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 چاه‌های نفت و بیل زدن زغال‌سنگ تلف می‌کنیم؟ خورشید یک گوی آتشین است و تا پنج میلیارد سال دیگر سوخت منظومه شمسی را تأمین می‌کند. سلول خورشیدی می‌تواند این انرژی را به یک منبع برق بی‌پایان و سهل‌الوصول تبدیل کند. در این آموزش، با سول‌های خورشیدی آشنا می‌شویم.

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 ماشین‌حساب جیبی خورشیدی داشته باشید. بسیاری از افراد در باغ خود چراغ‌های خورشیدی دارند. در سفینه‌های فضایی و ماهواره‌ها نیز معمولاً صفحه‌ها یا پنل‌های خورشیدی وجود دارد. آژانس فضایی آمریکا (ناسا) حتی یک هواپیمای خورشیدی ساخته است! نیروگاه‌های چند مگاواتی خورشیدی نیز امروزه در بسیاری از کشورها سهم خود را در تولید برق ایفا می‌کنند. از آنجا که گرم شدن کره زمین همچنان محیط ‌زیست ما را تهدید می‌کند، تردیدی وجود ندارد که انرژی خورشیدی در آینده به شکل مهمتری از انرژی تجدیدپذیر تبدیل خواهد شد.

چقدر انرژی می‌توانیم از خورشید دریافت کنیم؟

مقدار انرژی خورشیدی شگفت‌انگیز است. به طور متوسط‌​​، هر متر مربع از سطح زمین 164 وات توان خورشیدی دریافت می‌کند. به عبارت دیگر، می‌توان 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، می‌توانیم 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 می‌رسد. هر دوی این‌ها بسیار مهم هستند؛ نور باعث رشد گیاهان می‌شود و گرما را برای زنده ماندن موجودات لازم است. اما ما نمی‌توانیم مستقیماً از نور خورشید یا گرمای آن برای تأمین برق تلویزیون یا لباس‌شویی 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 می‌دهد.

برای آشنایی بیشتر با انرژی خورشیدی، پیشنهاد می‌کنیم به آموزش طراحی و شبیه سازی نیروگاه خورشیدی با نرم افزار PVSOL مراجعه کنید که توسط فرادرس تهیه شده و لینک آن در ادامه آورده شده است.

  • برای مشاهده فیلم آموزش طراحی و شبیه سازی نیروگاه خورشیدی با نرم افزار PVSOL + اینجا کلیک کنید.

سلول خورشیدی چیست؟

«سلول خورشیدی» (Solar Cell) یک قطعه الکترونیکی است که نور خورشید را می‌گیرد و آن را مستقیماً به برق تبدیل می‌کند. هر سلول تقریباً به اندازه کف دست یک فرد بزرگسال، به شکل هشت ضلعی و به رنگ سیاه مایل به آبی است. سلول‌های خورشیدی معمولاً به هم می‌پیوندند و واحدهای بزرگتری به نام «ماژول خورشیدی» (Solar Module) را می‌سازند، و این واحدها خود در واحدهای بزرگتری نیز شناخته می‌شوند که به صفحه یا «پنل خورشیدی» (Solar Panel) معروف هستند. صفحه‌های سیاه یا آبی که روی سقف برخی خانه‌ها مشاهده می‌کنید، پنل خورشیدی هستند. همچنین، سلول خورشیدی می‌تواند به شکل تراشه‌های کوچک (برای تأمین برق وسایل کوچک مانند ماشین‌حساب‌های جیبی و ساعت‌های دیجیتال) باشد.

شکل زیر سقف خانه‌ای را نشان می‌دهد که با 16 صفحه خورشیدی پوشیده شده است و هر کدام از آنها از ۶۰ = 10 × 6 سلول خورشیدی کوچک تشکیل شده است. این صفحات در یک روز خورشیدی مطلوب احتمالاً حدوداً 4 کیلووات برق تولید می‌کنند.

سقف خورشیدی

درست مانند سلول‌های یک باتری‌، سلول‌های یک صفحه خورشیدی برای تولید برق طراحی شده‌اند، اما با این تفاوت که سلول‌های باتری از مواد شیمیایی برق تولید می‌کنند و سلول‌های یک صفحه خورشیدی با جذب نور خورشید انرژی تولید می‌کنند. سلول خورشیدی «سلول فتوولتائیک» (Photovoltaic Cell) یا به اختصار PV نیز نامیده می‌شود، زیرا برای تولید برق از نور خورشید استفاده می‌کند (“photo” از کلمه‌ای 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 تریلیون‌ها تریلیون فوتون را شلیک می‌کند. اگر یک سلول خورشیدی را در مسیر نور قرار دهیم، این فوتون‌های پرانرژی را می‌گیرد و آن‌ها را به جریانی از الکترون تبدیل می‌کند. هر سلول چند ولت برق تولید می‌کند، بنابراین کار یک صفحه خورشیدی ترکیب انرژی تولیدی سلول‌ها برای ایجاد مقدار مفید جریان الکتریکی و ولتاژ است.

تقریباً تمام سلول‌های خورشیدی امروزی از برش‌های سیلیکون (یکی از فراوان‌ترین عناصر شیمیایی روی زمین که در شن و ماسه یافت می‌شود) ساخته شده‌اند، گرچه همان‌طور که خواهیم دید، از مواد دیگری نیز می‌توان به جای آن استفاده کرد. هنگامی که نور خورشید به سلول خورشیدی می‌تابد، انرژی الکترون‌ها را به خارج از سیلیکون هدایت می‌کند. این الکترون‌ها می‌توانند در مدار الکتریکی جریان پیدا کنند و انرژی الکتریکی هر چیزی را که با برق کار می‌کند تأمین کنند. این یک توضیح کاملا ساده بود، در ادامه، ماجرا را با نگاهی دقیق‌تر بیان می‌کنیم.

سلول خورشیدی از چه چیزی ساخته شده است؟

سیلیکون ماده‌ای است که ترانزیستورهای (سوئیچ‌های کوچک) موجود در ریزتراشه‌ها از آن ساخته می‌شوند. سلول خورشیدی به روشی مشابه کار می‌کند. سیلیکون نوعی نیمه‌هادی است. بعضی از مواد، به ویژه فلزات، به راحتی جریان برق را از خود عبور می‌دهند. این مواد هادی یا رسانا نامیده می‌شوند. مواد دیگر مانند پلاستیک و چوب اجازه عبور جریان برق از خود را نمی‌دهند. به این مواد نارسانا یا عایق می‌گویند. نیمه‌هادی‌هایی مانند سیلیکون نه رسانا هستند و نه عایق؛ آن‌ها به طور معمول الکتریسیته را هدایت نمی‌کنند، اما تحت شرایط خاصی می‌توانیم آن‌ها را وادار به این کار کنیم.

سلول خورشیدی

سلول خورشیدی یک ساندویچ از دو لایه مختلف سیلیکون است که به طور خاص آلاییده شده‌اند (به آن‌ها ناخالصی افزوده شده است)، بنابراین می‌توانند برق را به روش خاصی از طریق آن‌ها عبور داد. لایه پایین به گونه‌ای آلاییده شده است که الکترون‌های بسیار کمی دارد. این سیلیکون از نوع p یا نوع مثبت نامیده می‌شود (زیرا الکترون‌ها بار منفی دارند و این لایه تعداد کمی از آن‌ها را دارد). لایه بالایی برعکس آلاییده می‌شود تا الکترون‌های بیشتری داشته باشد. به لایه بالا سیلیکون نوع n یا نوع منفی گفته می‌شود.

وقتی یک لایه سیلیکون نوع n را روی یک لایه سیلیکون نوع p قرار می‌دهیم، در محل پیوند دو ماده (مرز بسیار مهم محل اتصال دو نوع سیلیکون) سدی ایجاد می‌شود. هیچ الکترونی نمی‌تواند از سد عبور کند، بنابراین، حتی اگر این ساندویچ سیلیکونی را به چراغ‌قوه متصل کنیم، هیچ جریانی برقرار نخواهد شد و لامپ روشن نمی‌شود. اما اگر نور را به ساندویچ بتابانیم‌، اتفاق قابل توجهی می‌افتد. می‌توانیم نور را جریانی از انرژی «ذرات نور» به نام فوتون بدانیم. فوتون‌ها وقتی وارد ساندویچ می‌شوند، انرژی خود را به اتم‌های سیلیکون می‌دهند. انرژی ورودی الکترون‌ها را از لایه پایین‌تر نوع p خارج می‌کند، بنابراین آن‌ها از سد لایه n نوع بالا می‌روند و در مدار جریان می‌یابند. هرچه نور بیشتری بتابد، الکترون‌ها بیشتر به بالا می‌روند و جریان بیشتری برقرار خواهد شد.

سلول خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که گفتیم، سلول خورشیدی ساندویچی از سیلیکون نوع n (آبی) و سیلیکون نوع p (قرمز) است. این انرژی با استفاده از نور خورشید برای ایجاد جهش الکترون‌ها در محل پیوند بین لایه‌های مختلف سیلیکون، برق تولید می‌کند.

سلول خورشیدی چگونه کار می‌کند؟

مراحل تولید برق سلول خورشیدی به شرح زیر است:

  1. وقتی نور خورشید به سلول می‌تابد، فوتون‌ها (ذرات نور) سطح بالایی را بمباران می‌کنند.
  2. فوتون‌ها (توده‌های زرد) انرژی خود را از طریق سلول به پایین انتقال می‌دهند.
  3. فوتون‌ها انرژی خود را به الکترون‌ها (توده‌های سبز) در لایه پایین‌تر و نوع P می‌دهند.
  4. الکترون‌ها از این انرژی برای پرش از طریق سد به لایه فوقانی نوع n و گردش از مدار استفاده می‌کنند.
  5. الکترون‌ها با گردش در مدار لامپ را روشن می‌کنند.

بازده سلول خورشیدی چقدر است؟

قانون پایستگی انرژی بیان می‌کند که نمی‌توانیم انرژی ایجاد کنیم یا آن را در هوا محو کنیم. تنها کاری که می‌توانیم انجام دهیم این است که آن را از یک شکل به شکل دیگر تبدیل کنیم. این بدان معناست که یک سلول خورشیدی نمی‌تواند انرژی الکتریکی بیشتری نسبت به هر ثانیه نوری که دریافت می‌کند تولید کند.

در عمل، همان‌طور که بیان خواهیم کرد، بیشتر سلول‌ها حدوداً 10 تا 20 درصد از انرژی دریافتی را به برق تبدیل می‌کنند. در یک سلول خورشیدی سیلیکونی تک‌پیوندی، حداکثر بازده تئوری تقریباً 30 درصد است که به عنوان «محدودیت شاکلی و کوییسر» (Shockley-Queisser limit) شناخته می‌شود. این اساساً به این دلیل است که نور خورشید شامل مخلوط متنوعی از فوتون‌ها با طول موج و انرژی‌های مختلف است و هر سلول خورشیدی تک‌پیوندی برای گرفتن فوتون فقط در یک باند فرکانسی خاص بهینه‌سازی می‌شود و بقیه را جذب نمی‌کنند.

برخی از فوتون‌هایی که به یک سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، انرژی کافی برای از بین بردن الکترون ندارند، بنابراین از دست می‌روند، در حالی که برخی انرژی بیش از حد دارند و مازاد آن‌ها نیز از دست می‌رود. بهترین سلول‌های آزمایشگاهی پیشرفته می‌توانند 46 درصد بازدهی را در شرایط کاملاً عالی با استفاده از چندین پیوند برای گرفتن فوتون‌هایی با انرژی مختلف ارائه دهند.

صفحات خورشیدی خانگی در دنیای واقعی می‌توانند بازدهی حدود 15 درصد (یک درصد بالاتر یا پایین‌تر) داشته باشند و بعید است که خیلی بهتر شوند. سلول‌های خورشیدی نسل اول و تک‌پیوندی قرار نیست به بازده 30 درصدی محدودیت شاکلی و کوییسر نزدیک شوند، هرچند که در آزمایشگاه 46 درصد بازدهی نیز داشته باشند. عوامل مزاحم مختلف دنیای واقعی در بازده اسمی نقش دارند، از جمله ساخت صفحات، نحوه قرارگیری و زاویه قرارگیری آن‌ها، سایه‌بان بودن، تمیز نگه داشتن آن‌ها، گرم شدن آن‌ها (افزایش دما کارایی را پایین می‌آورد) و اینکه آیا تهویه دارند (برای گردش هوا در زیر پنل) تا آن‌ها را خنک نگه دارد یا نه.

انواع سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک

اغلب سلول‌های خورشیدی که امروزه در پشت‌بام خانه‌ها می‌بینید، اساساً فقط ساندویچ‌های سیلیکونی هستند که برای ساختن آن‌ها از ناخالصی‌هایی استفاده می‌شود تا هادی‌های الکتریکی بهتری باشند. دانشمندان از این سلول‌های خورشیدی کلاسیک، عمدتاً برای تمایز آن‌ها از دو فناوری متفاوت و مدرن‌تر که به عنوان نسل دوم و سوم شناخته می‌شوند، به نام نسل اول یاد می‌کنند. اما تفاوت این نسل‌ها چیست؟ در ادامه نسل‌های مختلف را معرفی می‌کنیم.

سلول خورشیدی نسل اول

حدود 90 درصد سلول‌های خورشیدی جهان از ویفر سیلیکون بلوری (به اختصار c-Si)، قطعه قطعه شده از شمش‌های بزرگ در آزمایشگاه‌های بسیار تمیز و در فرایندی ساخته می‌شوند که ممکن است تکمیل آن یک ماه طول بکشد. شمش‌ها یا به صورت بلورهای منفرد (مونوکریستال یا mono-Si) در می‌آیند یا حاوی چندین کریستال (پلی‌کریستال یا multi-Si) هستند.

سلول خورشیدی نسل اول

سلول‌های خورشیدی نسل اول مانند آنچه در بالا نشان دادیم، کار می‌کنند: آن‌ها از یک پیوند ساده و بین لایه‌های سیلیکون نوع n و p استفاده می‌کنند که از شمش‌های جداگانه برش داده و ورقه‌ای شده‌اند. شمش نوع n با گرم کردن تکه‌های سیلیسیم با مقادیر کمی فسفر، آنتیموان یا آرسنیک به عنوان آلاینده ساخته می‌شود، در حالی که در یک شمش نوع p از بور به عنوان آلاینده استفاده می‌شود. سپس برش‌های سیلیکون نوع n و p ذوب می‌شوند تا محل پیوند ایجاد شود. یک پوشش ضد بازتاب نیز اضافه می‌شود که جذب نور را بهبود می‌بخشد و به سلول‌های فتوولتائیک رنگ آبی مشخص، شیشه محافظ در جلو و پشت پلاستیکی و اتصالات فلزی می‌دهد تا سلول بتواند به مدار وصل شود.

البته اتصال pn ساده اساس کار اکثر سلول‌های خورشیدی است. تقریباً همه سلول‌های خورشیدی سیلیکونی فتوولتائیک که از سال 1954 که دانشمندان آزمایشگاه‌های بل روی این فناوری کار کردند تا امروز با تابش نور خورشید به سیلیکونی که از شن استخراج می‌شود، برق تولید می‌کنند.

سلول خورشیدی نسل دوم

سلول‌های خورشیدی کلاسیک ویفرهای نسبتاً نازکی هستند؛ عموماً ضخامتی به اندازه کسری از میلی‌متر (حدوداً 200 میکرومتر). اما این‌ها در مقایسه با سلول‌های نسل دوم، معروف به سلول‌های خورشیدی با لایه نازک (TPSC) یا فتوولتائیک با لایه نازک (TFPV) هستند که تقریباً 100 برابر بار دیگر نازک‌تر هستند (ضخامت چند میکرومتر یا میلیونم متر) خود ضخیم به حساب می‌آیند.

اگرچه اکثر این سلول‌ها هنوز از سیلیکون ساخته شده‌اند (شکل متفاوتی به سیلیکون آمورف (a-Si) که در آن اتم‌ها به طور تصادفی قرار می‌گیرند، نه اینکه دقیقاً در یک ساختار بلوری منظم مرتب شوند)، برخی از آن‌ها از مواد دیگر، به ویژه از کادمیوم تلورید (Cd -Te) و دی‌سلنید گالیوم ایندیم مس (CIGS) تشکیل می‌شوند.

سلول خورشیدی نسل دوم

سلول‌های خورشیدی نسل دوم به دلیل نازک، سبک و قابل انعطاف بودن، می‌توانند روی پنجره‌ها، نورگیرها، کاشی‌های سقف و انواع «لایه‌های زیرین» از جمله فلزات، شیشه و پلیمرها (پلاستیک‌ها) نصب شوند. سلول‌های نسل دوم که در مقابل افزایش انعطاف‌پذیری خود، بهره‌وری را از دست می‌دهند.

سلول‌های خورشیدی کلاسیک و نسل اول هنوز از سلول‌های نسل دوم بازده بهتری دارند. بنابراین اگرچه ممکن است یک سلول درجه یک نسل اول به بازدهی 15 تا 20 درصد برسد، سیلیکون آمورف برای به دست آوردن بازدهی بالاتر از 7 درصد چالش دارد. بهترین سلول‌های Cd-Te با فیلم نازک فقط حدود 11 درصد بازدهی دارد. سلول‌های CIGS نیز بهتر از این نیستند و بازدهی آن‌ها از 7 تا 12 درصد است. این یکی از دلایلی است که علی‌رغم مزیت‌های عملی آن‌ها‌، سلول‌های نسل دوم تاکنون تأثیر نسبتاً کمی بر بازار انرژی خورشیدی داشته‌اند.

سلول خورشیدی نسل سوم

آخرین فناوری‌ها بهترین ویژگی‌های سلول‌های نسل اول و دوم را ترکیب کرده‌اند. مانند سلول‌های نسل اول، سلول‌های نسل سوم نوید بازده نسبتاً بالایی را می‌دهند (30 درصد یا بیشتر). از طرف دیگر، مشابه سلول‌های نسل دوم، به احتمال زیاد از موادی غیر از سیلیکون «ساده» مانند سیلیکون آمورف، پلیمرهای آلی (سازنده فتوولتائیک آلی، OPV) و بلورهای پروسکایت ساخته می‌شوند و چندین پیوند از مواد نیمه‌هادی مختلف دارند (از چند لایه ساخته شده‌اند).

سلول نسل سوم

در حالت ایده‌آل، ویژگی‌های بالا سلول‌های نسل سوم را نسبت به سلول‌های نسل اول یا نسل دوم ارزان‌تر، کارآمدتر و کاربردی‌تر می‌کند. در حال حاضر، رکورد جهانی بازدهی برای نسل سوم سلول خورشیدی 28 درصد است که توسط یک سلول خورشیدی دومرحله‌ای سیلیکون-پروسکایت در دسامبر 2018 به دست آمده است.

با سلول‌های خورشیدی چقدر برق می‌توانیم تولید کنیم؟

از نظر تئوری، می‌توان مقدار بسیار زیادی برق از خورشید تولید کرد. بیایید لحظه‌ای سلول‌های خورشیدی را فراموش کنیم و فقط نور خالص خورشید را در نظر بگیریم. حداکثر 1000 وات انرژی خورشیدی خام به هر متر مربع زمین می‌رسد (این توان تئوریک نور مستقیم خورشید در ظهر در یک روز بدون ابر است).

با پرتوهای خورشیدی عمود بر سطح زمین که حداکثر روشنایی یا نوردهی را می‌دهند، در عمل، بعد از اینکه شیب سیاره و زمان روز را اصلاح کنیم، بهترین چیزی که ممکن است به دست آوریم 100 تا 250 وات در متر مربع در عرض‌های جغرافیایی معمولی شمالی (حتی در یک روز بدون ابر) است. این مقدار به 2 تا 6 کیلووات-ساعت انرژی در روز تبدیل می‌شود (بستگی به این دارد که در منطقه شمالی مانند کانادا یا اسکاتلند باشید یا مکان دیگری مانند آریزونا یا مکزیک).

در واقع، برای تولید یک سال کامل، چیزی بین 700 تا 2500 کیلووات-ساعت در هر متر مربع به انرژی خواهیم داشت. مناطق گرم‌تر به وضوح پتانسیل خورشیدی بسیار بیشتری دارند. به عنوان مثال خاورمیانه سالانه حدود 50 تا 100 درصد انرژی خورشیدی مفیدتری نسبت به اروپا دریافت می‌کند.

متأسفانه، سلول‌های خورشیدی معمولی فقط تقریباً 15 درصد بازده دارند، بنابراین ما فقط می‌توانیم کسری از این انرژی تئوری را جذب کنیم. به همین دلیل صفحات خورشیدی باید بسیار زیاد باشند: مشخصاً میزان توان تولیدی می‌تواند مستقیماً به میزان مساحتی که می‌توانید از طریق سلول بپوشانید، مربوط باشد.

یک سلول خورشیدی (تقریباً به اندازه یک دیسک فشرده) می‌تواند حدود 3 تا 4٫5 وات تولید کند. یک ماژول خورشیدی معمولی که آرایه‌ای از تقریباً 40 سلول (5 ردیف 8 سلولی) است، می‌تواند حدوداً 100 تا 300 وات توان تولید کند. چندین صفحه خورشیدی که هر کدام از حدود 3 تا 4 ماژول ساخته شده‌اند، می‌توانند حداکثر چند کیلووات تولید کنند (احتمالاً فقط به اندازه کافی برای تأمین نیازهای اوج مصرف یک خانه).

نیروگاه‌های خورشیدی چقدر برق تولید می‌کنند؟

اما فرض کنید که می‌خواهیم مقدار زیادی برق خورشیدی تولید کنیم. برای تولید برق به اندازه یک توربین بادی سنگین (با حداکثر توان تولیدی شاید دو یا سه مگاوات)، به تقریباً 500 تا 1000 سقف خورشیدی نیاز است. همچنین، برای رقابت با یک نیروگاه بزرگ زغال‌سنگ یا هسته‌ای (در مقیاس گیگاوات، که به معنای هزار مگاوات یا میلیاردها وات است)، به 1000 برابر پنل بیشتر احتیاج داریم (معادل حدوداً 2000 توربین بادی یا شاید یک میلیون سقف خورشیدی). این مقایسه‌ها با فرض حداکثر میزان تولید انرژی از خورشید و باد است.

نیروگاه خورشیدی

حتی اگر سلول‌های خورشیدی منبع انرژی تمیز و کارآمدی باشند، چیزی که فعلاً نمی‌توانند ادعا کنند بازده مناسب آن‌ها است. حتی آن مزارع و نیروگاه‌های عظیم خورشیدی که هم‌اکنون در نقاط بسیاری به وجود آمده‌اند، فقط مقادیر اندکی توان تولید می‌کنند (معمولاً حدود 20 مگاوات، یا تقریباً 1 درصد یک نیروگاه بزرگ هسته‌ای 2 گیگاواتی یا هسته‌ای). شرکت تجدیدپذیر بریتانیایی «اکوتریسیتی» (Ecotricity) تخمین زده است که برای تولید 4٫2 مگاوات توان (تقریباً به اندازه دو توربین بادی بزرگ) که برای تأمین انرژی 1200 خانه کافی است، حدوداً 22,000 صفحه ساخته شده در یک سایت 12 هکتاری (30 جریب) لازم است.

مردم و انرژی خورشیدی

برخی از مردم نگرانند که مزارع خورشیدی زمین‌هایی را که برای تولید مواد غذایی مورد نیاز ما است، قلع و قمع کنند. اگر در مورد قرار دادن صفحات خورشیدی روی سقف‌های خانگی صحبت کنیم، نگرانی درباره زمین محلی از اعراب ندارد. متخصصان محیط زیست استدلال می‌کنند که موضوع اصلی انرژی خورشیدی ایجاد نیروگاه‌های بزرگ و متمرکز خورشیدی نیست (بنابراین شرکت‌های قدرتمند می‌توانند با سود بالا فروش برق به افراد بدون برق را ادامه دهند)، بلکه جایگزینی انرژی نیروگاه‌های متمرکز و ناکارآمد آلوده با نیروگاه‌های کوچک خورشیدی مردم در همان جایی که از آن استفاده می‌کنند.

این امر سبب  کاهش تولید انرژی سوخت فسیلی، آلودگی هوا و انتشار دی اکسید کربن توسط آن‌ها می‌شود و همچنین عدم کارایی انتقال توان از تولید به مصرف از طریق خطوط برق هوایی یا زیرزمینی را از بین می‌برد. حتی اگر مجبور باشید کل سقف خود را با صفحات خورشیدی (یا سلول‌های خورشیدی با لایه نازک ورقه‌ای روی تمام پنجره‌های خود) بپوشانید، اگر بتوانید کل نیازهای برقتان (یا حتی بخش بزرگی از آن‌) را برآورده کنید، به هر حال از سقف که فضای بدون استفاده‌ای است، بهره برده‌اید.

طبق گزارش سال 2011 انجمن صنایع فتوولتائیک اروپا و گرین‌پیس، نیازی به پوشش زمین‌های کشاورزی با ارزش با صفحات خورشیدی نیست. حدود 40 درصد از کل سقف‌ها و 15 درصد نمای ساختمان در کشورهای اتحادیه اروپا برای صفحات PV مناسب است‌ که تقریباً 40 درصد از کل تقاضای برق تا سال 2020 است.

فراموش نکنید که صنعت انرژی خورشیدی تولید برق را تا نقطه مصرف برق سوق می‌دهد و این مزایای عملی بزرگی دارد. ساعت‌های مچی و ماشین‌حساب‌های خورشیدی از نظر تئوری به باتری نیاز ندارند (در عمل، باتری پشتیبان دارند) و بسیاری از ما از تلفن‌های هوشمند مجهز به انرژی خورشیدی که هرگز نیازی به شارژ ندارند لذت خواهیم برد.

علائم جاده‌ای و راه‌آهن اکنون در بعضی موارد از انرژی خورشیدی استفاده می‌کنند. در علامت‌های اضطراری چشمک‌زن اغلب پنل‌های خورشیدی تعبیه شده است، بنابراین می‌توان آن‌ها را حتی در دورترین مکان‌ها نیز نصب کرد. در کشورهای در حال توسعه که منبع عظیم انرژی خورشیدی هستند، زیرساخت‌های الکتریکی ضعیف است و پنل‌های خورشیدی برق پمپ‌های آب، تلفن و یخچال را در بیمارستان‌ها و کلینیک‌های بهداشتی تأمین می‌کنند.

چرا هنوز انرژی خورشیدی به اندازه‌ای که باید استفاده نشده است؟

پاسخ این پرسش ترکیبی از عوامل اقتصادی‌، سیاسی و فناوری است. از نظر اقتصادی، در اکثر کشورها، برق تولیدی صفحات خورشیدی هنوز گران‌تر از برق حاصل از سوزاندن سوخت‌های فسیلی آلوده است. جهان سرمایه‌گذاری عظیمی در زیرساخت‌های سوخت‌های فسیلی دارد و اگرچه شرکت‌های قدرتمند تولید نفت به شاخه‌های انرژی خورشیدی وارد شده‌اند، اما به نظر می‌رسد علاقه‌مند به افزایش عمر ذخایر نفت و گاز موجود با فناوری‌هایی مانند شکستن (شکست هیدرولیک) هستند.

از نظر سیاسی، شرکت‌های نفت، گاز و زغال سنگ بسیار قدرتمند و تأثیرگذار هستند و در برابر نوعی مقررات زیست‌محیطی که از فناوری‌های تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی حمایت می‌کنند مقاومت دارند. از نظر فنی‌، همان‌طور که قبلاً نیز مشاهده کردیم، بیشتر سرمایه‌گذاری‌های خورشیدی در جهان هنوز بر پایه فناوری نسل اول است. چه کسی می‌داند، شاید چندین دهه دیگر طول بکشد تا پیشرفت‌های علمی اخیر، تجارت را برای انرژی خورشید واقعا جذاب کند.

یک مشکل با استدلال‌هایی از این دست این است که آن‌ها فقط عوامل اساسی اقتصادی و فناوری را می‌سنجند و نمی‌توانند هزینه‌های پنهان محیطی مواردی مانند نشت نفت، آلودگی هوا، تخریب زمین از معدن زغال‌سنگ یا تغییر اقلیم و به ویژه هزینه‌های آینده، که پیش‌بینی آن‌ها دشوار یا غیرممکن است را در نظر بگیرند.

ممکن است که آگاهی روزافزون نسبت به این مشکلات باعث دور شدن از مصرف سوخت‌های فسیلی شود، حتی اگر دیگر پیشرفت فنی در این زمینه وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر، ممکن است زمانی فرا برسد که دیگر توانایی پرداخت هزینه تعویق جهانی استفاده از انرژی تجدیدپذیر را نداشته باشیم.

در نهایت، همه این عوامل با هم ارتباط دارند. با رهبری سیاسی قانع کننده، جهان می‌تواند فردای خود را به یک انقلاب خورشیدی متعهد کند و سیاست می‌تواند پیشرفت‌های فناوری را تحمیل کند تا اقتصاد انرژی خورشیدی را تغییر دهد.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

سید سراج حمیدی دانش‌آموخته مهندسی برق است و به ریاضیات و زبان و ادبیات فارسی علاقه دارد. او آموزش‌های مهندسی برق، ریاضیات و ادبیات مجله فرادرس را می‌نویسد.

بر اساس رای 19 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

2 نظر در “سلول خورشیدی چیست؟ — از صفر تا صد

    1. سلام، وقت شما بخیر؛

      منابع تمامی مطالب مجله فرادرس در انتهای آن‌ها و پس از بخش معرفی آموزش‌ها و مقالات مشابه ذکر شده است.

      از اینکه با مجله فرادرس همراه هستید از شما بسیار سپاسگزاریم.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *