چرا از سلول های خورشیدی استفاده می کنیم؟

چرا از سلول هاي خورشيدي استفاده مي کنيم؟

همه ي شما تا کنون عبارت پنل خورشيدي "Solar Panel" يا سلول خورشيدي "Solar Cell" را شنيده ايد. اين دو، وسايلي براي استفاده از انرژي خورشيدي هستند. برخي وسايلي که شما از آن ها استفاده مي کنيد، مانند ماشين حساب ها، چراغ هاي راهنمايي يا چراغ هاي روشن در اتوبان ها مثال هايي هستند که انرژي خود را از سلول خورشيدي تأمين مي کنند. حتي امروزه، ايده هايي مبني بر استفاده از اين فناوري در سطح عمومي، مانند پشت بام خانه ها و توليد خانگي برق مورد توجه دولت ها و مردم قرار گرفته است.

نور خورشيد و کاربردهاي آن
لغت Solar يک کلمه ي لاتين براي خورشيد يا "Sun" است که يک منبع قدرتمند انرژي به حساب مي آيد. در واقع، مقداري از نور خورشيد که فقط در يک ساعت به زمين مي تابد، مي تواند انرژي مورد نياز زمين را براي يک سال تأمين کند! امروزه نيروگاه هاي خورشيدي زيادي در سرتاسر دنيا فعال هستند. البته اين نيروگاه ها هنوز به دلايل اقتصادي و تکنولوژيکي گسترش پيدا نکرده اند.
همانگونه که در کتاب فيزيک سال اول دبيرستان آموخته ايد، از انرژي خورشيدي به دو صورت مي توان استفاده کرد. يکي به عنوان منبع گرما (انرژي حرارتي) و ديگري به عنوان منبع انرژي الکتريکي (الکتريسيته). هرچند استفاده از انرژي خورشيدي محدود به اين دو نيست. خورشيد در حقيقت يکي از منابع حيات طبيعت است. براي مثال پديده فوتوسنتز در گياهان، با استفاده از انرژي خورشيدي انجام شده ميشود. در اين فرآيند انرژي خورشيد صرف انجام واکنش شيميايي درون برگ درختان مي شود. ضمن اينکه نبايد فراموش کرد که در سياراتي که از سهم کمتري از انرژي خورشيد برخوردار هستند، مانند نپتون، عملاً امکان حيات وجود ندارد!
مردم براي سال هاي طولاني از خورشيد به عنوان منبع گرمايي استفاده مي کردند. براي مثال خانواده ها در يونان باستان خانه هاي خود را به نحوي مي ساختند که بيشترين مقدار نور خورشيد را در طي زمستان دريافت کند. امروزه نيز علاوه بر سيستم هاي گرمايش آب، اين جنبه از انرژي خورشيد در کاربردهايي همچون خشک کردن محصولات کشاورزي مورد استفاده قرار دارد. در پنل خورشيدي نيز نور خورشيد صرف توليد حرارت مي شود. اما بحث اصلي در سلول هاي خورشيدي، توليد انرژي الکتريکي از نور خورشيد و در واقع پديده ي فتوولتائيک است. هرچند در ادامه اشاره اي مختصر به سيستم هاي خورشيدي حرارتي هم خواهيم داشت.
سلول خورشيدي يا سلول فتوولتائيک در واقع وسيله اي الکترونيکي است که انرژي خورشيد (يعني انرژي تابشي رسيده از خورشيد) را تحت فرآيندي به نام فتوولتائيک، به الکتريسيته تبديل مي کند. در واقع، پديده فتوولتائيک، پديده اي است که طي آن انرژي خورشيدي به صورت "مستقيم" به انرژي الکتريسيته تبديل مي شود و معناي لغوي آن الکتريسيته يا همان جريان الکتريکي ناشي از نور خورشيد است. همان طور که مي دانيد، جريان الکتريکي به دليل حرکت الکترون ها درون سيم ايجاد مي شود.
سلول هاي خورشيدي براي کاربردهاي مختلفي استفاده مي شوند. سلول هاي خورشيدي کوچک در قطعات الکترونيکي با ابعاد کوچک مانند ماشين حساب ها، سنسورها و ساعت هاي خانگي مورد استفاده قرار مي گيرند. ماژول هاي خورشيدي نيز در تجهيزات عظيم تري مثل ايستگاه هاي فضايي موجود در مدار زمين و يا ماشين هاي خورشيدي استفاده مي شوند. تجهيز نيروگاه هاي خورشيدي و توليد برق براي مناطقي که امکان برق رساني به آن ها وجود ندارد و همچنين تأمين نيازهاي الکتريکي منازل، طيف گسترده مصارف اين قطعات را نشان مي دهد. .

مشکلات و ويژگي هاي استفاده از انرژي خورشيدي
دو مشکل اصلي در استفاده از انرژي خورشيدي وجود دارد. مشکل اول اين است که اين انرژي از راه هاي مختلف و متغير به زمين مي رسد. در اين بين امکان تغيير مقادير آن در مکان ها و زمان هاي مختلف وجود دارد. براي مثال در يک نقطه از زمين، در هنگام شب، تابش خورشيد متوقف مي گردد. در زمستان نيز ميزان تابش کمتر از تابستان است. همچنين ميزان انرژي خورشيدي دريافتي توسط ساکنين زمين، بسته به عرض و طول جغرافيايي و همچنين ارتفاع از سطح زمين در هر منطقه متفاوت است. مشکل دوم اين است که براي جمع آوري انرژي خورشيدي، نياز به سطح زيادي داريم. در واقع، بر خلاف ساير ادوات الکترونيکي مانند مدارهاي مجتمع (IC) که هر روزه اندازه ي آن ها کوچک تر مي شود، سلول هاي خورشيدي ادواتي وابسته به سطح هستند و هر چه سطح بزرگتري داشته باشند، انرژي بيشتري نيز توليد مي کنند.
الکتريسيته مي تواند به صورت مستقيم به وسيله ادوات فتوولتائيک از انرژي خورشيدي به دست آيد. دليل اينکه بر روي مستقيم بودن اين تبديل تأکيد مي کنيم، از اين جهت است که انرژي الکتريکي را مي توان با روش هاي غير مستقيم نيز از خورشيد به دست آورد. براي مثال، موتورهاي بخاري وجود دارد که انرژي لازم براي گرم کردن يک مايع را توسط جمع کننده هاي نور خورشيد دريافت مي کنند و آن را در يک محل مشخص متمرکز مي نمايند. به اين ترتيب مايع به بخار تبديل شده و در نهايت در ژنراتور بخار، انرژي الکتريکي توليد مي شود.
در مقايسه با ساير روش هاي توليد انرژي الکتريکي، سيستم هاي فتوولتائيک الکتريسيته تميز و در دسترس را بدون مصرف هر گونه سوخت فسيلي و بدون هر گونه حرکت مکانيکي توليد مي کنند. نحوه ي عملکرد سلول هاي خورشيدي در مقالات بعدي به تفصيل توضيح داده خواهد شد. اين فرآيند به صورت خلاصه اينگونه است که جذب انرژي موجود در نور خورشيد توسط يک ماده نيمه هادي منجر به توليد الکترون شده و با خروج اين الکترون ها از ماده، جريان الکتريکي شکل مي گيرد.

در پايان بايد از اين نظر نيز به سلول هاي خورشيدي نگاه کرد که اثرات مخرب محيط زيستي سلول هاي خورشيدي در مقايسه با ساير منابع انرژي مانند سوخت فسيلي و انرژي هسته اي (که حقيقتاً امروزه آلودگي هاي زيستي اين دو محيط جزو بزرگترين دغدغه هاي طرفداران محيط زيست است) بسيار ناچيز است. در اين سيستم ها، نه نياز به آب براي خنک کردن سيستم است و نه محصولات جانبي در حين فرآيند توليد مي شود. از طرف ديگر، يکي ديگر از مشکلات و دغدغه هاي اساسي دنياي امروز، پايان يافتن منابع سوخت فسيلي به عنوان مهمترين منبع فعلي انرژي دنيا است. پيش بيني ها به طور متوسط چنين مي گويند که طي 50 سال آينده منابع نفت و طي 110 سال آينده منابع گاز به پايان خواهند رسيد. از اين رو، دسترسي به يک منبع پايان ناپذير انرژي امري بسيار ضروري به نظر مي رسد. انرژي خورشيدي، علاوه بر پايان ناپذير بودن، منبعي است که انرژي بسيار عظيمي را در اختيار بشر مي گذارد و همچنين در اکثر نقاط دنيا قابل دسترسي است و انرژي پاکي به شمار مي رود. امروزه، تنها مشکلي که از توسعه گسترده اين انرژي جلوگيري کرده است، هزينه تمام شده نسبتاً بالاي آن است که امکان رقابت آن با ساير انرژي ها مانند هسته اي و فسيلي را هنوز ممکن نکرده است. تلاش هاي دانشمندان در راستاي افزايش بازده و کاهش قيمت اين سلول ها در کنار ابداع روش هاي آسان براي ساخت و تهيه اين سلول ها در ابعاد بزرگ است. پيش بيني ها بيان مي کنند که طي 20 سال آينده، انرژي خورشيدي از نظر اقتصادي قابل رقابت با انرژي فسيلي خواهد شد. در واقع، علاوه بر کاهش هزينه هاي سلول خورشيدي، انرژي فسيلي نيز روندي صعودي در قيمت ها داشته است. همين امر سبب شده است که دولت ها، برنامه ريزي هاي استراتژيکي را براي دسترسي به اين منبع انرژي انجام دهند و گروه هاي زيادي را براي دسترسي به اين هدف مأمور کرده اند.

خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ