مقدمه:

واحد های نوری فتوولتائیک (PV)، از نور خورشید جریان الکتریسیته تولید می کنند.

این اجزاء بی هیچ جزء متحرکی می توانند وسایل شما را راه اندازی، باتری ها را شارژ یا اینکه برای شبکه ی برق، انرژی تولید کنند.

آرایه ای از سلول های خورشیدی از طریق اثر فتوولتائیک، انرژی را جمع آوری می کند.

این اثر در سال ۱۸۳۹ به وسیله ی فیزیکدان فرانسوی الکساندرادموند بکیورل کشف شد.

در این روش سلول های PV از انرژی موجود در فوتون های نور خورشید الکتریسیته تولید می کنند.

وقتی که نور خورشید به یک سلول PV برخورد می کند، آن سلول تعدادی از فوتون ها را جذب می کند و انرژی این فوتون ها در ماده ی نیمه رسانا به الکترون تبدیل می گردد.

با کسب انرژی از فوتون، الکترون می تواند جایگاه معمول خود را در اتم نیمه رسانا ترک نموده و بخشی از جریان در یک مدار برقی گردد.

ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی:

با اتصال یک نیمه هادی نوع p به یک نیمه هادی نوعn ، الکترون ها از ناحیه n به ناحیه p و حفره ها از ناحیه p به ناحیه n منتقل می شوند.

با انتقال هر الکترون به ناحیهp ، یک یون مثبت در ناحیه n و با انتقال هر حفره به ناحیهn ، یک یون منفی در ناحیه p باقی می ماند.

یون های مثبت و منفی میدان الکتریکی داخلی ایجاد می کنند که جهت آن از ناحیه n به ناحیه p است.

این میدان با انتقال بیشتر باربرها )الکترون ها و حفره ها(، قوی تر و قویتر شده تا جایی که انتقال خالص باربرها به صفر می رسد.

در این شرایط ترازهای فرمی دو ناحیه با یکدیگر هم سطح شده اند و یک میدان الکتریکی داخلی نیز شکل گرفته است .

اگر در چنین شرایطی، نور خورشید به پیوند بتابد، فوتون هایی که انرژی آنها از انرژی شکاف نیمه هادی بیشتر است، زوج الکترون حفره تولید میکنند.

زوج هایی که در ناحیه تهی یا حوالی آن تولید شده اند، شانس زیادی دارند که قبل از ترکیب، توسط میدان داخلی پیوند از هم جدا شوند .

میدان الکتریکی، الکترون ها را به ناحیه n و حفره ها را به ناحیه p سوق می دهد.

به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه n و تراکم بار مثبت در ناحیه p زیاد می شود.

این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازه گیری است.

اگر دو سر پیوند با یک سیم، به یکدیگر اتصال کوتاه شود، الکترون های اضافی ناحیهn ، از طریق سیم به ناحیه p رفته و جریان اتصال کوتاهی را شکل می دهند.

اگر به جای سیم از یک مصرف کننده استفاده شود، عبور جریان از مصرف کننده، به آن انرژی می دهد.

به این ترتیب انرژی فوتون های نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می شود .

هر چه میدان الکتریکی درون پیوند قوی تر باشد، ولتاژ مدار باز بزرگتری بدست می آید.

برای دست یافتن به یک میدان الکتریکی بزرگ، باید اختلاف ترازهای فرمی دو ماده p و n از یکدیگر زیاد باشد .

برای این منظور باید انرژی شکاف نیمه هادی بزرگ انتخاب شود.

بنابراین ولتاژ مدار باز یک سلول خورشیدی با انرژی شکاف آن افزایش می یابد.

اما افزایش انرژی شکاف سبب می شود، فوتون های کمتری توانایی تولید زوج الکترون حفره داشته باشند.

بنابراین جریان اتصال کوتاه کمتری نیز تولید شود.

بنابراین افزایش انرژی شکاف، روی ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه سلول دو اثر متفاوت دارد.

روشهای تولید انرژی خورشیدی:

امروزه شش شیوه تولید برق از نور خورشید شناخته شده است که عبارتند از:

آیینه خورشیدی

سهمی گون دریافت کننده مرکزی

آیینه های بشقابی- استرینگ

دودکش خورشیدی

استخر خورشیدی

سلولهای نوری(فتوولتائیک)

مزایای نظریه نیروگاههای سلول نوری:

قطعات متحرک ندارند.

عمر مفید طولانی دارند.

به تعمیر و نگهداری اندکی نیاز دارند.

امکان تولید متمرکز یا مجزا با این سیستمها وجود دارد.

تجارب طولانی در فن آوری سلول نوری و قطعات که به شکل تجاری تولید شده اند، در دسترس است.

معایب نظریه نیروگاههای سلول نوری:

بازده نسبتأ کمی دارند.

هزینه های سرمایه گذاری سیستم فتوولتائیک همچنان بسیار زیاد است.

ساعت کارکرد با تمام ظرفیت در طول سال محدود است.

پیوند با سیستم پشتیبان سوخت فسیلی ناممکن است.

سلولهای نوری نیاز به سیستم مجزای پشتیبانی یا برق شبکه برای جبران نوسازی انرژی خورشیدی دارند.

ذخیره سازی با باتریهای الکتروشیمیایی برای این شیوه تولید بسیار گران قیمت است.