سلول تولید برق خورشیدی چیست و چگونه کار می کند

سلول های خورشیدی یا سلول فتوولتائیک که در گذشته باطری خورشیدی نیز نامیده می شد، یک وسیله ی الکتریکی است که انرژی نور خورشید را مستقیما با استفاده از اثر فتوولتائیک به الکتریسیته تبدیل میکند، که یک پدیده ی فیزیکی و شیمیایی است. برای اولین بار اثر فتوولتائیک توسط ادموند بسکول در یک آزمایش بطور تصادفی کشف شد. در سال 1839 و در سن 19 سالگی او اولین سلول فتوولتائیک را در آزمایشگاه پدرش ساخت. در سال 1873 و در مجله نیچر، ویلوگبی اسمیت اثر نور بر سلنیوم در طی عبور جریان الکتریکی را توصیف کرد. در سال 1883 چالز فریتس اولین سلول فتوولتائیک جامد را با پوشش دادن نیمه هادی سلنیوم با لایه ی نازکی از طلا برای شکل دادن به اتصالات ساخت و این وسیله تنها حدود 1 درصد بازدهی داشت. در سال 1888 فیزیکدان روسی الکساندراولین سلول را بر پایه ی اثر فتوالکتریک خارجی ساخت. در سال 1905 آلبرت انیشتین تئوری کوانتوم جدید از خورشید را مطرح کرد و اثر فتوالکتریک را بر روی کاغذ توضیح داد که برای آن جایزه نوبل فیزیک را در 1921 دریافت کرد. در سال 1941 ودیم لاشکاریو پیوند p-n را در نمونه ی آزمایشی CU2O و سولفید نقره کشف کرد. در سال 1946 راسل اوهای پیوند نیمه های سلول خورشیدی مدرنی را ثبت کرد که منجر به ساخت ترانزیستور شد. در سال 1954 اولین سلول فتو ولتائیک عملی در آزمایشگاه بل ساخته شدو چهار سال بعد در سفینه ویجر 1 بکار گرفته شد. سلول های خورشیدی بخشی از ماژول فتوولتائیک بوده و به عنوان پنل های خورشیدی شناخته می شوند. صرفنظر از اینکه منبع نور خورشیدی یا نور مصنوعی است، سلول های خورشیدی فتوولتائیک هستند. آن ها به صورت تشخیص دهنده ی نور نیز استفاده می شوند (برای مثال آشکار ساز اینفرارد) که نور یا تابش های الکترومغناطیسی دیگر در نزدیکی محدوده مرئی را تشخیص می دهند و یا شدت نور را اندازه گیری می کنند. عملکرد سلول فتوولتائیک به سه مرحله نیاز دارد :

جذب نور و تولید جفت الکترون-حفره و یا اکسیتونها.

جدایی از حامل بارهای نوع مخالف.

استخراج حامل های جدا شده به یک مدار خارجی.

در مقابل جمع کننده حرارتی خورشیدی، گرما را با جذب نور خورشید برای اهداف گرمایش مستقیم یا تولید برق غیر مستقیم از گرما استفاده می کنند. و یا دستگاهی که با استفاده از تنها تابش نور خورشید، آب را به اکسیژن و هیدروژن تجریه می کند. انواعی از سلول های فتوولتائیک هستند.

گروهی از سلول های خورشیدی برای ساخت پنل خورشیدی استفاده می شوند که توان الکتریکی را از نور خورشید تولید میکنند. جدا از اینکه پنل آب گرم خورشیدی باشد یا مدول گرمایشی خورشیدی، عناصر خورشیدی توان خورشیدی را با استفاده از انرژی خورشیدی تولید می کنند.

کاربردها

تعدادی سلول های خورشیدی در یک گروه یک پنل خورشیدی را شکل می دهند. پنل های خورشیدی معمولا در سمت رو به خورشید دارای لایه ی شیشه ای می باشند که به نور اجازه عبور داده در حالی که ویفر نیمه هادی را محافظت می کنند. سلول های خورشیدی معمولا به صورت مدارهای سری و موازی و یا مدول های سری به هم متصل می شوند تا ولتاژ مورد نیاز را تولید کنند. اتصال سلولها به صورت موازی جریان بیشتری بدست می دهد، با این وجود مسائلی همانند تاثیرات سایه میتونه کمتر بشه ( تعداد سلول های روشن کمتر) رشته های موازی (شامل تعدادی سلول سری متصل به هم) باعث از دست رفتن قابل توجه توان و آسیب احتمالی به علت بایاس معکوس اعمالی به سلول های درسایه به وسیله سلول های روشن متصل به آنها می شود. رشته سلول های سری معمولا بطور مستقل بکار گرفته شده و بطور موازی متصل نمی شوند. با این وجود دیود شنت در ساختارهایی با اتصالات سری و موازی می تواند اثرات سایه را کاهش دهد.