سلول خورشیدی
سلول خورشیدی؛ قطعه‌ای الکترونیکی و مبدلِ مستقیمِ نور خورشید به برق.
کارشناسان معتقدند، میزان مصرف انرژی جهان تا سال‌های آینده افزایش چشم‌گیری خواهد داشت؛ منابع انرژی فسیلی به‌علت محدودیت و ایجاد آلودگی، نمی‌توانند انرژی جهان را تأمین کنند و این‌گونه استفاده از منابع جدیدِ انرژی، ضروری می‌نماید.[۱] خورشید، یک منبع انرژی پایدار و منحصربه‌فرد برای کرۀ زمین است؛[۲] سلول خورشیدی که از لایه‌های نیمه‌هادی، اتصالات و دیودها تشکیل شده است، انرژی تابشی نور خورشید را به انرژی الکتریکی،[۳] با بازدهی پنج تا بیست درصد تبدیل می‌کند.[۴]
انرژی خورشیدی
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن، به دوران سفال‌گری برمی‌گردد؛ روحانیون معابد، آتش‌دان‌های محراب‌ها را به کمک انرژی خورشیدی روشن می‌کردند. ارشمیدس با استفاده از انرژی خورشیدی ناوگان روم را به آتش کشید. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیانِ باستان، استفادۀ صحیح و مؤثر آنها از انرژی خورشیدی را نشان می‌دهد.[۵] منبع بیش از نود درصد انرژي‌ها به‌جز انرژي زمین گرمایی و هسته‌اي، خورشید است. استاندارد استفاده از انرژي خورشیدي 3/5 کیلووات ساعت بر مترمربع است که اگر در منطقه‌اي کمتر از این میزان باشد، نمی‌توان از این انرژي استفاده کرد.[۶]
پیشینۀ سلول خورشیدی
الکساندر ادموند بکرل (Alexandre-Edmond Becquerel)، فیزیک‌دان فرانسوی، پدیدۀ فتوولتائیک را در سال 1830م با مشاهدۀ افزایش ولتاژ باتری هنگام تابش نور خورشید بر صفحات آن، کشف کرد. در سال 1904م هالواتس (Halwats) ترکیبی از مس و اکسید مسِ حساس به نور کشف کرد. اولین سلول خورشیدی سیلیکونی با بازده کمتر از یک درصد، در سال 1941م توسط راسل (Russell) کشف شد. در سال 1954م سلول خورشیدی با بازدهی شش درصد توسط بِل (Bell) و همکارانش ساخته شد. در سال 1958م شرکت هافمن الکترونیک، سلول‌هایی با وزن کم و با بازدهی نُه درصد ساخت. در سال 1980م اولین سلول خورشیدی با استفاده از مواد آلی ساخته شد.[۷]
پدیدۀ فتوولتائیک و سلول خورشیدی
اثر فتوولتائیک پدیده‌ای است که در آن الکترون بعد از جذب انرژی، یک پرتو الکترومغناطیسی مانند پراش اشعۀ ایکس و یا نور مرئی گسیل می‌کند.[۸] سلول‌های خورشیدی، هشت‌ضلعی و سیاه مایل به آبی و در ابعاد چند سانتی‌متری هستند. از به‌هم پیوستن سلول‌های خورشیدی ماژول خورشیدی و از به‌هم پیوستن ماژول‌ها، پنل خورشیدی ایجاد می‌شود.[۹]
انواع سلول‌های خورشیدی
سلول‌های خورشیدی تا سه نسل فناوری پیش رفته‌اند:
- نسل اول؛ سلول‌های خورشیدی سیلیکونی بلوری که در شرایط آزمایشگاهی بازدهی بیست درصد و در تولید صنعتی بازدهی پانزده درصد دارند؛ سلول‌های این نسل، 90/6 درصد سهم بازار را تشکیل می‌دهند و هزینۀ تولید بالایی دارند.
- نسل دوم؛ سلول‌های خورشیدی غیرسیلیکونی هستند که شامل لایه‌های نازک کادمیم تِلوراید، CIGS و پروسکایتی هستند. این نسل از سلول‌ها هزینۀ تولید و بازده پایینی دارند و 9/6 درصد سهم بازار را از آن خود کرده‌اند.
- نسل سوم؛ این نوع از سلول‌های خورشیدی فناوری‌های نوظهور و بر پایۀ مواد آلی و چندپیوندی هستند که شامل سلول‌های حساس‌شده با رنگ، سلول‌های آلی، متمرکزکننده و سایر فناوری‌ها هستند و هزینۀ تولید پایین و بازده بالا دارند.[۱۰]
کاربرد سلول‌های خورشیدی
- تأمین نیازهای حرکتی ماهواره‌ها و سفینه‌های فضایی
- تهیۀ برق شهر به‌وسیلۀ نیروگاه‌ها
- تأمین نیروی لازم برای حرکت خودروها و قایق‌های کوچک[۱۱]
- استفاده در ساختمان‌ها برای تأمین آب گرم مصرفی، گرما و سرمای مورد نیاز و روشنایی[۱۲]
- استفاده در ماشین‌حساب، ساعت، رادیو، وسایل بازی کودکان و هر چیزی که با باطری خشک کار می‌کند.[۱۳]
مزایا و معایب استفاده از سلول خورشیدی
متخصصان مزایا و معایب سلول‌های خورشیدی را به قرار زیر گفته‌اند:
مزایا
- رایگان، بی‌پایان بودن و دسترسی همیشگی به انرژی خورشیدی
- عدم انتشار گازهای آلایندۀ محیط‌زیست
- عمر زیاد و استهلاک پایین
- قابلیت طراحی با توجه به نیاز
- هزینۀ نگهداری پایین
- ایمن و بی‌خطر[۱۴]
- قابل استفاده در مناطق دورافتاده[۱۵]
- سهولت استفاده و نگهداری[۱۶]
- قابل نصب در پشت‌بام و عدم اِشغال فضای خانه.[۱۷]
معایب
نیروگاه‌های خورشیدی ایران
نخستین بار در ایران، شرکت برق آفتابی هدایت نور یزد در سال 1371ش، خط تولید پنل‌های خورشیدی را در تهران راه‌اندازی کرد. از سال 1388ش تا 1400ش، 34 نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک به بهره‌برداری رسیده است. نیروگاه‌های خورشیدی در ایران شامل نیروگاه خورشیدی شیراز، تبریز، یزد، طالقان، بیرجند، ملارد، امیرکبیر، الهیه در مشهد، خلیج فارس در استان همدان، مکران در استان کرمان است.[۲۰]
سهم نیروگاه‌های خورشیدی در تأمین برق ایران
بیش از دو سوم شهرهای ایران، 300 روز آفتابی در سال دارند. کارشناسان ادعا کرده‌اند، اگر در یک مساحت صد در صد کیلومتر نیروگاه خورشیدی در ایران احداث شود، 60 هزار مگاوات برق، معادل مصرف کل کشور تولید می‌شود؛ این کار نیاز به هزینۀ ده میلیارد دلاری دارد. در حالی که برای تأمین همین میزان برق از طریق سوخت، 55 میلیارد دلار باید هزینه کرد.[۲۱] در سال 1400ش نیروگاه‌های خورشیدی با تولید 455/5 مگاوات برق و سهم 50/38 درصدی، مقام نخست را در میان انرژی‌های تجدیدپذیر به خود اختصاص دادند.[۲۲]
پانویس
- ↑ آذرم، «نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی و مکانیزم عملکرد آنها»، 1396ش، ص436.
- ↑ توکلی قاضی جهانی، «استفاده از سلول‌های خورشیدی جهت تأمین انرژی ساختمان‌ها»، 1396ش، ص615.
- ↑ رزاقی و موسوی، «آنالیز عملکرد سلول خورشیدی مبتنی بر تغییرات دما و تابش»، 1392ش، ص2.
- ↑ آذرم، «نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی و مکانیزم عملکرد آنها»، 1396ش، ص436.
- ↑ پیرزادی و دیگران، «نقش سلول‌های خورشیدی در معماری پایدار شهر کرمانشاه»، 1396، ص599.
- ↑ گهواربند، «انرژی خورشیدی؛ انرژی نو در عصر نوین»، 1396ش، ص1.
- ↑ حبیبی و مریدویسی، «بررسی سلول‌های خورشیدی و عوامل تأثیرگذار بر روی آن»، 1394ش، ص2.
- ↑ حبیبی و مریدویسی، «بررسی سلول‌های خورشیدی و عوامل تأثیرگذار بر روی آن»، 1394ش، ص3.
- ↑ «سلول خورشیدی چیست؟ از صفر تا صد»، وبلاگ فرادرس.
- ↑ آذرم، «نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی و مکانیزم عملکرد آنها»، 1396ش، ص438.
- ↑ میرزایی و پرزیوند، «دانش و صنعت کاربرد سلول‌های خورشیدی»، 1393ش، ص3.
- ↑ توکلی قاضی جهانی، «استفاده از سلول‌های خورشیدی جهت تأمین انرژی ساختمان‌ها»، 1396ش، ص620.
- ↑ «نگاهی به انرژی‌های نو و کارکردها»، وب‌سایت فنی.
- ↑ محمدی و دیگران، «ماکزیمم توان سلول‌های خورشیدی»، 1395ش، ص3.
- ↑ خدابنده‌لو، «مزایا و معایب سلول‌های خورشیدی»، وب‌سایت اِنلاین.
- ↑ گهواربند، «انرژی خورشیدی؛ انرژی نو در عصر نوین»، 1396ش، ص1.
- ↑ توکلی قاضی جهانی، «استفاده از سلول‌های خورشیدی جهت تأمین انرژی ساختمان‌ها»، 1396ش، ص620.
- ↑ محمدی و دیگران، «ماکزیمم توان سلول‌های خورشیدی»، 1395ش، ص3.
- ↑ گهواربند، «انرژی خورشیدی؛ انرژی نو در عصر نوین»، 1396ش، ص1.
- ↑ «نیروگاه‌های خورشیدی در ایران»، وب‌سایت دادمان یزد.
- ↑ «لزوم ارتقای مهم انرژی‌های نو و تجدیدپذیر»، شبکۀ اطلاع‌رسانی نفت و انرژی شانا.
- ↑ «نیروگاه‌های خورشیدی چه سهمی از تولید برق کشور دارند؟»، خبرگزاری جمهوری اسلامی.
منابع
- «سلول خورشیدی چیست؟ از صفر تا صد»، وبلاگ فرادرس، تاریخ درج مطلب: 13 دی 1399ش.
- «لزوم ارتقای مهم انرژی‌های نو و تجدیدپذیر»، وب‌سایت شبکۀ اطلاع‌رسانی نفت و انرژی شانا، 18 مهر 1394ش.
- «نگاهی به انرژی‌های نو و کارکردها»، وب‌سایت فنی، تاریخ بازدید: 25 مرداد 1401ش.
- «نیروگاه‌های خورشیدی چه سهمی از تولید برق کشور دارند؟»، خبرگزاری جمهوری اسلامی، تاریخ درج مطلب: 5 آذر 1400ش.
- «نیروگاه‌های خورشیدی در ایران»، وب‌سایت دادمان یزد، تاریخ بازدید: 25 مرداد 1401ش.
- آذرم، برهان، «نسل‌های مختلف سلول‌های خورشیدی و مکانیزم عملکرد آنها»، اولین کنفرانس بینالمللی فناوری و انرژی سبز، 1396ش.
- پیرزادی، مهدیس و دیگران، «نقش سلول‌های خورشیدی در معماری پایدار شهر کرمانشاه»، کنفرانس بینالمللی فناوری و انرژی سبز، 1396ش.
- توکلی قاضی جهانی، محمدعلی، «استفاده از سلول‌های خورشیدی جهت تأمین انرژی ساختمان‌ها»، ششمین کنفرانس انرژی‌های تجدیدپذیر و تولید پراکندۀ ایران، 1396ش.
- حبیبی، پیمان و مریدویسی، هومن، «بررسی سلول‌های خورشیدی و عوامل تأثیرگذار بر روی آن»، کنفرانس بینالمللی پژوهش‌های کاربردی در فناوری اطلاعات، کامپیوتر و مخابرات، 1394ش.
- خدابنده‌لو، نسیم، «مزایا و معایب سلول‌های خورشیدی»، وب‌سایت اِنلاین، تاریخ درج مطلب: 6 آذر 1399ش.
- رزاقی، مجید و موسوی، سید مهدی، «آنالیز عملکرد سلول خورشیدی مبتنی بر تغییرات دما و تابش»، سومین کنفرانس بینالمللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی، 1392ش.
- گهواربند، سمیه، «انرژی خورشیدی؛ انرژی نو در عصر نوین»، دومین همایش بینالمللی افق‌های نوین در علوم کشاورزی، 1396ش.
- محمدی، حسن و دیگران، «ماکزیمم توان سلول‌های خورشیدی»، دومین همایش ملی فناوری‌های نوین دریایی، 1395ش.
- میرزایی، زهره و پرزیوند، هادی، «دانش و صنعت کاربرد سلول‌های خورشیدی»، ششمین همایش علمی تخصصی انرژی‌های تجدیدپذیر، پاک و کارآمد، 1393ش.