سلول هاي خورشيدي (دسته بندي)
1-2-1- طبقه بندی سلول های خورشیدی
طبقه بندی های متعددی از سلولهای خورشیدی وجود دارند که به طور کلی دو نوع از آنها متداولتر است و در مراجع بیشتر به آنها اشاره شده است. در ادامه به طور خلاصه به تشریح آنها پرداخته شده است:
1-2-1-1- طبقه بندی نوع اول
در این نوع از طبقه بندی، سلول های خورشیدی به انواع سیلیکونی، لایه نازک و نانو ساختار تقسیمبندی می شوند. در ادامه به بررسی اجمالی این تنوع از دسته بندی پرداخته شده است:
الف- سیلیکون بلوری
این دسته رایج ترين نوع سلولهای خورشیدی هستند و برای ساخت آنها از سیلیکون استفاده شده است. ظاهر این دسته از سلولها به رنگ پوشش ضد انعکاسی آنها بستگی دارد. این پوششها محدوده نوری را که میتواند به سلول راه پیدا کند، مشخص میکنند و طراح با انتخاب رنگ مورد نظر مقدار نور ورودی را تنظیم میکند. رنگ آبی به دلیل راندمان بالا رایجترین رنگ است و سلولهای خورشیدی با رنگهای دیگر نسبت به آن راندمان پایینتری دارند. این خانواده از سلولهای خورشیدی به دو دسته تک کریستالی و چند کریستالی تقسیم میشوند.
- سیلیکون تک بلور
سیلیکون تک بلوری به لحاظ تاریخی مرسومترین نوع برای تهیه سلولهای خورشیدی است و بیشترین آزمایشها برای استفاده در صنایع الکترونیک روی آن انجام شده است. آنها کارآمدترین و در عین حال گرانترین نوع از این سلولها میباشند و برای فضاهایی که از نظر مساحت دچار مشکل است، توصیه میشوند. سلولهای خورشیدی در این روش، از طریق ورقه کردن گرداله تک بلور رشد داده شده سیلیکون تهیه می شوند. آنها را می توان به نازکی 200 میکرون برید. برای سلول های خورشیدی تهیه شده از تک بلور سیلیکون، در آزمایشگاه ها به راندمان 24 درصدی و در صنعت به راندمان 15 درصدی رسیده اند. سلول های تک بلوری سیلیکون بین 20 تا 25 سال پایدار هستند و مشکل آنها در گران بودن روش تولید آنها است.
- سیلیکون چند بلوری:
تفاوت سلولهای خورشیدی چند بلوری و تک بلوری این است که ورقههای سلولهای خورشیدی چند بلوری را از طریق ورقه کردن بلوک سیلیکون ریختهگری شده تهیه میکنند. این سلولها نسبت به سلولهای تک بلوری ارزانتر هستند اما در عوض راندمان پایینتری دارند. نمونههای آزمایشگاهی راندمانی 18 درصدی و مدلهای تجاری راندمانی 14 درصد را از خود نشان دادهاند.
ب- سلول های خورشیدی با لایه نازک:
همانگونه که از نام آنها مشخص است اصول کار در این سلولها مبتنی بر لایه نازکی از نیمهرسانا است که برروی یک سطح نشانده شده باشد. از آنجایی که این لایه نازک است، از نیمهرساناهای حجیم، ارزانتر خواهد بود. روشهای تولید سلولهای خورشیدی لایه نازک باید به سرعت بالای تولید و اتوماسیون فرآیند منجر شود. سلولهای خورشیدی با لایه های نازک خود به انواعی تقسیم میشوند که مهمترین آنها عبارتند از : سیلیکون بیشکل، سلولهای گالیم آرسنیک، تلورید کادمیم و ...
در ادامه به طور اجمالی تعدادی از مواد فتوالکتریک که از آنها در تولید سلولهای خورشیدی لایه نازک استفاده شده یا در حال طی مراحل پیشرفت خود هستند، آورده شدهاند .
- سیلیکون بی شکل:
در سیلیکون بیشکل، اتمها نسبت به سیلیکون بلوری، بیشتر به صورت تصادفی قرار گرفته اند. سیلیکون بیشکل ساختار بلوری مشخص ندارد و تدریجاً با قرار گرفتن در برابر نور از بین رفته و کیفیت ابتدایی خود را از دست می دهد، البته منفعل سازی به کمک هیدروژن می تواند این اثر را کاهش دهد. راندمان فیلم نازک سیلیکون بی شکل بسیار پائین بوده و در حدود 5 تا 7 درصد است . ارزان تهیه می شود. سیلیکون بی شکل خصوصیات بسیار متفاوتی نسبت به سیلیکون بلوری دارد و می تواند نور مرئی را به جریان الکریسیته تبدیل کند. همچنین نسبت به سیلیکون بلوری نور بیشتری جذب می کند. به عنوان مثال می توان محصول این فناوری را در ماشین حساب های نوری دید.
- سلول های گالیم آرسنیک:
نام سلول گالیم آرسنیک از ماده فتوالکتریک و سمی ایندیم گالیم گرفته شده است. این سلول ها حاوی مقادیری از سولفات کادمیم و اکسید روی نیز هستند. راندمان 19 درصدی و تولید ارزان این ماده باعث شده است که علیرغم وجود مشکل سمی بودن شدید، برای یکسری کاربردهای خاص تولید شوند.
- تلورید کادمیم
این ترکیب به طور معمول در بازار یافت نمیشود اما به دلیل ارزان بودن، از پتانسیل خوبی برای تبدیل شدن به یک محصول تجاری برخوردار است. مشکلات این ماده، سختی تولید انبوه آن و خطرناک بودن کادمیم برای محیط زیست است. اما به دلیل راندمان بالای ساختار نانومتری آن (در حدود 15%) مورد توجه واحد انرژی آمریکا واقع شده و تولید می شوند.
ج- سلولهای خورشیدی نانوساختار اکسید تیتانیم:
میدانیم مواد، زمانی رنگی هستند که قادر به جذب منفرد انرژی به صورت نور در منطقه قابل رویت طیف باشند. ماده رنگزای اصلی در گیاهان (کلروفیل) همین کار را انجام میدهد با این تفاوت که مانند یک کارخانه شیمیایی عمل کرده و انرژی (نور)، به اضافه آب و گاز کربنیک را به انرژی شیمیایی (قند) تبدیل میکند. در تکنولوژی جدید، یک ماده رنگزا (حساس به نور) –به جای کلروفیل- نور خورشید را جذب کرده ولی به جای تبدیل به انرژی شیمیایی، به الکتریسیته تبدیل می کند.
در سال 1991، 40 سال پس از ساخت اولین سلول خورشیدی سیلیکون، ساخت این سلولها با توجه به سایر پیشرفتها در زمینه شیشه دچار تحول عظیمی شد. در این سال پروفسور میشل گرتزل، در دانشکده فدرال تکنولوژی سوئد (EPFL) با بهرهگیری از نانو فناوری، مکانیزم فتوسنتز در گیاهان را شبیهسازی کرد. این سلول که بر اساس مکانیزم فوتو الکتروشیمیایی پیریزی شده، در نهایت "سلول خورشیدی با مواد رنگ زای حساس به نور" نام گرفت ولی در مراجع عملی مختلف از آن به عنوان "نانو سل" و "سلول ارگانیک" و حتی به نام مخترعشان "سلول گرتزل" هم نامیده می شود. راندمان این نوع از سلول های خورشیدی در حدود 10% میباشد.
1-2-1-2- طبقه بندی نوع دوم
در این نوع از طبقه بندی سلولهاي خورشيدي به دو دسته سيليكوني و غيرسيليكوني تقسيم ميشوند.
الف- سلول های خورشیدی سیلیکونی:
سلولهاي خورشيدي سيليكوني خود، به سه دسته تقسيم ميشوند: سلولهاي خورشيدي تك بلوری، سلولهاي خورشيدي چند بلوری و سلولهاي خورشيدي بیشکل.
ويفرهاي تك بلور از شمشهاي تك بلور، به ضخامت يك سوم تا نیم ميليمتر، تشكيل ميشوند كه در دمايي در حدود °C1400، رشد داده شدهاند. اين روش روشي بسيار گران است و سيليكون بدست آمده بايد بسيار خالص با ساختار بلوری تقريباً كامل [1] باشد. به این نوع از سلولهای خورشیدی، سلولهای خورشیدی نسل اول نیز اتلاق میشود. تکنولوژی نسل اول انرژی بالاتر و هزينه بيشتري برای ساخت نیاز دارد. سيليکون تک پيوندگاهي به بازده نظري 33% محدود بوده و هزينهاي معادل 1 دلار برای تولید یک وات در بر دارد که اميدي به بهبود آن نيز نیست.
ويفرهاي چندبلوری، حاصل از ريختهگري سيليكون هستند كه در آن سيليكون مذاب داخل يك قالب، ريخته ميشود و سپس بصورت ويفرنهايي، برش زده ميشود.
به علت روش ساخت ارزانتر، اين ويفرها قيمت بسيار كمتري نسبت به ويفرهاي تك بلور دارند. اما به علت وجود نواقصي كه در اثر ريخته گري در ساختار ويفرها، ايجاد ميشود، راندمان كمتري دارند. در دو روش بالا، ميزان سيليكون از بين رفته بر اثر تراش دادن شمش اوليه براي رسيدن به ويفرهاي نهايي، حدود نصف سيليكون ساخته شده است.
سيليكون بیشکل يكي از ويفرهاي ساخته شده به وسيله تكنولوژي لايه نازك است. براي اين نوع،سيليكون از يك گاز فعال مثل سيلان (SiH4) روي يك زیر لایه شيشه اي، لايه نشاني ميشود]63[.
به اين شيوه سيليكون را ميتوان روي زیرلایههای ارزان قيمت مثل انواع شيشهها و پلاستيكها نشاند. انواع ديگر ويفرهاي ساخته شده به وسيله فنآوری لايه نازك، ويفرهاي غير سيليكوني بكار گرفته شده براي تبديل انرژي خورشيدي هستند. برخي از اين ويفرها عبارتند از سلولهاي دي سلنيد مس اينديم / سولفيد كادميوم [2]و سلولهايسولفيد كادميوم /تلوريد كادميوم [3]آرسنيدگاليم.
در مجموع به علت لايه نشاني سادهتر، زیرلایههاي ارزانقيمت براي لايه نشاني، مقدار ماده اصلي مصرف شده كمتر (چون ضخامت لايه ويفر در اينجا از mm1 بيشتر نميشود) و توليد انبوه راحتتر، سلهاي ساخته شده به روش لايه نازك، توجيه اقتصادي بهتري دارند اما راندمان آنها به گونهاي است كه در مصارف توان كم مثل ساعتها و ماشين حسابهاي جيبي بكار ميروند. به این گروه از سلولهای خورشیدی نسل دوم نیز اتلاق میگردد. نسل دوم با هدف کاهش انرژی و هزينه مورد بررسي و توليد قرار گرفت. روش های توليد جديد از جمله انباشت تبخيري[4]، الکتروپليت[5] و نازل فراصوتی[6] در ساخت اين نسل از سلولهای خورشیدی مورد استفاده قرار گرفتند.
اين فناوريها هزينهها را تا 5/0 دلار در هر وات تغيير داد وليکن به دليل نقصها و کاستيهاي موجود در فرآيند توليد باعث کاهش چشم گير کارايي نسبت به نسل اول شد.
موفقترين مواد مورد استفاده در نسل دوم شامل تلورید کادمیم، سلنید مس ایندیم گالیوم، سیلیسیوم بیشکل هستند. اين مواد به صورت لايه نازک بر روی بستري از شيشه و يا سراميک ساخته ميشوند و با کاهش حجم ماده منجر به کاهش هزينه ميشوند.
ب- سلول های خورشیدی غیرسیلیکونی:
سلول های خورشیدی غیرسیلیکونی که اصطلاحاً نسل سوم نیز خوانده میشود، به هدف تقويت کارايی نسل دوم آغاز شد و در عين حال هدف کاهش هزينه را نيز دنبال میکند.
راههای مختلفی برای تقويت کارايي، مورد استفاده قرار گرفته است:
- سلولهای فوتوولتایی چند پيوندگاهي
- کنترل پرتو تابشی
- استفاده از توليد گرمای اضافي ايجاد شده در اثر پرتو UV برای تقويت ولتاژ و جمع آوري حامل ها
- استفاده از پرتو مادون قرمز برای توليد الکتريسيته در شب
و در اين راستا از تکنولوژيهاي متفاوتي چون :
- تکنولوژی نيمه رساناها
- تکنولوژی نقطه هاي کوانتومي
- تکنولوژی پيوندگاههای چندگانه و غيره بهره گرفته شده است
با توجه به مطالب عنوان شده، به طور کلی مقایسه نسل های سلول خورشیدی در جدول (1-1) آورده شده است.
جدول (1-1): مقایسه نسل های مختلف سلول خورشیدی
|
ردیف |
نسل سلول خورشیدی |
متداولترین نوع |
مزایا |
معایب |
|
1 |
نسل اول (سیلیکونی) |
- سیلیکون تک بلوری - سیلیکون چند بلوری |
- راندمان بالا (تجاری 14% و آزمایشگاهی 18%) |
- وابستگی خارجی مواد اولیه - گران بودن - وابستگی به زاویه تابش |
|
2 |
نسل دوم (لایه نازک) |
- سیلیکون بی شکل - گالیم آرسنیک - تلورید کادمیم |
- راندمان بالا (15-14%)
|
- نیاز به تجهیزات پیچیده جهت تولید انبوه - مشکلات زیست محیطی - وابستگی به زاویه تابش - گران بودن |
|
3 |
نسل سوم (نانوساختار) |
- سلول های حساس شده با رنگ |
- عدم نیاز به تجهیزات پیچیده جهت تولید انبوه - سازگار با محیط زیست - عدم وابستگی به زاویه تابش - امکان کار در روزهای ابری و بارانی - ارزان بودن - تنوع بالا |
- کنترل زیاد پارامترهای تولید - بازده پایین تر از دو نسل اول و دوم |
1-Near Perfect Crystal Structure
[2]-Copper indium deselenide / Cadmium Suiphide
[3] Cadmium Telluride/Cadmium Sulphide
[6] Ultrasonic Nozzle
مطالب مشابه :
سلول خورشیدی
programming lar - سلول خورشیدی - برنامه نویسی 1- مسئله انرژي. دسترسي اقتصادي و پايا بودن منابع
220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک کنید)
ساخت ، روش ، اندیشه - 220 - سلول خورشیدی/باطری" باتری " خورشیدی چیست و چگونه کار می کند؟ (کلیک
سلول خورشیدی
گروه برق قیدار - سلول خورشیدی - نمونه سوالات برق کارودانش وفنی حرفه ای و نرم افزارهای برق
سلول خورشیدی
الکترونیک - سلول خورشیدی - الکترونیک حدود ۱۰۰۰ ژول انرژی به هر متر مربع از سطح زمین منتقل
سلول های خورشیدی
مهندسی برق - الکترونیک - سلول های خورشیدی - تازه های تکنولوژی و فناوری در علم الکترونیک - نرم
سلول های خورشیدی
barghi - سلول های خورشیدی - elmi سلول خورشیدی وسیله ای است که انرژی خورشید را مستقیماً بوسیله
تکنیک جریان - ولتاژ ( I-V )
سلول های خورشیدی - تکنیک جریان - ولتاژ ( i-v ) - برای فردایی بهتر
سلول هاي خورشيدي (دسته بندي)
1-2-1- طبقه بندی سلول های خورشیدی . طبقه بندی های متعددی از سلول های خورشیدی وجود دارند
سلول های خورشیدی
سلول خورشیدی وسیله ای است که انرژی خورشید را مستقیماً بوسیله اثر فوتوولتائیک(قدرت زای نور
برچسب :
سلول خورشیدی