صفحه اصلی / تجهیزات خورشیدی / سیستم های فتوولتائیک چگونه کار می کند؟

سیستم های فتوولتائیک چگونه کار می کند؟

فتوولتائیک تبدیل مستقیم نور به برق در سطح اتمی را فتوولتائیک می­ گویند. برخی از مواد ویژگی را تحت عنوان اثر فوتوالکتریک نشان می­ دهدکه باعث می­ شود آن­ها فوتون­ های نور را جذب و الکترون آزاد کند. هنگامی که این الکترون­ های آزاد به­ دام می­ فتند، جریان الکتریکی حاصل می­ شود که می­ تواند به­ عنوان برق استفاده­ شود. اثر فوتوالکتریک برای اولین بار در سال ۱۸۳۹ توسط یک فیزیکدان فرانسوی، به­نام ادموندبکرل، موردتوجه ­قرار گرفت. او دریافت که مواد خاصی وقتی در معرض نور قرارمی­گیرند مقدار کمی جریان الکتریکی تولید می­ کنند. در سال ۱۹۰۵، آلبرت اینشتین ماهیت نور و اثر فوتوالکتریک که فناوری فتوولتائیک بر اساس آن است را شرح داد که بعدا جایزه نوبل فیزیک را به ­دست ­آورد . ماژول­ های فتوولتائیک برای اولین بار در سال ۱۹۵۴ در آزمایشگاه­ های بل ساخته­ شد که به عنوان یک باتری خورشیدی ثبت­ شد و عمدتا فقط یک کنجکاوی بود چون خیلی گران بود که مورد استفاده گسترده قرار بگیرد. در سال ۱۹۶۰، صنعت فضا ساخت اولین کاربرد جدی از فوتوولتائیک برای تامین توان داخل فضاپیما را شروع کرد. به واسطه برنامه­ های فضایی، تکنولوژی فوتوولتائیک پیشرفته و مورد اعتماد واقع­ شد و هزینه­ ها شروع به کاهش کرد. طی بحران انرژی در سال ۱۹۷۰، فناوری فتوولتائیک به عنوان یک منبع قدرت برای کاربردهای غیر فضایی رسمیت یافت. cell نمودار فوق عملکرد سلول فتوولتائیک پایه را نشان می­ دهد که اغلب سلول خورشیدی نامیده می­ شود. سلول­ های خورشیدی از نوع یکسانی از مواد نیمه هادی، مانند سیلیکون مورداستفاده در صنعت میکروالکترونیک ساخته ­شده ­است. برای سلول­ های خورشیدی، یک ویفر نیمه­ هادی نازک وجوددارد که به ­طور خاصی به شکل یک میدان الکتریکی رفتار می کند، مثبت آن در یک طرف و منفی در طرف دیگر قراردارد. هنگامی که انرژی نور به سلول های خورشیدی برخورد می­کند، الکترون­ های مورد اصابت واقع شده  از اتم­ها در مواد نیمه­ هادی کنده می­ شود. اگر رساناهای الکتریکی سمت مثبت و منفی متصل شوند، تشکیل یک مدار الکتریکی می­ دهند، که الکترون ها را می­ توان در قالب یک جریان الکتریکی گرفت، پس از این برق می­ توان برای تولید قدرت یا بار مانند روشنایی یا یک ابزار استفاده ­شود.­­ تعدادی از سلول­ های خورشیدی الکتریکی به یکدیگر متصل شده و در یک سازه تکیه گاهی یا قاب، یک ماژول  فتوولتائیک تشکیل می­ دهند. ماژول ­ها برای تامین برق در یک ولتاژ خاص، مانند یک سیستم ۱۲ ولت رایج، طراحی می ­شوند. این جریان تولیدشده به­ طور مستقیم به این وابسته­ است که چگونه نور بیشتری به ماژول برخورد­کند. array می­ توان ماژول­ های مختلف  را به­ هم  متصل کرده و به شکل یک آرایه درآورد. به­ طور کلی، سطح بزرگتر ماژول یا آرایه، برق بیشتری تولید خواهدکرد. ماژول­ های فتوولتاییک و آرایه­ ها جریان مستقیم برق (DC) تولید می­ کنند. آن­ها را می­ توان در هر دو آرایش الکتریکی سری و موازی به­ هم متصل­کرد و ولتاژ و جریان مورد نظر را از این ترکیب تولید کرد. multijunction امروزه از رایج ترین دستگاه های PV  به­عنوان تک اتصال، و یا رابط، برای ایجاد یک میدان الکتریکی در یک نیمه­هادی مانند یک سلول PV استفاده می­شود.  در یک سلول PV تک اتصال، تنها فوتون­هایی که انرژی مساوی یا بزرگتر از شکاف باند(band gap) مواد سلولی دارد می­تواند یک الکترون در مدار الکتریکی آزاد کند. به عبارت دیگر، پاسخ فتوولتائیک سلول­های تک اتصال به­ بخشی از طیف خورشید که انرژی آن بالاتر از شکاف باند مواد جاذب است محدود می­شود، و فوتون­ های با انرژی پایین­تر استفاده نمی­ شود. یک راه­ حل پیرامون این محدودیت استفاده از دو (یا بیشتر) سلول مختلف، با بیش از یک شکاف باند و بیش از یک اتصال، برای تولید یک ولتاژ است. این­ ها سلول های “چند اتصالی” (همچنین به نام “آبشار” و یا سلول های “پشت سر هم”) نامیده می­ شود. دستگاه­ های چند اتصالی می­ تواند به راندمان تبدیل کل بالاتری برسد زیرا که آن­ها می­ تواند طیف بیشتری از انرژی نور را به برق تبدیل می­ کند. همان­طور که در زیر نشان داده ­است، یک دستگاه چند اتصالی مجموعه­ ای از سلول­ های تک اتصال به ­ترتیب شکاف باند نزولی است. سلول بالا فوتون­ های پر انرژی را به دام می­ اندازند و فوتون­ های با انرژی کمتر توسط سلول­ های پایین شکاف جذب می­ شود. tunneljunction بسیاری از تحقیقات امروز در سلول­ های چند اتصالی روی گالیم آرسنید به عنوان یکی (یا همه) از سلول­ های     جزء تمرکز می­ کند. با این شرایط سلول­ ها به بازده حدود ۳۵ درصد در زیر نور خورشید متمرکز رسیده ­اند. مواد دیگر مورد مطالعه برای دستگاه­ های چند اتصالی سیلیکن بی­نظم و دی­-سلنویید ایندیم­ مس بوده ­است. ب ه­عنوان مثال، در دستگاه چند اتصالی زیر از یک سلول بالای گالیم­ ایندیم ­فسفید ، “یک اتصال تونل” برای کمک به جریان الکترون­ ها میان سلول­ ها، و یک سلول پایین گالیم ­آرسنید استفاده شده­ array cell multijunction tunneljunctionاست.

درباره امین محمدی

امین محمدی کارشناس ارشد مهندسی مکانیک هستم. از سال 1391 در شرکت کاوه یاد به عنوان مدیر عامل مشغول فعالیتم.

این مطالب را نیز ببینید!

2267_orig

پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران

انرژی خورشیدی یکی از منابع انرژیهای تجدیدپذیر و از مهمترین آنها می باشد. میزان تابش …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

error: تمام حقوق مادی و معنوی محفوظ می باشد
f4750c