نوامبر ۲۰۱۳. دریافت‌شده در ۲۱ اکتبر ۲۰۱۹.

• مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا. «Solar cell». در دانشنامهٔ ویکی‌پدیای انگلیسی، بازبینی‌شده در ۱۵ نوامبر ۲۰۱۴.
• «انواع سلول‌های خورشیدی - مرکز تحقیقات نانوپترونیکس». دانشگاه علم و صنعت ایران. دریافت‌شده در ۲۰۱۷-۰۸-۲۸.
• How Stuff Works
• S. Ashok and K.P. Pande. Solar Cells ۱۴ ۱ (۱۹۸۵)، p. ۶۱.^{[پیوند مرده]}

نهفتن

• ن
• ب
• و

انرژی خورشیدی

مفاهیم

• خورشید
•  
• تابش خورشیدی
•  
• انرژی خورشیدی
•  
• انرژی حرارتی خورشیدی
•  
• برق خورشیدی
•  
• توان خورشیدی
•  
• تشعشعات خورشیدی
•  
• سامانه‌های تولید انرژی خورشیدی
•  
• طراحی سامانه غیرفعال خورشیدی
•  
• فعال خورشیدی
•  
• انرژی فعال خورشیدی

توان خورشیدی

انرژی گرمایی خورشیدی

• طراحی سامانه غیرفعال خورشیدی
•  
• آب‌گرم‌کن خورشیدی
•  
• دودکش خورشیدی
•  
• تهویه مطبوع خورشیدی
•  
• ذخیره حرارتی
•  
• برکه خورشیدی

فتو ولتاییک
& الگو:فتوولتاییک

• اثر فوتوولتاییک
•  
• سلول خورشیدی
•  
• Polymer solar cell
•  
• Nanocrystal solar cell
•  
• پانل خورشیدی (solar panel)
•  
• سامانه فتوولتاییک (and systems)
•  
• Photovoltaic power station

متمرکزکننده توان خورشید

• خورپا
•  
• Solar tracker
•  
• Parabolic trough
•  
• برج کانون خورشیدی

تجربی و نظری

• برج مکشی خورشیدی
•  
• Solar-pumped laser
•  
• مولد ترموالکتریک
•  
• Solar chemical and artificial photosynthesis
•  
• توان خورشیدی مبتنی بر فضا
•  
• بادبان خورشیدی
•  
• Magnetic sail
•  
• Solar thermal rocket

توان خورشیدی بر پایه کشور

• ایران
•  
• استرالیا
•  
• اتریش
•  
• آلبانی
•  
• Belgium
•  
• Brazil
•  
• کانادا
•  
• چین
•  
• Czech
•  
• دانمارک
•  
• گرجستان
•  
• Germany
•  
• Greece
•  
• هند
•  
• Israel
•  
• Italy
•  
• Japan
•  
• Lithuania
•  
• Mexico
•  
• Morocco
•  
• Myanmar
•  
• Netherlands
•  
• New Zealand
•  
• Pakistan
•  
• Portugal
•  
• Romania
•  
• Saudi Arabia
•  
• Somalia
•  
• South Africa
•  
• Spain
•  
• Thailand
•  
• Turkey
•  
• Ukraine
•  
• انگلیس
•  
• آمریکا
•  
• یمن

کاربردها
و مصارف

ذخیره‌سازی

• ذخیره حرارتی
•  
• ذخیره گرما
•  
• مواد تغییر فاز دهنده
•  
• ذخیره انرژی شبکه

فرزندخواندگان

• سیاست خرید تضمینی برق
•  
• مترینگ خالص
•  
• Financial incentives for photovoltaics
•  
• Costs

کاربردها

• آب‌گرم‌کن خورشیدی
•  
• یخچال خورشیدی
•  
• آب‌شیرین‌کن خورشیدی
•  
• کشتی خورشیدی
•  
• Solar vehicle
•  
• هواپیمای الکتریکی
•  
• Electric boat
•  
• Solar balloon

دیگر کاربردها

کشاورزی
and باغبانی علمی

• گلخانه
•  
• Polytunnel
•  
• Row cover
•  
• Solar-powered pump

ساختمان

• طراحی سامانه غیرفعال خورشیدی
•  
• سامانه‌های حرارتی خورشیدی در ساختمان
•  
• ساختمان یکپارچه فتوولتائیک
•  
• ساختمان انرژی صفر
•  
• ساختمان با طراحی عنصر پایداری
•  
• جزایر گرمایی شهری
•  
• تاریخچه سامانه طراحی ساختمان‌های غیرفعال خورشیدی

روشنایی

• Hybrid solar lighting
•  
• چراغ خورشیدی
•  
• Solar Tuki
•  
• لوله نوری
•  
• Daylighting

پردازش گرما

• برکه خورشیدی
•  
• کوره خورشیدی
•  
• حوضچه تبخیر نمک

آشپزی

• اجاق خورشیدی
•  
• خشک‌کن خورشیدی

گندزدایی

• ضدعفونی‌سازی خورشیدی آب
•  
• Soil solarization

نمک زدایی

• Solar still
•  
• نمک‌زدایی

گرم کردن آب

• آب‌گرم‌کن خورشیدی
•  
• Solar combisystem
•  
• Zero carbon solar controller

جستارهای وابسته

• انرژی نو
•  
• انرژی تجدیدپذیر
•  
• فناوری‌های نوپدید
•  
• نگهداری انرژی
•  
• معماری سبز
•  
• معماری پایا
•  
• خانه سبز (معماری)
•  
• الگو:فتوولتاییک
•  
• Solar power by country
•  
• Renewable energy sources

رده‌ها: 

• اختراع‌های آمریکایی
• اختراع‌های روسی
• ادوات نیمه هادی
• انرژی خورشیدی
• برداشت انرژی
• تبدیل انرژی
• دستگاه‌های نیمه‌رسانا
• سلول‌های خورشیدی
• شیمی‌فیزیک

• این صفحه آخرین‌بار در ‏۲ ژوئن ۲۰۲۱ ساعت ‏۱۰:۱۸ ویرایش شده‌است.

https://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B3%D9%84%D9%88%D9%84_%D8%AE%D9%88%D8%B1%D8%B4%DB%8C%D8%AF%DB%8C