اگر دوست دارید بدانید سلول خورشیدی چگونه الکتریسیته تولید می کند با ما در این مقاله همراه شوید. با مطالعه این مقاله برای بسیاری از سوالات خود پاسخ مناسبی خواهید یافت و از این پس با دید بهتری به موضوعات این حوزه می نگرید.
افزایش تقاضا برای انرژی و کمبود منابع سوخت های فسیلی دولت ها را به فکر جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی انداخته است. سوخت های فسیلی علاوه بر اینکه منابعی تمام شدنی هستند، به دلیل اثرات سوء زیست محیطی در حال کنار گذاشته شدن و جایگزین شدن با انرژی های پاک، مانند انرژی باد، انرژی زمین گرمایی، انرژی خورشیدی و … هستند. در سال های اخیر انرژی خورشیدی به طور رو به افزایشی در سرتاسر جهان به منظور تولید گرما و الکتریسیته مورد استفاده قرار گرفته است.
عوامل مؤثر در میزان انرژی تولید شده
زمین منبعی بی پایان از انرژی خورشید را دریافت می کند. خورشید همانند رآکتوری سوزان است که بیش از 4 بیلیون سال است که فعالیت می کند. این منبع نامتناهی در مدت یک دقیقه آنقدر انرژی تولید می کند که بتوان تمام انرژی مورد نیاز یک سال جهان را فراهم کرد. در واقع مقدار تابش خورشید در مدت زمان سه روز برابر با انرژی ذخیره شده در تمام منابع سوخت های فسیلی است. انرژی خورشیدی، منبعی پاک و رایگان برای تأمین انرژی مورد نیاز انسان است. مقدار انرژی تولیدی توسط یک سلول خورشیدی وابسته به عوامل متعددی همچون مقدار تابش خورشید در مکان جغرافیایی مورد نظر در طول روز، زاویه تابش، نوع سلول خورشیدی (ماده سازنده آن) و … است.
تکنولوژی های مربوط به انرژی خورشیدی
امروزه رقابت بین شرکت های صنعتی به منظور افزایش کیفیت و کمیت محصولات، دیگر با نیروی انسانی قابل جبران نیست؛ به همین منظور شرکت ها به جهت تولید بیشتر در زمان کمتر از اتوماسیون استفاده کردند. اتوماسیون در بسیاری از صنایع بزرگ همچون پتروشیمی، صنایع انرژی، صنایع شیمیایی، صنایع الکترونیکی و … کاربرد دارد. در واقع اتوماسیون را می توان استفاده از تکنولوژی و دستگاه ها جهت کنترل خودکار فرآیند بدون مداخله انسان تعریف نمود. این دستگاه ها شامل CNC، PAC، PLC، PC و … است.
یکی از موارد استفاده از اتوماسیون تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. انرژی خورشیدی می تواند در موارد مختلفی همچون لامپ های خورشیدی، اجاق های خورشیدی، شارژرهای خورشیدی، آبگرمکن های خورشیدی و غیره مورد استفاده قرار گیرد؛ اما، به طور کلی باید گفت تکنولوژی هایی که از انرژی خورشیدی استفاده می کنند به دو گروه گسترده صفحات خورشیدی یا سیستم های فتوولتائیک و کلکتورهای خورشیدی یا سیستم های گرمایی تقسیم می شوند. سیستم فتوولتائیک به منظور تولید الکتریسیته و سیستم گرمایی به منظور تولید حرارت یا گرما از انرژی خورشید استفاده می کنند.
نحوه تولید الکتریسته از یک سلول خورشیدی
برای درک چگونگی تولید الکتریسته از انرژی خورشیدی ابتدا باید با اثر فتوولتائیک (PV) آشنا شد. سلول های خورشیدی سلول های فتوولتائیک نیز نامیده می شوند. به هر وسیله ای که انرژی نورانی را مستقیماً و از طریق اثر فتوولتائیک به انرژی الکتریسیته تبدیل می کند، سلول فتوولتائیک گفته می شود. اثر فتوولتائیک اولین بار در اواسط دهه 1950 میلادی توسط Becquerel مشاهده شد.
هنگامی که نور خورشید (فوتون ها) به یک سلول PV برخورد می کنند، سطح ماده نیمه رسانا مانند سیلیکون را تحریک کرده، و الکترون ها از اتمهای ماده جدا می شوند. در واقع با برخورد فوتون ها، انرژی جذب شده و این انرژی جذب شده به یک الکترون در شبکه کریستالی انتقال یافته و باعث انتقال آن به نوار رسانش می شود. اکنون پیوند کووالانت یک الکترون کمتر دارد (حفره). الکترون های پیوندی اتمهای مجاور می توانند وارد حفره شده و با این کار حفره دیگری ایجاد کنند؛ بدین ترتیب حفره می تواند در سرتاسر شبکه حرکت کند. الکترون های آزاد نیز به همین صورت در سرتاسر ماده حرکت می کنند و در نتیجه جریانی از الکترون ها یا الکتریسیته تولید می شود. بارهای مثبت (حفره ها) در جهت مخالف الکترون ها جریان می یابند. معمولاً این امر موجب ایجاد یک جریان الکتریکی می شود.
الکتریسیته تولید شده توسط سلول های خورشیدی از چه نوعی است؟
الکتریسیته تولید شده توسط سلول های خورشیدی از نوع DC است؛ در واقع ولتاژ برق تولید شده توسط سلول های خورشیدی توسط رگولاتور تنظیم شده و سپس این برق DC وارد باتری های ذخیره کننده می شود. همان طور که می دانیم برای استفاده از جریان برق در زندگی روزمره نیاز به جریان AC یا متناوب داریم. در تولید انرژی الکتریسیته توسط سلول خورشیدی از اینورترها به منظور تبدیل برق DC به جریان AC با فرکانس مشخص استفاده می شود. گروه صنعتی دامونتک در ایران انواع اینورترهای دلتا را با مناسبترین شرایط به صورت مستقیم عرضه می کند. کمپانی دلتا، شرکتی تایوانی است که انواع اینورترهای صنعتی را با امکانات و قیمت های مختلف تولید می کند. پیشرفته ترین اینورتر دلتا، اینورتر مدل C2000 است که امکانات بسیاری دارد که در سایر برندهای تولید کننده اینورتر وجود ندارد.
مساحت مورد نیاز برای نصب سیستم خورشیدی
برای مناطقی که دارای آب و هوای خشک و گرم با بارش کم باران هستند، برای تولید هر کیلووات الکتریسیته، سیستم فتوولتائیک خورشیدی به مساحت حدوداً Sqm 12-10 که کاملاً در معرض تابش نور خورشید و عاری از سایه باشد، مورد نیاز است. البته لازم به ذکر است که مساحت مورد نیاز، با توجه به بازدهی سلول مورد نظر متفاوت است. بنابراین، برای کاهش مساحت مورد نیاز باید از سلول هایی با بازدهی بالاتر استفاده کرد. برای دریافت بیشترین تابش از خورشید، صفحات خورشیدی باید به سمت غرب یا جنوب و به صورت زاویه دار قرار بگیرند.
مزایای سلول خورشیدی
- عدم ایجاد آلاینده های اتمسفری
- عدم ایجاد آلودگی صوتی
- عدم نیاز به نگهداری
- رایگان بودن انرژی خورشیدی
- حفظ منابع آبی و سوختی
- سهولت در استفاده
معایب سلول خورشیدی
- بالا بودن هزینه نصب تجهیزات
- بازدهی کم
- عدم تولید انرژی در روزهای بارانی و هوای ابری
- بالا بودن هزینه ذخیره انرژی تولید شده
نیاز به فضای نسبتاً زیاد برای نصب تجهیزات
امکان استفاده از سلول خورشیدی در ایران
سازندگان سلول های خورشیدی همواره در تلاش هستند تا از بهترین مواد برای تولید سلول های خورشیدی استفاده کنند به گونه ای که علاوه بر داشتن بیشترین بازدهی در تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته، در برابر شرایط محیطی مانند دمای بالا، رطوبت، و اتمسفر آلوده به گازهای سمی و مواد خورنده نیز مقاومت خوبی داشته باشد. ایران به لحاظ جغرافیایی در مکانی قرار گرفته است که هر سه فاکتور ذکر شده را دارد؛ دمای هوا در برخی مناطق ایران در تابستان از 50 درجه سانتیگراد تجاوز کرده و رطوبت برخی نقاط آن به 100درصد می رسد. گازهای سمی و خورنده انتشار یافته از چاه های نفت در جنوب ایران نیز علاوه بر آلوده کردن هوا، اثرات نامطلوب در تجهیزات فلزی دارد. تمام این موارد بر طول عمر سلول تأثیرگذارند.
ایران به دلیل موقعیت جغرافیایی مناسب، پتانسیل بالایی برای استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان یک انرژی دوستدار محیط زیست و بهینه به لحاظ اقتصادی، دارد. در واقع ایران در طول یک سال، دارای بیش از 300 روز آفتابی است، و تابش خورشید در هر متر مربع حدود k Wh 2200 است. با اینکه که ایران دارای شرایط بسیار خوبی برای استفاده از سلول های خورشیدی به جهت تأمین انرژی الکتریسیته است، اما نسبت به برخی کشورهای موفق در این حوزه، استفاده از این انرژی در آن بسیار کمتر است.
انرژی خورشیدی در کشاورزی ایران
بخش کشاورزی ایران یکی از پرمصرف ترین حوزه ها در زمینه مصرف انرژی است. نرخ مصرف انرژی در بخش تولید، فرآوری، و توزیع محصولات کشاورزی به شدت بالاست، که این امر منجر به آلودگی زیست محیطی شده است. بنابراین، یکی از اولویت ها در بخش کشاورزی حرکت به سمت استفاده از سلول های خورشیدی به منظور تأمین انرژی است.
با توجه به بالا بودن قیمت تجهیزات، یکی از نگرانی ها در استفاده از سلول های خورشیدی طول عمر آنهاست. محققان اعتقاد دارند که طول عمر یک سلول خورشیدی وابسته به شرایط محیطی محل نصب سلول است. پس باید گفت سرعت تخریب سلول در هر مکان جغرافیایی متفاوت است. جدول زیر مقدار کاهش بازدهی سلول های خورشیدی استفاده شده در مناطق مختلفی در سرتاسر جهان را نشان می دهد. بر اساس این جدول، کاهش بازدهی در مکانی مانند استرالیا سرعت بالایی دارد.
از جمله عوامل مؤثر در کاهش بازدهی سلول های خورشیدی می توان به گرما، رطوبت، و وجود گازهای سمی و خورنده در هوا اشاره کرد. ایران هر سه عامل مضر بالا را داراست.
