اهداف :آشنایی اصول تبدیل انرژی تابش خورشید به انرژی الکتریکی توسط سلول خورشیدی
پیش نیاز : ................
وسایل مورد نیاز : ..................
3-1) مقدمه
امروزه با توجه به پيشرفت های صنعتی و تکنولوژی، تامين انرژی مسئله بسيار مهمی شده است. منابع فسيلی رايج توليد انرژی، که اکثرا تجديد ناپذير می باشند، به دليل نشر آلاينده هاي مخرب بر محيط زيست، آينده جوامع را تهديد مي کند. علاوه بر آن، بر طبق تحقيقات دانشمندان اين منابع تا اواخر قرن 21 به اتمام می رسند. در نتيجه انسان ها را به دنبال راه چاره از اين معضل جهانی برداشته، لذا از دهه های پايانی قرن 20 منابع انرژی تجديد پذير مورد توجه خاصی قرار گرفته اند که آثار مخرب منابع فسيلی را ندارند.
يکی از راه های مناسب برای استفاده از منابع تجديد پذير انرژی، سيستم فتوولتاييک مي باشد. اين سيستم مبتنی بر تبديل مستقيم انرژی خورشيدی به انرژی الکتريکی است.
مقدار انرژی تابشی خورشيد بر روی کره زمين 10000 برابر کل مصرف انرژی های ساليانه بر روی زمين است که اين مطلب نشان دهنده اهميت توجه به اين منبع در تامين نيازهای روزمره بشر است. اگر تا بحال انرژی خورشيدي رقيبی جدی برای سوخت های فسيلی محسوب نمی شده است، به دليل پايين بودن تاريخی قيمت سوخت های فسيلی بوده است. اگرچه هنوز هم فناوری استفاده از انرژی خورشيدي به بلوغ خود نرسيده است، اما رسيدن به اين تکامل نزديک است. بسياری از کشورهای جهان در تلاشند تا با جايگزينی انرژی خورشيدی در توليد حرارت و الکتريسيته، حداکثر استفاده از اين منبع انرژي را به دست آورده و زيانهای ناشی از مصرف سوخت های فسيلی را کاهش دهند.
انرژی خورشيدي عظيم ترين منبع انرژی در جهان است. اين انرژي پاک، ارزان و بی پايان بوده و در بيشتر مناطق کره زمين قابل استفاده مي باشد. محدوديت منابع فسيلی و پيامدهای حاصل از تغييرات زيست محيطی و آب و هواي جهانی، فرصتهای مناسبی را برای رقابت انرژی خورشيدی با انرژی های فسيلی، خصوصا در کشورهايی با پتانسيل بالای تابش ايجاد نموده است.
سيستم های انرژی خورشيدی، فناوری های جديدی هستند که برای تامين گرما، آب گرم، الکتريسيته و حتی سرمايش منازل مسکونی، مراکز تجاری و صنعتی بکار می روند.
فناوری هاي حرارتی خورشيدی به دو بخش نيروگاه های حرارتی خورشيدی و کاربردهای غير نيروگاهی سيستم های خورشيدی تقسيم بندی می شوند.
3-2)تاریخچه انرژی خورشیدی :
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان پیشاتاریخ بازمی‌گردد. در تاریخ ایران باستان ، نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده‌است.
با وجود آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستم‌هایی از یک طرف و عرضه نفت خام و گاز طبیعی ارزان ، از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستم‌ها شده بود. با افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ کشورهای صنعتی مجبور شدند به مسئله تولید انرژی از راه‌های دیگر (غیر از استفاده سوخت‌های فسیلی) توجه جدی‌تری نمایند و بدین ترتیب انرژی خورشیدی در زمره انرژیها ی قابل استفاده قرار گرفت و با سرعت جایگاه خودرا به عنوان یکی از منابع تولید انرژی پیدا کرد.
3-3)تاریخچه فتوولتاییک :
عبارت فتوولتاییک "Photovoltaic" ترکیبی از کلمه یونانی "Photos" به معنی نور با "Volt" به معنای تولید الکتریسیته از نور است. کشف پدیده فتوولتاییک به فیزیکدان فرانسوی آلکساندر ادمون بکرل نسبت داده می‌شود که در سال ۱۸۳۹ با چاپ مقاله‌ای (Becquerel، ۱۸۳۹) تجربیات خود را با باتری تر (Wet Cell) ارائه نمود. او مشاهده نمود که ولتاژ باتری وقتی که صفحات نقره‌ای آن تحت تابش نور خورشید قرار می‌گیرند، افزایش می‌یابد.
اما اولین گزارش از پدیده PV در یک ماده جامد در سال ۱۸۷۷ بود وقتیکه دو دانشمند کمبریج R.E. Day و W.G.Adams در مقاله‌ای به انجمن سلطنتی تغییراتی که در خواص الکتریکی سلنیوم وقتی که تحت تابش نور قرار می‌گیرد را، توضیح دادند (Adams and Day، ۱۸۷۷).
در سال ۱۸۸۳ Charles Edgar Fritts که یک مهندس برق اهل نیویورک بود، یک سلول خورشیدی سلنیومی ساخت که از برخی جهات شبیه به سلول های خورشیدی سیلیکونی امروزی بود. این سلول از یک ویفر نازک سلنیوم تشکیل شده بود که با یک توری از سیمهای 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 سرانجام در نورسنج‌های عکاسی به طور وسیعی بکار گرفته شد.
3-4)  تولید انرژی الکتریکی توسط سلول خورشیدی :
با استفاده از سلولهای خورشیدی ، مستقیماً می‌توان از نور خورشید برق تولید نمود. سلولهای خورشیدی را سلولهای فتوولتایی یا به اختصار PV نیز می‌نامند. از این نوع سلولها در ماشین حساب یا حتی فضا پیما استفاده می‌شود .
به این صورت که سلول های فتوولتایی به وسیله دریافت انرژی موجود در فوتون ها یا همان بسته های انرژی نور خورشید عمل تولید الکتریسیته را انجام میدهند .
 
                                                                     3-1 تولید انرژی الکتریکی توسط سلول خورشیدی
اولین بار آنها در دهة‌ 1950 در ماهواره های فضایی ایالت متحده مورد استفاده قرار گرفتند. این سلولها از سیلیكون (نوع خاصی از ماسه مذاب) ساخته شده‌اند.
 زمانیكه نور خورشید به سلول ها برخورد می كند، الكترون ها آزاد شده و به سمت صفحه جلویی (رنگ آبی تیره)‌ حركت می‌كنند (به تصویر توجه كنید) . بدین ترتیب یك الكترون اضافی بین جلو و عقب صفحه تولید می شود. زمانیكه دو صفحه توسط یك رابط مثل سیم بهم وصل می‌شوند ، جریان برق بین قطب مثبت و منفی برقرار می گردد.
مجموعه‌ای از سلول های خورشیدی در یك واحد فتوولتایی چیده شده و مجموعه ای از واحدهای فتوولتایی نیز بصورت آرایه‌ای در كنار هم قرار می گیرند (به تصویر توجه كنید) .
                                                                                    3-2 سلول و آرایه خورشیدی
بعضی از آرایه ها بر روی وسایل ردیابی نصب شده كه بتوانند نور خورشید را در تمام طول روز دنبال كنند . انرژی الكتریكی بدست آمده از سلول های خورشیدی را مستقیماً می‌توان استفاده نمود. از این انرژی می‌توان برای روشنایی منازل و وسایل برقی، و نیز مراكز تجاری استفاده نمود. انرژی خورشیدی را می توان در باتری هایی ذخیره نمود و از آن برای روشنایی تابلو علائم كنار جاده ها در شب استفاده كرد. همچنین این انرژی را می‌توان در باتری ذخیره كرده و در تلفن های سلولی كه در كنار جاده ها نصب می‌شود، استفاده نمود . بعضی از ماشین‌ها نیز بطور آزمایشی از سلول های فتوولتایی استفاده می كنند. این نوع ماشین ها نور خورشید را مستقیماً به انرژی تبدیل كرده و موتور الكتریكی را به حركت می اندازند.
اكثر ما زمانیكه در خصوص انرژی خورشیدی فكر می‌كنیم، تصویری از ماهواره های فضایی در ذهنمان نقش می بندد.
تکلیف : شرایط تابش خورشید را در سراسر کشور ایران بررسی کنید.
راهنمایی : استفاده از نقشه تابش خورشیدی کشور
کار عملی : سعی کنید به وسیله پنل های کوچک موجود در بازار تاثیر تولید برق در سایه و آفتاب توسط این سلول ها را با روشن کردن یک LED ساده موجود در بازار بررسی کنید.
محل اردو : ............................
منابع مطالعه :
1) گزارش سازمان انرژی های نو و بهروه وری انرژی ساتبا در مورد انرژی خورشیدی
2) تاب انرژی خورشیدی نوشته محمد وافی محمدی

 تنظیم کننده: محبوبه همت

مطالب مرتبط:
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه اول
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه دوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه سوم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه چهارم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه پنجم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه ششم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هفتم
پاوربانک خورشیدی بسازیم_ جلسه هشتم