دانلود مقاله سلول های خورشیدی

کریستال سیلیکون سی-اس آی سی اس آی، اصلی‌ترین ماده تجاری در تولید سلولهای خورشیدی است و به اشکال مختلفی استفاده می شود: سیلیکون های تک کریستالی ، سیلیکون های چند کریستالی و سیلیکون لایه نازک .تکنیکهای مرسوم برای تولید کریستالین سیلیکون شامل : روش چوکرالسکی، روش محدوده شناور و روشهای دیگری نظیر ریخته‌گری می باشد.

زدودن ناخالصیها از سیلیکون اهمیت بسیاری دارد.

این عمل با کمک تکنیکهایی چون منفعل سازی سطح ( با تابش هیدروژن به یک سطح ) و گترینگ ( یک روش شیمیایی که با حرارت دادن ناخالصیها را از سیلیکون بیرون می کشد ) صورت می پذیرد .با اینکه سلولهای خورشیدی با سیلیکون کریستالی ، از سال 1954 وجود داشته اند ، ابتکاری جدید رو به گسترش دارد .

سلولهای جدیدی همچون ( ای دبلیو تی ) ، ( سیس ) از این دسته اختراعات نو هستند .

سلولهای خورشیدی با لایه نازک این نوع سلولها از لایه های بسیار نازک مواد نیمه هادی استفاده می کنند که ضخامت آنها چند میکرومتر است.

این لایه روی یک صفحه نگاه دارنده که از مواد ارزان مانند شیشه ، پلاستیک یا فولاد زنگ زن ساخته شده ، قرار می گیرد.

نیمه هادی‌های بکاررفته در لایه های نازک عبارتند از : سیلیکون بی شکل ( آمورف ) ( آ-س آی) ، سی آی اس و تلورید کادمیم ( سی دی-تی ای ) .

سیلیکون آمورف ، ساختار کریستالی مشخص ندارد و تدریجاٌ با قرار گرفتن در برابر نور از بین رفته وکیفیت ابتدایی خود را از دست می دهد.

منفعل سازی به کمک هیدروژن می تواند این اثر را کاهش دهد .

از آنجائی که مقدار مواد نیمه هادی بکار رفته در لایه نازک بسیار کمتر از سلولهای پی وی معمول است، هزینه تولید سلولهای نازک نیز به میزان قابل ملاحظه‌ای کمتر از سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستال است .

فن آوریهای گروه سه و پنج این فن‌آوریهای فتوولتائیک که بر اساس عناصر شیمیایی گروه‌های سه و پنج جدول تناوبی ایجاد شده اند، بازده تبدیل انرژی بسیار بالایی را چه در نور عادی و چه در نور متمرکز شده، از خود نشان می دهند.

سلولهای تک کریستالی این دسته معمولاٌ از آرسنید گالیم ساخته می شود.

آرسنید گالیم می تواند همراه با عناصری مانند ایندیم ، فسفر و آلومینیوم ، تشکیل آلیاژهای نیمه رسانایی بدهد که با مقادیر مختلف انرژی نور خورشید کار می‌کنند .

تجهیزات چند تایی با بهره وری بالا در این روش، سلولهای خورشیدی تکی بر روی همدیگر قرار می گیرند تا میزان دریافت و تیدیل انرژی خورشیدی بیشینه شود.

لایه بالایی بیشترین مقدارا انرژی را از نور دریافت کرده و مابقی را عبور می‌دهد تا جذب لایه های بعدی بشوند.

بیشتر فعالیتهای این زمینه از آرسنید گالیم و آلیاژهای آن استفاده می کند.

همچنین از سیلیکون آمورف ، سی آی اس و فسفید ایندیم گالیم نیز بهره گرفته می شود .

با وجود آنکه سلولهای متشکل از دو بخش ساخته شده است، اما بیشترین توجه به سلولهای با سه اتصال و چهار اتصال است.

در این انواع ، موادی چون ژرمانیم که کمترین میزان انرژی نور را نیز دریافت می کند، در پایین‌ترین لایه استفاده می شود .

ساخت سلولهای خورشیدی فاکتورهای متفاوت و مهمی در تولید سلولهای خورشیدی مطرح هستند.

مواد نیمه رسانا عموماٌ با ناخالصیهای مانند بورون یا فسفر تقویت می شوند تا محدوده فرکانسهای نور را که به آن پاسخ می دهند، گسترش دهد.

عملیات دیگری که انجام می شود، شامل منفعل سازی سطحی مواد و بکارگیری پوششهای ضد انعکاس می باشند .

محبوس کردن واحد کامل پی وی در یک پوسته محافظ، گام مهم دیگری در فرآیند تولید است.

سلولهای خورشیدی پیشرفته دیدگاههای پیشرفته گوناگونی مسأله سلولهای خورشیدی را مورد بررسی قرار می دهند.

سلولهای خورشیدی حساس شده با رنگ ، سلولهایی هستند که از یک لایه دی‌اکسید تیتانیوم آغشته به رنگ به جای مواد نیمه رسانایی که در بیشتر سلولهای خورشیدی برای ایجاد ولتاژ استفاده میشود، استفاده میکنند.

چون دی اکسید تیتانیوم به نسبت ارزانتر است، در حال حاضر میتوان از سلولهای خورشیدی پیشرفته تری مانند سلول های خورشیدی پلیمری ( پلاستیکی ) – که مولکولهای کربنی بسیار بزرگی دارند – و سلولهای فوتوالکتروشیمیایی که از آب در مجاورت نور خورشید مستیماٌ هیدروژن تولید می کنند ، نام برد .

توازن اجزاء سیستم باس شامل همه چیز در یک سیستم فوتولتالیک می شود .

این مسأله میتواند در ساختارهای پایه‌ای، تجهیزات ردیابی ، باتریها ، الکترونیک قدرت و دیگر تجهیزات مورد توجه قرار بگیرد.

امروزه بشر با دو بحران بزرگ روبرو است که بیش از آنچه ما ظاهرا تشخیص می دهیم با یکدیگر ارتباط دارند.

از یک طرف جوامع صنعتی و همچنین شهرهای بزرگ با مشکل الودگی محیط زیست مواجهند و از طرف دیگر مشاهده می شود که مواد اولیه و سوخت مورد نیاز همین ماشینها با شتاب روز افزون در حال اتمام است.

اثرات مصرف بالای انرژِی در زمین و آب و هوا آشکارا مشخص می باشدو ما تنها راه حل را در پایین اوردن میزان مصرف انرژی می دانیم ,حال انکه این امر نمی تواند به طور موثر ادامه داشته باشد.توجه و توصل به انرژی اتمی به عنوان جانشینی برای سوختهای فسیلی نیز چندان موفقیت آمیز نبوده است.

صرف هزینه های سنگین و همچنین تشعشعات خطر ناکی که ازنیروگاههای اتمی در فضا پخش شده ,نتیجه مثبتی نداشته است و اگر یکی از این نیروگاهها منفجر شود زیانهای فراوان و جبران ناپذیری به بار خواهد اورد.به علاوه به مشکل اساسی که در مورد مواد سوختی نظیر نفت ,گاز و زغال سنگ داشتیم بر می خوریم بدین معنی که معادن اورانیم که سوخت این نیروگاهها را تامین می کند منابع محدودی هستند و روزی خواهد رسیدکه این ذخایر پایان خواهد یافت و ماده ای که جایگزین ان شود وجود نخواهد داشت.

انرژی خورشیدی : خورشید به عنوان یک منبع بی پایان انرژی می تواند حلال مشکلات موجود در مورد انرژی و محیط زیست باشد.انرژی بدون خطر ...

این انرژی که به زمین می تابد هزاران بار بیشتر از انچه که ما نیاز داریم و مصرف می کنیم ,می باشد.حتی نور کمی که از پنجره به اتاق میتابد دارای انرژی بیشتری از سیم برقی است که به داخل اتاق کشیده شده است.از انرژی خورشیدی می توان استفاده های مهم و کاملا مفید, به عنوان یک انرژی تمیز و قابل دسترس در همه جا استفاده کرد.

اما از نور خورشید به طور مستقیم نمی توان به جای سوخت های فسیلی بهره برد بلکه باید دستگاههایی ساخته شود که بتوانند انرژی تابشی خورشید را به انرژی قابل استفاده نظیر انرژی مکانیکی, حرارتی الکتریسیته و ...تبدیل کنند.

مصارف انرژی خورشیدی : 1)گرم کننده ها مثل ابگرمکن خورشیدی که برای گرمای خانه ها و کوره های خوشیدی که برای ذوب فلزات حتی با دمای بالا نظیر اهن استفاده می شود و دمایی تا حدود 6000درجه سانتی گراد تولید می کنند.

2)دستگاههای اب شیرین کن که توسط اینه هایی نور خورشید را روی مخازن اب متمرکز می کنند تا کار تبخیر را انجام دهد.

3)الکتریسیته خورشیدی در این روش که نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.انرژی الکتریکی به سادگی قابل تبدیل به سایر انرژی ها بوده و می توان ان را ذخیره کرد.

طریقه دریافت الکتریسیته از انرژی خورشیدی : 1) نیروگاه های حرارتی که حرارت لازم توسط اینه هایی که نور خورشید را روی دیگ بخار متمرکز میکنند, تولید میشود.

2} اثر فتوولتایی:در این روش انرژی تابشی مستقیما به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.قطعاتی که اثر فتوولتایی از خود نشان میدهند به سلول خورشیدی معروفند .

و در حال حاظر بیشترین استفاده از انرژی خورشیدی با این روش است.در برخی کشورها نیروگاه های فتوولتائیک ساخته شده که برای تولید برق است.

اما بیشترین استفاده از سلولهای خورشیدی در نیروگاه(( فتو ولتائیک50مگاواتی جزیره کرت یونان))است.

اساس کار سلولهای خورشیدی : سلول خورشیدی عبارت از قطعات نیمرسانایی هستند که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل میکنند.رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیم رسانا بستگی دارد.

از ویژگی های سلولهای خورشیدی میتوان به این موارد اشاره کرد: جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده انها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند.به راحتی با سیستمهای به کار رفته در ساختمان جور می شوند.

همچنین از اشکالات سلولهای خوشیدی می توان به تولید وسایل فتوولتائیک که هزینه زیادی دارد و چگالی انرژی تابشی که بسیار کم است اشاره کرد که در فصول مختلف و ساعات متفاوت شبانه روز تغییر می کند که باید ذخیره شود و همین موضوع بسیار هزینه بر است.

کاربردهای سلولهای خوشیدی : 1)تامین نیروی حرکتی ماهواره ها و سفینه های فضایی 2)تامین انرژی لازم دستگاهایی که نیاز به ولتاژهای کمتری دارند مثل ماشین حساب و ساعت 3)تهیه برق شهر توسط نیروگاه های فتوولتائیک 4)تامین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایقهای کوچک "نقاط کوانتومی" ؛ انقلابی که در انتظار صنعت سلولهای خورشیدی است هیچ منبع قدرتی نظیر خورشید وجود ندارد اما تاکنون استفاده از این منبع ارزان و فراوان انرژی عملی نشده است که علت عمده آن گران بودن هزینه تولید و استفاده از سلولهای خورشیدی است.

اکنون به نظر می رسد که فناوری نوینی موسوم به نقاط کوانتومی استفاده از انرژی خورشیدی را برای مصرف کنندگان امکانپذیر سازد.

به گزارش خبرگزاری مهر، سلول های نوری از نیمه هادی ها برای تبدیل انرژی نوری به جریان الکتریکی استفاده می کنند.

در این فرآیند سیلیکن به عنوان عنصر اصلی وظیفه این تبدیل موثر را به دوش می کشد اما سلول های سیلیکنی برای استفاده در سطوح تولید انبوه نسبتا گران هستند.

برخی نیمه هادی های دیگر که می توانند به عنوان فیلم های بسیار باریک مورد استفاده قرار گیرند، وارد بازار شده اند اما گرچه نسبت به سیلیکن ارزان تر هستند با این حال تاثیر گذاری آنها با سیلیکن قابل مقایسه نیست.

اما در کنار سایر فناوری هایی که پیش بینی می شود در سال 2007 ظهور پیدا کنند، ترکیب جدیدی ارایه شده است: برخی شیمی دانان فکر می کنند که نقاط کوانتومی که در حقیقت کریستال های بسیار کوچک نیمه هادی بوده و تنها چند نانومتر قطر دارند، می توانند حداقل استفاده از انرژی خورشیدی را از حیث صرف هزینه اولیه در فرآیند کسب و ذخیره سازی انرژی در مقایسه با استفاده از سایر سوخت ها مقرون به صرفه تر کنند اما در کنار سایر فناوری هایی که پیش بینی می شود در سال 2007 ظهور پیدا کنند، ترکیب جدیدی ارایه شده است: برخی شیمی دانان فکر می کنند که نقاط کوانتومی که در حقیقت کریستال های بسیار کوچک نیمه هادی بوده و تنها چند نانومتر قطر دارند، می توانند حداقل استفاده از انرژی خورشیدی را از حیث صرف هزینه اولیه در فرآیند کسب و ذخیره سازی انرژی در مقایسه با استفاده از سایر سوخت ها مقرون به صرفه تر کنند نقاط کوانتومی با استفاده از اندازه منحصربفردشان از قابلیت های مهمی برای برقراری تعامل نوری با منبع نور برخوردار هستند.

در سیلیکن ها، یک فوتون نوری، یک الکترون از مدار اتمی اش رها می سازد.

در اواخر دهه 90 میلادی آرتور نوزیک از محققان ارشد آزمایشگاه ملی منابع تجدید پذیرانرژی در کولورادوی آمریکا بر این فرض بود که نقاط کوانتومی مواد خاص نیمه هادی ها می توانند به هنگام برخورد با فوتون های دارای سطح انرژی بالا دو یا بیشتر الکترون آزاد کنند.

این فرآیند را در پایانه های فوق بنفش و آبی طیف رنگی نیز مشاهده می کنیم.

در سال 2004 ویکتور کلیموف از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در نیومکزیکو نخستین اثبات تجربی را ارایه کرد که نشان داد نظریه نوزیک حقیقت دارد.

سال بعد از آن وی نشان داد که نقاط کوانتومی به ازای هر فوتون می توانند به هنگام قرار گرفتن در معرض نور ماورای بنفش فوق العاده انرژیک، تا هفت الکترون تولید کنند.

تیم تحقیقاتی نوزیک خیلی زود تاثیر شکل گرفته در نقاط کوانومی را که از سایر نیمه هادی ها همچون سولفید سرب نشات گرفته بودند، ثابت کرد.

البته این آزمایشات هنوز به تولید ماده ای مناسب برای استفاده تجاری منجر نشده است اما آنها پیشنهاد می کنند که نقاط کوانتومی روزی می توانند اثرگذاری تبدیل نورخورشید به الکتریسیته را تقویت کنند.

زمانی که بتوان نقاط کوانتومی را با استفاده از واکنش های شیمیایی ساده تولید کرد، پس می توان سلول های خورشیدی را نیز با هزینه ای بسیار کمتر تولید کرد.

محققان آزمایشگاه نوزیک که هنوزنتایج تحقیقاتشان منتشر نشده است، اخیرا تاثیر فوق الکترونی نقاط کوانتومی ساخته شده از سیلیکن را ثابت کرده اند.

استفاده از این نقاط برای استفاده در سلول های خورشیدی در مقایسه با صفحات کریستالی سیلیکنی که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند، ارزان ترتمام می شوند.

تا به امروز تاثیر فوق الکترونی تنها در نقاط کوانتومی جدا از یکدیگر مشاهده شده است.

در حال حاضر مشکل این است که در یک سلول خورشیدی الکترون ها باید از نیمه هادی خارج و به مدار الکتریکی خارجی وارد شوند.

برخی از این الکترون ها که در هر سلول نوری رها می شوند به صورت غیرقابل اجتنابی « گم » می شوند که در حقیقت از سوی « حفره های » مثبت واقع در نیمه هادی دوباره گرفته می شوند.

در نقاط کوانتومی، این دوباره گرفته شدن بسیار سریعتر از فرآیندی که در قطعات بزرگتر یک نیمه هادی روی می دهد، شکل می گیرد.

در این میان بسیاری از الکترون های رها شده بلعیده می شوند!

به هرحال باید پذیرفت که تولید تجاری سلول های خورشیدی نقاط کوانتومی در سال هایی دور صورت خواهد گرفت و باید همچنان متظر ماند.

محققان بازده سلول خورشیدی را افزایش دادند یک کنسرسیوم اروپایی بازده سلول های خورشیدی سیلیکونی را به منظور کاهش هزینه تولید برق خورشیدی بهبود بخشیده است.

مرکز تحقیقات انرژی ای‌سی‌ان هلند اعلام کرد محققان بازده فرایند تبدیل (انرژی خورشید به برق) در سلول های خورشیدی سیلیکون "مالتی کریستالین ‪ "multicrystaline‬را ‪ ۱۸‬درصد افزایش دادند.

بازدهی برای منابع انرژی تجدیدشونده مانند باد، خورشید و سوخت های زیستی، بازدهی بسیار پراهمیت است و در کاهش هزینه‌ها و توانایی رقابت با سوخت های فسیلی نقش کلیدی دارد.

هزینه تولید برق خورشیدی در حال حاضر هشت برابر انرژی حاصل از سوخت های فسیلی است.

درحالی که بازار سوخت های فسیلی سالانه ‪ ۳۰‬درصد رشد دارد، برق خورشیدی کمتر از یک درصد انرژی مصرفی جهان را تامین می‌کند.

تحقیقات سلول خورشیدی را کنسرسیومی مرکب از موسسه‌ها و شرکتهای اروپایی از جمله ‪ ECN‬در طرح "‪ "CrystalClear‬وبا هدف ساخت واحدهای خورشیدی سیلیکونی پر بازده و کم هزینه دنبال می‌کنند.

این کنسرسیوم همچنین فرایندی برای ساخت سلولهای خورشیدی بسیار کوچک ابداع کرده است که بازده مواد سیلیکونی بسیار خالص را بالا می‌برد.

سیلیکون ماده مورد استفاده در سلول فتوولتائیک (‪ (photovoltaic‬است که انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کند.

بازار سیلیکون جهانی در اثر رقابت سازندگان سلول خورشیدی با بخش الکترونیک دچار کمبود این ماده شده است.

انتظار می‌رود تا سال ‪ ۲۰۰۸‬یعنی یک سال دیگر این کمبود برطرف شود.

به اعتقاد این کنسرسیوم فناوری های جدید هزینه تولید سلول های خورشیدی را به نصف می‌رساند.بالا بردن حجم تولید نیز به کاهش هزینه‌ها کمک می‌کند.

شرکتهایی مانند شل سولار، بی‌پی سولار و موسسه‌های تحقیقاتی و دانشگاه های کشورهای بلژیک، فرانسه، آلمان، اسپانیا، هلند در این کنسرسیوم مشارکت دارند سلول های خورشیدی استفاده فزاینده از الکتریسیته حاصل از آفتاب فناوری فتوولتائیک بازاری است چند میلیارد دلاری در سرتاسر جهان از شریل پلرین (1) نویسنده کادر فایل واشنگتن مسائل انرژی برای محیط زیست زمین حیاتی است.

برای روز زمین 2005 – 22 آوریل – واشنگتن فایل یک سری گزارش در خصوص انرژی تجدید شونده، این عنصر امیدوار کننده در معادلات آتی انرژی تهیه کرده است.

واشنگتن – تبدیل آفتاب به انرژی – انرژی خورشیدی – از دست کم 1861 که اولین موتور خورشیدی در فرانسه به ثبت رسید برای بسیاری از مخترعین یک رویا بوده است.

امروز، نوآوری ها، سرمایه گذاری ها، و پیشرفت های فنی و علمی فناوری هایی در زمینه انرژی خورشیدی به وجود آورده که با تولید اکتریسیته تاکید بر لزوم وجود زیرساخت ضروری الکتریکی را کاهش می دهند.

مهم ترین فناوری های موجود در زمینه انرژی خورشیدی فناوری های خورشیدی حرارتی، تمرکز انرژی خورشیدی، و فتوولتائیک هستند.

تجهیزات خورشیدی حرارتی از گرمای مستقیم خورشید استفاده کرده و از آن برای هر کاری، از گرم کردن استخرهای شنا گرفته تا تولید بخار در نیروگاه های برق استفاده می کنند.

نیروگاه هایی که انرژی خورشیدی را متمرکز می کنند با تبدیل آفتاب به حرارت های بالا توسط آینه های بزرگ و سپس انتقال انرژی این حرارت به ژنراتورهای معمولی برق تولید می کنند.

این نیروگاه ها متشکل از دو بخش هستند – یکی که انرژی خورشیدی را جمع آوری و به حرارت تبدیل می کند، و دیگری که انرژی حرارتی را به الکتریسیته تبدیل می کند.

از دو شیوه حرارتی خورشیدی و تمرکز انرژی خورشیدی در سرتاسر جهان استفاده شده که این امر به رشد فناوری های تجدید شونده خورشیدی کمک می کند.

اما سریع ترین روند رشد در این زمینه به فناوری فتوولتائیک مربوط می شود.

این کلمه متشکل است از فتو به معنی نور و ولتائیک به معنی تولید ولتاژ.

سلول های فتوولتائیک از آفتاب سوخت می گیرند، نه از حرارت.

این سلول ها که غالبا از سیلیکن نیمه هادی ساخته شده اند، نور آفتاب را مستقیما به برق تبدیل می کنند.

دن آرویزو (2) مدیر آزمایشگاه ملی انرژی تجدید شونده (3) وزارت انرژی ایالات متحده واقع در کلرادو می گوید، " فتوولتائیک فناوری بسیار زیباتری است.

فتوولتائیک یکی از بزرگ ترین برنامه های در حال اجرای وزارت انرژی است.

در واقع، بزرگ ترین برنامه ما در آزمایشگاه است." ساده ترین سلول های فتوولتائیک نیروی مورد نیاز ساعت های مچی و ماشین حساب ها را تامین می کنند؛ سیستم های پیچیده تر با اتصال به شبکه برق، برق مورد نیاز برای پمپاژ آب، راه انداختن تجهیزات ارتباطی، روشن کردن منازل و کار کارخانه ها را تامین می کنند.

در فرایند فتوولتائیک، ذرات نور که فوتون نام داشته به داخل سلول ها نفوذ کرده و با آزاد کردن الکترون از اتم های سیلیکن جریان الکتریکی تولید می کنند.

تا زمانی که تابش نور به داخل سلول در جریان باشد، الکتریسیته تولید می شود.

این سلول ها الکترون های خود را مانند باتری ها تمام نمی کنند – آنها مبدل هایی بوده که یک نوع انرژی (خورشیدی) را به نوعی دیگر (جریان الکترون ها) تبدیل می کند.

سلول های فتوولتائیک معمولا در مدول هایی که هر یک از 40 سلول تشکیل شده ترکیب می شوند.

ده مدول اینچنینی در یک مجموعه فتوولتائیک نصب می شود.

با استفاده از این مجموعه ها می توان به اندازه یک ساختمان، یا در تعداد بیشتر به اندازه یک نیروگاه برق تولید کرد.

به گفته آرویزو، اگر چه هزینه بیشتر است، اما "در میان فناوری های خورشیدی، بیشترین فعالیت در زمینه فتوولتائیک صورت می گیرد.

هزینه هر کیلووات ساعت برق تولید شده با روش فتوولتائیک 20 تا 25 سنت است.

اما به دلیل شکل مدولار این فناوری، می توان آن را در سیستم های کوچک تر اجرا کرد." در مقایسه، هزینه هر کیلووات ساعت برق تولید شده با فناوری باد پنج تا شش سنت است.

چاک مک گوین (4)، رهبر فنی در زمینه انرژی باد در موسسه تحقیقات نیروی برق (5) که مرکز مستقل و غیر انتفاعی ای است، می گوید بخشی از دلیل گرانی فناوری خورشیدی در مقایسه با دیگر انواع فناوری های انرژی های تجدید شونده راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته است.

"راندمان تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته چیزی در حدود 10 درصد است.

اگر فقط 10 درصد از انرژی به برق تبدیل می شود، پس یعنی 90 درصد دیگر آن به صورت گرما تلف می شود.

در صورتی که راندمان تبدیل 20 درصد بود، مساحت سلول های خورشیدی لازم برای تولید برق با ضریب دو کاهش می یافت." آرویزو گفت، علی رغم هزینه، یکی از مزیت های سیستم های فتوولتائیک این است که می توان از آنها در مناطق دور دست استفاده کرد.

"در هر جایی که ژنراتورهای دیزلی فناوری منتخب محسوب شده، سیستم های فتوولتائیک از لحاظ هزینه در دراز مدت اغلب گزینه برتر محسوب می شوند." سیستم های خوداتکا مستقل از شبکه برق نیرو تولید می کنند.

در برخی مکان هایی که خارج از شبکه قرار داشته، حتی با فاصله نیم کیلومتر از خطوط برق، استفاده سیستم های خوداتکا فتوولتائیک می تواند از کشیدن انشعاب مقرون به صرفه تر باشد.

این سیستم ها خصوصا برای مناطق دور، و از لحاظ زیست محیطی حساسی مانند پارک های ملی، کلبه ها، خانه های واقع در مناطق دور مناسب است.

در بسیاری از مناطق روستایی، از مجموعه های خورشیدی کوچک خوداتکا برای روشنایی، شارژ حصارهای برقی و پمپاژ آب برای دام ها استفاده می شود.

بعضی از سیستم های مرکب انرژی خورشیدی را با انرژی باد یا دیزل ترکیب می کنند.

مزیت دیگر فناوری فتوولتائیک این است که می تواند با مصالح ساختمانی ترکیب شده و در خود ساختمان و نه فقط روی سقف جاسازی شود.

در چنین ساختمان هایی، سیستم های فتوولتائیک تبدیل به بخشی از عناصر تشکیل دهنده ساختمان می شوند.

مک گوین گفت، "شرکت ها پانل های خورشیدی ای تولید کرده که شبیه مصالح ساختمانی هستند – برای مثال توفال های شیروانی.

همچنین می توان با قرار دادن لایه ای نازک [از موادی با نام آمورفوس سیلیکن] روی شیشه، پنجره های سلول های خورشیدی تولید کرد." صنعت فتوولتائیک در سرتاسر جهان صنعت چند میلیارد دلاری ای بوده که در حال کمک کردن به رشد و توسعه فناوری خورشیدی است.

برنامه سیستم های نیروی فتوولتائیک برای مثال، موافقتنامه تحقیق و توسعه گروهی ای بوده که آژانس بین المللی انرژی (6) از آن حمایت می کند.

این طرح از طریق شبکه ای از تیم های ملی کشورهای عضو، که شامل ایالات متحده هم می شود، فعالیت می کند.

ماموریت آن "بهبود همکاری های بین المللی ای است که موجب می شوند انرژی خورشیدی فتوولتائیک در آینده نزدیک به منبع انرژی تجدید شونده مهمی مبدل گردد." به گفته آژانس بین المللی انرژی، این طرح فرض می کند که سیستم های فتوولتائیک ساختمانی، بازار سیستم های فتوولتائیک را به تدریج از بازارهای محلی کابردهای در دور دست ها و محصولات مصرفی به سمت بازارهای گسترده تری هدایت خواهد کرد.

به منظور حمایت از این گسترش، شرکای این برنامه – 21 کشور و کمیسیون اروپا – جهت کاهش هزینه فناوری فتوولتائیک و از میان برداشتن مشکلات فنی و سایر موانع برسر راه توسعه آن، اطلاعات خود در خصوص عملکرد سیستم های فتوولتائیک، دستورالعمل های طراحی، روش های برنامه ریزی و دیگر جوانب این فناوری را به اشتراک می گذارند.

تحقیقات در آزمایشگاه ملی انرژی تجدید شونده، در حال کمک به کاهش های احتمالی در هزینه فتوولتائیک است.

پیشرفت های مهم علمی شامل سازه های نانو (در سطح مولکولی) و نقطه ها و میله های کوانتوم است.

اینها ذرات آنچنان کوچکی از ماده هستند که اضافه کردن یا کم کردن یک الکترون می تواند در خواص آنها تغییر ایجاد کند.

آرویزو گفت، "چون مهندسی در سطح مولکولی انجام و کارایی لازم در آنجا گرفته می شود، مفاهیم جدیدی در زمینه سازه های نانو در حال شکل گیری است [که راندمان را افزایش و هزینه را کاهش می دهد]." برای جامعه علمی، نقطه ها و میله های کوانتوم فرصت دست یافتن به راندمان های بسیار بالایی را فراهم می کنند.

راندمان های معمول در سیستم های فتوولتائیک بین 10 تا 15 درصد بوده، و این پیشرفت ها می تواند این رقم را به بیشتر از 50 برساند." پیش بینی اینکه چنین فناوری هایی چه زمان به بازار می رسد دشوار است، اما آرویزو گفت سیستم های فتوولتائیک عملی "مطمئنا در همان چارچوب زمانی سلول های سوختی و افتصاد هیدروژنی قرار دارند." او افزود، فناوری سازه های نانو احتمالا تا 20 سال دیگر در دسترس خواهد بود، "اما آنچه که مردم را واقعا به هیجان می آورد این واقعیت است که می توان فناوری روز را به این سیستم های پیشرفته تبدیل کرد – بدون نیاز به یک تغییر مدل جدید.

روش جدید تبدیل نور خورشید به الکتریسیته در سلول های خورشیدی طرح طول موج نور فرو سرخ گسیل شده بر حسب تاخیر زمانی گسیل نور اطلاعاتی درباره ی مسیر الکترون در سلول خورشیدی پلاستیکی در اختیار می گذارد .

این اطلاعات درباره ی چگونگی تولید جریان الکتریکی از نور توسط سلول باعث بهبود کارآیی و عمر مفید سلول های خورشیدی می شود.یک روش تحلیلی جدید با بهره گیری از طیف نمایی فروسرخ برای مطالعه ی مواد آلی حساس به نور می تواند به تولید سلول های خورشیدی ارزان تر ، و کار آمدتر بینجامد.

استفاده از طیف نمایی فروسرخ IR برای مطالعه ی ارتعاش اتم ها در مواد ، اطلاعاتی را درباره ی حرکت الکترون ها در لایه ای از مواد مبتنی بر کربن در اختیار می گذارد.به دست آوردن این اطلاعات گام مهمی در جهت توسعه ی گروه جدیدی از سلول های خورشیدی است که نوید بخش صرفه جویی های قابل ملاحظه در هزینه تولید در مقایسه با سلول های معمولی سلیسیمی است.

این روش تحلیل جدید که در مقاله مربوط به روی جلد جورنال او فیزیکال کمیستری B به چاپ رسیده است را گروهی از دانشمندان در دانشگاه ایلتی پلسییلوانیا به رهبری چان بی .

ازبری (John B.Asbury ) انجام داده اند.ابزارهای فوتوولتایی آلی (OPV ) از این رو اهمیت پیدا کرده اند که تولید آن ها بسیار ارزان تر از سلول های خورشیدی مبتنی بر سیلسیم است.

این ماده از لایه ای متشکل از دو نوع ماده ی شیمیایی تشکیل شده است.

پلیمری که در هنگام برخورد فوتون با آن الکترونی را آزاد می کند و یک مولکول بزرگ که الکترون های آزاد شده را می پذیرد و میتنی بر مولکول های کربن " باک مینسترفولرن buckminsterfullerene" به شکل توپ فوتبال است.چون برهم کنش های لازم برای تولید جریان الکتریکی در فصل مشترک دو جزء این مخلوط پلیمری به وقوع می پیوندد ، دانشمندان علم مواد باید آرایش مولکول ها در لایه را بدانند.

روش تحلیلی جدید ازبری نگاهی نزدیک تر از روش های سنتی به این آرایش می اندازد.مطالعه های قبلی ، با بهره گیری از میکروسکوپی نیروی اتمی ، اطلاعاتکلی درباره ی بسته بندی در اختیار می گذارد، ولی اطلاعات محدودی درباره ی فصل مشترک هایی که مولکول ها در واقع گردهم می آیند در اختیار می گذارد.

از سوی دیگر ، طیف نمایی IR ، با ردگیری تبادل الکترون ها بین دو مولکول لایه ، تصویر دقیق تری از فصل مشترک در اختیار می گذارد.به گفته ی ازبری " امروز مشکل OPV ها آن است که به اندازه ی کافی کار آمد نیستند و با گذشت مان از کار می افتند ." او می گوید " برای به دست آوردن جریان الکتریکی مفید ، جریان بین دو جزء را باید بهینه ساخت .

برای بهبود عملکرد این ابزار ، باید بفهمیم در هنگام تبدیل نور به الکترون ها ، در سطح مولکولی چه اتفاقی می افتد."وقتی لایه ای در معرض نور قرار می گیرد ، هر فوتون الکترونی را پلیمر بر انگیخته می سازد.

اگر فصل مشترکی بین مولکول پلیمر و باک مینستر فولرنی که وارد عمل می شود وجود داشته باشد ، می توان جریانی تولید کرد.

با این همه ، در موادی که تا کنون تولید شده اند به نظر می رسد که بسیاری از الکترون ها از مسیر اصلی منحرف می شوند.

ازبری با بهره گیری از تپ های لیزری فوق العاده کوتاه لایه را در معرض نور قرار می دهد ، این کار باعث می شود که فوتون های نور در سراسر فصل مشترک همزمان به الکترون تبدیل شوند.

از طیف IR دو بعدی برای دیده بانی ارتعاش مولکول های داخل لایع استفاده می شود.ازبری می گوید " ارتعاش مولکول ها به شدت از بود و نبود الکترون ها تاثیر می پذیرد .

از این ارتعاش ها برای کاوش حرکت الکترون ها استفاده می کنیم .

با تغییر ساختار مواد ، انتظار داریم مسیرهای فرعی را شناسایی کنیم که باعث کم شدن کارایی می شوند و سرانجام از این اطلاعات برای طراحی مواد بهره بگیریم ." هدف نهایی یک سلل خورشیدی است که به اندازه ی کافی ارزان وکارآمد باشد که بتوان از آن در سقف خانه ها برای تامین الکتریسیته ی مورد نیاز یک ساختمان استفاده کرد.

انرژی خورشیدی خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند.

گیاهان و جانوران نیز انرژی خورشیدی را لازم دارند تا زنده بمانند.

اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند.

همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد.

اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم.

با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود.

حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است.

برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم.

گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.تمام دستگاهها و ماشینهای ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند.

بسیاری از این ماشینها برقی هستند.

حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و ...

استفاده می‌کنید.

اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند.

اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟

برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم.

این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند.

وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود.

تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در اختیار ما قرار دارد.

باد: ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.

آبشار: ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.

چوب ، زغال سنگ ، نفت و ...

که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.

خورشید چیست؟

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است.

که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است.

انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است.

خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است.

گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند.

این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند.

می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است.

از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد.

بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد.

در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.