جایگاه سلول های فتوولتائیک

مهدی امین زاده* هر اندازه که منابع فسیلی، تجدید ناپذیر هستند و در آینده ای نه چندان دور به اتمام میرسند ، انرژی خورشیدی، منبعی است که میتواند انرژی موردنیاز انسان را تأمین نموده و همزمان ، آسیبی نیز به محیط زیست وارد نخواهد نمود . در دوران معاصر تجهیزاتی به نام «سلول های فتوولتائیک» در دسترس است ، که توسط آنها انرژی نور خورشید به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل میشود و مزایای آن به خوبی شناخته شده ، ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم هایی ازیک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر ، سد راه توسعه این سیستم ها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال 1973 کشور های پیشرفته صنعتی را بر آن داشت که تولید انرژی از منابع دیگر را موردتوجه قرار دهند . خورشید و انرژی خورشیدی انرژی خورشیدی همانند سایر انرژیها به طور مستقیم یا غیرمستقیم میتواند به دیگر اشکال انرژی همانند گرما و الکتریسیته و… تبدیل شود ، ولی موانعی شامل ضعف علمی و تکنیکی در تبدیل ( به علت کمبود دانش و تجربه میدانی) ، متغیر و متناوب بودن مقدار انرژی به دلیل تغییرات جوی و فصول سال و جهت تابش و محدوده توزیع بسیار وسیع ، موجب گردیده تا استفاده کمی از این انرژی انجام پذیرد . استفاده از منبع عظیم انرژی خورشید برای تولید انرژی الکتریسیته ، گرمایش محوطه ها و ساختمان ها ، خشک کردن تولیدات کشاورزی و تغییرات شیمیایی و… اخیرا شروع گردیده است . سیستم های فتوولتائیک تبدیل مستقیم پرتو های خورشید به الکتریسیته به وسیله تجهیزاتی به نام سلول های فتوولتائیک ، یعنی فرآیندی که توسط آن انرژی نور خورشید به طور مستقیم به الکتریسیته تبدیل میشود سیستم های فتوولتائیک یکی از پرمصرف ترین و پرکاربردترین تکنولوژیهای انرژیهای نو است . تاکنون انواع مختلفی از این تکنولوژی با ظرفیت های مختلف در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده که با توجه به قابلیت ، اطمینان و عملکرد این سیستم ها هرروزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود . از سری و موازی کردن سلول های آفتابی میتوان به شدت جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت . الکتریسیته میتواند به طور مستقیم از انرژی خورشید و توسط سلول های فتوولتائیک تولید شود و یا به طور غیرمستقیم توسط ژنراتور های بخار که سیال آن توسط پانل های خورشیدی و یا آیینه های متحدالمرکز حرارت میبیند ، تولید گردد . انرژی فتوولتائیک انرژی فتوولتائیک به تبدیل نور خورشید به الکتریسیته از طریق یک سلول فتوولتائیک گفته میشود ، که به طورمعمول توسط یک سلول خورشیدی انجام میپذیرد . سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولا از آلیاژ سیلیکون تولید میشود . نور خورشید از فوتون ها یا ذرات انرژی خورشیدی تشکیل شده است . این فوتون ها که مقادیر متغیر انرژی را شامل میشوند ، درست مشابه طول موج های متفاوت طیف های نوری هستند . وقتی فوتون ها به یک سلول فتوولتائیک برخورد میکنند ، ممکن است منعکس شوند ، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند . فقط فوتون های جذب شده انرژی موردنیاز را برای تولید الکتریسیته فراهم میکنند . وقتی نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانه جذب شود ، الکترون ها از اتم های جسم جدا میشوند ( به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و میتواند از میدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانه حرکت کند . ) رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن باعث میشود سطح جلویی سلول که برای الکترون های آزاد بیشتر پذیرش یابد ، بنابراین الکترون ها به طور طبیعی به سطح مهاجرت میکنند . زمانی که الکترون ها موقعیت را ترک میکنند ، سوراخ هایی شکل میگیرد . ازآنجاکه تعداد الکترون ها زیاد بوده و هرکدام یک بار منفی را حمل میکنند و به سمت جلوی سطح سلول پیش میروند ، درنتیجه به علت عدم توازن بار بین سلول های جلویی و سطوح عقبی، یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت و منفی یک باتری ایجاد میشود و وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط میشود ، الکتریسیته جریان مییابد . توان ایجادشده حدود 1 یا 2 وات است که برای بیشتر کاربرد ها این مقدار کافی نیست . برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم ، سلول ها به صورت سری و موازی به هم متصل میشوند . سلول های فتوولتائیک از دهه 1950 و به ویژه در ماهواره ها مورداستفاده قرارگرفته اند . با توسعه دانش فنی موردنیاز ، این سلول ها به صورت تجاری و در ابتدا در ماشین حساب های کوچک و ساعت های مچی مورداستفاده قرار گرفتند . در حال حاضر این سلول ها مصارف متعددی از قبیل پمپ های آب ، ابزار های ارتباطی و حتی فراهم کردن الکتریسیته برای منازل دارند . تبدیل نور خورشید به الکتریسیته مستقیم است ، بنابراین سیستم های تولیدکننده حجم زیادی لازم ندارند خصوصیت مدولی انرژی فتوولتائیک این امکان را فراهم میکند که سلول ها در هراندازه موردنیاز نصب شوند . سلول های فتوولتائیک ، جریان مستقیم ( DC ) تولید میکنند که عموما برای روشنایی و نیز تجهیزات الکترونیکی معمولی مورداستفاده قرار میگیرد . *کارشناس انرژی