سلول خورشیدی
Solar Cell
سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی ساخته شده از ویفر های سیلیکونی است که انرژی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل میکند. که یک فرایند فیزیکی و شیمیایی است.
photovoltaic cells فتو (photo) به معنی نور و ولتاییک (Voltaic) به معنی الکتریسیته و سِل (cell) می باشد..
خورشید در هر ثانیه حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل میکند. که با جمعآوری کردن آن میتوان انرژی مورد نیاز برای کارهای مختلفی را تأمین و یا ذخیره کرد.
چند سلول خورشیدی یک پنل خورشیدی را تشکیل میدهد و چند پنل یا ماژول از طریق سیم کشی به هم متصل شده و یک نیروگاه فتوولتائیک را تشکیل می دهد.
امروزه با نیروگاه های تولید برق خانگی یا صنعتی میتوان برق مورد نیاز را تولید و مازاد آنرا به شبکه سراسری برق فروخت.
نحوه کار سلول خورشیدی
این فناوری بر اساس اثر فتوولتائیک کار میکند که در آن، مواد نیمهرسانا تحت تأثیر نور خورشید، الکترونها را آزاد میکنند و جریان الکتریکی تولید میکنند.
هر سلول خورشیدی، از دو لایه ماده نیمهرسانا، معمولاً سیلیکون، ساخته شده است که یکی از آنها با اتمهای فسفر (برای ایجاد بار منفی) و دیگری با اتمهای بور (برای ایجاد بار مثبت) آلاییده شده است.
تولید برق در سلول خورشیدی
* جذب نور: نور خورشید به لایههای نیمهرسانا برخورد میکند و بخشی از آن جذب میشود.
* تولید الکترونها: انرژی نور جذب شده باعث میشود که الکترونها از لایه n-type به لایه p-type حرکت کنند.
* ایجاد جریان الکتریکی: حرکت الکترونها بین دو لایه نیمهرسانا جریان الکتریکی ایجاد میکند. (اثر فتو ولتائیک)
* جمعآوری جریان: الکترودها جریان الکتریکی تولید شده را جمعآوری میکنند
این جریان، برق جریان مستقیم (DC) تولید میکند که با استفاده از دستگاهی به نام اینورتر به برق جریان متناوب (AC) تبدیل میشود تا بتواند برای روشن کردن وسایل برقی خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
ساختار یک پنل خورشیدی
* لایههای نیمهرسانا: این لایهها معمولاً از سیلیکون ساخته میشوند و به دو نوع n-type و p-type تقسیم میشوند.
* لایههای ضد انعکاس: این لایهها از انعکاس نور خورشید جلوگیری میکنند و باعث افزایش جذب نور میشوند.
* الکترودها: الکترودها جریان الکتریکی تولید شده را جمعآوری و انتقال میدهند.
انواع سلول خورشیدی بر اساس مواد و فناوری ساخت
سلول های خورشیدی به سه نسل اصلی تقسیم میشوند:
سلولهای خورشیدی نسل اول
(بر پایه سیلیکون کریستالی)
این نوع سلولها پرکاربردترین نوع در بازار هستند و تقریباً ۹۰ درصد از تولید سلولهای خورشیدی را تشکیل میدهند. آنها به دلیل بازدهی بالا و طول عمر طولانی (حدود ۲۵ سال یا بیشتر) شناخته شدهاند. این نسل به دو دسته اصلی تقسیم میشود:
* مونوکریستال (Monocrystalline):
این سلولها از یک تک کریستال خالص سیلیکون ساخته میشوند و ساختار یکنواختی دارند. این ویژگی باعث میشود بازدهی آنها بالاتر (۱۵ تا ۲۲ درصد) و ظاهرشان تیرهتر (مشکی) و یکدست باشد. به دلیل فرآیند تولید پیچیدهتر، قیمت بالاتری دارند و در محیطهای با دمای بالا کارایی کمتری از خود نشان میدهند.
* پلیکریستال (Polycrystalline):
این سلولها از ذوب و در کنار هم قرار دادن چندین قطعه کریستال سیلیکون ساخته میشوند. به دلیل ساختار غیریکنواخت، بازدهی آنها کمی پایینتر از نوع مونوکریستال (۱۴ تا ۱۸ درصد) است، اما فرآیند تولید سادهتر و هزینه ساخت پایینتری دارند. ظاهر آنها آبیرنگ و دارای خطوط بلوری مشخص است.
سلولهای خورشیدی نسل دوم
(Thin-Film)
سلول خورشیدی لایه نازک با استفاده از لایههای نازکی از مواد نیمهرسانا روی یک سطح پشتی (مانند شیشه، فلز یا پلاستیک) ساخته میشوند. بازدهی آنها نسبت به سلولهای نسل اول کمتر است، اما هزینه تولید بسیار پایینتری دارند و انعطافپذیر هستند، که آنها را برای کاربردهای خاص مانند شارژرهای قابل حمل یا سقفهای انعطافپذیر مناسب میکند. انواع این سلولها شامل:
* سیلیکون آمورف (Amorphous Silicon): این نوع سلول در ماشینحسابهای جیبی و ساعتهای خورشیدی کاربرد دارد.
* تلورید کادمیوم (Cadmium Telluride): به دلیل هزینه کم و فرآیند تولید ساده، به طور گستردهای در نیروگاههای خورشیدی بزرگ استفاده میشود.
* سلنید گالیوم ایندیوم مس (Copper Indium Gallium Selenide): بازدهی بالاتری نسبت به سایر سلولهای لایه نازک دارد.
سلولهای خورشیدی نسل سوم
(در حال توسعه)
این نسل از سلولها هنوز در مراحل تحقیق و توسعه هستند و هدف آنها افزایش بازدهی و کاهش هزینه است. برخی از این تکنولوژیها عبارتند از:
* سلولهای خورشیدی آلی یا پلیمری (Organic Solar Cells): این سلولها از ترکیبات کربنی ساخته شده و بسیار سبک و انعطافپذیرند، اما بازدهی و طول عمر کمی دارند.
* سلولهای خورشیدی حساس به رنگ (Dye-Sensitized Solar Cells): مشابه فرآیند فتوسنتز در گیاهان عمل میکنند.
* سلولهای خورشیدی پروسکایت (Perovskite Solar Cells): به دلیل بازدهی بالا و هزینه تولید پایین، به عنوان یکی از امیدبخشترین فناوریها برای آینده شناخته میشوند.
برخی از انواع سلول خورشیدی بر اساس ساختار و کاربرد
* سلولهای خورشیدی شفاف (Transparent PV): قابل استفاده روی شیشه و پنجره.
* سلولهای خورشیدی انعطافپذیر (Flexible PV): برای دستگاههای قابل حمل و پوشیدنی.
* سلولهای متمرکزکننده (CPV – Concentrated PV): با لنز یا آینه، بازدهی تا ۴۰٪.
* سلولهای دوطرفه (Bifacial): نور را از دو سمت جذب میکنند.
ابعاد سلول خورشیدی
ابعاد و اندازه سلول های خورشیدی بسته به نوع تکنولوژی و شرکت سازنده متفاوت است.دستهبندی کلی :
* سلولهای سیلیکونی کریستالی
(Monocrystalline و Polycrystalline)
سلول تکی (Single Cell): معمولاً مربع یا شبهمربع با گوشههای برشخورده.
ابعاد رایج:
M2 : حدود ۱۵۶ × ۱۵۶ میلیمتر (۱۵.۶ سانتیمتر)
M4: حدود ۱۶۱ × ۱۶۱ میلیمتر
M6: حدود ۱۶۶ × ۱۶۶ میلیمتر
M10: حدود ۱۸۲ × ۱۸۲ میلیمتر
M12: حدود ۲۱۰ × ۲۱۰ میلیمتر (بزرگترین سلول رایج فعلی)
سلولهای فیلم نازک
(Thin-Film: مثل CdTe یا CIGS)
ابعاد خیلی متنوع و ضخامت خیلی کم (چند میکرون).
ابعاد رایج :
پنل شیشهای CdTe: حدود ۶۰ × ۱۲۰ سانتیمتر یا بزرگتر.
رولهای فلکسیبل: قابل سفارش در طولهای چند متری.
مزایای سلول خورشیدی
* انرژی پاک و تجدیدپذیر: سلولهای خورشیدی از نور خورشید استفاده میکنند که یک منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر است.
* کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی: استفاده از سلولهای خورشیدی به کاهش وابستگی به سوختهای فسیلی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکند.
* کاهش هزینهها: با پیشرفت تکنولوژی، هزینههای تولید و نصب سلولهای خورشیدی کاهش یافته است.
* مناسب برای مناطق مختلف: سلولهای خورشیدی در مناطق مختلف با شرایط آب و هوایی متفاوت قابل استفاده هستند.
*دیگر مزایا : سلول های خورشیدی جای زیادی اشغال نمی کنند .قسمت متحرک ندارند .بازده آنها با تغییرات دمایی محیط تغییرات چندانی نمی کنند.نسبتا به سادگی نصب می شوند. به راحتی با سیستم های به کار رفته در ساختمان جور می شوند.
چالشها و محدودیتها ی سلول خورشیدی
* وابستگی به شرایط آب و هوایی: عملکرد سلولهای خورشیدی به میزان تابش خورشید بستگی دارد.
* هزینه اولیه بالا: هزینه نصب و راهاندازی سیستمهای خورشیدی نسبتاً بالا است.
* محدودیت در ذخیره انرژی: در حال حاضر، ذخیره انرژی تولید شده توسط سلولهای خورشیدی چالشهایی دارد.
تفاوت بین سلول خورشیدی و پنل خورشیدی
سلول خورشیدی (Solar Cell)
کوچکترین واحدی است که میتواند نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل کند. ولتاژ تولیدی هر سلول خورشیدی به تنهایی بسیار کم است و برای مصارف بزرگ کاربرد ندارد.
پنل خورشیدی (Solar Panel)
پنل خورشیدی (یا ماژول خورشیدی)، مجموعهای از چندین سلول خورشیدی است که به صورت سری و موازی به یکدیگر متصل شدهاند تا ولتاژ و جریان کافی برای کاربردهای بزرگتر را فراهم کنند. این مجموعه از سلولها در یک قاب محافظ (معمولاً آلومینیومی) قرار گرفته و با یک لایه شیشه محافظ پوشانده میشوند تا در برابر عوامل محیطی مانند باد، باران و ضربه مقاوم باشند. پنلهای خورشیدی، واحد اصلی نیروگاه تولید برق خورشیدی برای مصارف خانگی، تجاری و صنعتی هستند.
برند های معروف سلول خورشیدی
* سانپاور (SunPower)، آمریکا
* الجی سولار (LG Solar)، کره جنوبی
* جینکو سولار (JinkoSolar)، چین
* کَندین سولار (Canadian Solar)، کانادا
* ترینا سولار (Trina Solar)، چین
* لانگی سولار (LONGi Solar)، چین
* کیو سلز (Q CELLS)، آلمان/کره جنوبی
* آرایسی گروپ (REC Group)، نروژ
* فرست سولار (First Solar)، آمریکا
* جیای سولار (JA Solar)، چین
خرید سلول خورشیدی
قیمت سلول خورشیدی متاثر از نوع پنل (مونوکریستالین یا پلیکریستالین)، بازدهی (Efficiency)، برند سازنده، کشور تولیدکننده، طول عمر و گارانتی، توان خروجی (Wattage)، ضمانت عملکرد در شرایط آبوهوایی مختلف، قیمت ارز ، نرخ نصب و حملونقل دارد.
موضوعات مرتبط
* 
*