پنل خورشیدی چیست و چگونه کار میکند؟

 

 

خورشید، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژی های دیگر زمین است. تقریبا تمامی منابع انرژی روی زمین بوسیله خورشید تامین می گردد. فقط انرژی اتمی، انرژی داخل زمین و آن قسمتی از انرژی جذر و مد که بوسیله نیروی جاذبه ماه می باشد بوسیله خورشید تامین نمی شود.

 

خورشید کره ای است که به طور کامل از گاز تشکیل شده و بخش بیشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است که دانشمندان به آن پلاسما می گویند.

جرم خورشید ۹۹,۸ درصد از جرم کل منظومه شمسی و ۳۳۳.۰۰۰ برابر جرم زمین است. دمای سطح خورشید ۵۸۰۰ درجه کلوین و دمای هسته خورشید بیش از ۱۵میلیون درجه کلوین می‌باشد. شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود ۶۹۵,۵۰۰ کیلومتر، تقریبا ۱۰۹ برابر شعاع زمین است.

بدلیل بازتاب، تفرق و جذب توسط گازها و ذرات معلق در جو تنها ۴۸% از این انرژی به سطح زمین می رسد. بدین ترتیب انرژی تابیده شده به سطح زمین سالانه حدوداً معادل ۷ در ۱۰ به توان ۱۷ کیلووات ساعت است

 

پنل های خورشیدی تاکنون که متوجه شدیم تنها از ۴۸% نور خورشید بهره خواهند برد که همین مقدار هم برای تامین کل انرژی کره خاکی ما کافی است. به این علم، علم تبدیل نور خورشید به الکتریسیته فتوولتائیک (PhotoVoltaic) میگویند. PV شامل تکنولوژی تبدیل مستقیم نور خورشید به برق میباشد. اصطلاح فتو به معنی نور و ولتائیک به معنی برق میباشد.

تبدیل فتوولتائیک انرژی خورشیدی شامل محدوده گسترده ای از اطلاعات و دانش ها میباشد:
مسائل انرژی ، مشخصات تشعشع خورشیدی رسیده به سطح زمین، اثر فتوولتائیک در اتصال دیودی، خواص نیمه هادی‌هایی که در فتوولتائیک مهم هستند، تکنولوژی سلول‌های خورشیدی، ساختار ماژول‌ها و آرایه‌های فتوولتائیک، سیستم‌های کنترل ایستگاه قدرت فتوولتائیک و همچنین مسائل بوم شناختی و اقتصادی تاسیسات فتوولتائیک.
فتوولتائیک شاخه‌های زیادی از علوم و تکنولوژی را به هم مرتبط میسازد، هدف علمی اصلی فتوولتائیک تولید سلول‌های خورشیدی و سیستم‌های خورشیدی با پایداری بالا و بازده بالاست و اینکه از لحاظ اقتصادی قابل قبول باشند.

بیشتر سلول‌های خورشیدی (سلول‌های فتوولتائیک) از سیلیکون کریستالی ساخته میشوند. سیلیکون به صورت طبیعی به صورت سیلیکات در بیشتر صخره‌ها و به طور متداول در شن‌های ساحلی یافت میشود با این حال سیلیکون مورد نیاز برای ساخت یک سلول باید کاملا کریستالی و خیلی خالص باشد.

سیلیکون یک ماده نیمه رسانا است یعنی با انرژی بسیار کمی الکترون آزاد ایجاد میکند. به همین علت است که از سیلیکون در سلول‌های خورشیدی استفاده میشود. با اینکه سیلیکون به انرژی بسیار کمی برای انتقال الکترون آزاد نیاز دارد، ما به آن کمی ناخالصی اضافه میکنیم تا این انرژی به مراتب کمتر بشود.
در واقع سیلیکون ساختاری به شکل زیر دارد .

ما دو نوع ناخالصی به اتم سیلیکون اضافه میکنیم، ناخالصی نوع N و نوع P با اینکار در یک قسمت سیلیکون الکترون به وفور یافت میشود ودر بخش دیگر حفره.
ما با اضافه کردن ماده‌ای مانند فسفر که ساختاری مانند زیر دارد نوع N سیلیکون را تشکیل داده ایم. در این نوع لایه نشانی، الکترون به وفور یافت میشود و به کمترین انرژی بستگی نیاز دارد.

 

حال این دو نوع از سیلیکون را به یکدیگر اتصال میدهیم. نوع N که سرشار از الکترون است را در سمت نور قرار می‌دهیم که به محض دریافت انرژی از خورشید الکترون آزاد میکند و الکترون برای رسیدن به حالت پایه باید به سمت نوع P حرکت کند.

و به این ترتیب انسان با قرار دادن سیم بین دو نوع ناخالصی، از انرژی الکترون عبوری استفاده میکند. این فرایند در یک سلول از سیستم برق خورشیدی انجام میشود. سلول خورشیدی امروزه تنوع بالایی دارد که در قسمت پایین به سه نوع اصلی اشاره شده است: