[Zohreh Gholami]

فتوولتاييك "Photovoltaics"

فتوولتاييك(به انگليسي: [wiki]Photovoltaics[/wiki]) يا به اختصار PV به يكي از انواع سامانه‌هاي توليد برق از انرژي خورشيدي مي‌پردازد. در اين روش با بكارگيري سلول‌هاي خورشيدي، توليد مستقيم الكتريسيته از تابش خورشيد امكان پذير مي‌شود. سلول‌هاي خورشيدي از نوع نيمه رسانا مي‌باشند كه از سيليسيوم يعني دومين عنصر فراوان پوسته زمين ساخته مي‌شوند. وقتي نور خورشيد به يك سلول فتوولتاييك مي‌تابد، بين دو الكترود منفي و مثبت اختلاف پتانسيل بروز كرده و اين امر موجب جاري شدن جريان بين آنها مي‌گردد. مي توان فتوولتايك را در دسته فناوري‌هاي انرژي‌هاي تجديد پذير (نوشو) قرار داد.


انرژي خورشيدي
مقدار انرژي تابشي خورشيد بر روي كره زمين ۶۰۰۰ برابر كل مصرف انرژي‌هاي ساليانه بر روي زمين است كه اين مطلب نشان دهنده اهميت توجه به اين منبع در تامين نيازهاي روزمره بشر است. اگر تا به حال انرژي خورشيدي رقيبي جدي براي سوخت‌هاي فسيلي محسوب نمي‌شده است، به دليل پايين بودن تاريخي قيمت سوخت‌هاي فسيلي بوده است. اگر چه هنوز هم فناوري استفاده از انرژي خورشيدي به بلوغ خود نرسيده است، اما رسيدن به اين تكامل نزديك است. بسياري از كشورهاي جهان در تلاشند تا با جايگزيني انرژي خورشيدي در توليد حرارت و الكتريسيته حداكثر استفاده از اين منبع انرژي را به دست آورده و زيان‌هاي ناشي از مصرف سوخت‌هاي فسيلي را كاهش دهند.


تاريخچه فتوولتاييك
عبارت فتوولتاييك "Photovoltaic" تـركـيـبي از كلمه يونانـي "Photos" به معـني نـور با "Volt" به معناي توليد الكتريسيته از نور است. كشف پديده فتوولتاييك به فيزيكدان فرانسوي  [wiki]Edmond Becquerel[/wiki]نسبت داده مي‌شود كه در سال ۱۸۳۹ با چاپ مقاله‌اي (Becquerel , ۱۸۳۹) تجربيات خود را با باتري‌تر (Wet Cell) ارائه نمود. او مشاهده نمود كه ولتاژ باتري وقتي كه صفحات نقره‌اي آن تحت تابش نور خورشيد قرار مي‌گيرند، افزايش مي‌يابد.

اما اولين گزارش از پديده PV در يك ماده جامد در سال ۱۸۷۷ بود وقتيكه دو دانشمند كمبريج R.E. Day و W.G.Adams در مقاله‌اي به انجمن سلطنتي تغييراتي كه در خواص الكتريكي سلنيوم وقتي كه تحت تابش نور قرار مي‌گيرد را، توضيح دادند ( Adams and Day , ۱۸۷۷ ).

در سـال ۱۸۸۳ Charles Edgar Fritts كه يك مهندس برق اهل نيويورك بود، يك سلول خـورشـيدي سلنيومي ساخت كه از برخـي جهات شـبـيه به سلول هاي خورشـيـدي سيليكوني امروزي بود. اين ســلـول از يك ويـفـر نازك سـلنيوم تشـكيـل شده بـود كه با يك تـوري از سـيـمـهـاي خيـلي نازك طـلا و يك ورق حفاظـتي از شـيشه پوشانده شده بود. اما سـلول سـاخت او خـيلي كم بازده بود. بازده يك سـلول خورشيدي عبارت از درصدي از انرژي خورشيدي تابيده به سطح آن مي‌باشد كه به انرژي الكتريكي تبديل شده باشد. كمتر از ٪۱ انرژي خورشيدي تابيده شده به سطح اين سلول ابتدايي به الكتريسيته تبديل مي‌شد. با وجود اين، سلول‌هاي سلنيومي سرانجام در نورسنج‌هاي عكاسي به طور وسيعي به كار گرفته شد.


سلول‌هاي خورشيدي (فتوولتاييك)
عنصر اصلي فناوري فتوولتاييك، سلول خورشيدي است. سلول‌هاي فتوولتاييك (PV) كه عموم آن را با نام سلول‌هاي خورشيدي مي‌شناسند، از مواد نيمه رساناي حالت جامد تشكيل شده‌اند. سيليكون، عمومي‌ترين ماده نيمه رسانا است كه به واسطهٔ فراواني آن در سلول‌هاي PV مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اگر چه سليكون عنصر فراواني است و درصد زيادي از پوسته زمين را تشكيل مي‌دهد، ولي سلول‌هاي سيليكوني به خاطر فرآيند ساخت و خالص سازي سيليكون، قيمت بالايي دارند.


فناوري‌هاي مختلف سلول‌هاي خورشيدي
سيستم‌هاي فتوولتاييك كه در حال حاضر به صورت صنعتي توليد مي‌شوند، از نظر فناوري به دو دسته كلي سيليكون كريستالي به عنوان فناوري نسل اول و فيلم-نازك به عنوان فناوري نسل دوم دسته‌بندي مي‌گردد. سلول‌هاي سيليكون كريستالي به انواع مونوكريستالي، پلي‌كريستالي و كريستال نواري تقسيم مي‌گردد. فناوري‌هاي كليدي و مهم فيلم-نازك را نيز مي‌توان شامل a-Si، CIS و CIGS و CdTe دانست. نسل سوم سلول‌هاي فتوولتاييك نيز كه بيشتر در سطح آزمايشگاهي توليد مي‌شوند و مراكز پژوهشي در حال توسعه آن‌ها مي‌باشند، به سلول‌هايي اطلاق مي‌شود كه توانايي عبور از حد Shockley-Queisser را دارند يعني داراي بازده نامي بالاتر از ۳۲٪ مي‌باشند. از انواع اين سلول‌ها مي‌توان به نانوسازه‌هاي سيليكوني، مبدل‌هاي Up/Down، سلول‌هايHot Carrier و سلول‌هاي ترموالكتريك يا Hot Lattice اشاره كرد.


توليد سلول‌هاي خورشيدي در جهان
بازار جهاني توليد سلول‌هاي PV با رشد چشمگيري در حال پيشرفت است. اين رشد از سال ۲۰۰۳ در حدود ۵۰٪ در سال بوده است. در سال ۲۰۰۶ ظرفيت توليد سلول‌هاي فتوولتاييك در سطح جهان به ۲،۵۲۰ مگاوات رسيد. در اين سال سهم سلول‌هاي فتووولتاييك كريستالي بيش از ۹۰٪ و سهم سلول‌هاي PV فيلم-نازك در حدود ۸٪ بوده است. با توجه به رشد سريعتر توليد سلول‌هاي PV فيلم-نازك (سالامه در حدود ۸۰٪) پيش بيني مي‌گردد تا سال ۲۰۱۰ رقم سهم اين سلول‌ها به ۲۵٪ تا ۳۰٪ برسد.

رقم توليد سلول‌هاي فتوولتاييك در سال ۲۰۰۷ به بيش از ۳٫۴ گيگاوات رسيده است. در اين بين شركت‌هاي ژاپني كه با روند رو به كاهش سهم خود از توليد سلول‌هاي فتوولتاييك در جهان مواجه هستند، در حدود ۲۶٪ بازار را در اختيار داشته اند. شركت‌هاي چيني ولي با رشد خيره كننده از سهم ۲۰٪ در سال ۲۰۰۶ به ۳۵٪ در سال ۲۰۰۷ دست يافته اند.


نصب سلول‌هاي خورشيدي در جهان
ظرفيت نصب شده فتوولتاييك در سال ۲۰۰۷ در جهان به ركورد بيش از ۲٫۸26 مگاوات رسيده است. در اين بين، كشور آلمان با در دست داشتن ۴۷٪ ظرفيت نصب شده جهان به ۱٫۳۲۸ مگاوات رسيده است. پس از آلمان، اسپانيا با رشد خيره كننده ۴۸۰ درصدي و در دست داشتن ۲۳٪ از ظرفيت جهان به رقم ۶۴۰ مگاوات رسيده است. پس از اين دو كشور، ژاپن با ۲۳۰ مگاوات و آمريكا با ۲۲۰ مگاوات و در دست داشتن حدود ۸٪ بازار جهاني در رتبه‌هاي بعدي قرار دارند.

جعبه متن

منبع: هوپا