آنچه در خصوص سلول خورشیدی و انرژی های نو باید بدانید
محیط بان -تاریخ خبر : شنبه 8 شهریور 1393
کمک بلاعوض دولت به متقاضیان نصب سلول خورشیدی
معاون وزیر نیرو از نصب ۲۰۰۰ پنل خورشیدی در کل کشور تا پایان سال جاری خبر داد و گفت: به مشترکین خانگی که اقدام به نصب سلول خورشیدی بر بام منازل خود کنند ۵ میلیون تومان کمک بلاعوض اعطا میشود.
هوشنگ فلاحتیان، معاون امور برق و انرژی وزیر نیرو در گفتوگو با ایلنا در خصوص ساخت "نیروگاههای خورشدی" در کشور، گفت: برای توسعه کاربرد سلولهای فتوولتاییک در کشور وبهرهمندی مردم از انرژی خورشیدی چند اقدام را در دستور کار خود قرار دادهایم که از جمله آن این است که بر اساس مصوبه مجلس از سال ۹۲ برنامه ریزی شد که عوارض ۳۰ ریالی برای هر کیلو وات ساعت اخذ و برای توسعه نیروگاههای تجدیدپذیروبرق روستایی اختصاص یابد.
انرژي تجديدپذير چيست؟
وی افزود: از سال گذشته تا کنون تعداد زیادی از مساجد و مدارس کشور را بدون دریافت وجهی مجهز به سلولهای خورشیدی فتوولتاییک کردیم و همچنین در محوطه تعداد زیادی از دانشگاهها مبادرت به احداث نیروگاههای خورشیدی ۱۰ و۲۰ کیلوواتی کردیم که این اقدام در جهت فرهنگ سازی و آشنایی دانش آموزان و دانشجویان با این تکنولوژی است ضمن اینکه دانشگاهها نیز اقدامات پژوهشی و تحقیقی را دراین زمینه انجام میدهند.
5 میلیون کمک بلاعوض به متقاضیان نصب سلول خورشیدی
فلاحتیان خاطرنشان کرد: جهت توسعه انرژی خورشیدی هر مشترک خانگی و غیرخانگی که تمایل به نصب سلول خورشیدی بر بام خود داشته باشند ۵ میلیون تومان کمک بلاعوض در اختیار متقاضیان قرار میدهیم.
وی ادامه داد: راهبردمان این است که تا سالهای آینده بتدریج بتوانیم بیش از پیش از سلولهای خورشیدی استفاده کرده وبخش قابل توجهی از برق مورد نیاز کشور را از نیروگاههای بادی و خورشیدی تامین کنیم.
احداث ۹۴۵ مگاوات نیروگاه خورشیدی و بادی تا ۳ سال آینده
معاون وزیر نیرو تصریح کرد: تا قبل از سال ۹۲ حداکثر ۲۲۰ مگاوات "نیروگاه بادی"، خورشیدی و زسیت توده در کشور داشتیم که برنامه ریزی کردهایم که ۹۴۵ مگاوات نیروگاه خورشیدی و بادی در کشور با سرمایه گذاری بخش خصوصی احداث شود انتظارمان این است که در طول ۲ تا ۳ سال آینده چندین برابر نیروگاههای نصب شده تا سال ۹۲ بتوانیم نیروگاه بادی و خورشدی احداث کنیم.
نصب ۲۰۰۰سلول خورشیدی جدید تا پایان سال جاری
وی همچنین گفت: از ابتدای سال ۹۲ تا کنون در بیش از ۲۵۰۰ محل در کل کشور نسبت به نصب سلولهای خورشیدی اقدام کردیم و تا انتهای سال جاری نیز ۲۰۰۰ محل دیگر مجهز به سلولهای خورشیدی میشود.
فلاحتیان ابراز امیدواری کرد: با فرهنگسازی و آشنا شدن مردم از چگونگی استفاده از انرژیهای خورشیدی، پاک و تجدیدپذیر شاهد روی آوردن بیشتر به استفاده از این انرژیها باشیم که با این روند به محیط زسیت و اقتصاد کشور کمک کرده و زمینه لازم را برای افزایش صادرات نفت و گاز فراهم کنیم.
"حال جدای این حمایتی که دولت از مردم در این بخش می کند بیاییم به این مسیر پا بگذاریم و از سلولهای خورشیدی جهت تامین انرژی برق خود استفاده کنیم "
![sunpower_main[1]](http://digilens.ir/wp-content/uploads/2015/02/sunpower_main1.jpg)
در منابع مختلف انواع گوناگونی از تقسيم بندی ها در زمينه سلول های خورشيدی انجام می شود. در اينجا نوعی از اين تقسيم بندی را که تا حدی براساس ترتيب زمانی پيدايش آنها نيز می باشد ارائه شده است.
1. سلول های خورشيدی مبتنی بر سيليکون کريستالی
رايج ترين ماده توده برای سلول خورشيدی، سيليکون کريستالی (c-Si) است. ماده توده سيليکون با توجه به نوع کريستال و اندازه کريستال به چندين بخش تقسيم می شود.
• سيليکون تک کريستالی (c-Si)
• سيليکون پلی کريستالی (poly-Si) يا چند کريستالی (mc-Si)
2. سلول های خورشيدی مبتنی بر سيليکون لايه نازک غير کريستالی (آمورف)
هزينه پايين يکی از مزايای سلول های خورشيدی برپايه سيليکون آمورف (a-Si) می باشد. دو جزء اصلی آلياژ a-Si ، سيليکون و هيدروژن است. علاوه براين، مشخصه يک آلياژ a-Si داشتن ضريب جذب بالاست. تنها يک لايه نازک برای جذب نور نياز است و اين باعث کاهش هزينه مواد می شود.
3. سلول های خورشيدی لايه نازک GaAs
اولين لازمه موادی که بايد در يک قطعه مبدل انرژی فتوولتائيک خورشيدی به کار برود، تطبيق گاف انرژی با طيف خورشيدی و نيز داشتن قابليت تحرک بالا و طول عمر حامل های زياد می باشند. اين شرايط توسط بسياری از ترکيبات II-VI ، III-V و Si برآورده می شوند. مواد گروه III – Vعلی رغم هزينه های بالای استحصال و ساخت اين نيمه هادی ها، با موفقيت زياد در کاربردهای فضايی که در آنها هزينه، فاکتور مهمی نيست مورد استفاده قرار گرفته اند. در سال 1961، Shockley و Queisser با در نظر گرفتن يک سلول خورشيدی پيوندی به شکل يک جسم سياه با دمای 300 کلوين نشان دادند که بيشترين بازدهی يک سلول خورشيدی صرف نظر از نوع تکنولوژی بکار رفته در آن، 30% است که برای سلولی با گاف انرژی ماده برابر 1.39eVبدست میآيد. با توجه به اينکه انرژی شکاف گاليم آرسنايد برابر 1.424eV است می تواند ماده مناسبی برای طراحی سلول های خورشيدی باشد.سلول های خورشيدی ساخته شده برپايه لايه نازک GaAs به عنوان نسل دوم سلول های خورشيدی نامگذاری می شوند.
سلولهای خورشيدی ساخته شده از مواد آلی در مقايسه با همتايان ديگر خود بازده بسيار کمتری دارند. اما به دليل هزينه ساخت پايين و همچنين قابليت هايی مانند انعطاف پذيری برای مصارف غيرصنعتی مناسب هستند. انواعی از سلول های خورشيدی مبتنی بر مواد آلی شامل سلول های خورشيدی حساس به رنگ، سلول های خورشيدی پليمری و سلول های خورشيدی مبتنی بر کريستال های مايع هستند.
• سلول های خورشيدی حساس به رنگ (DSSC )
ساختار پايه يک DSSC وارد کردن بهينه يک نيمه هادی نوع n شفاف (با شکاف انرژی پهن) در يک شبکه ای از ستون ها در ابعاد نانو در تماس با نانوذره ها يا برآمدگی های مرجانی شکل است.
• سلول های خورشيدی پليمری
سلول های خورشيدی پليمری دارای ويژگی های خاصی هستند. چون مواد اکتيو استفاده شده برای ساخت قطعات قابل حل شدن در حلال های آلی بسياری هستند، بنابراين سلول های خورشيدی پليمری دارای پتانسيل لازم برای انعطاف پذيری و قابليت ساخت در يک فرايند چاپ پيوسته همانند چاپ روزنامه را دارند.
• سلول های خورشيدی مبتنی بر کريستال های مايع
در نمونه ای از سلول های خورشيدی از اين نوع از کريستال های مايع ستونی برای ساخت سلول استفاده می شود. گروهی از کريستالهای مايع میتوانند به حالت ستونی وجود داشته باشند. حالت ستونی حالتی است که مولکولهای تشکيلدهنده کريستالهای مايع که میتوان آنها را به ديسکی تشبيه کرد روی هم قرار گرفته و ستونهايی را تشکيل میدهند. در ابتدا اين گروه از کريستالهای مايع، کريستالهای مايع ديسکی ناميده میشدند. زيرا هر ستون از روی هم چيده شدن صفحات ديسک مانند مولکولها روی هم درست میشود. تحقيقات اخير نشان دادهاست که بعضی از کريستالهای مايع ستونی از واحدهای غير ديسکی ساخته میشوند در نتيجه بهتر است به اين گروه از مواد کريستالهای مايع ستونی گفته شود.
5. سلول های خورشيدی مبتنی بر نقاط کوانتومی
در اين ساختارها هنگامی که حامل ها در نيمه هادی به وسيله سد های پتانسيل به نواحی خاصی که کوچکتر يا قابل مقايسه با طول موج دوبروی آنها يا شعاع بوهر اکسيتون ها در نيمه هادی توده است محدود می شوند، ديناميک آرامش کاملا متفاوت خواهد بود.
سلول های فتو ولتایی : تبدیل فوتون به الکترون
سلولهاي خورشيدي كه بر روي ماشينحسابها و ماهوارهها ميبينيد، سلولها يا اتاقكهاي فوتوولتايي هستند (اين اتاقكها در واقع گروهي از سلولهاي الكتريكي متصل به هم هستند و طبق قاعدهاي خاص بستهبندي ميشود). فوتو ولتاها درست مانند پيغامي ضمني هستند (فوتو = نور ، ولتا = الكتريسيته)؛ نور خورشيد مستقيماً به برق تبديل ميشود. قبلها تقريباً فقط در فضا به كار ميرفت؛ فوتو ولتاها بيشتر و بيشتر به شيوههايي كمتر عجيب مورد استفاده قرار گرفتهاند. آنها حتي ميتوانند خانههايتان را روشن كنند. اين قطعات چگونه كار ميكنند؟
سلولهاي فوتو ولتايي (PV) از مواد مخصوصي به نام نيمرسانا ساخته ميشوند مانند سيليكون كه معمولاً بيشترين كاربرد را دارد. اساساً وقتي نور به سلول برخورد كند، بخش معيني از آن جذب و مادهي نيمهرسانا ميشود. اين يعني انرژي نور جذب شده به نيمه رسانا منتقل ميشود. اين انرژي به الكترونهاي سُست ضربه ميزند و به آنها اجازهي حركت مستقل را ميدهد. سلولهاي PV همگي يك يا چند ميدان الكتريكي دارند كه براي اعمال نيرو الكترونهاي آزاد بهوسيلهي جذب نور براي جاري شدن در يك جهت معين در كنش هستند.
اين نوع جاري شدن الكترونها يك جريان است، و با فلز واقع در بالا و پايين سلول PV متصل است، ميتوانيم دريابيم كه جريان مورد استفاده، سطحي است. براي مثال اين جريان يك ماشين حساب را ميتواند به كار اندازد. همچنين همراه با ولتاژ سلول (كه حاصل ميدانهاي الكتريكي يا ميدان وجود دارد) تواني برحسب وات كه سلول خورشيدي ميتواند توليد كند را تعيين ميكند.
اين مرحلهي اصلي است، ولي در واقع مراحل بيشتري وجود دارند. بياييد نگاهي عميقتر به نمونهاي از سلول PV داشته باشيم: يك سلول سيليكوني تك بلوري.
سیلیکون چگونه یک سلول خورشیدی را می سازد؟
سيليكون خواص شيميايي ويژهاي بخصوص در ساختار بلورينش دارد. يك اتم سيليكون، 14 الكترون دارد كه در سه پوستهي محتلف روي هم قرار گرفتهاند. دولايهي اول نزديكتر به مركز كاملاً پر شدهاند. ولي لايهي بيروني با داشتن 4 الكترون نيمهپر است. به طوري كه اتم سيليكون هميشه در جستجوي راهي براي پر كردن لايهي اخر است (تا 8 الكترون را كامل بگيرد). براي انجام اين كار، اين الكترونها را با 4 تا از اتمهاي سيليكون همسايهاش شريك خواهد كرد.
هر اتم تمايل دارد كه موقعيت خود را با اتمهاي همسايهاش حفظ كند، فقط در اين مورد هر اتم از 4 سمت به 4 همسايهاش متصل است. اين قالب ساختار بلوري است و ايجاد اين ساختار براي اين نوع سلول PV اهميت دارد.
سيليكون بلوري خالص را تعريف كرديم. سيليكون خالص رساناي ضعيف الكتريكي است، زيرا هيچيك از الكترونهاي آن مثل الكترونها در رساناهاي خوبي چون مس، به اطراف حركت نميكنند. در عوض الكترونها در ساختار بلوري كاملاً قفل شدهاي قرار دارند. سيليكون در يك سلول خورشيدي كمي تغيير ميكند؛ چراكه همچون يك سلول خورشيدي عمل خواهد كرد.
سلول خورشيدي سيليكون را به همراه ناخالصيهايي دارد (اتمهاي ديگري با اتمهاي سيليكون آميخته ميشوند، با تغيير دادن روشهايي كه يك ذرهي عمل ميكند). معمولاً تصور ميكنيم كه ناخالصيها چيزهاي نامطلوبياند. ولي در اينجا سلول بدون وجود ناخالصي به كار نميافتد! اين ناخالصيها به منظور خاصي افزوده ميشوند. سيليكون را با يك اتم فسفر در دوطرف در نظر بگيريد؛ شايد براي هر يك ميليون اتم سيليكون فسفر در لايهي خارجياش 5 الكترون دارد نه 4 تا. هميشه با اتمهاي سيليكون مجاورش پيوند ميخورد، ولي به يك مفهوم، فسفر الكتروني دارد كه از هيچ طرف به چيزي متصل نيست. بخشي از يك پيوند شكل نميگيرد، ولي يك پروتون مثبت در هستهي فسفر آن را در جايي نگه ميدارد.
وقتي انرژي به سيليكون خالص اضافه ميشود (مثلاً بهصورت گرما)، مي تواند موجب شود كه پيوند تعدادي از الكترونها شكسته شود و اتمهايشان را ترك كنند. يك حفره در هر نمونه از آزاد شده است. سپس اين الكترونها، به طور اتفاقي پيرامون شبكهي بلوري پراكنده ميشوند و حفرهي ديگري را جستجو ميكنند كه درون آن سقوط كنند. اين الكترونها «حاملهاي آزاد» ناميده ميشوند و ميتوانند جريان الكتريكي را جابهجا كنند. بنابراين تعداد كمي از آنها در سيليكون خالص وجود دارند (هر چند خيلي مفيد نيستند). سيليكون ناخالص كه با اتمهاي فسفر تركيب شده داستاني متفاوت دارد. انرژي بسيار كمتري براي ضربه زدن به يكي از الكترونهاي سُست «اضافي» فسفر صرف ميشود؛ زيرا آنها در يك پيوند، مقيد نشدهاند (همسايگانشان مانع آنها نشدهاند). به همين خاطر بيشتر اين الكترونها آزاد ميشوند و ما نسبت به سيليكون خالص حاملهاي آزاد بسيار ببيشتري در سيليكون خالص داريم. اين فرايند اضافه كردن ناخالصي را «ناخالص سازي» ميناميم. سيليكون بهدست آمده به دليل پخش الكترون هاي آزاد «نوع N» ناميده ميشود (Negative). سيليكون آلاييدهي نوع N، رساناي بسيار بهتري نسبت به سيليكون خالص است.
در واقع فقط بخشي از سلول خورشيدي از نوع N است. ساير قسمتها با «بور» آلاييده ميشوند كه به جاي 4 الكترون فقط 3 الكترون در لايهي بيروني خود دارد، بدين ترتيب سيليكون نوع p ميشود. سيليكون نوعp، (Positive)به جاي داشتن الكترونهاي آزاد، حفرهي آزاد دارد. حفرهها در واقع فقط فقدان الكترونها هستند. پس آنها بار قرينه(+) حمل ميكنند. آنها فقط در اطراف الكتروهايي با عملكرد مشابه حركت مي كنند.
قسمت جالب وقتي آغاز ميشود كه سيليكون نوع N را با سيليكون نوع P به كار ببريد. به ياد داشته باشيد كه هر سلول PV در نهايت يك ميدان الكتريكي دارد. بدون ميدان الكتريكي سلول كار نخواهد كرد، و اين ميدان نيز هنگامي بهوجود ميآيد كه سيليكون نوع N و نوع P در تماس هستند. فوراً الكترونهاي آزاد سمت N كه همديگر جستجوي حفره اي براي سقوط در آنها ميباشند، حفره هاي آزاد سمت P را ديده و در يك يورش ناگهاني آنها را پُر ميكنند.
تشریح یک سلول
پيش از اين، سيليكون از نظر الكتريكي كاملاً خنثي بود. الكترونهاي اضافي توسط پروتونهاي اضافي فسفر از تعادل خارج ميشوند. الكترونهاي از دست رفته (حفرهها) با پروتونهاي از دست رفتهي بور، تعادل را از بين ميبرند. وقتي حفرهها و الكترونها در پيوندگاه بين سيليكون نوع N , P تركيب ميشوند، به هر حال خنثايي از دست ميرود. آيا الكترونهاي آزاد همهي حفرههاي آزاد را پُر ميكنند؟ نه! اگر آنها چنين كنند، پس اين نظم كامل مفيد نخواهد بود. ولي درست در پيوندگاه، آنها آميخته شده و حصاري را بهوجود ميآورند. با سختتر و سختتر كردن آن براي الكترونهاي نوع N كه به سمت P عبور ميكنند. در نهايت موازنه برقرار ميشود و ما يك ميدان الكتريكي جداگانهي دوجانبه داريم.
اين ميدان الكتريكي با هل دادن الكترون ها براي جاري شدن از نوع p به نوع N و نه به طريق ديگري همانند ديود عمل ميكند. اين حالت شبيه يك توده است (الكترونها به سادگي ميتوانند به توده سرازير شوند، ولي نميتوانند از آن بالا روند).
بنابراين ما يك ميدان الكتريكي فعال بهدست آورده ايم؛ مانند يك ديود كه در آن الكترونها فقط ميتوانند در يك جهت حركت كنند.
هنگامي كه نور در قالب فوتونها، به سلول خورشيدي برخورد كنند، انرژي آنها زوج الكترون-حفره آزاد ميكند. هر فوتون با انرژي كافي معمولاً يك الكترون را به طور كامل آزاد خواهد كرد و يك حفرهي آزاد را نيز نتيجه ميدهد.
اگر اين رويداد به قدر كافي به ميدان الكتريكي نزديك باشد، يا اگر الكترون آزاد و حفرهي آزاد رويداد انحراف به درون گسترهي تأثيرش رخ دهد، اين ميدان الكترون را به سمت N و به سمت P حفره گسيل خواهد كرد. اين بيشتر در نتيجهي اتمام خنثايي الكتريكي است و اگر ما يك مسير جريان سطحي را بهوجود آوريم، الكترونها در سراسر مسير در جهت اصليشان (سمت P) براي پيوستن به حفرههايي كه انجام كار ميدان الكتريكي به آنجا گسيل شده، جريان مييابند. حركت الكترون جريان را توليد ميكند، و ميدان سلول ولتاژ را بهوجود ميآورد. با داشتن جريان و ولتاژ توان را داريم كه حاصلضرب اين دو خواهد بود.
مراحل بيشتري هستند كه پيش از آنكه ما واقعاً بتوانيم از سلول استفاده كنيم رها ميشوند. سيليكون پيش ميآيد كه مادهي بسيار صيقلي باشد، كه به معني اينست كه بسيار بازتابننده است. فوتونهايي كه بازتابندهاند نميتوانند توسط سلول به كار روند. به همين علت، يك اندود ضد انعكاس در بالاي سلول به كار رفته كه اتلاف بازتاب را تا كمتر از 5 درصد كاهش ميدهد.
مرحلهي آخر صفحهي روكش شيشهاي كه سلول را از عناصر حفظ ميكند. اتاقكهاي PV با اتصال چندين سلول (معمولاً 36 عدد) به صورت سري و موازي براي دستيابي به ترازهاي مفيد ولتاژ و جريان ساخته ميشوند و با به كار بردن آنها در يك قالب تنومند با يك پوشش شيشهاي و پايانههاي مثبت و منفي پشت آن كامل ميشود.
سلول PV چهمقدار از انرژي تابشي خورشيد را جذب ميكند؟ متأسفانه بيشترين چيزي كه سلول سادهي ما ميتواند جذب كند حدود 25 درصد است و البته 15 درصد و كمتر محتملتر است. چرا اينقدر كم؟
|
|
|
|
|
شكل 4- ساختار يك مولد سلول سيليكونيPV |
 |
|
شكل 3- (A) سيليكون نوع N و (B) سيليكون نوعP |
 |
|
شكل2- (A) سيليكون نوع N و (B) سيليكون نوعP |
 |
|
شكل 1- در اين تصوير صفحههاي خورشيدي را ميبينيد |
منابع : دانشگاه علم و صنعت - رشد
نظرات
عکسهای ذیل را هم ببینید خالی از لطف نیست
«سایالی کالوسکار» به این منظور بیش از 200 سلول خورشیدی را روی دسته عینک «ری بن» نصب کرده است . وقتی عینک روی چشم است و در مقابل آفتاب قرار می گیرد ، سلولهای خورشیدی اقدام به جذب اشعه های خورشید کرده و برای شارژر باطری آماده می شود. 3 ساعت شارژ سلولهای خورشیدی قابلیت شارژ کامل باطری گوشی های همراه را دارد.
نصب بر روی سقف خانه های شیب دار
استفاده در نمای ساختمان ها
استفاده در معابر شهری