قسمت های اصلی سیستم های فتوولتائیک (بخش اول)


در این آموزش که انشالله در سه بخش جدا خدمت شما عزیزان ارائه می شود به معرفی قسمت های اصلی یک سامانه فتوولتائیکی پرداخته خواهد شد.اجزای اصلی سیستم های فتوولتائیک را میتوان در 3 بخش زیر معرفی کرد که ما نیز هر کدام از آن ها را در مطلبی جداگانه شرح خواهیم داد:

بخش اول : سلول های خورشیدی

بخش دوم : باتری ها

بخش سوم : شارژ کنترل

بخش اول : سلول های خورشیدی (پنل های فتوولتائیکی) : در این مطلب به بررسی اجمالی ساختمان  بنیادی سلول های خورشیدی ، طرز ایجاد یک پنل فتوولتائیک و عوامل تاثیر گذار بر آن خواهیم پرداخت.

پنل های فتوولتائیک یکی از سه بخش اصلی در یک سامانه فتوولتائیکی میباشد که در تبدیلات انرژی فتوولتائیک؛انرژِی موجود در نور را به انرژِی الکتریکی تبدیل میکند.اساس ساختاری یک سلول خورشیدی نیمه هادی ها هستند که دونوع از پرکاربرد ترین آنها سیلیکون و ژرمانیوم است.تبدیل انرژیِ شامل جذب انرژی نور (فتون های موجود در نور خورشید) توسط یک نیمه رسانا؛و در ادامه طی یک فرایند خاصی این انرژی تبدیل به انرژِی الکتریکی میشود.سیلیکون از عناصری است که از نظر رسانایی الکتریکی در حالت خالص عایق محسوب میشود،اما با افزودن ناخالصی به آن میتوان هدایت الکتریکی آن را بالا برد.

در حالت کلی از نظر ملوکولی هر اتم سیلیکون با چهار اتم مجاور خود پیوند برقرار میکند.

ناخالصی نوع P (سه ضرفیتی):اگر به نیمه هادی سیلیکون مقداری ناخالصی نوع P اضافه کنیم.تغییری که در شبکه کریستالی عنصر ایجاد میشود به گونه ایست که هر اتم سیلیکون  که توان پیوندئ با چهار الکترون را داراست تنها با 3 الکترون پیوند ایجاد کرده و جای خالی این الکترون دراین پیوند به صورت یک حفره یا بار (+) دیده میشود.این حفره گاهی توسط یک الکترون از اتم مجاور پر میشود اما باعث ایجاد یک حفره جدید در همان اتم میشود و این حالت به گونه ای اتفاق میافتد که گویی حفره یا همان بار (+) در طول شبکه کریستالی حرکت میکند.

ناخالصی نوع N(پنج ضرفیتی):اگر به نیمه هادی ناخالصی نوع N را اضافه کنیم در شبکه کریستالی اتم در هر پیوند یک الکترون اضافه میاید و از آنجا که اتم با چهار الکترون میتواند پیوند برقرار کند همواره یک الکترون به صورت آزاد در سطح کریستالی عنصر حرکت میکند و به صورت یک بار آزاد با بار منفی میباشد.درصورت اتصال این دو عنصر ناخالص شده(نوع سه ظرفیتی و نوع پنج ظرفیتی) به یکدیگر یک پیوند P-N ایجاد میشود.در حالت کلی در این اتصال با دادن انرژی به این اتصال به صورت تاباندن نور خورشید و یا اعمال یک پتانسیل الکتریکی الکترون هایی که در لایه آخر یا همان الکترون پنجم و همینطور حفره های موجود در نوع P  انرژی لازم برای شکست پیوند و غلبه بر نیروی هسته را به دست آورده و پیوند خود با هسته اتم را میشکنند و به صورت بار آزاد در میایند و در دو سر پیوند قرار گرفته و باعث ایجاد یک اختلاف پتانسیل در دو سر پیوند میشوند.اگر دو سر پیوند را توسط یک هادی به هم وصل کنیم این اختلاف پتانسیل باعث ایجاد یک جریان الکتریکی از سمت عنصر نوع N به سمت نوع P  میشود.

در شکل زیر پروسه تولید برق به وسیله یک سلول فوتوولتاییک را مشاهده میکنید.

پروسه تولید برق به وسیله یک سلول فوتوولتاییک

خصوصیات فتوولتائیک:

هنگامی که این پیوند P-N توسط نور خورشید نورتابی میشود جفت های الکترون حفره که انرژی آنها بیشتر از انرژِی پیوند اتمی است ایجاد میشود(تعداد الکترون-حفره های تولید شده به شدت نور بستگی دارد).

جهت الکترون ها مایل به سمت حفره ها و جهت حفره ها نیز مایل به سمت الکترون ها است.تا بتوانند به یک حالت تعادل برسند اما به دلیل وجود یک میدان الکتریکی در بین این دو پیوند الکترون ها به سمت نوع N و حفره ها به سمت نوع P سوق میابند و یک اختلاف پتانسیل در دوسر خروجی پیوند ایجاد میکنند.این رویه اساس کار یک سلول خورشیدی را نشان میدهد.

 

اتلاف انرژِی در سلول های خورشیدی:

 

از دلایل پایین بودن راندمان در صفحات فتوولتائیک اتلاف انرژی در آنهاست.اولین علت آن ناتوانی سلول در جذب فتون هایی است که دارای انرژی کمتر از انرژی پیوندی الکترونی است.و همچنین فتون هایی که دارای انرژی بیش از انرژی پیوندی است که معمولا این دو حالت از جذب بیشتر به صورت حرارت ایجاد میشود.از  دلایل دیگر میتوان به :

1- اتلاف به دلیل بازتاب نوری(سیلیکون حدود 30% از نور خورشید را بازتاب میکند و تنها 70% آن را جذب میکند).

2- اتلاف باز ترکیب(به دلیل صدمه دیدن سلول و یا با گذشت زمان معمولا باعث کاهش طول میدان تهی و همچنین ایجاد یک جریان نشتی  که باعث کاهش ولتاژ در خروجی را به دنبال دارد.)

3- اتلاف مقاومتی(سلول های خورشیدی دارای مقاومت ذاتی هستند. برای بالا بردن سطح کمی تولیدی سلول بایستی سلول هارا با هم به صورت سری موازی متصل کرد که این مقاومت خود باعث اتلاف انرژی در سلول میشود.)

.

۴ دیدگاه در “قسمت های اصلی سیستم های فتوولتائیک (بخش اول)”

  1. xaniar می‌گه:

    باسلام خسته ناشین .اولا” شرمنده این پست های جدیدی که از سایت شما گذاشته شده توسط یکی از دوستان کپی شده. در اولین فرصت منبع روذکر خواهم کرد .ممنون

  2. samaneh می‌گه:

    باسلام و خسته نباشید و تشکر فراوان از سایت خوبتون .کامل و جامع خیلی عالی است

ارسال نظر برای این مطلب

Time limit is exhausted. Please reload CAPTCHA.