میزان نور خورشید که در عرض یک ساعت و نیم به سطح زمین برخورد میکند، برای کنترل مصرف انرژی کل جهان در طول یک سال کامل کافی است. فناوری‌های نوین خورشیدی نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این انرژی را می‌توان برای تولید برق به کار برد یا آن را در باتری‌ها یا به صورت حرارتی ذخیره کرد. در این مقاله، درباره یکی از مهم‌ترین اجزای این فرایند یعنی سلول خورشیدی و نحوه کار آن می‌خوانید.
منظور از سلول خورشیدی چیست؟
سلول خورشیدی جزء ضروری پنل‌های خورشیدی (فتوولتائیک) هستند که انرژی را از نور خوشید جذب می‌کنند. سلول‌های خورشیدی در واقع دستگاه‌های نیمه‌هادی نازکی هستند که معمولا از سیلیکون ساخته می‌شوند. سلول‌های خورشیدی را می‌توان از مواد دیگری مانند کادمیم تلوراید و سلنید گالیوم ایندیوم مس ساخت اما این مواد از مواد بسیار کمتر رایج در ساخت سلول خورشیدی هستند. مواد مورد استفاده و فرآیند ساخت تعیین میکند که یک سلول خورشیدی چه میزان انرژی می‌تواند تولید کند و چگونه نور مستقیم خورشید را به جریان الکتریسیته تبدیل میکند.
سلول‌های خورشیدی نور خورشید را از طریق فرآیندی به نام اثر فوتوولتاییک به جریان الکتریسیته تبدیل می‌کنند. اثر فوتوولتاییک پایه و اساس فناوری مدرن خورشیدی محسوب می‌شود. به همین علت، پنل‌های خورشیدی را معمولا با نام پنل‌های فوتوولتاییک یا PV نیز می‌شناسند.
سلول خورشیدی چگونه کار میکند؟
همان‌طور که اشاره کردیم، سلول خورشیدی به دلیل اثر فوتوولتاییک کار میکند و این چیز جدیدی نیست. اولین بار در سال ۱۸۳۹ میلادی، دانشمندان کشف کردند که اثر فوتوولتاییک همان چیزی است که باعث می‌شود پنل‌های خورشیدی و سیستم‌های انرژی خورشیدی با هر اندازه‌ای کار کنند.
سلول‌های خورشیدی نور مستقیم خورشید را جذب می‌کنند. داخل هر یک از این سلول‌ها دو نیمه رسانا از نوع p و n قرار دارد که اتصال p-n را برای ایجاد یک میدان الکتریکی تشکیل می‌دهند. نور خورشید از فوتون‌ها (دسته‌های کوچک تابش الکترومغناطیسی) ساخته شده که اغلب به عنوان انرژی خورشیدی شناخته می‌شود. با استفاده از اثر فوتوولتاییک، اتصال p-n درون هر سلول خورشیدی، فوتون‌های خورشید را به جریان الکتریسیته تبدیل میکند.
پنل‌های خورشیدی می‌توانند بیش از یک سلول خورشیدی داشته باشند و معمولا هم به همین ترتیب ساخته می‌شوند. به عنوان مثال، معمولا یک پنل خورشیدی محکم ۴۰۰ واتی حاوی بیش از ۱۵۰ سلول خورشیدی است. در زیر سطح این پنل، سلول‌های خورشیدی به یکدیگر متصل شده‌اند و انرژی خورشیدی که در صورت ترکیب دریافت می‌کنند، به صورت جریان DC تولید می‌شود.
بااین‌حال، پنل‌های خورشیدی به تنهایی برق خانگی (AC) تولید نمی‌کنند. این پنل‌ها باید به یک نیروگاه قابل حمل یا یک تعادل سیستم‌های خورشیدی (BOS) دیگر متصل شوند. مهم نیست که پنل خورشیدی شما چه اندازه‌ای باشد یا کدام سازنده BOS را انتخاب کنید. به‌هرحال، یک سیستم برق خورشیدی باید شامل ۳ جزء اصلی باشد که عبارت‌اند از:
- ماژول معکوس کننده ولتاژ؛
- باتری خورشیدی؛
- کنترل‌کننده شارژ (MPPT یا PWM).
بسته به اینکه یک راهکار همه‌کاره بخرید یا خودتان یک سیستم انرژی خورشیدی درست کنید، ممکن است BOS شما شامل اجزاء و قابلیت‌های اضافی مانند سیستم مدیریت باتری هوشمند باشد.
انواع سلول‌های خورشیدی
برای مصارف مسکونی ۳ نوع اصلی از سلول خورشیدی به کار می‌رود که عبارت‌اند از:
- سلول‌های تک کریستالی؛
- سلول‌های پلی کریستالی؛
- سلول‌های لایه نازک.
همان‌طور که توضیح دادیم، سلول های خورشیدی در زیر سطح پنل خورشیدی به یکدیگر متصل می‌شوند.
سلول‌های تک کریستالی
پنل‌های PV تک کریستالی معتبرترین گزینه در بازار هستند. این سلول‌های خورشیدی شیک و کارآمد درون یک پنل PV تک کریستالی از جنس یک کریستال تک سیلیکونی بسیار بادوام تشکیل شده‌اند. کریستال‌های سیلیکون در آزمایشگاه رشد می‌کنند و تولیدکنندگان پنل‌های خورشیدی آنها را به شکل سیلیکون‌های هشت‌ضلعی برش داده و می‌تراشند. پس از آن، این سیلیکون‌ها داخل یک قاب پنل خورشیدی قرار می‌گیرند. شکل هشت‌ضلعی ثابت این پنل‌ها باعث می‌شود که در یک قاب کوچکتر سلول‌های بیشتری قرار بگیرند.
نقطه ضعف این نوع سلول خورشیدی این است که زباله‌های قابل توجهی تولید میکند. بااین‌حال، صفحات خورشیدی مونوکریستال اغلب به دلیل کارایی بالاتر، به سایر انواع سلول‌های PV ترجیح داده می‌شوند.
سلول‌های پلی کریستالی
پنل‌های خورشیدی پلی کریستال از چندین قطعه پلی کریستالی تشکیل شده‌اند که با یکدیگر ذوب می‌شوند و ظاهری شطرنجی پیدا می‌کنند. این پنل‌ها چندان زیبا نیستند، کمتر فشرده‌سازی می‌کنند و باعث تولید زباله کمتری می‌شوند. این ویژگی‌ها در کنار عواملی دیگر سبب می‌شوند که پنل‌های PV پلی کریستال کمی مقرون‌به‌صرفه‌تر از مونوکریستال‌ها باشند.
سلول‌های لایه نازک
سلول های خورشیدی لایه نازک نسبت به سایر انواع سلول خورشیدی پیشرفته‌تر هستند. این سلول‌ها برق زیادی تولید نمی‌کنند و کارایی آنها به طرزی قابل توجه کمتر از پنل‌های خورشیدی دیگر است. بااین‌حال، ساختار منحصربه‌فرد، انعطاف‌پذیری و اندازه کوچکتر این سلول‌ها باعث شده که در برخی موارد کاربرد خوبی داشته باشند.
سلول خورشیدی لایه نازک از مواد مختلفی مانند سیلیکون، تلورید کادمیوم و سلنید گالیم ایندیم مس برای ایجاد ورقه‌هایی از مواد فوتوولتاییک استفاده میکند. سیلیکون مورد استفاده در این نوع سلول خورشیدی از جنس سیلیکون غیرکریستالی است. روی آن هم یک لایه شیشه‌ای قرار دارد تا نور خورشید را جذب کند. یک لایه نیمه‌هادی هم در زیر آن و میان دو لایه مجرای شفاف قرار دارد.
ساختار نازک این سلول خورشیدی باعث انعطاف‌پذیری آن می‌شود. پنل‌های لایه نازک معمولا این قابلیت را دارند که خم شوند تا روی سطوح نامنظم قرار بگیرند.
پنل خورشیدی چیست؟
حال که با سلول های خورشیدی آشنا شدید، شناخت پنل‌های خورشیدی ساده‌تر است. پنل خورشیدی به مجموعه‌ای از سلول های خورشیدی گفته می‌شود که صرف‌نظر از نوع آنها به یکدیگر متصل شده‌اند. فناوری به کار رفته در این سلول‌ها سبب می‌شود که نور خورشید به جریان الکتریسیته قابل استفاده برای خانه‌ها یا کسب‌وکارهای تجاری تبدیل شود.
ساخت سلول خورشیدی
برای ساخت سلول خورشیدی و قرار دادن آنها در کنار هم بسته به تکنولوژی‌های نوین در سلول‌های خورشیدی روش‌های مختلفی وجود دارد اما معمولا همه پنل‌های خورشیدی به یک روش ساخته می‌شوند. سلول‌های خورشیدی در کنار هم قرار می‌گیرند و یک پنل را تشکیل می‌دهند. هر سلول خورشیدی هم معمولا از هفت جزء یا لایه درست می‌شود که از بالا به پایین عبارت‌اند از:
- قاب؛
- شیشه؛
- محافظ سلول خورشیدی؛
- لایه اصلی سلول خورشیدی؛
- لایه محافظ زیرین سلول خورشیدی؛
- صفحه نگهدارنده پشت سلول؛
- باکس تزریق.
این اجزا در کنار هم انرژی خورشیدی را دریافت می‌کنند تا در نهایت به جریان الکتریسیته تبدیل شود.
کلام آخر
سلول خورشیدی یکی از اجزای اصلی و ضروری فناوری مدرن خورشیدی است. بدون وجود این سلول‌ها تولید برق با استفاده از انرژی پاک و تجدیدپذیر گرفته شده از نور خورشید امکان‌پذیر نخواهد بود. مهم نیست که چه نوع سلول خورشیدی یا کدام شرکت سازنده پنل خورشیدی را انتخاب می‌کنید، سلول‌های خورشیدی آن چیزی هستند که استفاده از انرژی خورشیدی را ممکن می‌سازند.
اگر به استفاده از انرژی خورشید فکر می‌کنید، می‌توانید سراغ یکی از بازیگران مطرح این عرصه در ایران یعنی صناپ بروید. شرکت صنایع نیرو و انرژی پاک فولاد (صناپ) با تجربه موفق در زمینه طراحی و اجرای نیروگاه های بادی، مزارع خورشیدی، نیروگاههای خورشید گرمایی و سیکل ترکیبی به شما کمک میکند تا به سوی آینده‌ای روشن گام بردارید.
