مقاله انرژی خورشیدی، صفحات فوتوولتائیک ونیروگاه خورشیدی

2-2 سلول های خورشیدی

سلول خورشیدی عبارت است از قطعات نیم رسانایی كه انرژی خورشیدی را به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند . رسانندگی این مواد به طور كلی به دما ، روشنایی ، میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد . سلول خورشسدی كه عنصر اصلی تشكیل دهنده یك آرایه فوتوولتائیك است از یك پیوند نیمه هادی p-n از جنس سیلیكن ساخته می شود.

برخورد فوتون های نور خورشید به سلول خورشیدی سبب تولید الكترون در نیمه هادی گشته و با اتصال بار الكتریكی جریان الكترریكی جاری می شود . از ویژگی های سلول خورشیدی می توان به این موارد اشاره كرد : جای یادی اشغال نمی كنند ، قسمت متحرك ندارند ، بازده آنها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی كند ، نسبتا به سادگی نسب می شوند ، به راحتی اب سیستم های به كار رفته در ساختمان جور می شوند . همچنین از اشكالات سلول های خورشیدی می توان به تولید وسایل فوتوولتائیك كه هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی كه بسیار كم است اشاره كرد كه در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می كند و باید ذخیره شود و این موضوع بسیار هزینه بر است . فرایند تبدیل انرژی در یك سلول خورشیدی در شكل (2-1) مشاهده می شود .

شكل (2-1)

یك سلول خورشیدی از جنس سیلیكن ، ولتاژی بین 5 تا 6 ولت تولید می كند و به همین دلیل تعداد زیادی از سلول ها را در یك ماژول خورشیدی به صورت سری متصل می كنند ت سطح ولتاژ بیشتری حاصل شود . برای اینكه سطح ولتاژ و جریان مورد نیاز بار الكتریكی تامین شود ، مجموعه ای از ماژول های خورشیدی به صورت سری و موازی متصل می شوند و این مجموعه مانند شكل زیر یك آرایه خورشیدی را بوجود می آورد .

شكل (2-2) آرایه خورشیدی

بدلیل تغییر میزان الكترون های تولید شده در سلول با تغییر شدت نور تابیده شده بر آن ، مشخصه الكتریكی سلول تغییر می نماید . در شكل (2-3) منحنی مشخصه های خروجی یك سلول خورشیدی بدلیل تغییر میزان الكترون های تولید شده در سلول با تغییر شدت نور تابیده شده بر آن ، مشخصه الكتریكی سلول تغییر می كند . در این شكل چنانچه دیده می شود ، جریان تولید شده توسط سلول خورشیدی تغییرات زیادی با تغییر تابش شدت نور دارد و توان الكتریكی تولید شده توسط آن نیز تغییرات زیادی خواهد داشت .

شكل (2-3) مشخصه های خروجی یك ماژول

2-3  مبانی فیزیكی سلول های خورشیدی

ساختمان اتمی كلیه مواد متشكل از الكترون ها پروتن ها ونترون ها می باشد . پروتن ها با ابر مثبت و نو ترون ها با بار خنثی تشكیل دهنده هسته اتم هستند . و الكترون ها با وزن بسیار كم و بار الكتریكی منفی در مدار های مجاز به دور هسته در حال چرخشند . اگر چه اتم دارای ذرات باردار است ولی از نظر الكتریكی خنثی می باشد . چگونگی توزیع وتعداد الكترون ها در سطحی ترین مدار اتم كه دارای بالاترین سطح انرژی می باشد تعیین كننده بیشترین خواص الكتریكی و حرارتی ماده است . در یك عایق الكترون های مدار كامل هستند وتفاوت انرژی این مدار تا انرژی مدار بعدی ( موسوم به باند هدایت ) بسیار زیاد می باشد به طوری كه تحت شرایط عادی انتقال الكترون های والانس به باند هدایت امكان پذیر نمی باشد .