سلول خورشیدی چگونه کار می کند ؟ نحوه تبدیل انرژی خورشیدی به برق

خورشید ؛ ستاره ای که بدون هیچ چشمداشت و منتی گرمای وجودی خود را بر ما ارزانی داشته تا ما از این موقعیت و به بهترین شکل برای مصارف خود بهره ببریم . سیاره قدرتمندی که نه دی اکسید کربن تولید می کند ، نه برای ما خرج می تراشد و نه تمام می شود .
احتمال زیاد ماشین حسابهای خورشیدی را دیده اید که حتی دکمه خاموش ندارند . دستگاه هایی که نیاز مبرم به باتری ندارند و تا زمانی که نور به اندازه کافی وجود داشته باشد زنده خواهند ماند . این تکنولوژی به سالهای قبل برمی گردد اما امروزه نیز پنل های خورشیدی بزرگتری را در جاده ها و کارخانجات می بینید مثل چراغ های راهنمایی خورشیدی ، لامپهای روشنایی جاده ها و حتی آبگرمکن های خورشیدی و خب لابد با خود فکر کرده اید که اصلا مکانیزم و فرآیند تولید انرژی الکتریکی از انرژی خورشیدی چگونه است . با ما همراه باشید .
خورشید و هر منبع نوری دیگر به همراه خود انرژی دارند . معمولا هنگامی که نور به یک شی برخورد می کند به گرما تبدیل می شود مثل موقعی که شما زیر آفتاب دراز می کشید . اما در برخی مواردانرژی نور بعد از تابش به یک سری مواد بخصوص ، به انرژی الکتریکی تبدیل می شود که ما بعدا آن را به جریان الکتریکی قابل استفاده تبدیل می کنیم .
در روشهای قدیمی تبدیل انرژی خورشید به برق ، از کریستالهای سیلیکونی بزرگ استفاده می شد . سیلیکون از پس این کار برمی آید چون الکترونها بعد از تابش نور ، به جای اینکه در جای خود به جنبش دربیاید ، به حرکت می افتد و جریان الکتریکی تولید می شود اما عیب آنها بزرگ بودن کریستالها و هزینه بالای ارتقا دادن کریستال ها بود .
امروزه با وجود پیشرفت های پی در پی در زمینه تکنولوژی ساخت قطعات و کوچکتر و ارزان تر کردن بسته های سیلیکونی مثل copper-indium-gallium-selenide که قابلیت فرم دهی به فیلم های منعطف را دارند . هرچند این فیلم های باریک به توانمندی سیلیکون در تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته نیستند . استفاده از انرژی خورشید در حال حاضر دست کم ۵ برابر گران تر از مصرف برق معمولی هزینه دارد به همین دلیل هنوز به صورت فراگیر از آن استفاده نمی شود در واقع فعلا بیشتر دولت از آن بهره می برد و کار به استفاده شخصی نکشیده .
چگونه یک سلول خورشیدی انرژی نور را به برق تولید می کند ؟

قبل از همه بگویم که سلول های خورشیدی را با یک نام دیگر یعنی فتوولتاییک ( photovoltaic ) نیز میشناسند که فتو به معنی نور و ولتاییک به معنی الکتریسیته می باشد .همه این سلول ها در خود یک یا چند میدان الکتریکی دارند که باعث ایجاد ولتاژ می شوند .
در یک کریستال ، پیوندها ( بین اتم های سیلیکون) از الکترون تشکیل شده اند که بین تمام اتم های کریستال تقسیم شدند . وقتی نور به سطح کریستال می تابد جذب می شود . این نور باعث تحریک یکی از الکترونها در یکی از اتمها می شود و آن را به سطوح بالاتر انرژی ( دوستانی که درس فیزیک الکترونیک را پاس کرده اند کاملا متوجه عرائض بنده می شوند ) هدایت می کند . این الکترون با این انرژی و با استفاده از میدان الکتریکی موجود ، در یک مسیر مشخص و با آزادی بیشتر نسبت به حالت قبلی که در بند بود حرکت می کند و حرکت آزادانه الکترون به معنی ایجاد جریان می باشد . با وصل کردن سیم مسی به بالا و پایین این سلول خورشیدی می توان جریان تولید شده را به تسخیر در آورد .

چگونگی تبدیل نور به برق


این جریان به همراه ولتاژ حاصل از میدان الکتریکی ، توان الکتریکی را تشکیل می دهند . این همان توانی است که مشخصه یک سلول خورشیدی می باشد یعنی فرضا می گویند این سلول ۵ وات هست .
معمولا سلول هایی که ۱۲ ولتی هستند بین ۱۶ تا ۲۰ ولت خروجی می دهند که برای رگوله کردن این ولتاژ از کنترل کننده شارژ استفاده می کنند . کار این کنترل کننده دقیقا مثل رگولاتورهای ولتاژ می باشد . از خروجی این کنترل کننده اگر مدار DC باشد مستقیما به آن می رود اما اگر مصرف کننده AC باشد باید ولتاژ خروجی کنترل کننده را ابتدا به باتری های قابل شارژ داد ( برای استفاده در زمانی که خورشید نیست ) سپس به یک مدار اینورتور که وظیفه اش تبدیل سیگنا DC به AC می باشد .

نمونه ای از کنترل کننده سولار شارژ باتری



مراحل استفاده از انرژی خورشیدی برای مصرف کننده