سلول خورشیدی چیست؟

امروزه با افزایش جمعیت و صنعتی شدن جوامع تامین انرژی یکی از دغدغه های مهم دولت ها به شمار می رود. سوخت های فسیلی ای که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند معایب خاص خود را دارند که از آن جمله می توان به محدودیت منابع آن ها و آلودگی های زیست محیطی اشاره نمود.معایبی که این سوخت ها به همراه دارند توجه دانشمندان را به فکر استفاده از سوخت های جایگزین مانند انرژی های پاک و تجدید پذیر جلب نموده است.

تولید برق به کمک سوخت های فسیلی

برای تولید برق از سوخت های فسیلی معمولا از نیروگاه های حرارتی استفاده می نمایند. این نیروگاه ها که با کمک تبخیر و حرارت سوخت هایی مانند زغال سنگ، گاز طبیعی و... کار می کنند در نهایت موجب به چرخش در آوردن توربین ها و تولید انرژی الکتریکی می شوند.

معایب سوخت های فسیلی

  • تغییرات اقلیمی
  • انتشار گاز های گلخانه ای و صدمه زدن به لایه ی ازون حاصل از سوختن سوخت های فسیلی
  • محدود بودن منابع آن ها
  • حمل و نقل پر مخاطره

و...

معایب سوخت های فسیلی آنقدر جدی است که آینده ی زمین را در هاله ای از ابهام قرار داده است تا جایی که اغلب کشور های دنیا توافق پاریس را برای کاهش استفاده از سوخت های فسیلی و  انتشار گاز های گلخانه ای تا سال 2020 به امضا در آوردند.

انرژی های تجدید پذیر

انرژی بادی ، انرژی خورشیدی، انرژی زیستی و... جز مواردی هستند که می توان آن ها را جز انرژی های تجدید پذیر تقسیم بندی نمود. این انرژی ها منابع نامحدودی دارند و آلودگی های محیط زیستی ای تولید نمی نمایند.

انرژی خورشیدی یکی از این انرژی ها است که اگر به درستی مورد استفاده قرار بگیرد هزینه های برق تولیدی توسط این سلول ها به دلیل دسترسی رایگان به نور خورشید به نصف هزینه ای کاهش پیدا می کند که شرکت های برق رسانی از مردم طلب می کنند.

بنابراین در سال های اخیر توجه ی ویژه ای به این انرژی شده است در ادامه با آن بیشتر آشنا خواهیم شد.

انرژی های تجدیدپذیر

انرژی خورشیدی

انرژی خورشیدی انرژی ای است که با جذب نور خورشید می تواند با کمک اثر فتوولتائیک ولتاژ و انرژی الکتریکی تولید کند. در طی اثر فتوولتائیک ماده با جذب نور می تواند الکترون را از لایه ی ظرفیت به لایه ی هدایت انتقال دهد و در نهایت در اثر همین شار الکتریکی جریان برق تولید می گردد. معمولا موادی که برای تولید سلول خورشیدی مورد استفاده قرار ی گیرند موادی هستند که خاصیت دهندگی خوبی برای الکترون دارند و از گاف انرژی مناسبی برخوردار می باشند. بنابراین نیمه هادی ها بهترین گزینه برای استفاده در این سلول ها به حساب می آیند. این مواد به دلیل گاف انرژی کمی که دارند در اثر تابش نور خورشید می توانند الکترون را از لایه ظرفیت به هدایت انتقال دهند. امروزه سلول های خورشیدی ای که مورد استفاده قرار می گیرند از جنس نیمه هادی های سیلیسیمی می باشند.

با اینکه انرژی خورشیدی همه جا در دسترس است اما همه ی مناطق پتانسیل نصب این سلول ها را ندارند. بازده پایین عنصر سیلیسیم برای تولید نور خورشید موجب گشته است تا برای تولید برق مورد نیاز یک منطقه، تعداد زیادی از این پنل های خورشیدی مورد نیاز واقع گردد. گران بودن عنصر سیلیسیم موجب گشته است تا بسیاری از کشورهایی که منابع سوخت های فسیلی فراوانی دارند برای استفاده و نصب سلول های خورشیدی متقاعد نشوند و همچنان به استفاده از این سوخت ها برای تامین انرژی روی بیاورند.

در شکل زیر مناطقی که پتانسیل نصب سلول های خورشیدی را دارند آورده شده است:

پتانسیل نصب پنل های خورشیدی در کشورهای مختلف

 بازار جهانی

در اواخر سال 2012 آلمان چیزی حدود 32 گیگاوات ساعت (31%) برق را  به کمک سلول های فتوولتائیک تولید نمود و بیشترین ظرفیت تولید برق به کمک این سلول ها را در دنیا به خود اختصاص داد. اما این میزان تنها 3 درصد میزان مصرف برق را در المان پوشش می داد در نتیجه در سال های اخیر سرمایه گذاری های وسیعی در این کشور برای تولید برق به کمک این سلول ها صورت گرفته است و انتظار می رود تا قبل از سال 2050 ،  25 درصد از برق مصرفی در این کشور به وسیله ی سلول های فتوولتائیک تولید گردد.

بعد از آلمان به ترتیب کشور هایی مانند ایتالیا، چین، آمریکا،ژاپن ، اسپانیا و... بیشترین پنل های خورشیدی نصب شده در دنیا را دارا می باشند.

معایب سلول های خورشیدی:

همان طور که گفته شد استفاده از این سلول ها معایبی نیز دارد که اساسی ترین آن ها بازده کم و هزینه ی بالای آن ها است. بنابراین دانشمندان به فکر استفاده از انواع دیگر نیمه هادی ها می باشند. در سال های اخیر کار های آزمایشگاهی فراوانی در این حوضه انجام گرفته است که موجب به وجود آمدن نسل های مختلفی از سلول های خورشیدی شده است.  نیمه هادی های معدنی جز مواردی هستند که در سال های اخیر مورد آزمایش های فراوانی قرار گرفته اند این نیمه هادی ها بسیار ارزان تر از سیلیکون می باشند و خالص سازی و تهیه این مواد به راحتی صورت می پذیرد با پوشش دهی مواد ذکر شده بر روی شیشه و یا پلیمر می توان آن ها را به خوبی به نور خورشید حساس نمود (نسل دوم). از دیگر سلول های خورشیدی مورد بررسی توسط دانشمندان می توان به سلول های نقطه کوانتومی(نسل دوم) ، سلول های رنگدانه ای (نسل سوم) و... اشاره نمود.

 

منبع:

Haley, Steffi, Aneesh, Jasmine, Ty, & Tres. (n.d.). Where is Solar Power Used the Most? Retrieved February 17, 2019, from http://energyinformative.org/where-is-solar-power-used-the-most/