-
0
سبد خرید
محصول تعداد 0 (ریال)جمع کل
سلول خورشیدی چیست و چگونه کار می کند
سلول خورشیدی چیست و چگونه کار می کند
سلول خورشیدی چیست و چگونه کار می کند
سلول خورشیدی چیست و چگونه کار می کند سلول های خورشیدی از مواد نیمه رسانا (نیمه هادی) ساخته می شوند. نیمه هادی ها ظرفیت جذب نور و تحویل بخشی از آن به حامل های جریان الکتریکی که الکترون ها و حفره ها هستند را دارند، در واقع عملکرد یک سلول خورشیدی همانند یک دیود ساده می باشد و انرژی نورانی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
سیلیکون بعنوان پر کاربردترین عنصر در ساخت سلول های خورشیدی
پنل‌های خورشیدی از اجزای کوچکتری بنام سلول‌های خورشیدی ساخته شده‌اند، معمول ترین سلول‌های خورشیدی از جنس سیلیکون می‌باشند، یک نیمه رسانا که دومین عنصر فراوان روی کره زمین است.
در یک سلول خورشیدی فرم کریستالی سیلیکون بین لایه‌های رسانا فشرده می‌شود، هر اتم سیلیکون به همسایه خود با چهار اتصال قوی وصل است که الکترونها را در جای خود نگاه داشته و هیچ جریانی برقرار نمی‌شود. کلید ماجرا اینجاست سلول سیلیکونی خورشیدی از دو لایه متفاوت سیلیکونی ساخته شده است یکی لایه سیلیکون نوع N می باشد که دارای الکترون‌های اضافی است و دیگری لایه سیلیکون نوع P می باشد که دارای فضای اضافی برای الکترون‌هاست که حفره نامیده می‌شود.
زمین در معرض مقدار زیاد انرژی خورشیدی به میزان 173 هزار تراوات است، این مقدار ۱۰ هزار برابر میزان مصرف انرژی مردم زمین است. پس آیا ممکن است روزی جهان تنها وابسته به انرژی خورشیدی باشد؟ برای پاسخ به این سؤال لازم است تا ابتدا، فرآیند تبدیل انرژی توسط پنل‌های خورشیدی را بدانیم.
ساختار یک سلول خورشیدی ساده
ساختار یک سلول خورشیدی ساده در شکل فوق به نمایش گذاشته شده است. نور خورشید بر روی سطح سلول خورشیدی برخورد می کند. یک شبکه فلزی یکی از اتصالات الکتریکی دیود را تشکیل می دهد و به نور اجازه می دهد تا روی نیمه هادی در میان خطوط شبکه بیافتد و بنابراین جذب شده و تبدیل به انرژی الکتریکی شود. یک لایه ضد انعکاسی بین خطوط شبکه، مقدار نور منتقل شده به نیمه هادی را افزایش می دهد. این دیود نیمه رسانا زمانی که یک نیمه هادی نوع N و یک نیمه هادی نوع P به شکل یک اتصال متالورژیکی در می آیند، ساخته می شود. سایر اتصالات دیود توسط یک لایه فلزی روی بخش پشتی سلول خورشیدی شکل می گیرند. سلول فتوولتائیک برق DC تولید می کنند یا برق AC ؟ برق DC تولید می کنند.
نحوه تولید الکتریسیته توسط یک سلول خورشیدی
شما می‌توانید به نور مانند جریان ذرات ریز نگاه کنید که فوتون نامیده می‌شوند و از خورشید به دست می‌آیند وقتی یکی از فوتون‌ها به سلول سیلیکونی با انرژی کافی برخورد کند می‌تواند الکترون را از اتصال خود خارج سازد و حفره‌ای بجا بگذارد الکترونها با بار منفی و حفره ها با بار مثبت آزادانه می‌توانند حرکت کنند اما به خاطر میدان الکتریکی در اتصال بین PN آنها فقط در یک جهت میٰ‌روند الکترون به سمت P کشیده می‌شود درحالیکه حفره به سمت N کشیده می‌شود.
الکترون‌های متحرک توسط زبانه‌های فلزی نازک در بالای سلول جمع می‌شوند از آنجا، از طریق مداری خارجی جریان می‌یابند تا عمل تولید الکتریسیته انجام شود مثل روشن نمودن لامپ و سایر تجهیزات الکتریکی. هر سلول سیلیکونی تنها نیم ولت تولید می کند اما می‌توان آنها را در یک ماژول باهم سری نمود تا توان بیشتری بدست آید دوازده سلول فتوولتاییک برای شارژ گوشی موبایل کافی است در حالی که ماژول‌های زیادی برای تأمین کل انرژی خانه لازم است.
توزیع انرژی خورشیدی در سراسر دنیا یکسان نیست
الکترونها تنها اجزای متحرک در سلول خورشیدی هستند و به جایی باز می‌گردند که از آن آمده‌اند چیزی نیست که از بین برود یا مصرف شود پس سلول‌های خورشیدی می‌توانند برای چندین سال کار کنند پس چه چیزی مانع این است تا ما کاملاً به انرژی خورشیدی وابسته شویم؟ عوامل سیاسی در اینجا وجود دارد به علاوه کسب و کارهایی وجود دارد که برای حفظ وضعیت خود لابی می‌کنند اما الآن، بگذارید فقط به چالش‌های فیزیکی و آماده‌سازی بپردازیم.
واضح‌ترین آنها این است که توزیع انرژی خورشیدی در سیاره زمین یکنواخت نیست برخی نقاط آفتابی‌تر از نقاط دیگر است همچنین توزیع انرژی خورشیدی منظم و پیوسته نیست انرژی تابشی کمتری در روزهای ابری وجود دارد و در شب‌ها کلا وجود ندارد بنابراین برای تامین همیشگی انرژی مصرفی از خورشید روش‌های پربازده‌ای برای گرفتن الکتریسیته از نقاط آفتابی یا حتی ابری نیاز است و همچنین ذخیره انرژی برق حاصل از خورشید گزینه ای دیگر است بازده یک سلول نیز خود مسأله‌ای دیگر است اگر نور به جای جذب بازتاب شود یا اگر الکترون‌های جدا شده بدون عبور از مدار به حفره بازگردند انرژی آن فوتون از بین می‌رود.
سلول های خورشیدی رقیبی برای سوخت های فسیلی
کاراترین سلول خورشیدی موجود در آزمایشگاه تنها می‌تواند ۴۶ درصد از انرژی تابش را به الکتریسیته تبدیل کند و سیستم‌های معمول تجاری نیز بازده‌ای بین ۱۵ تا ۲۰ درصد دارند با وجود این محدودیت‌ها عملاً ممکن است تا انرژی تمام دنیا را از طریق فناوری امروز خورشیدی تأمین کنیم ما نیاز به سرمایه‌گذاری جهت ایجاد زیرساخت‌ها در فضایی بزرگ داریم تخمین‌هایی از ده‌ها و بلکه صدها هزار کیلومترمربع وجود دارد که به نظر می‌رسد خیلی زیاد است اما مساحت بیابان «ساهارا» به تنهایی بیش از 3 میلیون کیلومتر مربع است در عین حال، سلول‌های خورشیدی با کارایی خوب، ارزانتر شده و رقیبی برای نیروگاه های فسیلی شده است و ابداعاتی مثل نیروگاه های خورشیدی شناور می‌توانند مسأله کمبود فضا را در کشورهای فاقد بیابان کلاً حل کنند.
استفاده از سلول های خورشیدی در مناطق محروم جهان
گذشته از آزمایش‌های علمی و نظری حقیقتی هست که بیش از یک میلیارد انسان دسترسی به شبکه برق رسانی مطمئنی ندارند، به خصوص در کشورهای درحال توسعه که بسیاری از آنها آفتابی هستند پس در این مکان‌ها انرژی خورشیدی گزینه ای بسیار ارزان و مطمئن نسبت به سایر موارد مثل نفت است برای مثال، فنلاند یا سیاتل در آمریکا با این وجود، انرژی خورشیدی پربازده اندکی دور از ذهن است و نیاز به پیشرفت بیشتری در علم داریم.
- برچسب:
- باتری خورشیدی
- باتری سولار