مقدمه:

خورشید به‌عنوان یک رآکتور هسته‌ای طبیعی، بسته‌های کوچکی از انرژی به نام فوتون را آزاد می‌کند.

فوتون‌ها در مدت‌زمان تقریبی ۸/۵ دقیقه فاصله‌ی ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید تا زمین را طی می‌کنند.

این ذرات برای تولیدانرژی خورشیدی سالانه و برآورده ساختن نیازهای انرژی جهانی کافی هستند.

لازم بذکر است که بازده سلول‌ها به شرایط محیطی از جمله تغییرات دما و سایه‌های محیط نیز وابسته می‌باشد.

اما معمولاً برای بیان بازده یک سلول ماکزیمم بازدهی آن را اعلام می‌کنند.

سلول خورشیدی مؤلفه‌ی اصلی پنل خورشیدی است.

گاهی به آن‌ها سلول‌های فتوولتائیک یا سلول‌های PV هم گفته می‌شود.

این سلول‌ها با جذب نور خورشید، برق تولید می‌کنند.

نام PV از فرآیند تبدیل نور (فوتون‌ها) به برق (ولتاژ) گرفته شده است که به آن اثر PV هم گفته می‌شود.

اثر PV برای اولین بار در سال ۱۹۵۴ کشف شد.

یعنی زمانی که دانشمندان در ایستگاه تلفن Bell کشف کردند درصورتی‌که سیلیکون را در مقابل نور خورشید قرار دهند، بار الکتریکی تولید می‌کند.

اندکی پس‌ از این کشف، از سلول‌های خورشیدی برای تقویت ماهواره‌های فضایی و کالاهای کوچک‌تری مثل ماشین‌حساب و ساعت استفاده شد.

صاعقه گیر آذرخش

سازوکار و روش‌های ذخیره‌سازی سلول‌های خورشیدی:

پتانسیل انرژی خورشیدی مصرفی انسان بر اساس معیارهایی مثل شرایط جغرافیایی، تغییرات زمانی، پوشش ابری و زمین متغیر است.

شرایط جغرافیایی بر پتانسیل انرژی خورشیدی تأثیر می‌گذارند، زیرا نواحی نزدیک‌تر به استوا تشعشعات خورشیدی بیشتری را دریافت می‌کنند.

از این‌ رو استفاده از فتوولتائیک‌ها یا سلول‌های خورشیدی می‌توانند پتانسیل انرژی خورشیدی را در مناطق دور از استوا افزایش دهند.

تغییرات زمانی هم بر پتانسیل انرژی خورشیدی تأثیر می‌گذارند زیرا در طول شب پرتوهای خورشیدی قابل‌جذب برای پنل‌های خورشیدی کمتر هستند.

پوشش ابری می‌تواند نور خورشید را مسدود کند و نور موجود برای سلول‌های خورشیدی را کاهش دهد. معیار مهم دیگر زمین مناسب است،

زمین باید بلااستفاده و مناسب برای تعبیه‌ی پنل‌های خورشیدی باشد.

پشت‌بام‌ها موقعیت مناسبی برای نصب سلول‌های خورشیدی هستند،

به این روش هر خانوار می‌تواند انرژی خود را به‌صورت مستقیم تأمین کند.

مناطق مناسب برای نصب سلول‌های خورشیدی زمین‌هایی هستند که قبلا برای اهداف تجاری یا اهداف دیگر به کار نرفته باشند و بتوان واحدهای خورشیدی را در آن‌ها نصب کرد.

فناوری‌های خورشیدی بر اساس روش دریافت، تبدیل و توزیع نور خورشید و کنترل انرژی خورشیدی در سطوح مختلف سراسر جهان و همین‌طور فاصله از استوا، به دو دسته‌یactive (فعال) و passive (منفعل) تقسیم می‌شوند.

در روش active از فتوولتائیک‌ها، نیروی متمرکز خورشیدی، کلکتورهای گرمایی خورشیدی، پمپ‌ها و فن‌ها برای تبدیل نور خورشید به خروجی‌های مفید استفاده می‌شود.

روش passive شامل انتخاب مصالحی با خواص گرمایی مناسب، طراحی فضاهایی برای تهویه‌ی هوا و قرار دادن موقعیت ساختمان در معرض نور خورشید است.

فناوری‌های خورشیدی فعال تأمین انرژی را افزایش می‌دهند و متمرکز بر فناوری‌های سمت تأمین هستند؛ درحالی‌که فناوری‌های passive نیاز به منابع جایگزین را کاهش داده و به‌عنوان فناوری‌های سمت تقاضا درنظر گرفته می‌شوند.

صاعقه گیر آذرخش

راندمان در برق خورشیدی:

طبق آمار بیشترین بازدهی که در محیط آزمایشگاهی برای سلول‌های تک کریستال بدست آورده اند ۲۸ % می باشد.

بازدهی‌ های بدست آمده در محیط‌های آزمایشگاهی معمولاً تا ۲۰ % بیشتر از مقدار مشابه در محیط صنعتی است.

خالص تر بودن مواد و کوچکتر بودن سایز از دلایل مهم این موضوع می باشد.

به عنوان مثال سایز استاندارد سلول‌های تک کریستال اقتصادی،۱۵۶×۱۵۶ میلیمتر مربع می باشد.

حال آنکه در محیط آزمایشگاهی سایز‌های بسیار کوچکتر از این نیز وجود دارد.

به علاوه به طور کلی می‌توان گفت که بازدهی سلول از cell تا module به اندازه ۲% کم می شود.

علاوه بر این در محیط‌های آزمایشگاهی سلول می تواند بسیار پیچیده باشد.

اما با توجه به مسائل اقتصادی می بایست یک توازنی بین قیمت و پیچیدگی در سلول‌های اقتصادی در نظر گرفت.

در محیط صنعتی نیز در جایگاه اول سلول شرکت SUNPOWER قرار دارد که توانسته یک سلول سیلیکونی با بازدهی ۲۵ % بسازد. این سلول که جزو سری MAXEON میباشد،

انرژی بالاتر، قابلیت اطمینان و همچنین زیبایی بیشتری را نسبت به پنل‌های خورشیدی معمول ارائه می‌دهد.

همانگونه که در قبل نیز گفته شد، سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال نسبت به سلول‌های تک کریستال و HIT از بازدهی بسیار کمتری برخوردار است.

تاکنون بیشترین بازدهی بدست آمده از این نوع سلول ۲۱/۳ % میباشد که توسط مؤسسه آلمانی FRAUNHOFER ساخته شده است.

این مؤسسه از پیشرفتهترین مؤسسات در زمینه سلول‌های خورشیدی می‌باشد و بسیاری از فناوری‌های نوین در این زمینه توسط همین مؤسسه ابداع شده است.

در سال ۲۰۱۳ مقاله مربوط به این سلول به عنوان مقاله برتر ۲۸ اُمین کنفرانس بین المللی فتوولتائیک اروپا انتخاب شد.

هرچند چندین سلول دیگر با بازدهی‌های بالای ۲۰ % نیز توسط این مؤسسه ساخته شده، اما شرکت‌هایی همچون Mitsubishi Electric و Solland Solar نیز با سلول‌های پلی کریستال با بازدهی ۱۹/۳ ٪ و ۱۹ ٪، در حال رقابت برای شکستن رکورد این نوع سلول می‌باشند.