تعریف سلول خورشیدی

تعریف سلول خورشیدی:
چرا وقتی در آسمان بالای سرمان یک نیروگاه برق عظیم نهفته است و انرژی پاک و دائمی، آن هم رایگان، دارد، وقت خود را برای حفاری چاه های نفت و بیل زدن زغال سنگ تلف می کنیم؟

خورشید یک گوی آتشین است و تا پنج میلیارد سال دیگر سوخت منظومه شمسی را تأمین می کند.سلول خورشیدی می تواند این انرژی را به یک منبع برق بی پایان و سهل الوصول تبدیل کند.

انرژی خورشیدی ممکن است عجیب یا چیزی مربوط به آینده به نظر برسد، اما در حال حاضر استفاده از آن کاملاً عادی شده است.

ممکن است یک ساعت خورشیدی روی مچ دست خود بسته باشید یا یک ماشین حساب جیبی خورشیدی داشته باشید.

بسیاری از افراد در باغ خود چراغ های خورشیدی دارند. در سفینه های فضایی و ماهواره ها نیز معمولاً صفحه ها یا پنل های خورشیدی وجود دارد. آژانس فضایی آمریکا (ناسا) حتی یک هواپیمای خورشیدی ساخته است!

نیروگاه های چند مگاواتی خورشیدی نیز امروزه در بسیاری از کشورها سهم خود را در تولید برق ایفا می کنند.

از آنجا که گرم شدن کره زمین همچنان محیط زیست ما را تهدید می کند، تردیدی وجود ندارد که انرژی خورشیدی در آینده به شکل مهم تری از انرژی تجدیدپذیر تبدیل خواهد شد.

چقدر انرژی می توانیم از خورشید دریافت کنیم؟
مقدار انرژی خورشیدی شگفت انگیز است. به طور متوسط، هر متر مربع از سطح زمین 164 وات توان خورشیدی دریافت می کند. به عبارت دیگر، می توان در هر متر مربع از سطح زمین یک لامپ 150 واتی قرار داد و با انرژی خورشید کل سیاره را روشن کرد!

یا به بیان دیگر، اگر فقط یک درصد از صحرای بزرگ آفریقا را با صفحات خورشیدی بپوشانیم، می توانیم برق کافی برای تأمین انرژی کل جهان تولید کنیم.

این نکته خوبی است که در مورد انرژی خورشیدی وجود دارد: به میزان بسیار زیادی وجود دارد؛ خیلی بیشتر از آنچه ما بخواهیم استفاده کنیم.

انرژی خورشیدی:
اما یک نقطه ضعف نیز وجود دارد. انرژی خورشید مخلوطی از نور و گرما است که به زمین می رسد. هر دوی این ها بسیار مهم هستند؛ نور باعث رشد گیاهان می شود و گرما را برای زنده ماندن موجودات لازم است.

اما ما نمی توانیم مستقیماً از نور خورشید یا گرمای آن برای تأمین برق تلویزیون یا لباس شویی استفاده کنیم.

بنابراین، باید راهی برای تبدیل انرژی خورشید به سایر اشکال انرژی، مانند برق، پیدا کنیم. این دقیقاً همان کاری است که سلول خورشیدی انجام می دهد.

«سلول خورشیدی» (Solar Cell) یک قطعه الکترونیکی است که نور خورشید را می گیرد و آن را مستقیماً به برق تبدیل می کند. هر سلول تقریباً به اندازه کف دست یک فرد بزرگسال، به شکل هشت ضلعی و به رنگ سیاه مایل به آبی است.

سلول های خورشیدی معمولاً به هم می پیوندند و واحدهای بزرگ تری به نام «ماژول خورشیدی» (Solar Module) را می سازند، و این واحدها خود در واحدهای بزرگ تری نیز شناخته می شوند که به صفحه یا «پنل خورشیدی» (Solar Panel) معروف هستند.

صفحه های سیاه یا آبی که روی سقف برخی خانه ها مشاهده می کنید، پنل خورشیدی هستند. همچنین، سلول خورشیدی می تواند به شکل تراشه های کوچک (برای تأمین برق وسایل کوچک مانند ماشین حساب های جیبی و ساعت های دیجیتال) باشد.

شکل زیر سقف خانه ای را نشان می دهد که با 16 صفحه خورشیدی پوشیده شده است و هر کدام از آنها از 60 = 10 × 6 سلول خورشیدی کوچک تشکیل شده است. این صفحات در یک روز خورشیدی مطلوب احتمالاً حدوداً 4 کیلووات برق تولید می کنند.

درست مانند سلول های یک باتری، سلول های یک صفحه خورشیدی برای تولید برق طراحی شده اند، اما با این تفاوت که سلول های باتری از مواد شیمیایی برق تولید می کنند و سلول های یک صفحه خورشیدی با جذب نور خورشید انرژی تولید می کنند.

سلول خورشیدی «سلول فتوولتائیک» (Photovoltaic Cell) یا به اختصار PV نیز نامیده می شود، زیرا برای تولید برق از نور خورشید استفاده می کند ("photo" از کلمه ای یونانی به معنای نور آمده است و کلمه "voltaic" به دانشمند ایتالیایی، الساندرو ولتا، اشاره دارد).

نور از ذرات ریزی به نام «فوتون» (Photon) ساخته شده است، بنابراین یک پرتو نور خورشید مانند لوله تفنگی است که تریلیون ها تریلیون فوتون را شلیک می کند.

اگر یک سلول خورشیدی را در مسیر نور قرار دهیم، این فوتون های پرانرژی را می گیرد و آن ها را به جریانی از الکترون تبدیل می کند. هر سلول چند ولت برق تولید می کند، بنابراین کار یک صفحه خورشیدی ترکیب انرژی تولیدی سلول ها برای ایجاد مقدار مفید جریان الکتریکی و ولتاژ است.

تقریباً تمام سلول های خورشیدی امروزی از برش های سیلیکون (یکی از فراوان ترین عناصر شیمیایی روی زمین که در شن و ماسه یافت می شود) ساخته شده اند، گرچه همان طور که خواهیم دید، از مواد دیگری نیز می توان به جای آن استفاده کرد.

هنگامی که نور خورشید به سلول خورشیدی می تابد، انرژی الکترون ها را به خارج از سیلیکون هدایت می کند.

این الکترون ها می توانند در مدار الکتریکی جریان پیدا کنند و انرژی الکتریکی هر چیزی را که با برق کار می کند تأمین کنند.