فتوولتائیک چگونه کار میکند؟

فتوولتائیک چیست؟

فتوولتائیک سیستمی است که می تواند انرژی خورشیدی را مستقیماً به برق تبدیل کند. استفاده از سیستم های فتوولتائیک به ما این امکان را می دهد که محیط را تمیز نگه داریم، زیرا سیستم های تولید انرژی فتوولتائیک تأثیر کمی بر طبیعت دارند. به پدیده‌ای که در اثر تابش نور خورشید بدون استفاده از هیچ سازوکار محرکی، برق تولید کند پدیده فتوولتائیک و هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند، سیستم فتوولتائیک نامیده میشود.

استفاده از سیستم فتوولتائیک (به اختصار PV) بهترین راه برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق است و بر اساس اثر فتوولتائیک است. اولین بار در سال 1839 توسط هانری بکرل مشاهده شد. این پدیده را می توان به طور کلی به عنوان ظهور یک ولتاژ الکتریکی بین دو الکترود متصل به مایع یا جامد تحت تابش نور تعریف کرد که اثر فتوولتائیک نامیده می شود. در سلول های خورشیدی، جذب نور در مواد نیمه هادی اتفاق می افتد. مواد نیمه هادی باید قادر به جذب بیشتر طیف نور خورشید باشند.

کاربرد سیستم‌های فتوولتائیک

امروزه از کاربردهای سیستم فتوولتائیک میتوان به  انرژی‌های نو اشاره کرد و تا به امروز سیستم‌های مختلفی با ظرفیت‌های مختلف (از 0.5 وات تا چند صد مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه‌اندازی شده‌اند و به دلیل قابلیت اطمینان و کارایی آن‌ها. این سیستم ها هر روز مورد استفاده قرار می گیرند و در بین متقاضیان خود محبوب هستند. تعداد آنها در حال افزایش است. با اتصال سلول های خورشیدی به صورت سری و موازی می توان جریان و ولتاژ کافی را به دست آورد. ترکیبی از سلول های سری و موازی را پنل فتوولتائیک می نامند.

پانل های فتوولتائیک یا به سادگی پنل های خورشیدی، تجهیزاتی هستند که نور خورشید را به برق (جریان مستقیم) تبدیل می کنند. پانل های فتوولتائیک در اندازه ها و ابعاد مختلف (از چند میلی متر مربع تا بیش از 2 متر مربع) ساخته می شوند. نمونه های کوچک این صفحات در ماشین حساب های نوری بسیار رایج است و از نمونه های بزرگ این صفحات برای ساخت نیروگاه های فتوولتائیک استفاده می شود. عکس زیر یک نیروگاه فتوولتائیک را نشان می دهد.

اجزای سیستم فتوولتائیک

یک سیستم PV خورشیدی از اجزای مختلفی تشکیل شده است که باید بر اساس کاربرد، مکان و نوع سیستم انتخاب شوند. اجزای اصلی سیستم عبارتند از: ماژول فتوولتائیک (سلول خورشیدی)، کنترل کننده شارژ، اینورتر، باتری و بار.

هر سلول خورشیدی حاوی یک کریستال سیلیکون است، در واقع یک شبکه کووالانسی از اتم های سیلیکون است، اگر سیلیکون خالص باشد، هر اتم سیلیکون یک شبکه کووالانسی تشکیل می دهد که الکترون های لایه ظرفیت را با اتم همسایه به اشتراک می گذارد، در این مورد، اگر این الکترون ها انرژی را جذب می کنند و این انرژی بیشتر از انرژی اتصال باشد، این پیوندها شکسته می شوند و این الکترون ها می توانند آزادانه در این شبکه حرکت کنند، این رسانایی را رسانایی درونی یا ذاتی می نامند و در مجموع صفر خواهد بود.

آشنایی با سیستم های فتوولتائیک

سیستم فوتوالکتریک از سه بخش اصلی تشکیل شده است:

• ماژول ها یا پنل های خورشیدی که انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.
• قسمت میانی یا قسمت توان مورد نظر بر اساس طراحی اجرا شده بر اساس نیاز مصرف کننده، الکتریسیته حاصل از سلول های خورشیدی را کنترل و القا می کند.
• مصرف كننده يا بار الكتريكي، كليه مصرف كنندگان الكتريكي اعم از مصارف برق مستقيم ( DC وAC (را متناسب با ميزان مصرف شامل ميگردد.

نحوه کار سیستم فتوولتائیک

کاری که اثر فوتوالکتریک انجام می دهد تولید انرژی الکتریکی از نور خورشید است. این تابش به شکل گرما در می آید و با این اثر به الکتریسیته تبدیل می شود. برای تحقق این امر، سلول های فتوولتائیک باید به صورت سری در سراسر پانل های خورشیدی قرار گیرند. این کار به این منظور انجام می شود که بتوانید ولتاژ مناسبی داشته باشید که امکان تولید برق را فراهم می کند.

بدیهی است که تمام تابش خورشید از جو به انرژی الکتریکی تبدیل نمی شود. بخشی از آن با انعکاس از بین می رود و برخی با انتقال از بین می رود. یعنی بخشی به محیط بازگردانده می شود و قسمت دیگر به سلول منتقل می شود. مقدار تابشی که فوتون ها قادر به برقراری ارتباط با آن هستند باعث می شود الکترون ها از یک سطح به سطح دیگر بپرند. تنها در این صورت الکتریسیته ایجاد می شود که قدرت آن متناسب با میزان تشعشعی است که در نهایت به سلول ها برخورد می کند.

نتیجه گیری

هنگامی که نور خورشید به سلول فتوولتائیک می تابد، اختلاف پتانسیل منفی و مثبت بین دو الکترود ایجاد می شود که باعث می شود جریان بین آنها جریان یابد. فتوولتائیک ها را می توان در دسته فناوری انرژی های تجدیدپذیر قرار داد. سلول های فتوولتائیک از نور خورشید و سلول های خورشیدی برای تولید الکتریسیته با ایجاد اختلاف فشار الکتریکی بین نیمه هادی های خوب استفاده می کنند. پانل های فتوولتائیک یا پانل های خورشیدی، دستگاه هایی هستند که نور خورشید را مستقیماً به برق (جریان مستقیم) تبدیل می کنند.

پانل های فتوولتائیک در اندازه ها و ابعاد مختلف (از چند میلی متر مربع تا بیش از 2 متر مربع) ساخته می شوند. نمونه های کوچک این صفحات در ماشین حساب های نوری بسیار رایج است و نمونه های بزرگتر از این صفحات برای ساخت نیروگاه های فتوولتائیک استفاده می شود. اکثر سلول های خورشیدی تجاری از یک لایه نازک سیلیکون ساخته شده اند که بین دو نوع نیمه هادی مختلف تقسیم شده است. نتیجه این است که یک طرف، که نیمه هادی نوع n نامیده می شود، الکترون ها را دفع می کند، در حالی که طرف دیگر، نیمه هادی نوع p، الکترون ها را جذب می کند. صفحه ای که هر دو نیمه هادی در آن به هم متصل هستند، لایه واسط یا تخلیه نامیده می شود.

سوالات متداول