۱-۱-سیستم‌های فتوولتائیک
سیستم‌های فتوولتائیک یکی ازپرمصرف‌ترین کاربرد انرژی نو می‌باشدوتاکنون سیستم‌های گوناگونی باظرفیت‌های مختلف ۵/۰وات تاچندمگاوات،درسراسرجهان نصب وراه اندازی شده است وباتوجه به قابلیت اطمینان وعملکرداین سیستم‌ها هر روزه برتعدادمتقاضیان آنهاافزوده می‌شود.از اینرو مطالعات زیادی پیرامون سیستم‌های فتوولتائیک در حال انجام است.
فتوولتائیک از دو کلمه فوتو که در زبان یونانی به معنای نور می‌باشد و کلمه ولتائیک به معنای الکتریسیته گرفته شده است لذا فتوولتائیک به معنای الکتریسیته نوری می‌باشد.به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک،الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند.به صفحه‌ای که انرژی تابشی خورشیدرا به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند،سلول یا باطری خورشیدی می‌گویند.سلول‌های خورشیدی به طورعمده ازسیلیسیوم ساخته می‌شود.
شکل۱-۱ نحوه عملکرد یک سلول فتوولتائیک
این سلول‌هاکریستال‌های صافی هستند که از یک سری لایه نازک از جنس نیمه هادی ساخته شده‌اند که ویژگی‌های الکترونیکی متفاوتی دارند و این امر موجب پیدایش میدان‌هایالکتریکی قوی درون آنها می‌شود.هنگامی که نور وارد کریستال می‌شود،الکترون‌هایی که توسط نور تولید می‌شوندبه وسیلهاین میدان‌ها جدا و اختلاف پتانسیلی بین وجوه بالایی و پایینی سلول بوجودمی‌آید،در صورتی که مسیر مدار بسته شود آنگاه این اختلاف پتانسیل جریان مستقیمی را بوجودمی‌آورد.برای بدست آوردن ولتاژ و جریان مورد نظر سلول‌ها را با آرایش‌های مختلف به هم متصل کرده و بصورت ماژول درمی‌آورند.ماژول‌ها روی یک صفحه یا قاب فلزی(معمولاً آلمینیومی)نصب شده و پنل یا صفحه فتوولتائیک را تشکیل می‌دهند[۱].
شکل۱-۲ سلول،ماژول و آرایه فتوولتائیک
شکل۱-۳ ساختار داخلی سلول فتوولتائیک
از سری و موازی کردن سلول‌هامی‌توان به جریان‌ها و ولتاژهای مورد نظر رسید.سلول‌های سری شده ولتاژ بیشتر را بدستمی‌دهند و همچنین سلول‌های موازی شده جریان بیشتری را تولید می‌کنند.
شکل ۱-۴ اتصال الکتریکی سلول‌هابصورت سری و موازی
امروزه این گونه سلول‌هامعمولاً از سیلیسیم تهیه می‌شوند و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور به وفور یافت می‌شود.سیلیسیم یک نیمه هادی است که به طور خالص از نظر هدایت الکتریکی،هادی ضعیفی است ولی اگر در موقع پالایش،به آن فسفر اضافه شود،با منفی(الکترون) پیدا کرده و در صورتی که بور به آن اضافه شود،بار مثبت(حفره) پیدا می‌کند.نوع اول را سیلیسیم نوع N و نوع دوم را نوع Pمی‌نامند.سیلیسیم دارای ۴ الکترون در مدار خارجی خود می‌باشد،هنگامی که اتم فسفر به داخل کریستال سیلیسیم وارد شود با توجه به اینکه فسفر دارای ۵ الکترون در مدار خارجی خود است ۴ الکترون مدار خارجی فسفر با ۴ الکترون مدار خارجی سیلیسم یک مدار بوجود آورده و به این ترتیب یک الکترون بصورت آزاد باقی می‌ماند و نیمه هادی نوع Nبوجودمی‌آید و به همین ترتیب چنانچه به جای فسفر اتم بور را که دارای ۳ الکترون در مدار خارجی خود است به سیلیسیم اضافه کنیم یک حفره بوجودمی‌آید یعنی سیلیسیم بصورت مثبت باردار شده است در این هنگام کریستال نوع P را تشکیل داده‌ایم.
شکل۱-۵ نحوه تشکیل الکترون آزاد و حفره در ترکیب فسفر و بور با سیلیسیم
حال اگر یک طرف یک سیلیسیم نوعP را از نوع N باردار کنیم یک اتصال P-N به جود می‌آید.در طرف نوع Pحفره‌های آزاد و اتم بور با بار منفی و ساکن و در طرف نوع Nالکترون‌های آزاد و اتم‌های فسفر با بار مثبت وجود دارند.
حال اگر یک فوتون(ذره‌ای از نور) به اتصال P-N ما برخورد کند الکترون را از اتم سیلیسیم جدا کرده و در نتیجه حفره بوجودمی‌آورد.حفره‌ی مزبور تحت تأثیر میدان موجود به سمت ناحیه P و الکترون به سوی ناحیه N حرکت کرده و این دو حرکت مخالف با بارهای مختلف،یک جریان الکتریکی بوجودمی‌آورند.با اتصال کنتاکت هایی به رویه‌های قطعات نیمه هادی،مداری تشکیل می‌شود که اجازه برگشت الکترون‌ها را به اتصال نوع P از میان یک بار خارجی را می‌دهد.
برای هر سلول فتوولتائیک یک جریان اتصال کوتاه و یک ولتاژ مدار باز تعریف می‌شود.تحت آزمایش‌هایی که در شرایط متفاوتی در تابش خورشید ۱۰۰۰ و با سلولی در دمای ۲۷ درجه سانتیگراد به عمل آمده مقدار جریان اتصال کوتاه بین ۱ الی ۲/۱ آمپر در هر سانتیمتر مربع سطح سلول،ولتاژ مدار باز در حدود ۵۵/۰ الی ۷۷/۰ ولت بدست آمده است.میزان افزایش و یا کاهش ولتاژ به ازای هر درجه سانتیگراد،برابر ۲۲/۰ ولت آزمایش شده است.از آنجایی که در روزهای صاف آفتابی به طور متوسط شدت تشعشع خورشید در حدود ۱۰۰۰و درجه حرارت متوسط ۲۷ درجه سانتیگراد می‌باشد،پس سلول‌های فتوولتائیک می‌توانند نتیجه مطلوبی در عملکرد خود داشته باشند.
آخرین نظرات