تبیان، دستیار زندگی

مواد سازنده سلول های خورشیدی

ماهواره های دریافت كننده انرژی خورشیدی

فتوولتاییك به سیستمی گفته می شود كه انرژی خورشید را مستقیماً به انرژی الكتریكی تبدیل كرده جوابگوی بخش وسیعی از نیاز جامعه به انرژی می باشد. در این سیستم بدون استفاده از فرایند ترمودینامیك یا سیال عامل، انرژی تشعشعی فوتونهای نور خورشید با راندمان 5 تا 25 درصد، مستقیماً به انرژی الكتریكی تبدیل می شود.

• 
  
  سیستم های فتوولتاییك ( PV )
  
  


• 
  
  ماده اولیه به كار رفته در سیستم های فتوولتاییك سیلیكون است. زمانیكه صفحه های سیلیكون در معرض تابش نور خورشید قرار می گیرند، جریان الكتریكی مستقیم DC در آنها تولید می شود. ( تصویر 1).
  
  


• 
  
  پانلهای فتوولتاییك نسبت به تابش های مستقیم و پراكنده عكس العمل نشان می دهند. اما مقدار خروجی انرژی الکتریکی با افزایش مقدار تابش نور یا پرتوافكنی بیشتر، افزایش می یابد. سیستم فتوولتاییک در بسیاری از تولیدات امروزی مانند ماشین های حساب، ساعتها، رادیوها، فانوسهای دریایی، ماهواره ها و حتی نسل جدید خودروها استفاده می شود.پدیده دیگری که هم اکنون رایج گردیده، استفاده ازسیستم فتوولتاییک در معماری و صنعت ساختمان بمنظور تامین برق ساختمانها می باشد. ( تصویر 2).
  
  


• 
  
  
  
  


• 
  
  (تصویر 1) : دیاگرام سیستم فتوولتاییک  (تصویر 2) : تابش مستقیم و پراکنده
  
  

• 
  
  انواع سیستم های فتوولتاییك 
  
  


• 
  
  سیستم های متداول فتوولتاییك دارای انواع مختلف مونوكریستالین سیلیكون، پلی كریستالین سیلیكون و فیلمهای نازك سیلیكون ( سیلیكون بدون شكل ) می باشند. یك نمونه سلول كریستالین ممكن است ابعادی در حدود 100mm *  100mm داشته باشد. در جدول زیر مقدار بازدهی این سیستمها نشان داده شده است.
  
  

• 
  
  جدول 1 : بازدهی فتوولتاییك ها
  

  
  

  نوع	مقدار تولید تقریبی سلول (%)	مقدار تولید و بازدهی تقریبی یك مدول (%)
  1- مونوكریستالین سیلیكون	17 – 13	15  – 12
  2- پلی كریستالین سیلیكون	15 – 12	14  – 11
  3- فیلم نازك سیلیكون (سیلیكون بدون شكل) ((TFS	5	9/4 – 5/4

  
  میزان بازدهی در شرایط استاندارد آزمایشگاهی ( STC) تعیین شده است.

• 
  
  از لحاظ تئوری بازدهی سیستم های سیلیكونی در حدود 30 % می باشد كه این میزان رو به افزایش است. سلولهای كریستالین سیلیكون شامل دو نوع سیلیكون p , n و اتصالات الكتریكی می باشند. تصویر 3 ساختار این سلولها را به صورت شماتیك نشان می دهد.سلولهایی كه دارای ولتاژ كمتری هستند، به صورت سری به هم متصل شده اند. تا مدولی با ولتاژ بیشتر را به وجود آورند. این مدولها همانند یك ساندویچ ( بصورت ورقه هایی كه لایه لایه بوده و رویهم گذاشته شده اند )، ساخته می شوند و دارای لایه پشتی و یك لایه پوششی از فلزات نیمه صیقلی است.
  
  


• 
  
  
  
  


• 
  
  (تصویر 3) : سلول كریستالین سیلیكون
  
  

• 
  
  یك فریم سازه ای در برخی موارد از شیشه ها محافظت می كند. لایه پشتی نیز حتماً نباید مات و غیر شفاف باشد. مثلاً در ساختمان خورشیدی داكسفورد، سلولهای فتوولتاییك در محفظه هایی بین دو لایه شیشه با فضای شفاف بین سلولها قرار گرفته اند. ( تصویر 4). بنابراین نور از سطوح شفاف مدولها عبور می كند. سیستم های فتوولتاییك از نوع سیلیكونهای فیلم نازك ( TFS ) که از سیلیكونهای بدون شكل استفاده می كنند، بین لایه n , p خود یك لایه i نیز دارند. این سلولها دارای ضخامت كمتری نسبت به انواع كریستالین هستند و می توانند از جنس پلاستیك یا فلز و به صورت انعطاف پذیر باشند. ( تصویر 5).
  
  


• 


• 
  
  (تصویر 4) : فریم سازه ای  (تصویر 5) :کاربرد سیلیکون بی شکل درTFS
  
  

• 
  
  زمانی كه سلولهای فتوولتاییك به صورت لایه لایه رویهم قرار بگیرند، یك مدول را تشكیل می دهند و وقتی تعدادی از مدولها به صورت سری یا موازی به هم متصل شوند، آرایه را تشكیل می دهند. انرژی تولید شده از یك آرایه به دستگاه PCU منتقل می شود.
  
  


• 
  
  PCU لغت یا واژه ای است برای ابزار آلاتی كه انرژی خروجی آرایه های فتوولتاییك را به شكل مناسب و قابل مصرف برای ساختمان تبدیل می كنند و معمولاً دارای اجزای اصلی شامل یك مبدل است كه جریان الكتریكی تولیدی DC را به جریان متناوب AC تبدیل می كند. سایر قطعات PCU نیز عبارتند از: دستگاه كنترل مشترك و تجهیزات حفاظتی.
  
  

• 
  
  PCU و مبدل بگونه ای نصب می شوند كه قابل تعویض باشند. در این سیستم جریان خروجی AC از PCU به سمت یك جعبه توزیع داخل ساختمان رفته و اگر مقدار مصرف از حد معمول تجاوز كند، برق تولید شده  به شبكه برق شهری منتقل می شود.( تصویر 6)
  
  


• 
  
  
  
  


• 
  
  (تصویر 6) : طرح شماتیک سیستم PV متصل شده به شبکه برق شهری