سلول های فتوولتائیک خورشیدی که به آن ها سلول های خورشیدی (فوتو برگرفته از نام فوتون و ولتائیک برگرفته از نام الکتریسیته) گفته می شوند، نور خورشید را دریافت کرده و سپس به الکتریسیته تبدیل می کنند.

اجزای سلول فوتوولتائیک

• ویفر
• کریستال
• رابط ها

کریستال

یک کریستال از اتم های سیلیکون تشکیل شده است. پیوند ها (بین اتم های سیلیکون) از الکترون تشکیل شده اند.وقتی نور به سطح کریستال می تابد ، باعث تحریک یکی از الکترون های یکی از اتم ها ی کریستال می شود .این امر باعث می شود که الکترون از مکان خود سست و سپس جدا شود و یک حفره تشکیل شود و اتم‌هایی با بار مثبت باقی می‌گذارد. این اتم‌ها الکترون‌های آزاد در سیلیکون را جذب می‌کنند. اگر یک پیوند N-P در سیلیکون تشکیل شود، این حرکت تصادفی می‌تواند به یک جریان از الکترون‌ها تبدیل شود. الکترون‌های جدا شده بوسیله فوتون‌ها در نزدیکی پیوند N-P ، به سمت ناحیه P پیوندگاه جذب می‌شوند. نتیجه آن، بوجود آمدن یک جریان در حضور نور است. با وصل کردن سیم مسی به بالا و پایین سلول خورشیدی ، می توان این انرژی را به تسخیر دراورد. این جریان به همراه ولتاژ حاصل از میدان الکتریکی، توان الکتریکی را تشکیل می دهند .این همان توانی است که مشخصه سلول های خورشیدی می باشد . مثلا می گوییم توان این سلول ۵وات است.

ویفر

ویفر که به آن برش یا زیر لایه گفته می شود،برش نازکی از یک نیمه رسانا مانند سیلیکون بلورین است. ویفر در حوزه ی فوتوولتاییک در ساخت پنل های خورشیدی کاربرد دارد. در ویفرهای خورشیدی، یک سلول خورشیدی که بیشتر چهارگوش است، تمام ویفر را دربر می‌گیرد.

پنل خورشیدی

برای تولید الکتریسیته به این روش ، معمولا از پنل‌های خورشیدی که به اصطلاح پنل‌های فوتوولتاییک ( Photovoltaic (PV) solar panels) نامیده می شوند، استفاده می کنند.

این پنل‌ها از تعداد زیادی سلول خورشیدی تشکیل شده اند. ماده اصلی تشکیل دهنده پنل‌های خورشیدی در حال حاضر سیلیکون می‌باشد. سیلیکون مورد نیاز برای ساخت یک سلول باید کاملا کریستالی و خیلی خالص باشد.

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 و در بخش دیگر حفره.این ناخالصی ها بور و فسفر می باشند. با اضافه کردن اتم فسفر نوع N سیلیکون که سرشار از الکترون است را تشکیل می دهیم . با اضافه کردن ناخالصی بور تعداد حفره ها را افزایش می دهیم و نوع P سیلیکون را تشکیل می دهیم.

با اتصال دونوع سیلیکون به یکدیگر و قرار دادن سیلیکون نوع N در مقابل نور، به محض دریافت انرژی از خورشید الکترون آزاد میکند. الکترون برای رسیدن به حالت پایه باید به سمت نوع P حرکت کند .

با قرار دادن سیم بین دو نوع ناخالصی، از انرژی الکترون عبوری استفاده می شود.این فرایند در یک سلول باعث ایجاد برق خورشیدی می شود.

پنل های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

پنل های خورشیدی فوتوولتاییک، برق DC تولید می کنند.در جریان مستقیم (DC)، الکترون ها در یک مسیر در مدار حرکت می کنند. مانندلامپی که با باتری روشن می‌شود، الکترون‌ها از قطب منفی باتری حرکت کرده و با گذر از لامپ به قطب مثبت باز می گردند.

برق تولید شده در اکثر ژنراتور‌ها ، اعم از نیروگاه‌های حرارتی، هسته‌ای و توربین‌های بادی، از نوع جریان مستقیم است. ولی انتقال برق با جریان متناوب به صرفه تر بوده و اتلاف آن در مسیر کمتر است. در نتیجه شبکه برق بیشتر کشور‌ها همانند ایران با جریان متناوب تامین می‌شود.

• همانطور که گفته شد برق تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی از نوع جریان مستقیم است. راه حل چیست؟ استفاده از اینورتر‌هایی که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کنند.

اینورتر خورشیدی

این وسیله جریان مستقیم را از پنل خورشیدی دریافت و به جریان متناوب تبدیل می کند. به عبارت دیگر یک مبدل برق دستگاه الکترونیکی می باشد.اینورتر ها مغز سیستم هستند.

علاوه بر تبدیل جریان وظیفه ی خطای اتصال به زمین و پایداری وضعیت سیستم که شامل ولتاژ و شدت جریان در مدارهای AC و DC،تولید انرژی و ردیابی نقطه ی حداکثر توان را نیز بر عهده دارند.

اینورترهای مرکزی از ابتدا تا کنون در صنعت انرژی خورشیدی نقش بسزایی داشته اند اما دارای معایب بسیار زیادی بودند.

بطور مثال هنگامی که از اینونتور‌های مرکزی استفاده می‌شد، ایجاد مشکل در یکی از پنل‌های خورشیدی (مثلاً کثیف شدن آن یا افتادن سایه روی آن) باعث کاهش کارایی کل نیروگاه خورشیدی می‌شد.

اما با فناوری جدید میکرو اینورتر‌ها، فقط کارایی همان پنل کاهش یافته و بقیه پنل‌ها با کارایی بالا به کار خود ادامه می‌دهند.

میکرو اینورتور‌ها بر خلاف اینورترهای مرکزی که برای کل سیستم تولید انرژی خورشیدی تنظیم می‌شدند، برای هر پنل خورشیدی به طور جداگانه نصب شده و تولید انرژی در آن را بهینه سازی می‌کنند.

این امر باعث شده است که هر پنل به طور جداگانه و مستقل از شرایط کل، به صورت بهینه برای تولید حداکثر توان کار کند.

گردآورنده:

هادی اصغری، مهناز تنها