وابستگى شدید جوامع صنعتى به منابع انرژى ، بویژه سوختهاى نفتى و بکار گیرى و مصرف بى‌رویه آنها سبب شده ، این منابع که در قرنهاى متمادى در زیر لایه‌هاى زیرین زمین تشکیل شده ، تخلیه شود. انرژیهاى فسیلى مانند نفت و زغال سنگ پایان پذیر و تجدید ناپذیر هستند، اما انرژیهاى نو یا جانشین از جمله باد ، آب و خورشید چنین نیستند. خورشید یکى از منابع مهم تجدید ناپذیر انرژى است که به فناوریهاى پیشرفته و پرهزینه نیاز ندارد و مى‌تواند به عنوان یک منبع مفید و تأمین کننده انرژى در بیشتر نقاط جهان بکار گرفته شود.
استفاده از این انرژى برخلاف انرژى هسته‌اى ، خطرى ندارد و براى کشورهاى فاقد منابع انرژى زیرزمینى ، مناسبترین راه براى دستیابى به نیرو و رشد و توسعه اقتصادى است. هم اکنون از انرژى خورشیدى بوسیله سیستمهاى مختلف و براى اهداف گوناگون استفاده و بهره گیرى مى‌شود که مهمترین آنها سیستمهاى فوتوبیولوژیک، شیمى خورشیدى (Helios Chemical) ، گرماى خورشیدى (Helios Thermal) ، برق خورشیدى (Helios Electrical) ، سیستمهاى فتوشیمیایى ، سیستمهاى فوتوولتائیک، سیستمهاى حرارتى و برودتى هستند.
نکته مهم اینجاست که فنآوریهای عصر حاضر باید بتوانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند.بنابراین باید بتوان انرژی خورشیدی (منابع تجدیدپذیر) را به انواع انرژی مورد استفاده تبدیل کرده و یا اینکه فن آوریها توانایی تولید انرژی مورد نیاز از خورشید را داشته باشند.
یکی از راه های مناسب برای استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی، سیستم فتوولتائیک می باشد.این سیستم مبتنی بر تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است. مقاله حاضر به شرح و بررسی کلی این سیستم می پردازد.
تاریخچه
تحقیقات مرتبط با تکنولوژی فتوولتاییک از یکصد سال قبل آغاز شد.در سال 1873 م. "ویلوگبی اسمیت"[1] دانشمند انگلیسی به حساسیت سلنیم نسبت به نور پی برد. وی در آزمایشهای خود به این نتیجه رسید که توانایی سلنیم برای هدایت الکتریسیته با میزان تابش نور به آن رابطه ای مستقیم دارد. درسال 1880 م. "چارلز فریتس"[2] توانست که با استفاده از سلنیم اولین سلول الکتریکی خورشیدی را بسازد. این محصول بدون مصرف مواد اولیه و بدون تولید گرما و صدا، الکتریسیته تولید می کرد.اما این تحقیقات تا سال 1905 م. که "آلبرت انیشتین"[3] نظریه خود را در باب اثرفتوولتاییک ارائه کرد، راکد ماند.نظریات انیشتین تحولی در مراحل تولید الکتریسیته ایجاد نمود.اما بدلیل هزینه های بالا و بازدهی کم تولید،پیشرفتهای کندی دراین زمینه بدست می آمد.تا اینکه دراوایل سالهای1950م.،دانشمندان آزمایشگاه "بل"[4] درجریان تحقیقات خود درمورد سیستمهای ارتباطی راه دوروکشف منابع جدید انرژی به حساسیت سیلیکون،دومین عنصر فراوان روی زمین، به نور خورشید پی بردند و متوجه شدند که هنگامیکه این ماده با یک ناخالصی معینی بکار رود،در مقابل تابش نور، انرژی با ولتاژ قابل توجهی تولید می کند.در سال 1954 م. آنها اولین سلول خورشیدی سیلیکونی را با راندمان 60% تولید کردند و برای نخستین بار از این تکنولوژی درایستگاه مخابراتی روستایی درایالت جورجیا استفاده شد.درسازمان هوافضای آمریکا(ناسا) ، دانشمندان برای تولید انرژی فراوان،سبک،مطمئن و مناسب در فضای خارج از جو زمین، در اوایل 1960 سیستمی را مشتمل بر 108 سلول خورشیدی بر روی ماهواره "ونگارد"[5] نصب کردند.ازآن زمان به بعد سیستمهای فتوولتاییک بر روی بیشتر ماهواره ها و فضاپیماها بکار گرفته شد. پس ازآن سیستمهای فتوولتاییک درگستره وسیعی ازنیازها مورداستفاده قرارگرفتند.امروزه بیش از200000 باب خانه در آمریکا ازاین تکنولوژی استفاده می کنند و در سایر نقاط جهان نیز از این سیستمها در مقیاس وسیعی استفاده می شود.این روش تولید انرژی در انواع ارتباطات،آبیاری، تصفیه آب،تولید روشنایی،راهبری هوایی و دریایی و... بکار می رود.
پدیده فتوولتائیک:
به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستمهای فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستمهای گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۵/۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستمها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلولها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی ساخته شده‌است. این فوتونها مقادیر متغیر انرژی را شامل می‌شوند مشابه طول موجهای متفاوت طیفهای نوری هستند .وقتی فوتونها به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد می‌کند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند، یا جذب شوند. فقط فوتونهای جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می‌کنند .وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترون از اتم‌های جسم جابجا می‌شوند.رفتار خاصی سطح جسم در طول ساختن باعث می‌شود سطح جلویی سلول که برای الکترون‌های آزاد بیشتر پذیرش یابد .بنا براین الکترونها بطور طبیعی به سطح مهاجرت می‌کنند .زمانی که الکترونها موقعیت n را ترک می‌کنند و سوراخ‌هایی شکل می‌گیرد .تعداد الکترونها زیاد است، هر کدام یک بار منفی را حمل می‌کنند و به طرف جلو سطح سلول می‌روند، در نتیجه عدم توازون بار بین سلولهای جلویی وسطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ .شبیه قطب‌های مثبت ومنفی یک باطری ایجاد می‌شود.وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می‌شود، الکتریسیته جریان می‌یابد .
سلولهای انفرادی می‌توانند در اندازه‌هایی از حدود cm ۱ تا cm۱۰ از این سو به آن سو متغیر می‌شود .
با این وجود، توان ۱یا ۲ وات تولید می‌کند، که انرژی کافی برای بیشتر کار بردها نیست.برای اینکه بازده انرژی را افزایش دهیم، سلولها بطور الکتریکی به داخل هوای بسته یک مدول سخت مرتبط می‌شود .
شامل 20 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله برق خورشیدی(فتوولتائیک)