فتوولتائیک چیست و چگونه کار میکند؟

در تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته ، روش های مختلفی وجود دارد. معمول ترین و پرکاربردترین آن ، تولید جریان الکتریسیته از انرژی خورشید به وسیله سلول‌های فتوولتائیک می‌باشد. به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند.

فتوولتائیک چیست و چگونه کار می کند؟

مواد فتوولتائیک و متعلقات آن نور خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. یک واحد مستقل فتوولتائیک به سلول معروف است. هر سلول خورشیدی معمولا ابعاد کوچکی داشته و میتواند 1 یا 2 وات برق تولید کند. این سلول های از مواد نیمه هادی مختلفی ساخته می شود و معمولا ضخامت آنها کمتر از 4 تار موی انسان میباشد. برای اینکه این سلول ها بتوانند سالیان سال در شرایط محیطی مختلف کارکنند، آنها را در بین مواد محافظی که ترکیبی از شیشه و پلاستیک هستند، قرار می دهند.

برای افزایش توان تولیدی سلول های فتوولتائیک آنها را به صورت زنجیرای به هم وصل کرده تا واحد های بزرگتری به نام ماژول یا پانل ها را تشکیل دهند و با اتصال ماژول ها به هم دیگر آرایه ها شکل می گیرند. به دلیل ماژولار بودن سیستم های فتوولتائیک، می توان برای تامین برق هر وسیله الکترونیکی چه کوچک چه بزرگ از سامانه های فتوولتائیک استفاده کرد.

ماژول و آرایه ها تنها بخشی از یک سیستم فتوولتائیک محسوب می شوند. در این سیستم ها علاوه بر پنل به سازه نگهدارنده نیاز داریم تا بتوان همواره این ماژول ها را تحت زاویه مناسب رو به خورشید نگهدارند. برق تولیدی پنل های فتوولتائیک از نوع مستقیم(DC) می باشد در حالی که تجهیزات خانگی به برق متناوب(AC) نیاز دارند. برای تبدیل برق مستقیم پنل ها به برق متناوب به یک مبدل نیاز داریم که به آن اینورتر می گویند.

.

مفهوم عبارت فتوولتائیک

عبارت فتوولتائیک “Photovoltaic” ترکیبی از کلمه یونانی “Photos” به معنی نور با “Volt” به معنای تولید الکتریسیته از نور است.

کاشف پدیده فتوولتائيک

کشف پدیده فتوولتائیک به فیزیکدان فرانسوی «ادموند بکرل» نسبت داده می‌شود که در سال 1839 با چاپ مقاله اي تجربيات خود را با باتري تر ارائه نمود.  او مشاهده نمود که ولتاژ باتري وقتي که صفحات نقره اي آن تحت تابش نور خورشيد قرار مي گيرند ، افزايش نمي يابد . اما اولين گزارش از پديده Photovoltaic در يك ماده جامد در سال 1877 بود وقتي كه دو دانشمند کمبريج در مقاله اي تغييراتي که در خواص الكتريكي سلنيوم وقتي که تحت تابش نور قرار مي گيرد را، توضيح دادند.

در سالCharles Edgar Fritts 1883 که يك مهندس برق اهل نيويورک بود، يك سلول خورشيدي سلنيومي ساخت که از برخي جهات شبيه به سلول هاي خورشيدي سيليكوني امروزي بود. اين سلول از یک ویفر نازک سلنیوم تشکیل شده بود که با یک توری از سیم های خیلی نازک طلا و یک ورق حفاظتی از شیشه پوشانده شده بود. اما سلول ساخت او خیلی کم بازده بود. بازده یک سلول خورشیدی عبارت از درصدی از انرژی خورشیدی تابیده به سطح آن می‌باشد که به انرژی الکتریکی تبدیل شده باشد.

کمتر از % ۱ انرژی خورشیدی تابیده شده به سطح این سلول ابتدایی به الکتریسیته تبدیل می‌شد. با وجود این، سلول‌های سلنیومی در نورسنج‌های عکاسی به طور وسیعی بکار گرفته شد.

سیستم های فتوولتائیک

امروزه سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (0.5 وات تا چند صد مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آن‌ها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلول‌های خورشیدی می توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. به یک مجموعه از سلول‌های سری و موازی شده پنل فتوولتائیک می گویند.این سیستم ها به دو دسته متصل به شبکه و منفصل از شبکه تقسیم می شوند.ویژگی های این سیستم ها را اینجا ببینید.

پنل‌های فتوولتائیک یا به عبارت ساده‌تر صفحات خورشیدی، وسایلی هستند که با استفاده از آن‌ها نور خورشید مستقیماً به الکتریسیته (برق جریان مستقیم) تبدیل می‌گردد. صفحات فتوولتائیک در ابعاد و اندازه‌های مختلفی (از چند میلیمترمربع تا بیش از 2 مترمربع) ساخته می‌شوند. نمونه‌های کوچک این صفحات بر روی ماشین‌های حساب نوری بسیار متداول است و نمونه‌های بزرگ‌تر این صفحات برای ساخت نیروگاه‌های فتوولتائیک یا مصارف خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.