سطح مقاله
نویسندگان
روح الله خسروشاهی
(نویسنده مسئول)
کلمات کلیدی
سایت آموزش فناوری نانو
پیل ( سلول ) خورشیدی
امتیاز کاربران
چرا از سلولهای خورشیدی استفاده میکنیم؟
همه شما تاکنون عبارت صفحههای خورشیدی "Solar Panel" یا سلول خورشیدی "Solar Cell" را شنیدهاید. این دو، وسایلی برای استفاده از انرژی خورشیدی هستند. برخی وسایلی که شما از آنها استفاده میکنید، مانند ماشین حسابها، چراغهای راهنمایی یا چراغهای روشن در اتوبانها مثالهایی هستند که انرژی خود را از سلول خورشیدی تأمین میکنند. حتی امروزه، ایدههایی مبنی بر استفاده از این فناوری در سطح عمومی، مانند پشتبام خانهها و تولید خانگی برق مورد توجه دولتها و مردم قرار گرفته است. نمونهای از این سلولها را در شکل 1 مشاهده میکنید.
«سلول خورشیدی چیست و چگونه کار میکند؟» سوالی است که در این سری از مقالات میخواهیم به همراه هم پاسخ آن را دریابیم. همچنین توسعه فناوری سلولهای خورشیدی به واسطه فناوری نانو را در این مقالات بررسی خواهیم نمود.

شکل1- برای تولید برق میتوان سطوح مختلفی مانند پشتبام منازل را که در معرض تابش نور خورشید هستند، با استفاده از صفحات خورشیدی پوشاند.
نور خورشید و کاربردهای آن
لغت Solar یک کلمه لاتین برای خورشید یا "Sun" است که یک منبع قدرتمند انرژی به حساب میآید. در واقع، مقداری از نور خورشید که فقط در یک ساعت به زمین میتابد، میتواند انرژی مورد نیاز زمین را برای یک سال تأمین کند! امروزه نیروگاههای خورشیدی زیادی در سرتاسر دنیا فعال هستند. البته این نیروگاهها هنوز به دلایل اقتصادی و تکنولوژیکی گسترش پیدا نکردهاند. نمونهای از این نیروگاهها را در شکل 2 مشاهده میکنید.
شکل 2- نمونهای از یک نیروگاه خورشیدی
همانگونه که در کتاب فیزیک سال اول دبیرستان آموختهاید، از انرژی خورشیدی به دو صورت میتوان استفاده کرد؛ یکی به عنوان منبع گرما (انرژی حرارتی) و دیگری به عنوان منبع انرژی الکتریکی (الکتریسیته). هرچند استفاده از انرژی خورشیدی محدود به این دو نیست. خورشید در حقیقت یکی از منابع حیات طبیعت است. برای مثال پدیده فوتوسنتز در گیاهان، با استفاده از انرژی خورشیدی انجام شده میشود. در این فرآیند انرژی خورشید صرف انجام واکنش شیمیایی درون برگ درختان میشود. ضمن اینکه نباید فراموش کرد که در سیاراتی که از سهم کمتری از انرژی خورشید برخوردار هستند، مانند نپتون، عملاً امکان حیات وجود ندارد!
مردم برای سالهای طولانی از خورشید به عنوان منبع گرمایی استفاده میکردند. برای مثال خانوادهها در یونان باستان خانههای خود را به نحوی میساختند که بیشترین مقدار نور خورشید را در طی زمستان دریافت کند. امروزه نیز علاوه بر سیستمهای گرمایش آب، این جنبه از انرژی خورشید در کاربردهایی همچون خشک کردن محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار دارد. در صفحههای خورشیدی نیز نور خورشید صرف تولید حرارت میشود. اما بحث اصلی در سلولهای خورشیدی، تولید انرژی الکتریکی از نور خورشید و در واقع پدیده فتوولتائیک است. هرچند در ادامه اشارهای مختصر به سیستمهای خورشیدی حرارتی هم خواهیم داشت.
سلول خورشیدی یا سلول فتوولتائیک در واقع وسیلهای الکترونیکی است که انرژی خورشید (یعنی انرژی تابشی رسیده از خورشید) را تحت فرآیندی به نام فتوولتائیک، به الکتریسیته تبدیل میکند. در واقع، پدیده فتوولتائیک، پدیدهای است که طی آن انرژی خورشیدی به صورت "مستقیم" به انرژی الکتریسیته تبدیل میشود و معنای لغوی آن الکتریسیته یا همان جریان الکتریکی ناشی از نور خورشید است. همانطور که میدانید، جریان الکتریکی به دلیل حرکت الکترونها درون سیم ایجاد میشود.
سلولهای خورشیدی برای کاربردهای مختلفی استفاده میشوند. سلولهای خورشیدی کوچک در قطعات الکترونیکی با ابعاد کوچک مانند ماشین حسابها، سنسورها و ساعتهای خانگی مورد استفاده قرار میگیرند. ماژولهای خورشیدی نیز در تجهیزات عظیمتری مثل ایستگاههای فضایی موجود در مدار زمین و یا ماشینهای خورشیدی استفاده میشوند. تجهیز نیروگاههای خورشیدی و تولید برق برای مناطقی که امکان برقرسانی به آنها وجود ندارد و همچنین تأمین نیازهای الکتریکی منازل، طیف گسترده مصارف این قطعات را نشان میدهد. نمونههای این کاربردها در شکل 3 نشان داده شده است. ماژولهای خورشیدی، مجموعهای از تعداد زیادی سلول خورشیدی هستند که در کنار یکدیگر قرار گرفتهاند.
|

شکل 3- برخی کاربردهای سلولهای خورشیدی: الف) یک ایستگاه فضایی، ب) چراغ روشنایی در یک خیابان، ج) یک ماشین حساب، د) یک ایستگاه شارژ ماشینهای خورشیدی، ه) یک ماشین خورشیدی پیشرفته