سیستم فتوولتائیک
به پدیده ای که در اثر آن و بدون استفاده از مکانیزم های مکانیکی، انرژی تابشی به انرژی الکتریکی تبدیل شود پدیده فتوولتائیک گفته می شود. این پدیده بر فرضیه ذره ای بودن انرژی تابشی بنا نهاده شده است. هر سیستمی نیز که از این خاصیت استفاده نماید، سیستم فتوولتائیک نام دارد [24].
در یک سیستم فتوولتائیک هیچ گونه حرکت مکانیکی وجود نداشته و زمانیکه قطعات حرکتی نداشته باشند، استهلاکی نیز وجود نخواهد داشت. سلول های خورشیدی امروزی حتی می توانند به عنوان شیشه پنجره کار کنند. این سلول ها این قابلیت را دارند که بین 80 % تا 90 % نور خورشید را از خود عبور دهند. این کیفیت باعث می شود که پنجره هایی مجهز به سلولهای خورشیدی بتوانند به خنک ماندن هوای داخل در تابستان کمک کنند و ساختمان را زیباتر و هم انرژی الکتریسیته مورد نیاز ساختمان را تهیه کنند.
برخی از معایب استفاده از سیستم های فتوولتائیک عبارتند از [24]:
1- هزینه تولید برق توسط سلولهای فتوولتائیک بیشتر از هزینه تولیدی برق ناشی از سوختهای فسیلی میباشد. لازم به توضیح است که با افزایش تولید سلولهای فتوولتائیک میتوان هزینهها را کاهش داد.
2- برق تولیدی از انرژی خورشیدی غیر قابل اعتماد بوده و همواره در دسترس نمی باشد و میزان تولیدات به شرایطی نظیر حالت وضعی خورشید، شرایط اتمسفر، ابری بودن و … بستگی دارد.
3- به منظور استفاده از انرژی خورشیدی در شب باید از باتری برای ذخیرهسازی انرژی استفاده گردد.
4- برای مصارف زیاد توان، نیاز به مساحت زیادی برای نصب سلولهای فتوولتائیک می باشد.
2-5-1 تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریکی در سیستم فتوولتائیک
نور خورشید از فوتونها یا ذرات انرژی خورشیدی تشکیل شده است. این فوتونها که مقادیر متغیر انرژی را شامل می شوند، درست مشابه با طول موجهای متفاوت طیفهای نوری هستند. وقتی فوتون ها به یک سلول فتوولتائیک برخورد می کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند.
فقط فوتونهای جذب شده، انرژی لازم را برای تولید الکتریسیته فراهم می کنند. وقتی نور خورشید به میزان لازم و یا انرژی توسط جسم نیمه هادی جذب شود، الکترونها از اتمهای جسم جدا میشوند.( به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی فوتون به لایه بالاتر رفته و می تواند از میدان پروتون آزاد شده و آزادانه در نیمهرسانا حرکت کند). رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن موجب می شود سطح جلویی سلول برای الکترونهای آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنابراین، الکترونها به طور طبیعی به سطح مهاجرت می کنند. زمانیکه الکترون ها موقعیت n را ترک می کنند، حفرههایی تشکیل می شود. تعداد الکترونها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل می کنند و به طرف جلوی سطح سلول پیش میروند. در نتیجه عدم توازن بار بین سلولهای جلویی و سطح عقبی، یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب های مثبت و منفی یک باتری ایجاد می شود. زمانیکه دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط شوند، الکتریسیته جریان می یابد.
سیستم های فتوولتائیک از سه بخش اصلی تشکیل شده اند:
الف: ماژول یا پنل های خورشیدی
ب: قسمت واسطه یا بخش توان مطلوب
ج: مصرف کننده یا بار الکتریکی
