فتوولتاییک
فتوولتاییک به انگلیسی : (Photovoltaics) : یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی می‌باشد. در این روش با بکارگیری سلولهای خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود. سلولهای خورشیدی از نوع نیمه رسانا می‌باشند که از سیلیسیوم یعنی دومین عنصر فراوان پوسته زمین ساخته می‌شوند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می‌گردد. می‌توان فتوولتایک را در دسته فناوری‌های انرژی‌های تجدید پذیر (نوشو) قرار داد.
انواع سیستم های فتوولتاییک
انواع سیستم های فتوولتاییک در دو دسته جای می‌گیرند: سیستمهای فتوولتاییک متصل به شبکه و سیستمهای فتوولتاییک منفصل از شبکه.
سیستمهای فتوولتاییک متصل به شبکه: این سیستم‌ها متصل به شبکه برق سراسری هستند و ماهیت وجودی آنها نیز به حضور شبکه بستگی دارد و چنانچه برق شبکه قطع شود این سیستم‌ها نیز از مدار خارج می‌َشوند. شکل زیر نمونه‌ای از یک سیستم متصل به شبکه را نشان می‌دهد.
همانطور که ملاحظه می‌شوند مهمترین اجزای این سیستم شامل پنل‌ها و اینورترها هستند.
سیستمهای فتوولتاییک منفصل از شبکه: این سیستم‌ها در جاهایی استفاده می‌شود که به برق شبکه دسترسی ندارند و در نتیجه این سیستم می‌تواند به عنوان منبع انرژی جایگزین شود. شکل زیر نمونه‌ای از یک سیستم منفصل از شبکه را نشان می‌دهد.
اگرچه رایج ترین نوع در مکان های دور فاقد خدمات برق رسانی هستند، ولی این سیستم ها می توانند در هر جایی بکار روند، به طور مستقل از شبکه عمل می کنند تا تمامی الکتریسیته ی منازل را فراهم نمایند.
این سیستم ها یک بانک باتری به منظور ذخیره ی الکتریسیته ی خورشیدی برای استفاده در طول شب یا هوای ابری، یک کنترل کننده ی شارژ برای جلوگیری از شارژ بیش از حد، یک مبدل برای تبدیل نیروی آرایه ی PV،DC به AC برای استفاده با وسایل خانگی AC، و تمامی انفصالات مورد نیاز، پایش و وسایل محافظ الکتریکی مربوط می باشند.
سیستم های فتوولتائیک مستقیم:
ساده ترین نوع سیستم های الکتریکی خورشیدی هستند با کم ترین اجزا (اساساً آرایه ی PV و بار). به دلیل آنکه آنها به باتری و نیروگاه دسترسی ندارند تنها زمانی که خورشید در حال تابش است به بار ها نیرو می بخشند. این بدان معناست که تنها مناسب تعداد کمی از موارد مورد نیاز منتخب از جمله برای لوله کشی آب و تهویه می باشند (وقتی که خورشید می تابد، پنکه یا پمپ به راه می افتد).
فناوری های سیستمهای فتوولتائیک
سلول فتوولتائیک نور خورشید را مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. اصل مقدماتی در این تکنولوژی پدیده ” فتوالکتریک “ است که اولین بار توسط انیشتین مطرح گردید.“فتو“ به معنای نور و“ولتائیک“ به معنای الکتریسیته می باشد. عنصر اصلی در ساخت سلولهای خورشیدی، نیمه هادیهایی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید می باشد. اساس کار سلولهای خورشیدی بر مبنای تئوری الکترونهای مدارات اتم قابل توجیه است.
در سطح خارجی تراز انرژی اتم دو سطح تراز مشخص وجود دارد. سطح تراز ظرفیت اتم(والانس) که در عملیات شیمیایی دخالت دارد و سطح تراز هدایت اتم (لایه هدایت) که در هدایت الکتریکی نقش دارد. همان طور که میدانید هر اتم برای اینکه از تراز ظرفیتی خود به تراز هدایت انتقال یابد، احتیاج به مقدار مشخصی انرژی دارد که به آن انرژی گپ می گویند. علت استفاده از نیمه هادی های هم دقیقا به این خاطر است که این عناصر نیاز به انرژی گپ بسیار پائین دارند تا به تراز هدایت منتقل گردند و با حرارتی کم در حد حرارت محیط می توانند این انرژی را تامین نمایند. در نیمه هادیها با اضافه کردن ناخالصی به کریستال خالص آنها می توان میزان انرژی گپ را بیش از پیش کاهش داد. اگر به سیلیسیم که یک نیمه هادی است فسفر اضافه شود دارای بار منفی و اگر اضافه شود دارای بار مثبت می گردد.
حال اگر به الکترونی که در تراز ظرفیت است انرژی بیش از مقدار انرژی گپ داده شود به تراز هدایت منتقل شده و باعث ایجاد الکترون و حفره ای آزاد می گردد. لذا از همین خاصیت برای ساخت نیمه هادی های نوع N و P استفاده می گردد.
در اثر برخورد نور به سطح نیمه هادی نوع PN و کسب انرژی گپ، حاملهای بار(الکترون – حفره) بوجود آمده که می توانند در داخل نیمه هادی حرکت نموده و تولید الکتریسیته نمایند.
برای مشاهده مقالات و پروژه های بیشتر ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید.
