انرژی های تجدید پذیر, مقالات
انواع تکنولوژی های سلول خورشیدی
تیر
در این مقاله قصد داریم در مورد انواع تکنولوژی‌های سلول خورشیدی صحبت کنیم.
فهرست مطالب
1- مقدمه
2- ساختار پنل خورشیدی
3- انواع تکنولوژی‌های سلول خورشیدی
————————————————–
1- مقدمه
انرژی همانند جزء مهمی‌است که بدون آن دنیای مدرن ما عملیاتی نخواهدشد.
افزایش تقاضای جهانی انرژی یکی‌از بزرگترین چالش‌های جامعه مدرن‌است.
امروزه، سهم عمده ای از انرژی تولید شده در سراسر جهان از سوخت‌های فسیلی به دست‌می‌آید؛که البته با توجه به کاهش گزارش شده در ذخایر جهانی منابع فسیلی، و همچنین اثرات زیست محیطی مرتبط با استفاده از آنها، منابع انرژی تجدیدپذیر بهترین راه حل برای بهبود این شرایط هستند.
انرژی خورشیدی یک فناوری مقرون به صرفه، فراوان، پاک و یکی‌از فناوری‌های تجدیدپذیر‌است که می‌تواند بحران‌های انرژی قریب الوقوع مرتبط با افزایش قیمت نفت، گرم شدن کره زمین، محیط زیست و سایر مسائل انرژی را از بین ببرد.
فناوری‌های انرژی خورشیدی شامل سیستم فتوولتائیک، برق حرارتی خورشیدی، معماری خورشیدی و گرمایش خورشیدی‌است.
پیشرفت علم در زمینه آرایه‌های فتووولتائیک
پیشرفت علم در زمینه آرایه‌های فتوولتائیک و تولید آنها، و همچنین دستیابی به راندمان بالا و قیمت مناسب پنل‌های فتوولتائیک، موجب رشد واستفاده از این سیستم در سطح جهانی‌شده‌است.
از این رو، تمرکز جهانی به طور فزاینده ای از استفاده‌از روش‌های مرسوم تولید برق به سیستم فتوولتائیک تغییرکرده‌است و سرمایه گذاری‌های بزرگی جهت آزمایش و نصب نیروگاه‌های بزرگ فتوولتائیک انجام‌شده‌است.
در حال حاضراستفاده از سیستم فتوولتائیک، پس از استفاده از انرژی بادی و آبی، به عنوان بزرگترین منبع انرژی تجدیدپذیر با توجه به ظرفیت نصب شده در سطح جهانی قرار گرفته‌است. با توجه به هزینه و این واقعیت که سیستم‌های فتوولتائیک در تولید هر گونه توان، در طول شب محدودهستند، ایجاب می‌کند که بالاترین راندمان ممکن در ساعات روشنایی روز از آن حاصل شود، چراکه این موضوع برای دوام انرژی خورشیدی بسیار حیاتی‌است.
بنابراین، مسیر مشخص شده جهت کاهش هزینه سیستم‌های فتوولتائیک از طریق بهبوداستفاده از مواد و راندمان بالا، کاملا صحیح و منطقی‌است. از این رو قصد داریم در ادامه علاوه بر توضیح اجزای پنل خورشیدی به بررسی‌انواع‌تکنولوژی آن بپردازیم.
————————————————–
2- ساختار پنل خورشیدی
2-1) سلول خورشیدی
سلول خورشیدی، یک قطعه الکترونیکی و عنصر اصلی سیستم فتوولتاییک‌است که از مواد نیمه رسانای حالت جامد تشکیل شده‌است .از میان مواد نیمه رسانا، سیلیسیم بیشترین کاربرد را دارد.
نحوه عملکرد این عنصر به این شکل است که با جذب فوتون‌های نور، انرژی الکترون‌ها افزایش می‌یابد، و از آنجاییکه سلول خورشیدی از سیلیکون‌های‌نوعP و N تشکیل شده است، تابش نور خورشید موجب پلاریزه شدن الکترون هامی‌شود، و در نهایت با تشکیل الکترون‌های منفی در سیلیکون‌نوعN و یون‌های مثبت در سیلیکون نوعP، اختلاف پتانسیل ایجاد می‌شود که این امر موجب جاری شدن جریان میان آن‌ها‌می‌شود.
2-2) ماژول خورشیدی
سلول‌های خورشیدی بسیار شکننده و کوچک هستندو به همین دلیل مقدار کمی برق تولید میکنند.
از این رو، برای افزایش بهره وری از آنها، از ماژول استفاده‌می‌شود.سلول‌ها می‌توانند به صورت سری و موازی در هر ماژول قراربگیرند.اتصال سری سلول‌ها موجب افزایش ولتاژ و اتصال موازی آنها موجب افزایش جریان می‌شود.ماژول‌ها را می‌توان در اندازه های مختلف تولید کرد.
2-3) پنل‌ها و آرایه‌های خورشیدی
با اتصال مجموعه ای از ماژول‌های خورشیدی به یکدیگر، پنل خورشیدی تشکیل‌می‌شود.
اجتماع پنل‌های خورشیدی در کنار هم به صورت سری و یا موازی، آرایه‌های فتوولتائیک را شکل‌می‌دهد.به طور کلی آرایه‌ها می‌توانند در دو حالت ثابت و ردیاب متحرک نصب شوند که البته نحوه نصب آنها به نقطه جغرافیایی، زاویه تابش و فصل بستگی دارد.شکل زیر ساختار یک پنل خورشیدی را نشان‌می‌دهد.
————————————————–
3-انواع تکنولوژی‌های سلول خورشیدی
انواع‌مختلف پنل‌های خورشیدی نیازها و اهداف متفاوتی را برآورده‌می‌کنند.
با توجه به اینکه نور خورشید می‌تواند به طور متفاوتی چه در زمین و چه در فضا مورد استفاده‌قرارگیرد، به این واقعیت اشاره دارد که مکان به خودی خود عامل مهمی در انتخاب یکی‌از انواع‌پنل‌های خورشیدی نسبت به دیگری‌است.
تمایز بین‌انواع مختلف پنل‌های خورشیدی اغلب به معنای تمایز بین پنل‌های خورشیدی تک پیوندی و چند پیوندی – یا نسل اول، دوم یا سوم‌است.
تک پیوندی و چند پیوندی در تعداد لایه‌های روی پنل خورشیدی که نور خورشید را جذب میکنند متفاوت‌است، درحالی که طبقه‌بندی بر اساس نسل بر مواد و کارایی‌انواع مختلف پنل‌های خورشیدی تمرکزدارد.
1) پنل‌های خورشیدی نسل اول
این نسل از پنل‌های خورشیدی ازانواع سنتی پنل‌های خورشیدی‌هستند که از سیلیکون تک کریستالی یا پلی سیلیکون ساخته‌شده‌اند و بیشتر در محیط‌های معمولی استفاده‌می‌شوند.
1-1) پنل‌های خورشیدی تک کریستالی (Mono-SI)
این‌نوع پنل‌های خورشیدی از خالص ترین‌انواع پنل‌هستند که به راحتی می توان آنها را از ظاهر تیره یکنواخت و لبه‌های گرد تشخیص‌داد.
خلوص بالای سیلیکون باعث می‌شود که این‌نوع پنل خورشیدی یکی‌از بالاترین نرخ‌های راندمان را داشته باشد که جدیدترین آنها به بالای 20 درصد می‌رسد.
پنل‌های تک کریستالی، قدرت خروجی بالایی دارند، فضای کمتری را اشغال می کنند و بیشترین طول عمر رادارند.
البته، این به این معنی است که آنها از گران ترین پنل‌ها در این دسته‌هستند.
مزیت دیگری که باید برای این‌نوع پنل در نظر گرفت این‌است که در مقایسه با پنل‌های پلی کریستالی، کمی کمتر تحت تأثیر دماهای بالا قرارمی‌گیرند.
1-2) پنل‌های خورشیدی پلی کریستالی (Poly-SI)
این‌نوع از پنل را نیز می‌توان به سرعت تشخیص داد، چراکه دارای فرم مربعی شکل با زوایای بریده نشده‌است و ظاهری آبی و خالدار دارد.
پنل‌های خورشیدی پلی کریستالی با ذوب سیلیکون خام ساخته‌می‌شوند که فرآیندی سریعتر و ارزان تر از فرآیندی‌است که برای پنل‌های تک کریستالی استفاده‌می‌شود.
همین موضوع، منجر به قیمت نهایی پایین تر، و همچنین راندمان کم تر (حدود 15%)، و طول عمر کوتاه ترمی‌شود. زیرا آنها به میزان بیشتری تحت تأثیر دمای بالا قرار می‌گیرند. با این حال، تفاوت بین‌انواع تک و پلی کریستال پنل‌های خورشیدی چندان قابل توجه نیست و انتخاب به شدت به موقعیت و شرایط استفاده بستگی‌دارد.
2) پنل‌های خورشیدی نسل دوم
این سلول‌هاانواع مختلفی از سلول‌های خورشیدی لایه نازک‌هستند و عمدتاً برای نیروگاه‌های فتوولتائیک یکپارچه در ساختمان‌ها یا سیستم‌های خورشیدی کوچکتر استفاده‌می‌شوند.
انواع تکنولوژی‌های سلول خورشیدی
2-1) سلول‌های خورشیدی لایه نازک (TFSC)
اگر به دنبال گزینه ای ارزان ترهستید، ممکن است بخواهید به دنبال سلول‌های خورشیدی لایه نازک باشید.
پنل‌های خورشیدی لایه نازک با قرار دادن یک یا چند لایه از مواد فتوولتائیک (مانند سیلیکون، کادمیوم یا مس) بر روی یک بستر تولید‌می‌شوند.
این‌نوع از پنل‌های خورشیدی ساده‌ترین‌نوع در تولیدهستند و صرفه‌جویی در مقیاس، آنها را ارزان‌تر از گزینه‌های جایگزین می‌کند، زیرا مواد کمتری برای تولید آن مورد نیاز‌است.
آنها همچنین انعطاف پذیرهستند که این ویژگی فرصت‌های زیادی را برای کاربردهای جایگزین باز می‌کند.علاوه بر این، این دسته از سلول‌های نسل دوم کمتر تحت تأثیر دماهای بالا قرارمی‌گیرند.مسئله اصلی این‌است که این‌نوع از پنل‌ها فضای زیادی را اشغال میکنند و به طور کلی برای تاسیسات مسکونی نامناسب‌هستند.
علاوه بر این، آنها کوتاه‌ترین ضمانت‌نامه‌ها را دارند، زیرا طول عمرشان نسبت به‌انواع پنل‌های تک و پلی‌کریستالی کمتر‌است.با این حال، این پنل‌ها می توانند گزینه خوبی برای انتخاب در میان‌انواع مختلف پنل‌های خورشیدی در فضای بزرگ،باشند.
2-2) سلول خورشیدی سیلیکونی آمورف (A-Si)
آیا تا به حال از ماشین حساب جیبی با انرژی خورشیدی استفاده‌کرده‌اید؟
حتما این‌نوع از پنل‌های خورشیدی را دیده اید.
سلول خورشیدی سیلیکونی آمورف‌یکی ازانواع مختلف پنل‌های خورشیدی‌است که عمدتاً در چنین ماشین حساب های جیبی استفاده‌می‌شود.این‌نوع پنل خورشیدی از فناوری سه لایه استفاده‌می‌کند که بهترین نوع لایه نازک‌است.
لازم بذکراست که منظور از لایه نازک، ضخامت حدود یک میکرومتراست.راندمان این سلول‌ها در مقایسه با سلول‌های سیلیکونی کریستالی که تقریبا حدود 18 درصداست، بسیار پائین و برابر با 7 درصداست.اما مزیت سلول خورشیدی سیلیکونی آمورف این‌است که هزینه پایین تری نسبت به سایر سلول‌ها دارند.
3) پنل‌های خورشیدی نسل سوم
پنل‌های خورشیدی نسل سوم شامل‌انواع فناوری‌های لایه نازک‌هستند، اما اکثر آنهاهنوز در مرحله تحقیق یا توسعه‌هستند.
برخی از آنهابااستفاده از مواد آلی، برق تولید میکنند، و برخی دیگر از مواد معدنی (به عنوان مثال CdTe)استفاده میکنند.
3-1) سلول خورشیدی بیوهیبرید
سلول خورشیدی بیوهیبرید‌یکی ازانواع پنل‌های خورشیدی است که هنوز در مرحله تحقیقاتی‌است.
این نوع از سلول خورشیدی توسط یک تیم متخصص در دانشگاه واندربیلت کشف شده‌است.
ایده پشت این فناوری جدید،استفاده از سیستم فتوسنتز 1 و در نتیجه تقلید از فرآیند طبیعی فتوسنتزاست.
بسیاری از مواد مورداستفاده در این سلول مشابه روش‌های سنتی‌است، اما تنها با ترکیب لایه‌های متعدد فتوسیستم 1، تبدیل انرژی شیمیایی به الکتریکی بسیار موثرتر می‌شود (تا 1000 برابر کارآمدتر از انواع‌نسل اول پنل‌های خورشیدی).
3-2) سلول خورشیدی کادمیوم تلوراید (CdTe)
در میان مجموعه‌ای از انواع‌مختلف پنل‌های خورشیدی، این تکنیک فتوولتائیک از کادمیوم تلوراید استفاده‌می‌کندکه امکان تولید سلول‌های خورشیدی را با هزینه نسبتاً کم و در نتیجه زمان بازپرداخت کوتاه‌تر (کمتر از یک سال) فراهم‌می‌کند.
از بین تمام فناوری‌های انرژی خورشیدی، این فناوری به کمترین میزان آب برای تولید نیازدارد.
با در نظر گرفتن زمان کوتاه بازپرداخت انرژی، سلول‌های خورشیدی کادمیوم تلوراید مقدار کربن را تا حد امکان پایین نگه می‌دارند.
این موضوع یکی از مسائل نگران کننده در مناطق مختلف به ویژه در اروپااست و یکی از بزرگترین موانعی‌است که باید بر آن غلبه کرد، زیرا بسیاری از مردم نگران استفاده از این نوع فناوری پنل خورشیدی‌هستند.
3-3) سلول فتوولتائیک متمرکز (CVP و HCVP)
سلول‌های فتوولتائیک متمرکز مانند سیستم‌های فتوولتائیک معمولی، انرژی الکتریکی تولیدمی‌کنند.
این دسته از پنل‌های خورشیدی چند پیوندی تا 41 درصدراندمان دارند که تا کنون در بین تمام سیستم‌های فتوولتائیک بالاترین‌راندمان بوده‌است.
نامگذاری این دسته از سلول‌ها به ویژگی‌هایی مربوط می‌شود که آنها را در مقایسه با انواع‌دیگر پنل‌های خورشیدی بسیار کارآمد می‌کند، مانند سطوح آینه‌ای خمیده، لنز و گاهی اوقات سیستم‌های خنک‌کننده که برای بسته‌بندی پرتوهای خورشید و در نتیجه افزایش کارایی‌استفاده‌می‌شود.
به این ترتیب سلول‌های فتوولتائیک متمرکز به دلیل کارایی
وراندمان بالای تا 41 درصد، به یکی‌از کارآمدترین پنل‌های خورشیدی تبدیل‌شده‌اند.
اما آنچه نیاز به توجه دارد، این واقعیت‌است که چنین پنل‌های‌خورشیدی تنها در صورتی‌می‌توانند به همان اندازه کارآمد باشند که با زاویه‌ای کامل با خورشید روبرو شوند؛ که برای رسیدن به چنین نرخ‌های بازده بالایی، از یک ردیاب خورشیدی که وظیفه تعقیب و دنبال کردن خورشید را بر عهده دارد،استفاده‌می‌شود.
————————————————–