سلول خورشیدی چیست، چقدر برق تولید می کند و چگونه راه اندازی می شود؟!

اگرچه امروزه بشر با استفاده از سلول خورشیدی می‌تواند بخشی از انرژی خورشید با به برق تبدیل کند اما استفاده از انرژی خورشیدی برای اهداف مختلف شاید عمری به اندازه‌ی سفالگری داشته‌باشد؛ در زمان‌های دور آتش‌دان‌های محراب معابد با استفاده از جام‌های بزرگ طلایی و انعکاس نور خورشید روشن می‌شد.

مشهورترین داستان در مورد استفاده از انرژی خورشیدی اما به ارشمیدس، دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم، برمی‌گردد:  این دانشمند یونانی به کمک تعدادی زیادی از آینه‌های مربعی شکل کوچک که روی یک پایه متحرک نصب شده‌بودند، اشعه خورشید را راه دور بر کشتی‌های رومی‌ها متمرکز ساخت و آنها را آتش زد.
معماران ایرانی نیز در گذشته دور به روش‌های سنتی از انرژی خورشیدی استفاده می‌کردند.

علی‌رغم آشنایی بشر به استفاده از انرژی خورشیدی در قرون گذشته و ساخت سلول خورشیدی برای تبدیل انرژی خورشید به برق در عصر تازه، برخی عوامل مانند گرانی سلول خورشیدی و فراوانی و سهولت در عرضه سوخت‌های فسیلی از جمله نفت و گاز سبب شد تکنولوژی استفاده از انرژی خورشیدی بوسیله سلول خورشیدی در یک زمان با رکود مواجه شود.

با گران شدن نفت و گاز در چند دهه گذشته اما یک‌بار دیگر توجه بشر به استفاده از انرژی خورشیدی با استفاده از سیستم‌هایی مانند سلول خورشیدی جلب شد، در حال حاضر که قیمت نفت به بالاترین میزان خود رسیده و دنیا با بحران کمبود انرژی روبروست، استفاده از انواع سلول خورشیدی در کشورهای مختلف افزایش یافته و روز به روز انواع تازه‌ای از این سیستم تولدی برق به بازار عرضه می‌شود.  

سلول خورشیدی چیست؟

امروزه که استفاده از سلول خورشیدی برای تولید برق در بسیاری از کشورهای پیشرفته و در حال توسعه افزایش یافته، آشنایی با این سیستم ساده تولید برق می‌تواند در استفاده بهتر از سلول خورشیدی به مردم کمک کند و حتی بسیاری به فکر تولید برق خانگی و کسب درآمد از طریق فروش آن افتاده اند.

سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی ساده است که بخشی از انرژی خورشید با به طور مستقیم به الکتریسیته(برق) تبدیل می‌کند؛ به سلول خورشیدی سلول توتوولتائیک نیز می‌گویند چون با استفاده از پدیده فیزیکی و شیمیایی فوتوولتائیک تبدیل انرژی خورشید به برق را انجام می‌دهد. سلول خورشیدی طوری ساخته شده که هنگام مواجه با نور، ویژگی‌های الکتریکی مانند ولتاژ، جریان یا مقاومت در آن تغییر می‌کند. سلول‌های خورشیدی در ماژول‌هایی به نام پنل‌های خورشیدی استفاده می‌گردند. یک سلول خورشیدی می‌تواند از نور خورشید یا نور مصنوعی برقی به ولتاژ ۵/۰ تا ۶/۰ ولت را تولید کند.

استفاده از یک سلول خورشیدی مستلزم سه ویژگی مهم «جذب نور برای تولید جفت الکترون حفره یا اکسیتون‌ها، جدا سازی حامل‌های بار از نوع مخالف و استخراج جداگانه حامل‌ها به مدار خارجی» می‌باشد.

مزایای استفاده از سلول خورشیدی

عواملی چون «افزایش استفاده از انرژی، محدود بودن منابع انرژی‌های تجدید ناپذیر، افزایش کیفی استفاده از سیستم‌های تولید برق از انرژی خورشیدی، سادگی در نصب و استفاده از سیستم‌های تولید برق از انرژی خورشیدی و قیمت ارزان قطعات این سیستم‌ها» سبب شده روز به روز استفاده از این روش تولید برق افزایش یابد.

از آنجایی که منابع سوخت‌های فسیلی مانند نفت، گاز و زغال سنگ روبه کاهش است و استفاده از این سوخت‌ها به آلودگی بیشتر شهرها منجر می‌شود، استفاده از این دستگاه برای تولید برق بسیار شایع شده‌است. خورشید یک منبع انرژی پاک، ارزان و رایگاه است که تأثیرات مخرب محیط زیستی کمتری دارد و استفاده بیشتر از این سیستم می‌تواند منابع انرژی تجدید پذیر را فراهم کرده درصد آلودگی را کاهش دهد.

این سیستم ساده هیچ جزء متحرک ندارد، از واکنش‌های شیمیایی استفاده نمی‌کند و نیاز به سوخت برای تولید برق ندارد. این سیستم ساده نیاز به تعمیر و نگهداری ندارد و به راحتی می‌تواند در بسیاری از تأسیسات فضایی مانند ماهواره‌های ارتباطی و هوایی در ایستگاه‌های فضایی مورد استفاده قرار گیرد.

این سیستم می‌تواند در اسباب‌بازی‌های الکترونیکی و ماشین حساب‌های دستی استفاده شود.

این سیستم همچنین می‌تواند از نور مصنوعی  تولید شده توسط لامپ‌ها رشته‌ای و فلورسنت نیز استفاده کند.

این روش تولید برق «جای زیادی اشغال نمی کند، قسمت متحرک ندارد، بازده ان با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند، نسبتا به سادگی نصب می شود» و به راحتی با سیستم‌های به کار رفته در ساختمان منطبق می‌گردد.
از در کنار هم قرار دادن چند سلول خورشیدی یک صفحه شکل می‌گیرد که به آن پنل می‌گویند. مجموعه‌ی پنل‌های فوتوولتائیک یک آرایه خورشیدی را تشکیل می‌دهد.
«عدم نیاز به برق سراسری، عدم  نیاز به سوخت، سازگاری با محیط، عدم ایجاد آلودگی صوتی، عدم نیاز به آب، اشغال فضای کم، قابل استفاده بودن در مناطق دور دست، استفاده در پارک های ملی، کلبه ها و خانه های واقع در مناطق دور دست و ترکیب شدن با مصالح ساختمانی و جاسازی در مکان‌هایی به غیر از سقف و پشت بام» از دیگر مزایای این سیستم تولید برق است.

 کاربردهای سلول خورشیدی

دانستن نکاتی علمی در مورد سلول خورشیدی می‌تواند به استفاده کنندگان کمک کند به صورت کیفی‌تر از این سیستم ساده تولید برق استفاده کنند. این سیستم برای اهدافی مانند «تولید نیروی حرکتی ماهواره‌ها و سفینه‌های فضایی، تأمین برق شهر توسط نیروگاه‌های فوتوولتائیک، تأمین نیروی لازم برای حرکت خودروهای و قایق‌های کوچک و تأمین انرژی لازم برای دستگاه‌هایی مانند تلویزیون که  نیاز به ولتاژ پایین دارند» مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک سلول خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

در این سیستم تولید برق از  مواد نیمه رسانا استفاده می‌شود؛ مواد همان طور که می‌دانید به سه دسته رسانا، نیمه رسانا و نارسانا تقسیم می‌شوند. گاف انرژی در مواد نیمه رسانا کمتر از مواد نارسانا می‌باشد. اگر انرژی لازم برای الکترون‌ها فراهم شود، الکترون می‌تواند از سد انرژی ناشی از گاف عبور کرده به تراز هدایت برود. در مواد رسانا این گاف وجود ندارد و الکترون می‌تواند به راحتی وارد تراز بالایی شده در رسانش ماده همکاری کند.

سلولها توان تولید چه مقدار برق را دارد؟

در این روش تولدی برق چون از سیستم ماژولار استفاده می‌کند، تولید برق توسط آن محدودیتی ندارد، یکا ماژول ۱×۱ می‌تواند حدود ۱۳۰ وات برق تولید کند. بدین ترتیب اگر ۱۰ ماژول به هم وصل شود ۱۳۰۰ ولت برق تولید خواهد شد. اگر چند سلول خورشیدی را به هم متصل کنید(سری کردن) می‌توانید ولتاژ دلخواه خود را تولید کنید. با موازی کردن سلول خورشیدی جریان افزایش می‌یابد. با قرار دادن یک دستگاه مبدل می‌توان سطح ولتاژ پنل‌های خورشیدی را تا سطح ولتاژ برق شهر افزایش داد.

اینک که با این سیستم آشنا شده‌اید به خوبی می‌توانید آن را خریداری کرده با نصب آن روی پشت بام خانه یا هرجای مسطحی که در معرض تابش نور خورشید باشد برق لازم برای دستگاه‌هایی مثل تلویزیون، یخچال و حتی کامپیوتر خود را تولید کنید بدون اینکه هزینه‌ی بالایی را متقبل بشوید.