انواع فناوری سلول های خورشیدی

عنصر اصلی فناوری فتوولتائیک، سلول خورشیدی است که نور خورشید را به صورت مستقیم به انرژی الکتریسیته تبدیل می‌کند. سلول‌های خورشیدی از مواد نیمه رسانای حالت جامد تشکیل شده‌اند.

سلول‌های فتوولتائیک که از یک اتصال P-N ساخته شده‌اند، بدون هیچ آلودگی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کنند. اصول تولید فوتوجریان از سلول‌های فتوولتائیک در شکل زیر نشان داده شده است.

در واقع وقتی که نور خورشید به سطح سلول برخورد می‌کند، فوتون‌ها توسط اتم‌های نیمه هادی، الکترون‌های آزاد لایه‌ی منفی، جذب می‌شوند. این الکترون‌های آزاد از طریق مدار خارجی مسیر خود را به سمت لایه‌ی مثبت پیدا کرده و در نتیجه جریان الکتریکی از لایه‌ی مثبت به منفی جاری می‌شود.

فناوری‌های فتوولتائیک تجاری موجود و در حال توسعه را می‌توان در سه گروه: تکنولوژی کریستال، تکنولوژی فیلم نازک و تکنولوژی فتوولتائیک نوظهور و جدید دسته بندی کرد که از لحاظ راندمان جذب نور، راندمان تبدیل انرژی، تکنولوژی ساخت و هزینه‌های تولید با هم متفاوت هستند.

• تکنولوژی کریستالی

ماده اصلی بکار رفته در ساخت سلول‌های خورشیدی سیلیس یا سیلیکون است. سیلیس ماده‌ای است که قسمت عمده پوسته زمین از آن تشکیل شده ولی این ماده عمدتاً به صورت ترکیب اکسید سلیسیم یا سیلیکا (SiO2) یافت می‌شود که در اصطلاح غیر علمی به آن ماسه می‌گویند. سلول‌های سیلیکونی به خاطر فرآیند ساخت و خالص‌سازی سیلیکون قیمت بالایی دارند.

تکنولوژی کریستالی در سه فرم: سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون چند کریستالی و آرسنیک-‌ گالیم مورد استفاده قرار می‌گیرد.


1. سیلیکون تک کریستالی- مونو کریستال (Single (Mono)- Crystal Silicon)

سیلیکون تک کریستالی که به طور گسترده‌ای در ساخت سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود از یک کریستال بزرگ سیلیس تولید می‌شود. رایج بودن سیلیکون تک کریستالی به دلیل پایداری خوب، خواص الکتریکی، فیزیکی و شیمایی مرغوب سیلیکون است.

سیلیکون تک کریستالی دارای ساختار مولکولی یکنواخت است که در مقایسه با مواد غیر کریستالی، ساختار یکنواخت آن منجر به راندمان تبدیل انرژی (نسبت توان الکتریکی تولید شده توسط سلول به مقدار توان نور خورشید موجود) بالا می‌شود.

راندمان تبدیل ماژول‌های تجاری سیلیکون تک کریستالی در حدود %20-14 است اما به دلیل گران بودن سیلیکون تک کریستالی قیمت آن‌ها کمی بالا می‌باشد.

2. سیلیکون چند کریستالی (Poly (Multi)- Crystalline Silicon)

متشکل از دانه‌های کوچک سیلیکون‌های تک کریستالی است که در مقایسه با سلول‌های تک کریستالی دارای راندمان انرژی و هزینه ساخت کمتری هستند. راندمان تبدیل انرژی ماژول‌های تجاری سیلیکون چند کریستالی در حدود %14-10 است.

3. آرسنیک گالیم (Gallium Arsenide (GaAs))این نیمه هادی مرکب، از دو عنصر گالیم (Ga) و آرسنیک (As) ساخته شده است. GaAs دارای ساختار کریستالی و سطح بالای جذب نور است و نسبت به سیلیکون کریستالی دارای راندمان تبدیل انرژی بالاتری، در حدود %30-25 است.
سمی بودن آرسنیک و هزینه بالا نسبت به سیلیکون تک کریستالی از معایب سلول‌های GaAs است.
به دلیل مقاومت بالای آن در برابر گرما در سیستم‌های متمرکز  که درجه حرارت سلول‌ها زیاد است و همچنین در کاربردهای فضایی که نیاز به مقاومت بالا در برابر آسیب تشعشع و راندمان بالای سلول است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

•  تکنولوژی فیلم نازک

در یک سلول فیلم نازک، لایه‌های مواد نیمه هادی با ضخامت 2-0.3 میلی‌متر روی شیشه، پلاستیک، استیل ضد زنگ و دیگر مواد زیر لایه‌ای قرار می‌گیرند.

از آنجا که مواد فیلم نازک نسبت به مواد کریستالی دارای ضریب جذب بالایی هستند، لایه رسوبی  مواد فتوولتائیک بسیار نازک در نظر گرفته می‌شوند که این منجر به کاهش هزینه سلول می‌شود. با این حال سلول‌های فتوولتائیک فیلم نازک دارای راندمان تبدیل کمی هستند.

انواع تکنولوژی‌های فیلم نازک عبارتند از: سیلیکون آمورفوس، تلورید کادمیم، CIGS

مقایسه سلول های فیلم نازک، مونو و پلی کریستال

1. سیلیکون آمورفوس (Amorphous Silicon (A-Si))

این ماده دارای مزیت ضریب جذب بالا، در حدود 40 برابر کریستال سیلیکونی است. تنها یک لایه نازک برای جذب نور مورد نیاز است که این منجر به کاهش هزینه مواد می‌شود. با این حال دارای راندمان تبدیل انرژی پایین در حدود %9-5 است.
سیلیکون آمورفوس به طور گسترده‌ای در کالاهای مصرفی کوچک مانند ساعت و ماشین حساب استفاده می‌شود.

2. تلورید کادمیم (Cadmium Telluride (CdTe))

 تلورید کادمیم دارای ضریب جذب بالایی است. تنها با ضخامت در حدود یک میلی‌متر می‌تواند 90% طیف خورشید را جذب کند و دارای کمترین هزینه تولید در میان تکنولوژی‌های فیلم نازک است.

راندمان ماژول‌های تجاری CdTe در حدود %7 است. بی ثباتی عملکرد سلول و ماژول از اشکالات عمده‌ی سلول‌های CdTe است، همچنین کادمیم یک عنصر سمی است.

3. مس، ایندیم، گالیم، سلنید و سولفید  (Copper-Indium-[Gallium]-Selenide-Sulphide (CI[G]S))

CIGS یک نیمه هادی با قدرت جذب بالاست که می‌تواند با ضخامت 0.5 میلی‌متر %90 طیف خورشید را جذب کند و دارای بالاترین راندمان در میان تکنولوژی‌های فیلم نازک است.
CIGS یک ماده موثر و پیچیده است که این پیچیدگی موجب دشواری ساخت آن می‌شود. تولید سلنید هیدروژن که یک گاز بسیار سمی است از نگرانی‌های موجود در فرآیند ساخت آن است.

در سال 2014 در آزمایشگاه EMPA به رکورد 20.4 درصد راندمان تبدیل انرژی برای سلول‏ های خورشیدی CIGS لایه نازک روی زیر لایه‏ های پلیمری انعطاف‏ پذیر دست پیدا کردند.

•  تکنولوژی نوظهور و جدید

فناوری های این نسل در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند.تکنولوژی نوظهور و جدید به دسته های زیر تقسیم می شوند:

1.  سلول های فتوولتائیک متمرکز CPV (Concentrating PV)

2. سلول های خورشیدی ارگانیک Organic PV

3. سلول های خورشیدی حساس به رنگ

4. سلول های خورشیدی پلیمری

5. سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع

6. فیلم های نازک پیشرفته  Advanced thin films

مطالب مرتبط

استانداردهای بین المللی تجهیزات سیستم فتوولتائیک

روش های نصب استراکچر پنل خورشیدی

پتانسیل تابش و نقشه تابش خورشید در ایران

کاربردهای مختلف سیستم های خورشیدی(فتوولتائیک)

کاربردهای غیر نیروگاهی انرژی خورشیدی

انواع نیروگاه های حرارتی خورشیدی

سیستم برق خورشیدی خانگی و محاسبه تقریبی هزینه آن

تاریخچه انرژی خورشیدی

طبیعت انرژی خورشید

تلاش محققان کشور برای ساخت صنعتی دستگاه تولید برق و آب شیرین از امواج دریا

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه علم و صنعت ایران با انجام تحقیقاتی به دانش فنی ساخت نیمه صنعتی دستگاه تولید برق و آب شیرین از امواج دریا دست یافتند و قرار است نمونه صنعتی این دستگاه در قالب شرکت دانش بنیان دانشگاهی ساخته شود.

 به گزارش برق نیوز، بنابر اظهار دکتر صادق صادق زاده، مدیر پروژه ساخت دستگاه مبدل انرژی امواج و استادیار دانشگاه علم و صنعت ایران؛ توسعه نیروگاه ‌ها به منظور تأمین برق با توجه به پتانسیل‌های موجود در هر منطقه و نیاز ساکنان، صنایع و مصرف ‌کنندگان ارزیابی و برآورد شده و یک یا چند گزینه به‌ عنوان اولویت ‌های تأمین انرژی مورد نیاز معرفی شده است.

 وی با بیان این که اجرای پروژه تولید برق و آب شیرین از امواج دریا در مقیاس صنعتی در دانشگاه علم و صنعت ایران از سال 93 و با رویکرد توسعه دانش فنی ساخت نیروگاه ‌های تجدیدپذیر آغاز شد، می­ گوید: سامانه تولید برق از امواج دریا که تحت عنوان "پلتفرم هیدرولیکی" نیز شناخته می ‌شود در نزدیکی ساحل نصب می ‌شود. این مبدل جزو مبدل‌ های کمتر پیچیده بوده و به نسبت سایر مبدل‌ها، دارای ابعاد کوچکتری است اما نصب تجهیزات و سامانه‌ های وابسته در ساحل، هزینه تولید انرژی را در مقایسه با سامانه‌ های دورتر از خط ساحلی کاهش می‌دهد، همچنین دسترسی به این سامانه برای بازدید و تعمیرات راحت ‌تر است.

دکتر روح الله احمدی، استادیار دانشگاه علم و صنعت ایران و همکار بخش تبدیل انرژی، مهم­ترین ویژگی این پروژه را ماهیت هیبریدی آن و بهینه ­سازی سیستم برای رسیدن به بازدهی بسیار بالا دانست و یادآور شد: به همین منظور، با توجه به شرایط امواج خلیج ‌فارس و دریای عمان، طراحی نمونه آزمایشگاهی مبدل انرژی با استفاده از نرم ‌افزارهای تخصصی آغاز و پس از تحلیل مقدماتی، نمونه آزمایشگاهی در مقیاس 10وات ساخته و با موفقیت آزمایش شد.

احمدی اضافه کرد: در ادامه این تحقیقات، برای تولید نمونه نیمۀ‌ صنعتی این دستگاه، برنامه ‌ریزی صورت گرفت و درسال 1394 طراحی و ساخت مبدل انرژی در مقیاس متوسط با توان نامی یک کیلووات تولید و در تیرماه سال 1395 با موفقیت آزمایش شده است.

به گفته وی، رفع نیاز نیروهای نظامی و صنعتی به برق و آب ­شیرین، تحقق اهداف اقتصاد مقاومتی در مناطق کمتر توسعه  ­یافته جنوب کشور، کاهش مصرف سوخت‌ های فسیلی، تأمین بخشی از انرژی لازم جهت تولید آب شیرین موردنیاز کشور در سال ‌های آینده، حذف هزینه حمل و نقل سوخت برای تأمین انرژی مناطق ساحلی، آماده ­سازی بستر برای طراحی و ساخت نیروگاه امواج با ظرفیت بالاتر، بومی­ سازی طراحی و ساخت نیروگاه‌ های امواج در کشور، افزایش امنیت انرژی برای مناطق جنوب کشور، کمک به صنعت کشاورزی و اشتغال ­زایی در مناطق جنوب کشور و احیای زمین های بایر جهت کشت محصولات کشاورزی از جمله مزایای اجرای این طرح است.

محقق این طرح معتقد است: با دستیابی به فناوری ساخت دستگاه پیشرفته تولید برق و آب شیرین از امواج دریا، مسوولین دانشگاه علم و صنعت ایران، در صدد ساخت نمونه صنعتی آن هستند و بدین منظور با صنایع مربوط مذاکراتی را صورت داده ‌اند و بر این اساس احداث نیروگاه ‌های امواج در مقیاس صنعتی در قالب یک شرکت دانش  ‌بنیان وابسته به دانشگاه علم و صنعت ایران در دستور کار است.

لازم به ذکر است که، فناوری ساخت دستگاه مبدل انرژی امواج، تنها در اختیار چند کشور معدود مانند دانمارک، چین، انگلستان، ژاپن و ایالات ‌متحده آمریکا است.

منبع: سابا

کاستاریکا کشوری که بیشتر انرژی مصرفیش را از منابع تجدیدپذیر تامین می کند

کشوری که بدون سوخت فسیلی 2 ماه گذشته را سپری کرد

کاستاریکا کشوری است که دو ماه گذشته را بدون استفاده از انرژی سوخت فسیلی و فقط با انرژی‌های تجدیدپذیر گذرانده است.

به گزارش برق نیوز، کاستاریکا دو ماه گذشته را بدون استفاده از انرژی سوخت و فقط با انرژی‌های تجدیدپذیر گذرانده است.

این کشور اعلام کرد: از 16 ژوئن تا به امروز از نیروی الکتریسیته تولید شده با سوخت فسیلی استفاده نشده است.

انرژی مصرفی دو ماه گذشته این کشور 80.27  درصد بوده که از انرژی هیدروالکتریکی تامین شده است. دلیل استفاده از این انرژی میزان بالای بارش و سیستم‌های رودخانه‌های کاستاریکاست. 12.62 درصد این انرژی وابسته به انرژی حرارتی زمین، 10.7 درصد مربوط به انرژی باد و فقط 0.01 درصد از انرژی خورشیدی تامین شده است.

هرچند این ارقام تامل‌برانگیز است، اما این کشور در سال 2015 بیشتر انرژی مصرفی(99 درصد) را از منابع تجدیدپذیر تامین کرده است.

در سال جاری این کشور 100 درصد انرژی خود را به مدت 285 روز از انرژی تجدیدپذیر فراهم کرده است.

این کشور نمونه‌ای برای کاهش استفاده از سوخت‌های فسیلی و کاهش آلودگی هوا است.

منبع: ایسنا

تولید آب نوشیدنی از رطوبت هوا با استفاده از واترکیوب توسط سلول های خورشیدی + ویدئو

Ap Verheggen اپ ورهگن» یک راه خلاقانه برای تولید آب آشامیدنی مخصوصا برای مناطقی که این آب به صورت رطوبت هوا موجود است اما بر روی زمین نمی‌بارد، ابداع کرده است.

 به گزارش برق نیوز، رطوبت بالای هوا برای خیلی از مردم یک مشکل بزرگ در زندگی است اما افرادی مانند Ap Verheggen از این مشکل استفاده می‌کنند. ورهگن یک راه خلاقانه بری تولید آب آشامیدنی مخصوصا برای مناطقی که این آب به صورت رطوبت هوا موجود است اما بر روی زمین نمی‌بارد، ابداع کرده است.
 
یک مکعب ۲۰ اینچی که توسط سلول‌های خورشیدی پوشیده شده است و یک دستگاه مانند یخچال است و در قسمت مخروطی مانند خود یک میعان کننده را ایجاد کرده است که بخار آب را خنک کرده و آب تحویل می‌دهد. این آب تولید شده به کمک جاذبه زمین به صورت قطره قطره پایین می‌آید و جمع می‌گردد.
ورهگن می‌گوید که بزرگترین چالش طراحی این دستگاه خنک کردن مخروط وارونه تا دمایی نزدیک انجماد بدون مصرف بالای انرژی بوده است که او و هم تیمی‌هایش موفق شدند بعد از چندین بار تلاش به ۲۵ وات انرژی برسند. پنل‌های کوچک موجود در کنار این دستگاه تا ۴۰ وات انرژی تولید می‌کنند که امکان ذخیره انرژی در باتری برای روزهای ابری را فراهم می‌کند.

 
اینکه این دستگاه چه مقدار آب تولید می‌کند به دمای هوا بستگی دارد. هرچه دمای هوا بالاتر باشد این مقدار افزایش می‌یابد.

منبع: انرژی هاب

رکورد قیمت تولید برق خورشیدی شکست/ تولید برق تجدیدپذیر وارد فضای رقابتی می شود

برای اولین بار قیمت انرژی خورشیدی از قیمت انرژی زغال سنگی ارزان تر شد. در شیلی قیمت انرژی خورشیدی با ثبت رکورد 2910 دلار برای هر مگاوات ساعت برق، رکورد ارزانی انرژی خورشیدی در جهان را شکست.

به گزارش برق نیوز، برای اولین بار قیمت انرژی خورشیدی از قیمت انرژی زغال‌سنگی ارزان‌تر شد. در شیلی قیمت انرژی خورشیدی با ثبت رکورد ۲۹٫۱۰ دلار برای هر مگاوات ساعت برق، رکورد ارزانی انرژی خورشیدی در جهان را شکست.

شرکت توسعه‌دهنده‌‌ی اسپانیایی که این مزایده را برده است، انرژی خورشیدی را با قیمتی تقریباً نصف قیمت تولید برق از زغال‌سنگ تولید خواهد کرد. هرچه تولید برق خورشیدی ارزان‌تر می‌‌شود، مناطقی که از انرژی خورشیدی فراوان برخوردارند تمایل بیشتری برای بستن قرارداد برای تولید انرژی از خورشید پیدا می‌کنند. روند کنونی به سمت هرچه ارزان‌تر شدن انرژی خورشیدی پیش می‌رود.

رکوردی که در شیلی ثبت شد، رکورد قبلی را که در دوبی همین امسال به‌دست‌آمده بود را جابجا کرد. پیشرفت‌هایی که در فناوری پنل‌های خورشیدی ظهور کرده، هزینه‌های تولید را به‌شدت کاهش داده و از طریق تولید انبوه صنعتی قیمت‌های پایین‌تر را قابل تحقق کرده است. مدیران این شرکت اسپانیایی می‌گویند این قیمت پایین، پایین‌ترین قیمت تولید برق از هر نوعی است و نشان می‌دهد که انرژی خورشیدی تکامل‌یافته و به لحاظ قیمت کاملاً رقابت‌پذیر است.

منبع: رویدادهای معماری