تکنولوژی پانل های خورشیدی و کاربردهای آن؛ بررسی اقتصادی در مصارف خانگی



دانشگاه صنعتی سهند
دانشکده مکانیک
موضوع پروژه :
تکنولوژی پانل های خورشیدی و کاربردهای آن ؛بررسی اقتصادی در مصارف خانگی
دانشجو:
پریا اسماعیلی
استاد مربوطه :
جناب آقای دکتر پورگل

چکیده :
انرژی خورشیدی یکی از منابع تامین انرژی رایگان , پاک و به دور از اثرات زیان بار برای محیط زیست است که از گذشته به روش های گوناگون مورد استفاده بشر قرار گرفته است .بحران انرژی در سالهای اخیر ,کشورهای جهان را بر آن داشته که با مسائل مربو ط به انرژی برخورد متفاوت داشته باشند که در این میان جای گزینی انرژی فسیلی با انرژی های تجدید پذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفه جویی در مصرف انرژی ,کنترل عرضه و تقاضا ی انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است .
یکی از مهمترین کاربردهای انرژی خورشیدی در صنعت برق استفاده از صفحات فتوولتاییک برای تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی است .صفحات فتوولتائیک از سلولهای خورشیدی تشکیل شده است .
سلول خورشیدی عبارت است از قطعات نیمه رسانایی که انرژی تابشی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند . رسانندگی این مواد به طور کلی به دما,روشنایی,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیمه رسانا بستگی دارد .

اهمیت این پروژه :
مصرف انرژی در ایران به سرعت در حال افزایش است. به همین دلیل به زودی یارانه های انرژی به یک مشکل مالی بزرگ برای دولت تبدیل و شده نهایتا دولت باید یارانه را ها حذف کند. حذف یارانه ها بزرگترین قدم برای بهره گیری از انرژی های تجدید پذیر خواهد بود در. این میان استفاده از انرژی خورشیدی که ایران به مقدار زیادی آن از برخوردار است در اولویت قرار می گیرد. استفاده از انرژی خورشیدی برای تولید برق به اصطلاح که سبز حمایت گر محیط زیست بوده و انتشار دی اکسید کربن به را همراه ندارد، میتواند مصرف سوخت های فسیلی بخ در را ش های خانگی و صنعتی مورد صرفه جویی قرار دهد. باید توجه نمود که این نوع انرژی تجدید پذیر بوده و منبع انرژی اولیه آن بدون هزینه در اختیار است . بهره مندی از انرژی های نو با توجه به پایان پذیری و عدم دسترسی بعضی کشورها به سایر انرژی ها آنها را بر آن داشته تا از انرژی های تجدید پذیر نظیر خورشید، باد و بیوماس که ارزان بوده و آلودگی هوا را نیز به دنبال ندارد استفاده کنند که در سال جاری استفاده از انرژی خورشیدی 15 درصد در جهان افزایش داشته است .
امروزه که دولت مصمم شده تا بخش خصوصی را در تولید انرژی الکتریکی سهیم کند یکی از موارد آن می تواند احداث نیروگاه های خورشیدی و یا بادی توسط تولید کنندگان و یا مشترکین برق باشد . برای احداث این نیروگاه می توان از پشت بام ساختمان ها استفاده کرده و سلول های خورشیدی را نصب کرد و بخشی از مصارف را به خصوص جهت سرمایش در طول روز تامین نمود . براساس این طرح که بایستی جهت سرمایه گذاری اولیه از تسهیلات دولتی استفاده شود هر مصرف کننده انرژی پس از احداث سلول های خورشیدی، انرژی تولیدی را به شبکه برق تزریق نموده و مصارف خود را از همان شبکه دریافت می نماید و با یک کنتور برگشت انرژی تولیدی را به دولت می فروشد و بهای انرژی مصرفی خود را پرداخت میکند.

فهرست
فصل -1 انرژ ی خورشیدی ……………………………………………………………..
1 – 1 مقدمه ……………………………………………………………..
1 – 2 تاریخچه ……………………………………………………………..
1 – 3 منبع انرژی خورشیدی ……………………………………………………………..
4 -1 ویژگیهای انرژی خورشیدی ……………………………………………………………..
1 – 5 طبیعت و مهیا بودن تابش خورشیدی : ……………………………………………………………..
1- 5- 1 موقعیت کشور ایران از نظرمیزان دریافت انرژی خورشیدی ……………………………………………………………..
میزان پتانسیل تابشی ……………………………………………………………..
1 – 6 کاربردهای انرژی خورشیدی ……………………………………………………………..
1-6-1 برای سود جستن از انرژی خورشیدی دو راه وجود دارد ……………………………………………………………..
1 – 7 سیستم های انرژی خورشیدی……………………………………………………………..
1-7-1 اجزاء یک سیستم خورشیدی ……………………………………………………………..
فصل 2 – سلول های خورشیدی (پنل های فتوولتاییکی ) ……………………………………………………………..
1-2 مقدمه ……………………………………………………………..
2 -2 نگاهی کوتاه به تاریخچه ی سیستم های فتوولتاییک ……………………………………………………………..
2 -3 پدیده ی فتوولتائیک ……………………………………………………………..
2- 4 سلول های فتو ولتائیک: تبدیل فتون ها به الکترون ها ……………………………………………………………..
مواد سازنده سلول های خورشیدی ……………………………………………………………..
سلولهای خورشیدی با لایه های نازک ……………………………………………………………..
فن آوریهای گروه سه و پنج ……………………………………………………………..
تجهیزات چند تایی با بهره وری بالا ……………………………………………………………..
5 -2 چگونه سیلیکون تبدیل به سلول خورشیدی می شود؟ ……………………………………………………………..
2-5-1 آناتومی یک سلول خورشیدی ……………………………………………………………..
2-5-2 اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی ……………………………………………………………..
2-5-3 مزایا و معایب سیستم فتوولتاییک ……………………………………………………………..
2 – 6 انواع سلول های خورشیدی ……………………………………………………………..
چند کریستال Polycrystal : ……………………………………………………………..
سلولهای خورشیدی نسل اول : ……………………………………………………………..
سلولهای خورشیدی نسل دوم:( سلولهای خورشیدی تین فیلم ) ……………………………………………………………..
سلولهای خورشیدی نسل سوم: ……………………………………………………………..
2 – 7 سری و موازی کردن پنلهای خورشیدی ……………………………………………………………..
8 نصب پانل های خورشیدی ثابت : ……………………………………………………………..
2 – 9 سیستم های PV به دو دسته اصلی تقسیم می شوند : ……………………………………………………………..
2-9-1 تجهیزات اصلی سیستم متصل به شبکه : ……………………………………………………………..
سیستم ON GRID : ……………………………………………………………..
سیستم OFF GRID : ……………………………………………………………..
2 -10 محاسبه ی راندمان سلول : ……………………………………………………………..
افزایش بازده سلولهای خورشیدی در ایران ……………………………………………………………..
فاکتور کفایت : ……………………………………………………………..
2-11 پیشرفت های تکنولوژی سلول خورشیدی ……………………………………………………………..
2 – 12 آمار جهانی : ……………………………………………………………..
فصل – 3 بررسی پنل خورشیدی در یک خانه ی مسکونی ……………………………………………………………..
3 -1 تامین انرژی خانه با سلول خورشیدی ……………………………………………………………..
3-1-1 حل مشکلات سیستم تامین نیروی خورشیدی ……………………………………………………………..
3-1-2 اتصال به شبکه ……………………………………………………………..
3 -2 هزینه های انرژی خورشیدی ……………………………………………………………..
3- 3 بررسی اقتصادی یک سیستم فتوولتاییک خانگی در ایران ……………………………………………………………..
3-3-1 قیمت برق بدون استفاده از سیستم فتوولتاییک ……………………………………………………………..
3-3-2 محاسبه هزینه های یک سیستم فتوولتاییک با ظرفیت 250کیلو وات در ایران: ……………………………………………………………
باتری: ……………………………………………………………..
اینورتر: ……………………………………………………………..
سایر هزینه ها: ……………………………………………………………..
جمع بندی: ……………………………………………………………..
4 -3 نتیجه گیری اقتصادی: ……………………………………………………………..
فصل – 4 طریقه ساخت سلول خورشیدی……………………………………………………………..
نتیجه گیری : ……………………………………………………………..
منابع: ……………………………………………………………..

فصل 1 – انرژی خورشیدی
مقدمه 1 -1
خورشید سیاره ای است انرژی فراوانی را در اختیار ماقرار داده تا از آن به بهترین شکل برای مصارف خود بهره ببریم . سیاره ای که نه دی اکسید کربن تولید می کند ,نه هزینه دارد و نه پایان می پذیرد . نه تنها منبع عظیم انرژی است بلکه منشاء تمام انرژی های دیگر است. طبق آخرین برآوردهای رسمی اعلام شده عمر این انرژی بیش از 14 میلیارد سال میباشد و در هر ثانیه 2/4 میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل میشود. با توجه به وزن خورشید که حدود 333 هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را میتوان بهعنوان منبع عظیم انرژی تا 5 میلیارد سال آینده به حساب آورد. قطر خورشید 1 ،392،000 کیلومتر است و از گازهای نظیر هیدروژن (86.8 درصد) هلیوم 3( درصد) و 63 درصد عنصر دیگر که مهمترین آنها اکسیژن – کربن – نئون و نیتروژن است تشکیل شده است. میزان دما در مرکز خورشید حدود 10 تا 14 میلیون درجه سانتیگراد میباشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به 5600 درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می شود.
زمین در فاصله 150 میلیون کیلومتری خورشید واقع است و 8 دقیقه و 18 ثانیه طول میکشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید میزان کمی از کل انرژی تابشی آن میباشد . با اندازه گیری شار خورشیدی در بالای جو زمین می توان قدرت دریافتی کل انرژی خورشید را محاسبه کرد . البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی رسد مقداری از آن توسط لایه های اتمسفر جذب می شوند. ماده در عالم اساسا از هیدروژن تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستاره ها و کهکشانها توزیع شده است . نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گازها و گرد و غبار شده و این تراکم ابر ستاره ای را بوجود می آورند. انرژی پتانسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می یابد .با ترکیب دوتریوم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می شود ( 1.7 مگا الکترو ولت ) بنابراین همانطوری که گفته شد , مقدار انرژی که از خورشید به زمین می رسد , بوسیله جمع کننده های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرند .
سرمنشاء تمام اشکال مختلف انرژیهای شناخته شده تاکنون شامل (سوختهای فسیلی ذخیره شده درزمین، انرژیهای بادی، آبشارها، امواج دریاها و…) موجود در کره زمین از خورشید میباشد.
چگالی توان حاصل از خورشید در خارج از جو زمین مطابق اندازه گیری های انجام شده توسط ماهواره ها حدود1353 وات بر متر مربع می باشد که از میزان آن در هنگام گذشتن از اتمسفر زمین به دلایلی نظیر جذب تشعشع خورشید توسط گازها بخار های آب و ذرات معلق موجود در جو به مقدار نسبتا زیادی کاسته می شود .چگالی توان خورشیدی در سطح زمین به عواملی نظیر عرض جغرافیایی محل ارتفاع محل از سطح دریا فصل و اوقات مختلف روز ,ابری یا غیر ابری بودن آسمان بستگی دارد و بسیار متغیر است . [2]

1 – 2 تاریخچه
اصل بقای انرژی در حدود سال 1850 پایه گذاری شد .منشاء این اصل همانگونه که در مکانیک بکار می رود توسط گالیله و ایساک نیوتن بیان شد . در واقع هنگامیکه کار بعنوان حاصلضرب نیرو و تغییر مکان تعریف می شود ,این تعریف تقریبا از قانون دوم حرکت نیوتن پیروی می کند . چنین مفهومی تاسال 1826 یعنی زمانیکه ریاضی دان معروف فرانسوی معرفی شد , وجود نداشت .لغت نیرو (از نظر لاتین ) نه تنها از نظر مفهوم آن توسط نیوتن در قوانین حرکتش توصیف شد ,بلکه در کمیتهایی که اکنون به عنوان کار و انرژی سنتیک (جنبشی ) و پتانسیل (نهفته ) تعریف می شوند بکار می روند .
1 -3 منبع انرژی خورشیدی
خورشید سرچشمه ی انرژی است،که حیات زمین همه موجودات به آن بستگی دارد و همه ی انواع دیگر انرژی نیز به گونه ای از آن نشات گرفته اند.اگر تمام سوختهای فسیلی موجود در جهان را جمع کنیم و بسوزانیم ،این انرژی معادل تابش خورشید به زمین تنها برای 4 روز خواهد بود. حرارت و نوری که در هر ثانیه از خورشید به زمین می رسد،میلیون ها میلیون برابر قدرت بمب اتمی منفجر شده در هیروشیما یا ناکازاکی است.هر چند استفاده از انرژی خورشیدی هنوز آن قدر توسعه پیدا نکرده است، اما انرژی مورد نیاز حدود 160 هزار روستا در جهان بر پایه ی انرژی خورشیدی است . کشور اندونزی از چندین هزار جزیرهی کوچک و بزرگ تشکیل شدهاست، و به کارگیری نیروگاه و خطوط انتقال در آن کشور در عمل امکان پذیر نمیباشد. لذا در اکثر روستاهای اندونزی انرژی خورشیدی تنها راه حل است، و به این طریق حدود 20 میلیون نفر از مردم اندونزی انرژی لازم را از طریق انرژی خورشیدی کسب میکنن د. بنابراین با تحقیقاتی که در سراسر دنیا در حال انجام است، به زودی استفاده و بهرهبرداری از نیروگاهای بزرگ خورشیدی همهگیر خواهد شد .
جایگزینی انرژیهای فسیلی با انرژیهای تجدیدپذیر و از جمله انرژی خورشیدی به منظور کاهش و صرفهجویی در مصرف انرژی، کنترل عرضه و تقاضای انرژی و کاهش انتشار گازهای آلاینده با استقبال فراوانی روبرو شده است. جالب است بدانید که تابش خورشید بزرگترین منبع تجدید پذیر انرژی روی کره زمین می باشد و اگر فقط یک درصد از صحراهای جهان با نیروگاه های حرارتی خورشیدی به کار گرفته شوند، همین مقدار برای تولید برق سالانه مورد تقاضای جهان کافی خواهد .بود
4 -1 ویژگیهای انرژی خورشیدی
از مواردی که سبب شده تا استفاده از انرژی خورشیدی در جهان افزایش یابد ویژگی های انرژی خورشیدی است که در زیر به مواردی از آن اشاره می کنیم :
انرژ ی خورشیدی تمام شدنی نیست .
انرژ ی تمیزی است و هیچ آسیبی به محیط زیست نمی رساند (حذف انتشار گازهای گلخانهای از جمله دیاکسید کربن).
رایگان و در دسترس است .
امن و بی خطر است .
بدلیل عدم وجود قسمتهای متحرک ,نگهداری و اتوماسیون آن راحت است .
ظرفیت آن را متناسب با نیاز می توان طراحی کرد .
مصرف سوختهای فسیلی را کاهش می دهد .
1 – 5 طبیعت و مهیا بودن تابش خورشیدی :
میزان دقیق این تابش بر حسب ناحیه ی جغرافیایی ,پوشش ابر ,ساعات تابش در هر روز و غیره تفاوت می نماید .بطور واقعی دانسیته یا تراکم جریان خورشیدی (نظیر تراکم نیرو )از 250 تا 2500کیلو وات ساعت در متر مربع در سال متغییر می باشد . همانگونه که انتظار می رود میزان تابش خورشیدی در ناحیه ی استوا مخصوصا در نواحی بیابانی آفتابی بیشتر می باشد .هندسه ی زمین ,خورشید و پانلها یا صفحات جمع کننده در زمین با زاویه ی 5.23 درجه در حول محور بدور خورشید می چرخد .این زاویه باعث بوجود آمدن فصلها می شود .نیروی تراکم جریان خورشیدی بستگی به زاویه ای دارد که با آن به زمین برخورد می نماید . با تغییر این زاویه در خلال سیکل سالیانه تابش اشعه ی خورشیدی نیز تغییر می کند .
زمین که در فاصله 150 کیلو متری از خورشید قرار گرفته تنها 2 میلیارد از انرژی ساطع شده توسط آن را دریافت می . کند بنابراین با به کارگیری پنل های خورشیدی میتوان تا حدودی از این منبع انرژی بیپایان، پاک و رایگان استفاده کرد و تا حد بسیار زیادی در مصرف سوختهای فسیلی صرفه جویی نمود .

1- 5- 1 موقعیت کشور ایران از نظرمیزان دریافت انرژی خورشیدی
ایران از نظر جغرافیایی در بین مدارهای تا 40 25 درجه عرض شمالی بر روی کمربند زرد زمین که بیشترین میزان دریافت نور خورشید را در طول روز در ماه های مختلف سال دارد واقع شده و به گفته متخصصان این فن با وجود 300 روز آفتابی در سال در زمره کشور هایی قرار دارد که بیشترین دریافت نور خورشید را در ماه های مختلف دارد میزان تابش خورشیدی در ایران به طور متوسط بین 2200 – 1800 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که بالاتر از میزان متوسط جهانی است . برخی از کارشناسان انرژی خورشیدی ادعا میکنند که ایران در صورت تجهیز مساحت بیابانی خود به سامانههای دریافت انرژی تابشی میتواند انرژی مورد نیاز بخشهای گستردهای از منطقه را نیز تامین و در زمینه صدور انرژی برق فعال شود .
ایران کشوری است که یک چهارم مساحت آن را کویرهایی با شدت تابش بیش از 5 کیلو وات ساعت به متر مربع، پوشانده است که اگر یک درصد این مساحت برای ساخت نیروگاه خورشیدی با بازده 10 درصد به کا ر برود، تقریبا" 63 ملیون مگا وات ساعت برق (یعنی حدود 4 برابر تولید فعلی برق در کشور ) تولید خواهد شد با استفاده از این نوع انرژی ها در ایران می توان بخش زیادی از نیاز خود را تامین نمود . انرژی خورشیدی که دارای گستره زیادی در کشور ما می باشد قادر خواهد بود که تا دورترین نقاط کشور را تحت پوشش قرار دهد .
با مطالعات انجام شده توسط DLR آلمان، در مساحتی بیش از 2000 کیلومترمربع، امکان نصب بیش از 60000 MW
نیروگاه حرارتی خورشیدی وجود دارد.

میزان پتانسیل تابشی :
در ناحیه ای که با مثلث نشان داده شده : کمتر از 1600
در ناحیه ی دایره :بین 1600 تا 1900
در ناحیه مستطیل :1900 تا 2000
در ناحیه ی ستاره :2000 تا 2100
در ناحیه ی مربع : بیش از 2100
اگر مساحتی معادل 100×100 کیلومترمربع زمین را به ساخت نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک اختصاص دهیم، برق تولیدی آن معادل کل تولید برق کشور در سال 1389 خواهد بود .

1 – 6 کاربردهای انرژی خورشیدی
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره گیری می شود که
عبارتند از :
سیستم های فتو بیولوژیک
سیستم های فتوولتائیک
سیستم های فتو شیمیایی
سیستم های حرارتی و برودتی
که در فصل بعد به بررسی سیستم های فتوولتاییک می پردازیم .

1-6-1 برای سود جستن از انرژی خورشیدی دو راه وجود دارد:
1 – استفاده مستقیم از نور خورشیدو تبدیل آن به الکتریسیته از طریق سلولهای فتوولتائیک
2 – استفاده از انرژی حرارتی خورشیدی برای مصارف خانگی صنعتی نیرو گاهی (کاربردهای نیروگاهی و غیر نیروگاهی
خورشیدی)

1 – 7 سیستم های انرژی خورشیدی
سیستم های انرژی خورشیدی به سیستم هایی اطلاق می گردد که انرژی خورشید را در خود ذخیره می نمایند و آن را تبدیل به انرژی الکتریسیته می کنند . این سیستم ها انرژی خورشید را در طول روز جذب کرده و سپس انرژی ذخیره شده را در کل مدت شبانه روز مورد استفاده قرار می دهند . استفاده از این سیتم ها برای بخش هایی که امکان برق کشی در آنها وجود ندارد کاملا به صرفه است .

1-7-1 اجزاء یک سیستم خورشیدی :
به طور کلی یک سیستم خورشیدی از 4 جزء اصلی تشکیل شده است :
1 – سلول های خورشیدی (پنل خورشیدی )
این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشیدی به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می باشد .
در پانل های خورشیدی تعداد زیادی سلول خورشیدی بنا به ولتاژ و جریان مورد نیاز باهم به صورت سری و موازی قرار
گرفته است .
لازم به ذکر است جریان و ولتاژ خروجی از این پنل ها dc می باشد .
2 – شارژ کنترلر
3 – باتری
4 – اینورتر (تبدیل کننده برق )
که در شکل 1-5 نشان داده شده است :

در فصل بعد به بررسی سلول های خورشیدی می پردازیم .

فصل 2 – سلول های خورشیدی (پنل های فتوولتاییکی )
1-2 مقدمه
یکی از مهم ترین کاربرد های انرژی خورشیدی در صنعت برق استفاده از پنل های خورشیدی بوده که متداول ترین نوع آن پنل های فتوولتاییک می باشد . پنل های فتوولتاییکی یکی 4از بخش اصلی در یک سامانه فتوولتاییکی می باشد که عبارت از قطعات نیمه رسانایی هستند که نور خورشید را جذب و انرژی فوتونها را به انرژ ی الکتریکی تبدیل می کنند .
جذب نور در نیمه هادی باعث بوجود آمدن حاملهای بار الکتریکی ( الکترون و حفره ) به طور مساوی می شود. سیستمی که درآن انرژی خورشیدی بدون بهره گیری از مکانیزم های متحرک و شیمیایی به انرژی الکتریکی تبدیل میشود راسیستم فتوولتاییک می نامند .عاملی که در این فرآیند بکار می رود سلول خورشیدی نامیده می شود رسانندگی این مواد به طور کلی به دما ,روشنایی ,میدان مغناطیسی و مقدار دقیق ناخالصی موجود در نیمه رسانا بستگی دارد. یک سلول خورشیدی از جنس سیلیکون ولتاژی بین 6تا 5 ولت تولید می کند و به همین دلیل تعداد زیادی از سلول ها را در یک ماژول خورشیدی به صورت سری متصل می کنند تا سطح ولتاژ بیشتری حاصل شود .احتمال زیاد ماشین حسابهای خورشیدی را دیده اید که حتی دکمه خاموش ندارند.دستگاههایی که نیاز مبرم به باتری ندارند و تا زمانی که نور به اندازه کافی وجود نداشته باشد زنده خواهند ماند .این تکنولوژی به سالها قبل برمی گردد اما امروزه نیز پنل های خورشیدی بزرگتر را در جاده ها و کارخانجات می بینید مثل چراغ راهنمایی خورشیدی ,لامپهای روشنایی جاده ها و حتی آبگرمکن های خورشیدی و با خود فکر کرده ایدکه اصلا مکانیزم و فرآیند تولید انرژی الکتریکی از انرژی خورشیدی چگونه است .خورشید و هر منبع دیگر به همراه خود انرژی دارد . معمولا هنگامی که نور به یک شی ء برخورد می کند به گرما تبدیل می شود .
مثل موقعی که شما زیر آفتاب دراز می کشید .اما در برخی موارد انرژی نور بعد از تابش به یک سری مواد بخصوص , به انرژی الکتریکی تبدیل می شود که ما بعدا آن را به جریان الکتریکی قابل استفاده تبدیل می کنیم.
حدود 35 سال پیش سلولهای خورشیدی برای اولین بار و به عنوان مولد الکتریکی در سفینه های فضایی استفاده گردید و مدتی است که بهره گیری از آنها در زمین نیز متداول شده است . این سلول ها از آفتاب انرژی میگیرند نه از سوخت. غالبا" از سیلیکون نیمههادی ساخته شدهاند، نور آفتاب را مستقیما" به برق تبدیل میکنند.سادهترین سلولهای فتوولتاییک نیروی مورد نیاز ساعتهای مچی و ماشین حسابها را تامین میکنند.
و اکنون چند دهه است که انسان با امید به یک "انقلاب خورشیدی" و ایده اینکه روزی ما خواهیم توانست تمام انرژی
الکتریسیته مان را از خورشید تهیه کنیم، زندگی می کند.

2 -2 نگاهی کوتاه به تاریخچه ی سیستم های فتوولتاییک
یکی از فناوری های جدید تولید انرژی؛ فناوری سامانه فتوولتائیک یا برق خورشیدی است.که در کنار سامانه های تولید انرژی دیگر همچون انرژی باد؛جزر و مد دریا؛بیوماس و … به سرعت در حال گسترش و رشد است. در سال 1822 توماس دانشمند آلمانی پدیده ی فتوولتاییک را کشف کرد ولی به طور ساده به شکل یک مغناطیس در نظر گرفت . فتوولتاییک تکنولوژی به شمار می آید که نور خورشید را مستقیما تبدیل به الکترسیته می نماید . این تکنولوژی اولین بار در سال 1839 بوسیله ی بکرول دانشمند فرانسوی مشاهده گردید . وی تشخیص داد به هنگامی که نور به طور مستقیما از یک سو وارد سلول باری می شود ,جریان تولید گشته دارای افزایش خواهد بود .
دن آرویزو(dan-arvizo) ، مدیر آزمایشگاه ملی انرژی های تجدید شونده وزارت انرژی آمریکا می گوید: فناوری سامانه های فتوولتائیک فناوری باشکوه تری نسبت به دیگر فناوری هاست. این فناوری یکی از بزرگترین برنامه های در حال اجرای وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا می باشد. تحقیقات در مورد فناوری فتوولتائیک از حدود یک صد سال پیش آغاز شد.در سال 1873دانشمندی انگلیسی به نام ویل اسمیت(willoughby smith) دریافت که عنصر سیلینیوم در مقابل نور واکنش نشان میدهد و این عنصر از نظر توانایی هدایت الکتریکی رابطه ای مستقیم با مقدار نور دریافتی دارد.با توزیع و نشر این پدیده دانشمندان زیادی را بر آن داشت تا به امید تولید الکتریسیته با استفاده از این عنصر آزمایشاتی را انجام دهند.در سال 1880 اولین سلول خورشیدی بر پایه سیلینیوم توسط شخصی به نام چارلز فرین(charles fritts) ساخته شد. این سلول بدون مصرف هیچگونه سوخت اولیه و بدون تولید حرارت انرژی الکتریکی تولید میکرد.
با این وجود هزینه بالای تولید سلول و بازده آن به گونه ای بود که تا سال 1905 این پدیده به عنوان یک منبع تولید انرژی مورد توجه قرار نگرفت . بعد ها این پدیده توسط فیزیکدان معروف آلبرت اینشتن بیشتر مورد بررسی و تشریح قرار گرفت.که این امر موجب فهم عمیق تر نسبت به پدیده فیزیکی تولید الکتریسیته از نور خورشید شد.پیشرفت هایی در صنعت سلول های خورشیدی در سال 1930 انجام شد . در سال 1950 میلادی آزمایش ات بل برای یافتن یک روش مطمئن برای تامین انرژی سیستم های مخابراتی راه دور تحقیقاتی در این زمینه انجام شد , یک برنامه فضایی عزم لازم را برای توسعه ی سلولهای خورشیدی سیلیکون بلورین بوجود آورد .در این آزمایشات حساسیت عناصر زیادی نسبت به نور خورشید مورد بررسی قرار گرفت و سرانجام عنصر سیلیکون ( دومین عنصر فراوان بر روی زمین ) به عنوان یک عنصر با حساسیت بالا نسبت به نور خورشید شناسایی شد.اولین محصول تجاری pv برای کاربردهای زمینی در سال 1953 با معرفی کارخانجات تولید pv اتوماتیک وارد بازار شد .
همچنین با استفاده از دیگر فناوری ها با تزریق ناخالصی های متفاوت توانستند یک سلول فتوالکتریک به وجود بیاورند که اولا قدرت جذب نور بیشتری را داشت (به دلیل تزریق رنگدانه های تیره برای جذب بیشتر نور خورشید) و دیگر اینکه این سلول ولتاژ ذاتی تولیدی بیشتری نسبت به نوع خالص خود را تولید میکرد. در سال 1954 اولین سلول خورشیدی شبیه به سلول های امروزی بر پایه سیلیکون ساخته شد . راندمان و بازده این سلول تنها 6 % بود . از این سلول اولین بار به عنوان یک نمونه غیر آزمایشگاهی برای تامین انرژی مورد نیاز یک ایستگاه مخابراتی استفاده شد.
بعد از آن دانشمندان ناسا برای تامین انرژی مورد نیاز نخستین ماهواره مخابرات فضایی از این فناوری استفاده کردند.دانشمندان ناسا به دنبال یک منبع انرژی مطمئن ؛نیرومند؛سبک و قابل نصب در خارج از فضا بودند.از این رو یک صفحه فتوولتائیکی که شامل 108 سلول بود را بر روی نخستین ماهواره ایالات متحده نصب کردند تا. سال 1960 تقریبا اکثر ماهواره و ها فضاپیماها از این صفحات به عنوان منبع تامین انرژی استفاده میکردند.امروزه بایتقر 200 هزار خانه در ایالات م تحده آمریکا به نوعی از انرژی فتوولتائیک استفاده میکنند.و همچنین انرژی الکتریکی بیش از 175 هزار روستا در 140 کشور در سراسر جهان از این طریق تامین میشود.در سال 2001 در سراسر جهان 350 مگاوات انرژی توسط سیستم های فتوولتائیک تولید شد که ارزش نهاآ به بیش از یمیل 2 ارد دلار میرسد. تاریخچه ی سیستم های فتوولتاییک نحوه ی پیشرفت و گسترش آن با جزئیات بیشتر در مرجع آمده است که علاقمندان می توانند در این رابطه به مرجع مراجعه نمایند .
2 -3 پدیده ی فتوولتائیک
اثر فتوالکتریک که برای اولین بار توسط آلبرت انیشتین شرح داده شد. بر اساس این پدیده وقتی که یک کوانتوم انرژی
نوری یعنی یک فوتون در یک ماده نفوذ می کند، این احتمال وجود دارد که بوسیله الکترون جذب شود. و الکترون انتقال پیدامی کند.
سلول های خورشیدی که در ماشین حساب ها و ماهواره ها می بینید، با نام سلول های photovoltaic "یا قدرت زای نوری" هم شناخته می شوند. این نام از آنجا نشات گرفته که photo به معنی نور و voltaic به معنی الکتریسیته است، این سلول ها قرار است که نور خورشید را مستقیما تبدیل به الکتریسیته کنند. فتوولتاییک علمی است که در مورد تبدیل نور به الکتریسیته و به عبارت دیگر تبدیل فتونهای نوری به جریان الکتریکی می پردازد . تبدیل نور خورشید به الکتریسیته توسط سلولهای خورشیدی صورت می گیرد .این سلوله ا از صفحات سیلیکونی ( آمورفوس و پولی کریسالین و یا مونو کریستالین ) ساخته شده اند . این سلولها بیشترین موارد کاربرد را به عنوان منبع تغذیه ماشین حسابهای جیبی و پارکومترهاو موارد کوچکی از این قبیل وسایل دارا می باشند. صفحات پنلها یا مودلهای خورشیدی متشکل از تعدادی سلولهای خورشیدی (در مدارهای سری و موازی ) می باشند که در قالبهای آلومینیومی و صفحه محافظی شیشه ای مونتاژ شده اند . مجموعه ای از این پانلها با انضمام دیگر اجزا ء از قبیل باتری ها و شارژ کنترلر و مبدل تشکیل یک سیستم فتوولتاییک را می دهند .

2- 4 سلول های فتو ولتائیک: تبدیل فتون ها به الکترون ها

یک ماژول از گروهی سلول های متصل الکتریکی تشکیل شده و در یک فریم قرار گرفته است که بیشتر به عنوان یک پنل خورشیدی شناخته می شود .این پنل ها در گروه های بزرگ آرایه های خورشیدی در کنار یکدیگر قرار می گیرند و همگی همانند یک جسم واحد عمل می کنند.
سلول های فتو ولتائیک بعنوان واحد دریافت کننده انرژی خورشیدی و تبدیل آن به انرژی الکتریکی دارای اهمیت ویژه ای در تامین انرژی برق از منابع انرژی های تجدیدپذیر می باشد. سلول های فتوولتائی یا خورشیدی در حقیقت بلورهای نیمه هادی سیلیکون و همچنین شکل غیربلوری آن هستند که پردازش شده و عملیاتی روی آنها انجام میگیرد؛ بطوریکه ساس پدیده فتوولتائی جذب فوتون نور، تولید جفت الکترون ـ حفره و جداسازی الکترون ها و حفره های تولید شده به وسیله مبدل الکتریکی در داخل ماده نیمه هادی استوار می شوند . پدیده تولید ولتاژ و جریان باین روش اثر فتوولتائی نامیده می شود .در اصل هنگامی که نور با سلول برخورد می کند، مقدار مشخصی از آن توسط مواد نیمه رسانا جذب می شود.
این یعنی انرژی جذب شده از نور به نیمه رسانا منتقل می شود. انرژی به الکترون های سست ضربه می زند و اجازه می دهد که آنها آزاد شده و به گردش در آیند. س لول های فتو ولتائیک همچنین دارای یک میدان الکتریکی هستند که به عنوان یک اجبار برای الکترون های آزاد شده توسط نور جذب شده عمل می کند و آنها را در جهت معینی به جریان می اندازد. این گردش الکترون ها یک جریان ایجاد می کند و با قرار دادن اتصال های فلزی در پایین و بالای سلول فتوولتائیک می توانیم این جریان را برای مصارف مختلف بیرون بکشیم. این جریان، به همراه ولتاژ درون سلول ها (که در نتیجه میدان یا میدان های الکتریکی درونی سلول ایجاد می شود) قدرت یا ولتاژ تولیدی توسط یک سلول خورشیدی را تعریف می کنند.

مواد سازنده سلول های خورشیدی
ماده ای که سلولهای خورشیدی از آنها ساخته می شود سیلیکون و آرسینورگالیم هستند .سلولهایی که از سیلیکون ساخته می شوند از لحاظ تئوری بازده ماکزیمم حدود 22 درصد دارند. ولی بازده عملی آن حدود تا 18 15 درصد است. در صورتی که بازده سلولها یی که از آرسینورگالیم ساخته می شود بازده عملی آنها بیشتر از 20 درصد است.
سلولهای خورشیدی با لایه های نازک
این نوع سلولها از لایه های بسیار نازک مواد نیمه هادی استفاده می کنند که ضخامت آنها چند میکرومتر است. این لایه روی یک صفحه نگاه دارنده که از مواد ارزان مانند شیشه ، پلاستیک یا فولاد زنگ زن ساخته شده ، قرار می گیرد. نیمه هادیهای بکاررفته در لایه های نازک عبارتند از : سیلیکون بی شکل ( آمورف ) ( آ-س آی) ، سی آی اس و تلورید کادمیم ( سی دی-تی ای ) . سیلیکون آمورف ، ساختار کریستالی مشخص ندارد و تدریجا با قرار گرفتن در برابر نور از بین رفته وکیفیت ابتدایی خود را از دست می دهد. منفعل سازی به کمک هیدروژن می تواند این اثر را کاهش دهد . از آنجائی که مقدار مواد نیمه هادی بکار رفته در لایه نازک بسیار کمتر از سلولهای پی وی معمول است، هزینه تولید سلولهای نازک نیز به میزان قابل ملاحظهای کمتر از سلولهای خورشیدی سیلیکون کریستال است .
فن آوریهای گروه سه و پنج
این فنآوریهای فتوولتائیک که بر اساس عناصر شیمیایی گروههای سه و پنج جدول تناوبی ایجاد شده اند، بازده تبدیل انرژی بسیار بالایی را چه در نور عادی و چه در نور متمرکز شده، از خود نشان می دهند. سلولهای تک کریستالی این دسته معمولا از آرسنید گالیم ساخته می شود. آرسنید گالیم می تواند همراه با عناصری مانند ایندیم ، فسفر و آلومینیوم ، تشکیل آلیاژهای نیمه رسانایی بدهد که با مقادیر مختلف انرژی نور خورشید کار میکنند .
تجهیزات چند تایی با بهره وری بالا
در این روش، سلولهای خورشیدی تکی بر روی همدیگر قرار می گیرند تا میزان دریافت و تیدیل انرژی خورشیدی بیشینه شود. لایه بالایی بیشترین مقدار انرژی را از نور دریافت کرده و مابقی را عبور میدهد تا جذب لایه های بعدی بشوند.
بیشتر فعالیتهای این زمینه از آرسنید گالیم و آلیاژهای آن استفاده می کند. همچنین از سیلیکون آمورف ، سی آی اس و فسفید ایندیم گالیم نیز بهره گرفته می شود . با وجود آنکه سلولهای متشکل از دو بخش ساخته شده است، اما بیشترین توجه به سلولهای با سه اتصال و چهار اتصال است. در این انواع ، موادی چون ژرمانیم که کمترین میزان انرژی نور را نیز دریافت می کند، در پایینترین لایه استفاده می شود.

5 -2 چگونه سیلیکون تبدیل به سلول خورشیدی می شود؟
سیلیکون برخی خصوصیات شیمیایی ویژه و منحصر به فرد دارد .به ویژه اینکه در حالت کریستالی باشد. یک اتم سیلیکون ا 14 لکترون دارد که در سه پوسته مختلف مرتب شده اند. دو لایه اول که دو و هشت الکترون دارند کاملا پر هستند. لایه یا پوسته بیرونی تنها نیمی از ظرفیتش با چهار الکترون پر شده است. اتم سیلیکون همواره به دنبال راهی است تا لایه آخر خود را کامل کند. و برای انجام این کار الکترون های خود را با چهار اتم کناری اش به اشتراک می گذارد. به این علت ست که آن را ساختمان متبلور یا کریستالی می خوانند و این ترکیب است که در این نوع از سلول فوتوولتائیک اهمیت فراوانی پیدا می کند .
تنها مشکل این است که سیلیکون کریستالی خالص رسانای الکتریسیته ضعیفی است، زیرا بر خلاف مواد رسانایی همچون مس، هیچ یک از الکترون های آن برای انتقال الکتریسیته آزاد نیستند. برای حل این مشکل، سیلیکون مورد استفاده در سلول خورشیدی با برخی اتم های دیگر ترکیب شده و ناخالصی موجود کمی شیوه کار اتم های سیلیکون را تغییر می دهد.
سیلیکون را با تعداد کمی اتم های فسفر تصور کنید. شاید یک اتم به ازای هر یک میلیون اتم سیلیکون. فسفر در لایه بیرونی خود بر خلاف 4 الکترون سیلیکون، 5 الکترون دارد. اما هنوز با سیلیکون های همسایه اش باند شده و تشکیل اتحاد می دهد. اما به شکلی منطقی، فسفرها هنوز یک الکترون آزاد دارند که به هیچ جا متصل نیست. و عضو هیچ اتحادی هم نیست. اما در هسته فسفر پروتون مثبتی قرار دارد که آن را در جای خود نگه می دارد.

هنگامی که انرژی به سیلیکون خالص اضافه می شود، برای مثال به شکل فوتون، باعث می شود که برخی الکترون ها
باندها و ارتباطات شان را شکسته و آزاد شوند. و در پس هر یک از این موارد شکست، یک حفره باقی می ماند. این الکترون ها "حاملان آزاد" نامیده می شوند و سپس به صورت تصادفی درون شبکه متبلور و کریستالی سرگردان خواهند بود و به دنبال حفره دیگری هستند تا درون آن افتاده و جریان الکتریکی را هدایت کنند. به هر صورت در سیلیکون خالص تعداد کمی از اینها وجود دارد که نمی توانند چندان مفید باشند .
اما سیلیکون ناخالص همراه با اتم های فسفر شکل متفاوتی دارد. این ترکیب به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد تا یکی از الکترون های اضافی فسفر را از دست دهد. زیرا آنها به جایی وصل نبوده و در اشتراک با دیگر اتم ها نیستند. در نتیجه بسیاری از این الکترون ها به سادگی می شکنند. در نتیجه نسبت به سیلیکون خالص، تعداد بسیار بیشتری حامل آزاد خواهیم داشت. فرآیند اضافه کردن ناخالصی را تغلیظ می نامند و هنگامی که این کار توسط فسفر انجام شود به سیلیکون تولید شده توسط این فرایند N-type می گویند که حرف n از کلمه negative گرفته شده است. زیرا این کار باعث از دست دادن الکترون می شود. سیلیکون تغلیظ شده N-type رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است .
بخش دیگر سلول های خورشیدی معمول، سیلیکون تغلیظ شده با عنصر بور است .بور در لایه بیرونی خود تنها سه الکترون دارد. در این حالت سیلیکون تولیدی را P-type می نامند که از کلمه Positive گرفته شده است. زیرا این سیلیکون در لایه آخر خود جای خالی برای یک الکترون داشته و با جذب حامل ها بار مثبت پیدا می کند . هنگامی که این دو بخش در کنار هم قرار گرفته و به تعامل با هم می پردازند چه اتفاقی می افتد,که در زیر به بررسی آن می پردازیم .
2-5-1 آناتومی یک سلول خورشیدی
اکنون می دانیم که دو بخش سیلیکونی ما به صورت مجزا ماهیت و طبیعت الکتریکی دارند. اما بخش مهم وقتی شروع می شود که آنها را در کنار هم قرار دهید. زیرا بدون یک میدان الکتریکی، سلول کار نمی کند. و این میدان هنگامی شکل می گیرد که سیلیکون های P-type و N-type در ارتباط با هم باشند. ناگهان، الکترون های آزاد تمام حفره های خالی را پر می کنند؟ خیر. اگر چنین اتفاقی بیفتد، دیگر این دم و دستگاه چندان مفید و بدرد بخور نخواهد بود. البته درست در محل اتصال، آنها با هم ترکیب شده و یک سد می سازند. در نتیجه هر لحظه عبور الکترون ها از سمت N و رسیدن آنها به سمت P سخت تر و سخت تر می شود. سرانجام موازنه برقرار می شود. ما یک میدان الکتریکی مجزا در دو سو داریم.

این میدان الکتریکی همچون یک "دیود" عمل می کند و به الکترون ها اجازه می دهد (و آنها را مجبور می کند) تا از
سمت P به سمت N جریان پیدا کنند .اما در خلاف این جریان حرکتی نخواهیم داشت. این درست مانند یک تپه است که الکترون ها می توانند به راحتی از آن پایین بیایند .
هنگامی که نور به شکل فوتون به سلول خورشیدی برخورد می کند، انرژی آن جفت های الکترون-حفره را از هم می
شکند. هر فوتون با انرژی کافی معمولا می تواند یک الکترون را آزاد کند. اگر این اتفاق به اندازه کافی نزدیک به میدان
الکتریکی باشد، یا اینکه الکترون و حفره آزاد شده سرگردان باشند، میدان الکتریکی موجود الکترون آزاد شده را به سمت N و حفره را به سمت P می راند. حال اگر یک مسیر جریان خروجی تهیه ببینیم، الکترون ها از سمت P به واحد الکتریکی جریان می یابند و کاری را که ما می خواهیم انجام می دهند .گردش الکترون ها تولید جریان می کند و میدان الکتریکی سلول باعث تولید ولتاژ می گردد. با جریان و ولتاژ، ما نیرو را خواهیم داشت که محصول هر دو است. البته هنوز قطعات دیگر باقی مانده اند تا ما واقعا بتوانیم از سلول خورشیدی مان استفاده کنیم. سیلیکون ها مواد بسیار درخشانی هستند که می تواند قبل از اینکه فوتون ها کارشان را انجام دهد باعث بازتاب آنها شوند.یک پوشش ضد انعکاس لازم است تا تلفات را به حداقل برساند. مرحله آخر ن صب ,هم چیزی است که از سلول ها در برابر محیط محافظت کند. این محافظ اغلب یک روپوش از طلق شیشه ای است. ماژول های فوتو ولتائیک معمولا از اتصال چندین سلول مجزا به یکدیگر برای دستیابی به سطح قابل قبولی از کاربردپذیری و میزان جریان و ولتاژ ساخته می شوند. و با قرار دادن آنها در یک فریم محکم و قوی به همراه ترمینال های مثبت و منفی آن را کامل می کنند .
اکنون این سلول فوتو ولتائیک ما چه میزان انرژی خورشید را جذب می کند؟ متاسفانه شاید این میزان چندان زیاد نباشد. برای مثال در سال 2006 اغلب پنل های خورشیدی تنها بازده تا 12 در 18 صدی داشتند. آنچه که امروزه به عنوان بهترین راندمان سلولهای خورشیدی مطرح می شود و رکوردی برای بازده است، 7 .40تا 40 درصد است.

2-5-2 اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی
نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است. تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه ای از طول موج های مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد .
نور را هم می توان به طول موج های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می بینیم. از آنجایی که سلول ما توسط فوتون هایی با دامنه انرژی های متفاوت مورد اصابت قرار می گیرد، لذا برخی از آنها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون-حفره را ندارند. آنها به سادگی از درون سلول می گذرند، درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده اند. در حالی که برخی دیگر از فوتون ها انرژی بسیار زیادی دارند. تنها میزان مشخصی از انرژی، که با الکترون ولت اندازه گیری شده (و میزان لازم برای مواد درون سلول ما هم مشخص است) می تواند بر الکترون های اتم های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثر گذارد .ما این را band gap energy می نامیم. اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد، پس انرژی اضافی هدر می رود. مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریبا 70 درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می شود و کارایی ندارد .
چرا نمی توانیم موادی را انتخاب کنیم که band gap پایینی داشته باشند و از فوتون های بیشتری بهره ببریم ؟ متاسفانه band gap ما توسط قدرت یا ولتاژ میدان الکتریکی مان هم محدود شده است و اگر بسیار پایین باشد، جریانی که توسط جذب فوتون های بیشتر تولید می شود، ولتاژ بسیار پایین تری تولید خواهد کرد. و شیوه کار فعلی بهینه ترین حالت ممکن برای تولید ولتاژ و جریان مناسب است. ما همچنین تلفات دیگری هم در این میان داریم. الکترون های ما توسط یک مدار بیرونی از یک سوی سلول به سوی دیگر جریان پیدا می کنند. ما می توانیم بخش پایینی را با فلز پوشانده و رسانایی مناسبی را تامین کنیم. اما اگر بخش بالایی را کامل بپوشانیم، آنگاه فوتون ها نمی توانند از درون رسانای مات عبور کنند و ما تمامی جریان را به کلی از دست می دهیم. در برخی از سلول های خورشیدی در بالا از رساناهای شفاف استفاده میشود. اگر هم نقاط تماس مان را در دیواره های سلول قرار دهیم. الکترون ها راه واقعا طولانی را لازم است برای رسیدن به نقاط تماس طی کنند. به خاطر داشته باشید که سیلیکون یک نیمه رسانا است و همانند فلز از پس عبور جریان بر نمی آید.
و مقاومت داخلی آن نسبتا بالا است. و مقاومت بالا به معنی اتلاف انرژی بالا است. برای به حداقل رساندن این اتلاف، سلول ها را توسط شبکه فلزی می پوشانند که فاصله حرکت الکترون ها تا نقاط تماس را به حداقل می رساند. البته این مورد هم باعث بلوکه شدن برخی فوتون ها می شود که اگرچه خیلی کم نیست، اما از مقاومت داخلی نیمه رساناها بسیار کمتر است.

2-5-3 مزایا و معایب سیستم فتوولتاییک
معایب عمده ی سیستم های فتوولتاییک را می توان به صورت زیر برشمرد :
قیمت بالای تمام شده برای سرمایه گذاری اولیه
راندمان تقریبا کم ژنراتور فتولتاییک
وابستگی به نور خورشید برای دادن انرژی
در مصارف خاص نیاز به ذخیره کننده انرژی (عموما باطری )برای کار در ساعات خاموش یا نوسانات تابش می باشد . مزایای عمده سیستم های فتوولتاییک را می توان به صورت زیر بر شمرد :
به سوخت نیاز ندارد
عدم آلودگی محیط زیست
قابلیت اطمینان بالا
قابلیت حمل و نقل آسان
نصب و برچیدن سریع
نیاز به خدمات و نگهداری بسیار کم
عمر طولانی (بالغ بر 20 سال )
تبدیل انرژی به صورت مستقیم بدون هیچ چرخش مکانیکی و بدون استهلاک
مزیت های فوق الذکر قابلیت های ویژه ای به سیستم فتوولتاییک می دهد که در موارد بی شماری آن را نسبت به سایر سیستم های معمول(برق شبکه ,دیزل ژنراتور و غیره ) دارای توجیه اقتصادی فنی مناسب می نماید .
هزینه ی نگهداری کم ,عدم نیاز به سرویس دهی متناوب و قابلیت نصب و برچیدن سریع از جمله مواردی می باشد که سیستم فتوولتاییک را حتی نسبت به دیگر انرژی های نو در مقام بالاتری قرار می دهد .

2 – 6 انواع سلول های خورشیدی
بر اساس نوع سیلیکون کریستالی استفاده شده , می توان سلول های خورشیدی را به 3 دسته عمده تقسیم بندی کرد : یک کریستالی Monocrystal به ضخامت تقریبی 3/1تا 2/1 ( میلی متر) از یک قطعه تکبلوری بزرگ در دمای حدود 1400 درجه سانتیگراد تشکیل شده است و این مرحله بسیار پرهزینه است.سیلیسیم باید خالص بوده و یک ساختار بلوری کامل داشته باشد .
این فرآیند تولید با سطح بازده بالا را ضمانت میکند.

چند کریستال Polycrystal :
لایه های چندبلوری به وسیله فرآیند ریختهگری تهیه می شوند سیلیسیم مذاب را در یک قالب می ریزندو اجازه می دهند متبلور شوند. لایه های چند بلوری که به وسیله ریختهگری درست شدهاند عمدتاً ارزانتر هستند و بازده پایینتر دارند (به خاطر نقص در ساختار بلور حاصل از فرآیند ریخته گری)

و بی شکل :
اگر یک لایه سیلیسیم روی شیشه یا یک ماده دیگر قرار گیرد معروف به سلول لایه بی شکل یا نازک است. ضخامت این لایه کمتر از یک میکرومتر است(ضخامت یک موی انسان: تا 100 50 میکرومتر ) بنابراین تولید این سلولها و هزینه آن پایینتر است .
به هر حال، بازده سلولهای بی شکل خیلی پایینتر از دو سلول دیگراست. به این علت است که، اساساً آنها در وسائل با
اند توان کم به کاررفته (مانند ماشینحساب)

ب طور کلی از نظر فناوری ساخت، 3 دسته سلول خورشیدی داریم که دو دستهی اول در حال حاضر به صورت صنعتی تولید میشوند و دستهی سوم در سطح آزمایشگاهی و پژوهشی تولید شده است.
سلولهای خورشیدی نسل اول :
سیلیکون کریستالی که از عنصر نیمهرسانای سیلیکون بهطور گسترده در آن استفاده میشود. سیلیکون، عمومیترین ماده نیمهرسانا است که به واسطه ی فراوانی آن در سلولهای ( فتوولتائیک PV) مورد استفاده قرار میگیرد. اگر چه سلیکون عنصر فراوانی است و درصد زیادی از پوسته زمین را تشکیل میدهد، ول ی سلول های سیلیکونی به خاطر فرآیند ساخت و خالصسازی سیلیکون، قیمت بالایی دارند . سلولهای کریستالی سیلیکون بسته به این که ویفرهای سیلیکونی به چه روش ساخته می شوند به 2 دسته کلی تقسیم بندی می شوند: مونو کریستال سیلیکونی و پلی کریستال سیلیکونی. دسته دیگر از سلولهای کریستالی شامل گالیم آرسناید می باشد.
سلولهای خورشیدی نسل دوم:( سلولهای خورشیدی تین فیلم )
فناوری فیلم نازک که توسط این فناوری میزان مصرف سیلیکون و مواد نیمهرسانای دیگر در این حالت بسیار کمتر از مورد اول است، هزینهی تولید کمتری دارد و از مواد آلی و قابل بازیافت به عنوان سطح پایه استفاده شده که خصوصیات کاربردی ویژهای به سلول خورشیدی میدهد. برای مثال با داشتن قابلیت انعطافپذیری فیلم، کاربرد این سلولها را در سطوح شیشهی خودروها، لباسها و حتی ساعت مچی امکانپذیر میکند. از معایب آن بازده کمتر نسبت به سلولهای سیلیکونی کریستال نسل اول است که هم اکنون محققان در تلاشند این راندمان را افزایش دهند. سه نوع اصلی سلولهای خورشیدی تین فیلم که در حال حاضر تجاری شده اند شامل:

سلولهای خورشیدی نسل سوم:
در سطح پژوهشی تولید شده و با استفاده از فناوری های نانو و مواد پلیمری جدید ,بازده آن را به طور چشم گیری بالا برده اند اما تولید آنها فعلا در سطح صنعتی صورت نگرفته است .
1 – CPV
2 – سلول های خورشیدی ارگانیک
3 – سلول های خورشیدی حساس به رنگ
4 – سلول های خورشیدی پلیمری
5 – سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع
تعدادی از کاربردهای روزمره سلولهای بین خورشیدی را در زیر می بیند :

2 – 7 سری و موازی کردن پنلهای خورشیدی
جریا ریانی که توسط صفحات فتوولتائیکی تولید میشود یک جریان مستقیم با دامنه ثابت است.در اینجا صفحات فتوولتائیکی حکم یک منبع ولتاژ مستقیم را دارد.البته سطح ولتاژ تولیدی در صفحات فتوولتاییک نسبت به تغییرات حرکت وضعی خورشید تغییر میکند.اما میتوان با مدارات تثبیت کننده ولتاژ به یک ولتاژ قابل قبول و ثابت دست یافت.
یک صفحه فتوولتائیکی از مجموعه ای از سلول های خورشیدی که در کنار هم قرار گرفته اند تشکیل شده است.برای بالا بردن سطح ولتاژ و میزان جریان دهی و در نتیجه بالا بردن سطح توان تولیدی هر صفحه طبق دستورالعمل خاصی تعداد زیادی از این سلول هارا در کنار یکدیگر و به صورت سری و موازی به هم متصل میکنند. همانند اتصال باتری ها به هم است که باعث افزایش سطح ولتاژ یا جریان مجموعه آنها میشود.به عنوان مثال اگر دو پنل را با ولتاژ 12 ولت و جریان 1 آمپر را به صورت سری به هم متصل کنیم ولتاژ تولیدی 24 ولت و جریان 1 آمپر در خروجی خواهیم داشت.و توان تولیدی کل مجموعه 24 وات است.اما اگر همین دوصفحه را به صورت موازی به هم متصل کنیم ولتاژ تولیدی در خروجی 12 ولت و جریان خروجی منبع 2 آمپر خواهد بود.توان در این حالت نیز همان 24 وات است.(در شکل زیر سری موازی کردن صفحات فوتو ولتائیک را نشان می دهد.)

( البته لازم به ذکر است که سری کردن صفحات فتوولتائیکی همانند باتری ها محدودیت داشته و با توجه به مشخصات صفحه فتوولتائیکی انجام میگیرد.اما موازی کردن صفحات فتوولتائیکی برای بالا بردن میزان جریان دهی مدار نامحدود است ).
8 نصب پانل های خورشیدی ثابت :
با توجه به مسیرهای ماهانه خورشید می توان پانل های خورشیدی را برای هر مکان نصب نمود .
برای نصب پانل خورشیدی به دوزاویه نیاز داریم :
1 – زاویه ارتفاع
2 – زاویه جهت
تعیین زاویه نصب جهت خورشیدی پانل :
با توجه به ثابت بودن پانل خورشیدی میانگین مناسبی برای طلوع و غروب می باشد ,پس زاویه جهت پانل را جنوب مغناطیسی زمین در نظر می گیریم این جهت با قطب نما به راحتی مشخص می شود .

تعیین زاویه ارتفاع نصب پانل :
برای تعیین زاویه ارتفاع پانل از جدول مسیرهای ماهانه خورشید استفاده می کنیم .
جدول مسیرهای ماهانه خورشید برای هر عرض جغرافیایی قابل دسترس است .
زاویه نصب ارتفاع پانل را از میانگین ماکزیمم و مینیمم زاویه خورشیدی بدست می آوریم :

2 – 9 سیستم های PV به دو دسته اصلی تقسیم می شوند :
متصل به شبکه ON GRID
جدا از شبکه OFF GRID
2-9-1 تجهیزات اصلی سیستم متصل به شبکه :

پنل خورشیدی
اینورتر قابل اتصال به شبکه
بار (AC, DC)
در سیستم جدا از شبکه برای ذخیره انرژی علاوه بر پنل و اینورتر و بار ( AC , DC) برای ذخیره انرژی به باطری و شارژ کنترل نیاز است .

سیستم ON GRID :
این سیستم تشکیل شده از یک سری آرایه PV و یک اینورتر قابل اتصال به شبکه که همزمان که انرژی خورشید به ولتاژ dc تبدیل می شود ,توسط یک اینورتر قابل اتصال به شبکه این ولتاژ را به ولتاژ متناوب تبدیل کرده و به شبکه موازی با آن تغذیه می کند .
این سیستم در کشورهایی که کنتور 2 طرفه دارند نصب شده و برق منطقه برق تولیدی این سیستم ها را به قیمت خوبی می خرد استقبال شده است .
سیستم OFF GRID :
این سیستم به صورت مستقل از شبکه کار می کند .برای مناطق دور افتاده و نیروگاه های کوچک خانگی استفاده می شود .
نیاز به باطری و شارژ کنترلر آرایه pv و بار نیز اجزا اصلی آن هستند .
2 -10 محاسبه ی راندمان سلول :
در هنگام اتصال سلولهای خورشیدی به یک مدار الکتریکی راندمان سلول خورشیدی از رابطه ی زیر محاسبه می شود :

در این رابطه pm توان حداکثر ,E شدت تابش نور ورودی تحت شرایط استاندارد و A مساحت سطح سلول خورشیدی می باشد .
افزایش بازده سلولهای خورشیدی در ایران
پژوهشکده سبز یکی از مراکز علمی وابسته به دانشگاه علم و صنعت ایران است. گروه انرژیهای تجدیدپذیر یکی از سه گروه فعال این پژوهشکده میباشد (دو گروه دیگر، گروههای انرژی و محیط زیست هستند). در این گروه بحث پیدا کردن جایگزین برای سوختهای فسیلی مطرح میباشد که هدف از آن پیدا کردن جایگزین مناسب برای انرژیهای فسیلی است .
یکی از فعالیتهای این گروه، افزایش راندمان سلولهای خورشیدی میباشد. این کار با کمک ردیابهای الکترونیکی (Electronical trackers)انجام میگیرد .شرکت فیبر نوری و برق خورشیدی واردکننده و تولید کننده سلولهای خورشیدی در ایران است. راندمان این سلولها در حدود 10 درصد میباشد. پژوهشکده با اضافه نمودن سیستم ردیاب الکترونیکی موفق شده است که راندمان این سلولها را تا حداکثر 18 درصد افزایش دهد. رسیدن به راندمان و 22 20 درصد در مراحل بعدی مد نظر متخصصین پژوهکشده میباشد .
فاکتور کفایت :
دیگر فاکتور مهم در تبیین رفتار سلول های خورشیدی فاکتور کفایت می باشد که از رابطه زیر بدست می آید :

در این رابطه Pm توان حداکثر
Vocولتاژ مدار باز
Iscجریان مدار کوتاه
2-11 پیشرفت های تکنولوژی سلول خورشیدی
تا به اینجای کار بیشتر درباره شیوه کارکرد یک سلول خورشیدی یا سیستم فوتوولتائیک معمولی صحبت کردیم. اما مشکلات و نگرانی ها در زمینه هزینه تمام شده و به صرفه نبودن این سیستم باعث شده که همچنان تحقیقات پایان ناپذیری در خصوص پیدا کردن راه های جدیدی برای مهار انرژی خورشید در جریان باشد تا به آن، امکان رقابت با دیگر منابع انرژی متداول را بدهد .
برای مثال سیلیکون تک-کریستال تنها ماده مورد استفاده در سلول های فوتو ولتائیک نیست. سیلیکون های پلی کریستال هم محصول دیگری هستند که برای کاهش هزینه تولید، مورد استفاده قرار می گیرند. البته سلول های تولیدی به اندازه سیلیکون تک-کریستال بازده ندارند. دومین نسل تکنولوژی سلول خورشیدی را با نام سلول های خورشیدی فیلم-نازک می شناسیم. در این سلول ها راندمان قربانی شده، اما محصول تولیدی ارزان تر از کار در آمده و ساخت آن آسان تر شده است .و در نتیجه به طور کلی بازده بهتر می شود. این نسل جدید از سلول های خورشیدی را می توان از مواد مختلفی تولید کرد. از این مواد می توان به سیلیکون غیر متبلور، ارسنیک گالیوم، ایندیوم مس و تلوریوم کادمیوم اشاره کرد .
یک استراتژی دیگر برای افزایش راندمان استفاده از دو یا چند لایه مختلف مواد با band gap های متفاوت است. به یاد دارید که بسته به ساختار، فوتون های با انرژی های مختلف را می توان جذب کرد. لذا با قرار دادن مواد با band gap بالاتر بر روی سطح می توان فوتون های با انرژی بالا را جذب کرد و فوتون های با انرژی کمتر را توسط لایه های پایین تر و مواد با band gap کمتر جذب کرد. این گونه کارایی و راندمان بسیار بهتر خواهد بود. به چنین سلول هایی، سلول چند تقاطعی می گویند. این سلول ها می توانند بیش از یک میدان الکتریکی داشته باشند .
تکنولوژی فوتو ولتائیک متمرکز یکی دیگر از میادین کاری برای توسعه شیوه دریافت انرژی خورشیدی است. به جای شیوه ساده جمع آوری و تبدیل هر میزان از نور خورشید که به زمین می تابد و تبدیل مستقیم آن به الکتریسیته، در سیستم های فوتو ولتائیک متمرکز، از تجهیزات نوری اضافی همانند لنزها و آیینه ها استفاده می شود تا میزان بیشتری از انرژی خورشید برای راندمان بیشتر بر روی سلول های خورشیدی متمرکز شود. علاوه بر اینکه تولید این سیستم ها گران تر از کار در می آید، آنها برخی مزیت ها هم نسبت به سیستم های مرسوم دارند و همین باعث شده که تحقیقات همچنان بر روی آنها ادامه یابد .
همه این نسخه های مختلف تکنولوژی سلول های خورشیدی توسط شرکت های مختلفی حمایت شده و آنها محصولات مختلفی را بر این پایه تولید می کنند. از هواپیماهای مجهز به پنل های خورشیدی تا ایستگاه های فضایی مجهز به سلول خورشیدی و کاربردهای روزمره ای چون پرده ها، لباس ها و کیس های کامپیوتر مجهز به سلول های فوتوولتائیک و حتی محققان همچنان به دنبال کشفیاتی جدید تر همچون سلول های خورشیدی اورگانیک هستند.

2 – 12 آمار جهانی :
حدود 30 گیگاوات از ظرفیت فتوولتائیک جدید در سراسر جهان در سال 2011 عملیاتی شده است و با افزایش 74 درصدی در کل دنیا به میزان 70 گیگاوات رسیده است. نصب و راه اندازی واقعی در طول سال 2011 نزدیک به 25 گیگاوات بوده است چراکه بعضی از ظرفیتهای متصل شده به شبکه در سال 2010 نصب شده بوده اند.

ظرفیت عملیاتی سیستمهای فتوولتائیک در آخر سال 2011 در حدود 10 برابر میزان کل نصب شده جهانی در 5 سال قبل بوده است و بدین وسیله به طور متوسط نرخ رشد سالانه 58 درصدی را در بازه زمانی 2006 تا 2011 به ارمغان آورده است. سهم بازار تین فیلم از 16% در سال 2010 به 15% در سال 2011 افت داشته است.
کشورهای پیشرو در بیشترین ظرفیت نصب شده تا انتهای سال 2011 آلمان، ایتالیا، ژاپن، اسپانیا و آمریکا بوده اند. بار دیگر اتحادیه اروپا به خاطر وجود کشورهای آلمان و ایتالیا بازار سیستمهای فتوولتائیک را در دست خود گرفت. این دو کشور با هم 57% از ظرفیت عملیاتی جدید را در سال 2011 به خود اختصاص دادند. اتحادیه اروپا تقریبا 17 گیگاوات ظرفیت نصب شده داشته و نزدیک به 22 گیگاوات ظرفیت را متصل به شبکه نموده است. مجموع ظرفیت نصب شده سیستمهای فتوولتائیک تا انتهای سال 2011 در اتحادیه اروپا 51 گیگاوات بوده که این میزان در حدود سه چهارم از کل ظرفیت نصب شده جهانی می باشد. این میزان تقاضای برق بیش از 15 میلیون خانوار اروپائی را پاسخ گو خواهد بود.
در کشور آلمان کل ظرفیت نصب شده به میزان 24.8 گیگاوات رسیده که میزان 3.1% از برق تولیدی کشور آلمان را به خود اختصاص می دهد(در سال 2010 این میزان 1.9% بوده است).
ایتالیا رکورد جدیدی را ثبت نموده است، 9.3 گیگاوات سیستم فتوولتائیک وارد شبکه نمود که تا آخر سال به میزان 12.8 گیگاوات رسید.
از دیگر بازارهای برتر در اروپا می توان به بلژیک(نزدیک 1 گیگاوات)، انگلستان( 0.9 گیگاوات)، یونان(بیشتر از 0.4 گیگاوات)، اسپانیا(نزدیک به 0.4 گیگاوات که از مقام دوم جهانی به مقام چهارمی نزول کرد)، اسلوواکی( 0.3 گیگاوات) اشاره نمود.

فصل – 3 بررسی پنل خورشیدی در یک خانه ی مسکونی
اکنون می دانیم که یک سلول خورشیدی چگونه کار می کند. می خواهیم ببیینیم چگونه می توان انرژی یک خانه را با این تکنولوژی تامین کرد.

این فن آوری ، تکنولوژی جدیدی نیست در. استرالیا سیستمهای انرژی خورشیدی در دهه 50 میلادی ظهور . کرد کارآیی این منابع نیز اگر چه شاید به طور کامل رفع نیازهای مصرف انرژی کشور را نکند اما ، درصد بسیار بالایی از این نیازها را مرتفع می کند اما. بحث اصلی بر سر مقبولیت اجتماعی این منابع با توجه به کارایی اقتصادی آنهاست .
در واقع سوبسیدهای کلان کنونی برای کنترل قیمت انرژی از ، ایجاد وتوسعه بازاری مساعد برای استفاده از کنولوژیهای مرتبط با منابع انرژی تجدید پذیر به ، ویژه برای سرمایه گــذاران خصوصی ، ممانعت میکند.
تحقیقات روی انرژی های تجدید پذیر و به خصوص انرژی خورشید در ایران هم روز به روز جدی تر شده و اکنون به مرحله ای رسیده است که تولید پنل های خورشیدی هم در ایران انجام می شود. و جالب اینکه مراکز مختلفی هم به این کار مشغول هستند. طبق آیین نامه ها و قوانین فعلی هر کاربر خانگی در ایران اکنون می تواند از وام های خاص بانکی برای راه اندازی نیروگاه خورشیدی خانگی استفاده کرده و به تولید انرژی مورد نیاز خود بپردازد. و جالب تر اینکه وزارت نیرو، برق مازاد تولیدی را هم با قیمت مناسبی از کاربران خانگی خریداری می کند. اگر چه به عنوان یک درآمد بر روی این کار نمی توان فکر کرد، اما شاید بتواند گوشه ای از هزینه ها را جبران کند .
با توجه به توان پانل ها ی ساخته شده در حال حاضر در بعضی از کشور ها برای احداث ساختمانهای جدید این پانل های خورشیدی جایگزین پوشش سقف شده و با عایق بندی دیگر نیازی به هزینه کردن برای سقف نبوده و زیبایی خاصی به شکل ساختمان می دهد و در این صورت هزینه های مربوط به سقف از هزینه های پانل ها کسر می شود .در صورتی که دولت بخشی از سرمایه گذاری در نیروگاه های خورشیدی را به صورت بلاعوض در اختیار مشترکین برق قرار داده و مابقی را به صورت وام بدون بهره یا با بازپرداخت 20 ساله تامین نماید این نیروگاههای خورشیدی بر پشت بام منازل میتواند جایگزین نیروگاههای فسیلی بشود .
از طرفی به منظور بالا بردن اعتماد عمومی , در مسیر شبکه جهت تامین شبانه روزی برق می توان این تولیدات را به شبکه برق شهری منتقل و مازاد انرژی تولید شده با یک کنتور برگشت محاسبه و با قیمت تصویبی سازمان توانیر از مشترکین خریداری می شود .عامل دیگری که بر توجیه اقتصادی برتری دارد ,مشکلات تامین انرژی در مناطق گرمسیری که اکثرا در انتهای شبکه قرار دارند می باشد که علاوه بر افت ولتاژ شدید و افت فرکانس و آسیب به تجهیزات پست ها و خطوط به علت گرمای هوا , منجربه قطعی برق در مناطق حساس گردیده است . درست در همین مناطق ما دارای حداکثر نور لازم جهت تولید انرژی در سیستم فتوولتاییک هستیم و لذا این تولیدات به موازات تولیدات شبکه در رفع معضلات موجود و پاسخ به رشد سریع مصرف می تواند پاسخگو باشد .
3 -1 تامین انرژی خانه با سلول خورشیدی

برای تامین انرژی خانه مان با انرژی خورشیدی به چه چیزی نیاز داریم؟ اگر چه کار به سادگی نصب چند ماژول بر روی پشت بام خانه نیست. و البته چندان هم متفاوت با آن نیست .
اول از همه، تمامی پشت بام ها جهت مناسب یا زاویه و شیب لازم برای استفاده کامل از نور خورشید را ندارند. سیستم های فوتو ولتائیک ثابت که امکان رهگیری نور خورشید را ندارد، باید در جهت مناسبی نصب شوند که بیشترین مدت روز و بیشترین مدت سال از نور مستقیم خورشید بهره مند شوند. البته هنگام نصب این نکته هم باید در نظر گرفته شود که شما می خواهید حداکثر برق را در صبح تولید کنید یا هنگام عصر آن را در اختیار داشته باشید. از خانه در زمستان بیشتر استفاده می شود یا تابستانه است. و مطمئنا پنل ها نباید توسط سایه درختان اطراف خانه یا خانه های همسایه ها پوشانده شوند .
اگر هم پشت بام شما در جهت مناسبی قرار ندارد، اکنون لازم است درباره اندازه سیستم انتخابی تان تصمیم گیری کنید.
این موضوع وقتی پیچیده تر می شود که حقایق دیگری را هم دخالت دهیم. مثلا اینکه تولید الکتریسیته بستگی به آب و هوا هم دارد که اصلا نمی توان آن را پیش بینی کرد. یا اینکه میزان مصرف الکتریسیته شما کاملا متغیر است .
خوشبختانه این موانع به سادگی قابل حل هستند. اطلاعات هواشناسی به ما امکان سنجش میزان تابش ماهیانه خورشید را می دهند. همچنین دیگر فاکتورهای مهم چون روزهای بارانی، ابری و میزان رطوبت را هم برای مان پیش بینی می کنند. شما باید سیستم را بر اساس بدترین ماه طراحی کنید، پس از آن در تمام سال انرژی کافی و حتی اضافی در اختیار خواهید داشت. با در اختیار داشتن این اطلاعات و دانستن میانگین نیاز خانه تان، به راحتی می توانید محاسبه کنید که به چه تعداد ماژول فوتو ولتائیک نیاز دارید. همچنین باید در خصوص ولتاژ سیستم هم از همان ابتدا تصمیم گیری کنید. این چیزی است که با تعداد ماژولی که به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند کنترل می شود.
البته در این میان مشکلاتی هم وجود دارند. اول از همه، هنگامی که خورشید نمی تابد باید چه کنیم؟
3-1-1 حل مشکلات سیستم تامین نیروی خورشیدی
زندگی کردن بر اساس حدس و گمان های یک هواشناس احتمالا چندان جذاب و خواستنی به نظر نمی رسد. اما شما چند گزینه اصلی دیگر را پیش رو دارید تا هنگامی که خورشید با شما همراهی نمی کند، از تامین انرژی لازم خانه تان اطمینان داشته باشید. اگر می خواهید کاملا ارتباط تان را با شبکه برق قطع کنید، اما به پنل های خورشیدی هم به طور کامل اعتماد ندارید، پس باید یک جانشین هم برای آنها داشته باشید. برای مثال می توانید از یک ژنراتور کوچک (موتور برق خانگی) استفاده کنید تا هنگام کم شدن برق پنل های خورشیدی به کمک تان بیاید. دومین راه حل استفاده از سیستم ذخیره انرژی به شکل باتری است. متاسفانه باتری ها می توانند هزینه و دردسر نگهداری زیادی را به سیستم فوتو ولتائیک وارد کند، اما در حال حاضر آن را می توان یک ضرورت دانست.
یک راه حل دیگر اتصال خانه به شبکه برق شهری است. هنگامی که برق نیاز دارید، آن را می خرید و هنگامی که برق اضافی تولید می کنید آن را می فروشید. با چنین سیستمی شما در واقع از یک سیستم ذخیره بی انتها بهره می برید که هزینه نگهداری چندانی هم ندارد. البته این موضوع بستگی به قوانین و آیین نامه های دولتی و موقعیت مکانی شما هم دارد. در گذشته خانه با ها سیستم برق خورشیدی به شبکه محلی متصل نبودند. نصب سیستم برق خورشیدی در مناطقی که دسترسی آسانی ندارند احساس شد، چرا که ارزیابی گزینه گسترش خط برق از شبکه ممکن است هزینه تا ده ها هزار دلاردر بر داشته باشد.
با این حال، در سال های اخیر، تعداد خانه هایی که توسط پانل خورشیدی به شبکه ابزار های محلی متصل شده اند، به طور چشمگیری افزایش یافته است. این ساختمانها که با پانل های الکتریکی خورشیدی "یا ماژول" به شبکه متصل شده اند، بخشی و یا حتی بسیاری از قدرت خود را در حالی که هنوز به شبکه محلی وصل هستند تامین می کنند. صاحبان خانه های متصل به شبکه برای تامین بخشی دیگر از انرژی خود در طول شب و یا روزهای ابری از شبکه قدرت استفاده
مینمایند. به دلیل هزینه های رو به رشد نصب سیستم برق خورشیدی, بسیاری از مالکان در ابتدا سیستمی که یک چهارم یا نیمی از مصرف انرژی خود تامین کند، نصب می کنند.
سیستم برق خورشیدی گاهی برق بیشتر از مورد نیاز خانه شان را تولید می کند. این برق اضافی در باتری ذخیره می شود یا به شبکه داده می شود. صاحبخانه می تواند اعتباری که توسط شرکت های برق محلی خود برای تولید برق در خانه های خود داده می شود، به وسیله دستگاه های اندازه گیری به شبکه بفروشند.

درسیستم های متصل به شبکه به طور کلی استفاده از روند صدور صورت حساب که " اندازه گیری خالص" و یا "صدور صورت حساب خالص"نامیده می شود،استفاده می گردد. در این فرایند، انرژی تولید شده توسط ماژول های خورشیدی که در خانه خود تولید کرده اند بلافاصله به شبکه توزیع ف رستاده می شود.
هنگامی که سیستم برق خورشیدی قدرت کمتر از نیاز را تولید کند، در این حالت، شما می توانید قدرت اضافی را از شبکه بگیرید. اگر سیستم شما از طریق دستگاه اندازه گیر برق، به شبکه متصل باشد، انرژی اضافی تولید شده شما باعث حرکت عقربه وات متر در جهت عکس خواهد شد.
برق اضافی که شما در خانه تولید می کنید اگر در آن محل نرخ خرده فروشی با نرخ عمده فروشی تفاوت کند شما باید از دو تا دستگاه اندازه گیری برای هر یک از تعرفه ها استفاده کنید.
علاوه بر این، در برخی از تعرفه ها زمان استفاده در تعرفه تاثیرگذار است. در این سیستم، مشتریانی که دارای مصرف زیادی در زمان های خاص مثلا در زمان اوج مصرف ، یا در تابستان وموارد مشابه دیگر دارای تعرفه بالاتری نسبت به سایر زمانها خواهند داشت. که در این مورد صاحبان خانه که در این زمان ها بتوانند برق به شبکه بفرستند می توانند از این تعرفه استفاده کنند.
بنابراین شما می توانید که بیشترین قدرت تولید در را طول روزهای آفتابی تابستان انجام دهید واز منافع آن بهره مند شوید. هنگامی که به شما به نیاز برق د ر طول دوره غیر پیک ، مانند شبها دارید و در این دوره ها معمولا نرخ تعرفه کمتر است، از شبکه برق بکشید.
3-1-2 اتصال به شبکه
یکی از مهم ترین مراحل در سیستم الکتریکی خورشیدی متصل به شبکه برق انتخاب یک ارائه دهنده با تجربه است. ارائه دهنده خوب و مناسب با مجوز پیمانکار برق ، نیز به اندازه کافی باید تجربه و توانایی کار را به مشتریان نشان داده و قدرت رقابت موثر با شرکت های دیگر را داشته باشد.
ارائه دهنده برق خورشیدی باید شما همه چیز مورد نیاز شما را برای اجرای سیستم تان مانند یک نوع خاص از اینورتر برای متصل کردن سیستم های به شبکه، باتری (اگر می خواهید از قدرت پشتیبان گیری کنید) وکنتورویژه برای اندازه گیری برق،ارائه دهد. همانطور که قبلا ذکرشد , در برخی از تاسیسات شما نیاز به یک کنتور است که در هر دو حالت تولید و مصرف به جلو و عقب حرکت می کند. تاسیسات دیگر نیاز به دو کنتورجداگانه: یکی برای برق ورودی که مصرف می کنید و یکی برای تولید شما به سیستم نصب می شود.
3 -2 هزینه های انرژی خورشیدی
درست است که نور خورشید رایگان است، اما الکتریسیته تولیدی توسط سیستم های فوتو ولتائیک این گونه نیست. فاکتورهای زیادی در نصب سیستم های فوتو ولتائیک تاثیر دارند که مهم ترین آنها قیمت است .
اولین سوال این است که شما در کجا زندگی می کنید. افرادی که در شهرها و مناطق آفتابی زندگی می کنند، مزیت های بیشتری داشته و انرژی بیشتری هم نسبت به مناطق ابری تولید خواهند کرد. البته قیمت تجهیزات اگر چه در مناطق مختلف متفاوت است، اما در همه جا مهم ترین گزینه است .
با توجه به قیمت های سال 2009، هزینه راه اندازی پنل های خورشیدی خانگی تقریبا تا 10 8 دلار به ازای هر وات است .سیستم های بزرگ تر، هزینه بر وات کمتری دارند. اما این را هم باید به خاطر داشت که تقریبا هیچ سیستم انرژی خورشیدی پوشش 100 درصدی را برای تان فراهم نمی آورد. لذا هنوز هم شما باید قبض برق را پرداخت کنید، اما میزان آن بسیار کمتر خواهد شد .
البته سیستم های خورشیدی هنوز راه درازی دارند تا بتوانند با شرکت های توزیع برق رقابت کنند. اما به لطف تحقیقات و بهبود تکنولوژی قیمت ها دائما کاهش می یابند. و روزی خواهد آمد که سیستم های فوتو ولتائیک از نظر قیمت در مناطق شهری به صرفه خواهند شد. یکی از مشکلات کارخانه ها این است که حجم تولید باید بسیار بالا رود تا هزینه ها به صرفه شود. و فعلا چنین درخواستی برای فوتوولتائیک وجود ندارد و قیمت هنوز به سطح رقابتی نرسیده است. اما جهان روز به روز بیشتر نگران مشکلات زیست محیطی پیش آمده توسط منابع انرژی معمول می شود و توجه بیشتری به انرژی های تجدید پذیر چون نور خورشید دارد. و در آینده جدی تر هم می شود.

3- 3 بررسی اقتصادی یک سیستم فتوولتاییک خانگی در ایران
میزان متوسط مصرف در یک خانواده ایرانی آنچه که استاندارد شرکت برق تعریف میکند این است که متوسط مصرف فتوولتاییک فرض میکنیم که مصرف کننده در هر ماه به مقدار KWH250 مصرف دارد.
3-3-1 قیمت برق بدون استفاده از سیستم فتوولتاییک
هزینه برق تولیدی در هر کشور به اقتصاد , میزان رشد صنعتی , میزان دسترسی به منابع انرژی و ….دارد و دقیقا به همین دلیل است که هزینه برق تولیدی به ازای هر کیلو وات ساعت در کشورهای مختلف و حتی در مناطق مختلف یک کشور با هم تفاوت دارد به عنوان مثال هزینه تولید برق در کشور ترکیه 120 تا 140 تومان برای هر کیلو وات ساعت , در هند 0 تا 120 تومان و در ایران تقریبا 83 تومان است امااین هزینه به طور متوسط در جهان تا 100 80 تومان برای هر کیلو وات ساعت است.
اما در ایران هزینه تولید برق بسیار بیشتر از هزینه ای است که توسط مشترک پرداخت میشود و در واقع بخش اعظم هزینه ئبرق مصرفی یک مشترک توسط دولت وبه شکل یارانه تعلق می گیرد.
حال فرض کنیم بخواهیم هزینه برق را از دیدگاه تولید کننده بسنجیم و مساله اقتصادی بودن سیستم را با توجه به هزینه برق تولید شده یعنی بدون یارانه محاسبه کنیم .
همانطور که گفته شد قیمت هر کیلو وات ساعت برق تولیدی در ایران تقریبا 83تومان میباشد البته این رقم در نیروگاههای مختلف متفاوت است مثلا در نیروگاه گازی برای تولید هر کیلو وات ساعت هزینه 100 تومانی صرف میشود اما تقریبا میتوان گفت میانگین هزینه تولید همان 83 تومان است بنابراین در یک منزل مسکونی که مقدار توان مصرفی ان KWH250 است هزینه ای برابر 20750 تومان برای برق مصرفی پرداخت میکند که البته در ایران تنها بخشی از این هزینه توسط مشترک و بقیه توسط دولت پرداخت میشود اما در این بخش ما باید کلی به این موضوع نگاه خواهیم کرد یعنی اینکه هزینه ها را از دیدگاه تولید کننده برق میسنجیم نه از دیدگاه مصرف کننده برق .
3-3-2 محاسبه هزینه های یک سیستم فتوولتاییک با ظرفیت 250کیلو وات در ایران:
برای محاسبه هزینه یک سیستم فتوولتاییک یکی از پارامترهایی که باید در نظر گرفته شود این است که هر قطعه در یک شرایط معین کاری چقدر عمر مفید دارد و همچنین در طول این مدت چقدر نیاز به سرویس و نگه داری دارد بدین ترتیب هزینه های سرویس و نگه داری و تعویض قطعات در نیز کل سیستم در نظر گرفته میشوند .

جدول زیر نشان دهنده طول عمر قطعات مورد استفاده میباشد.
دوره های بازبینی و سرویس
طول عمر مفید
نام قطعه
بازدید از اتصالات جهت عدم قطعی اتصالات
یا شکستگی سلولها
سلولهای خورشیدی با تکنولوژی قدیمی
10تا 12 سال و سلولهای باتکنولوژی
جدیدتر تا 15 سال
سلولهای خورشیدی
هر 6 ماه یکبار باید از لحاظ ترک خوردگی
شیشه و نفوذ رطوبت بازبینی و غبارروبی
شوند
با توجه به شرایط محیطی و نوع پنل از 10
تا 15 سال
انلها
هر 4 ماه یکبار از لحاظ سطح اسید موجود
باید بازبینی شود
در صورت رعایت نکات شارژ و دشارژ تا 5
سال
باطری اسیدی
نیاز به سرویس ندارد
در شرایط استفاده طبق استاندارد بالای 10
سال
اینورتر

جدول 3-1 طول عمر قطعات
قدم بعدی محاسبه قیمت هر قطعه بکار رفته در سیستم فتوولتاییک است که در جدول زیر آمده است:

قیمت
نام قطعه
سلولهای خورشیدی سیلیکونی قیمتی بین 3000تا 6000 تومان به ازای هر وات دارن
سلولهای خورشیدی
هر باطری اسیدی HA60 و 12 ولت قیمتی بین 55000 تا 60000تومان دارد
باطری
با توجه به توان خروجی و کشور سازنده قیمت متفاوتی دارد
مدل تایوانی با خروجی 1500 وات 120000 تا 150000 تومان قیمت دارد
ینورتر
بطور تخمینی 50000 تومان
مدار کنترل و دیود

مرحله بعدی محاسبه مقدار توان سلولهای خورشیدی است که در این مرحله محل جغرافیایی که قرار است پنلهای فتوولتاییک در آن محل نصب شوند از اهمیت قابل توجهی برخوردار است چراکه در موقعیت های جغرافیایی مختلف پارامترهایی همچون زاویه تابش آفتاب متوسط تابش روزانه آفتاب مقدار ابری بودن روزها در طول سال و سایر عوامل جوی و محیطی تاثیر زیادی بر طراحی پانلها از لحاظ ظرفیتی خواهد داشت.
مهمترین پارامتری که در شرایط جغرافیایی مختلف بر روی ظرفیت پانلها تاثیر میگذارد متوسط تابش روزانه آ فتاب در یک منطقه بر حسب ساعت است خوشبختانه ا ز این لحاظ ایران کشوری است که بیشتر روزهای سال را آفتابی میگذراند و متوسط سالانه روزهای آفتابی در ایران به خصوص مناطق مرکزی بسیار بالاست جدول زیر بیانگر متوسط مدت تابش آفتاب بر حسب ساعت در ماههای مختلف سال در تهران می باشد.

متوسط میزان تابش افتاب در هر روز
ماه
2ساعت و 43 دقیقه
فروردین
14ساعت
ردیبهشت
14ساعت و 10 دقیقه
خرداد
4ساعت و 10 دقیقه
تیر
13ساعت و 6 دقیقه
مرداد
2ساعت و 12 دقیقه
شهریور
11ساعت و 50 دقیقه
مهر
10ساعت و 54 دقیقه
آبان
10ساعت و 6 دقیقه
دی
10ساعت
بهمن
1ساعت و 30 دقیقه
اسفند

با توجه به جدول فوق میتوان نتیجه گرفت که متوسط تابش آفتاب در ایران تقریبا 12 ساعت در روز است که البته این مقدار در تابستان بیشتر و در زمستان کمتر خواهد بود .
حال خانه ای که در ماه KWH250 مصرف دارد متوسط مصرف روزانه اش 250 30÷ =8.33 کیلو وات ساعت خواهد بود یعنی به عبارتی نیاز به یک یا چند پانل خورشیدی داریم که روزانه KWH8.33 ظرفیت را ایجاد کند که میتوان گفت معادل تابش یک ساعت آفتاب به یک مجموعه پانل با توان خروجی 8.33 کیلو وات یا تابش 10 ساعت آفتاب به یک پانل 833 واتی است .مثالی که زده شد بیانگر رابطه بین ساعات تابش خورشید وظرفیت پانلها بود بنابراین در صورتیکه میزان تابش آفتاب در روز بیشتر باشد ما به ظرفیت کمتری از سلولهای خورشیدی نیازمندیم و بدین ترتیب هزینه سیستم تا حد زیادی کاهش خواهد یافت .
حال با توجه به اینکه میزان تابش آفتاب در ایران تقریبا 12 ساعت در روز است میتوانیم ظرفیت پانلها را محاسبه کنیم اما نکته حائز اهمیت در این مرحله این است که اولا در طول 12 ساعتی که نور خورشید به پانلها میتابد ممکن است هوا ابری شود و همچنین در ساعات ابتدایی و انتهایی روز زاویه تابش نور خورشید نسبت به سلولها آنقدر زیاد خواهد شد که سلولها دیگر توان نامی خود را تولید نخواهند کرد ضمن اینکه شدت تابش آ فتاب در این ساعات نیز کمتر از بقیه ساعات است .
بنابراین برای بالا بردن ضریب اطمینان مدت زمان تابش موثر آفتاب را متوسط 10 ساعت در نظر میگیریم .بنابر این ظرفیت مورد نیاز سلولهای خورشیدی برای یک منزل مسکونی که ماهانه KWH250 مصرف میکند به صورت زیر محاسبه میشود.

مشاهده میشود برای این منزل مسکونی نیاز به پنلهایی داریم که 833 وات توان در شرایط آفتابی کامل تولید کند اما این در صورتی است که باطری و اینورتر ایده ال باشند در حالی که باطری ها در شرایط عادی دارای تا 10 7 درصد و اینورتر نیز 5 درصد تلفات خواهد داشت که در مجموع در عمل ذخیره سازی و تبدیل 14.5 درصد تلفات خواهیم داشت بنابراین ظرفیت سلولها به اندازه 1.17 برابر باید بزرگتر در نظر گرفته شود پس ظرفیت نهایی مورد نیاز 1.17×833=974.6 خواهد بود که با توجه به قیمت هر وات سلول خورشیدی 4000 تومان مجموعا هزینه ای برابر 3 900/000/ تومان صرف خرید سلولها خواهد شد.

باتری:
همانطور که در قسمتهای قبلی گفته شد بهترین وسیله برای ذخیره انرژی در یک سیستم فتوولتاییک در حال حاضر باطریهای اسیدی میباشند.
برای محاسبه ظرفیت و تعداد باتری ها دانستن میزان تولید برق توسط سلولها و میزان مصرف توسط مصرف کننده ضروری است و مهمترین نکته در محاسبه ظرفیت باتری این است که چون طول عمر باطری ها وابستگی زیادی به عملکرد شارژ و دشارژ آنها دارد معمولا باطری ها را تا 20 الی 25 درصد ظرفیتشان در معرض شارژ و دشارژ قرار میدهند معنای این حرف آن است که توان ذخیره سازی توسط باطری ها باید 5تا 4 برابر توان مصرفی باشد تا باطریها بیشتر از تا 25 20 درصد ظرفیت خود شارژ و دشارژ نشوند تا بدین ترتیب طول عمر مفید آنها کاهش نیابد .
با توجه به گفته های بالا و با توجه به اینکه مصرف کننده مورد نظر در طول شبانه روز KWH8.33 مصرف دارد واز آنجا که ظرفیت ذخیره سازی باید 5تا 4 برابر ظرفیت مصرف باشد(ما در اینجا ظرفیت ذخیره سازی را 4 برابر ظرفیت در نظر میگیریم) بنابراین ظرفیت ذخیره سازی باطریها باید KWH33.3= KWH8.33×4 باشد ودر صورتیکه از باطریهای 12 ولت آ 60 مپر ساعتی استفاده کنیم که در این صورت ظرفیت هر باطری WH720=12×60 خواهد بود که نیاز به 46 عدد باطری با این ظرفیت داریم.با توجه به موارد فوق الذکر هزینه های ذخیره انرژی توسط باطری به شکل زیر خواهد بود :
قیمت هر باطری بین 55000 تا 60000 تومان
46 ×55000 /2= 530/000
اینورتر:
با توجه به اینکه مصرف کننده مذکور هر در شبانه روز KWH8.33 مصرف دارد میتوان گفت متوسط مصرف در هر ساعت W347=24÷8333 است اما همانطور که میدانیم یک مصرف کننده خانگی معمولا یک بار ثابت فرض نمیشود و مقدار بار دائما در حال تغییر است بنابراین براین اساس نمیتوان اینورتر را انتخاب نمود در که چرا زمان اوج مصرف مقداربار ممکن است به چندین برابر مقدار متوسط مصرف در هر ساعت برسد بنابر این رنج انتخاب اینورتر خیلی بزرگتر از مقدار متوسط مصرف است.
بدین منظور در مصرف کننده مذکور میتوانیم اینورتری با توان 1500 وات انتخاب نماییم که در اینصورت بارهای لحظه ای نیز باعث قطع برق مجموعه فتوولتاییک از مصرف کننده نخواهد شد .
هزینه چنین اینورتری 120000 تا 150000 تومان براورد شد.

سایر هزینه ها:
هزینه قطعات کوچک شامل دیود و مدار کنترل و همچنین هزینه راه اندازی مجموعه را نیز 50000 تا 70000 در نظر میگیریم.
جمع بندی:
با توجه به هزینه های محاسبه شده برای قطعات فوق الذکر هزینه نهایی سیستم فتوولتاییک مفروض با توان KWH250 درماه رقم 6 650/000/ خواهد بود البته در صورت استفاده از قطعات ارزانتر این رقم میتواند کاهش یابد اما در این صورت عمر متوسط سیستم کاهش می یابد همچنین در صورت استفاده از قطعات و عناصر با کیفیت بالاتر نیز این رقم افزایش خواهد یافت و طول عمر سیستم نیز افزایش می یابد .
با توجه به جدول طول عمر قطعات میتوان طول عمر مجموعه فتوولتاییک را با توجه به اهمیت هر قطعه در مجموعه و با در نظر گرفتن حداکثر عمر قطعات نهایتا تا 12 10 سال پیش بینی نمود.
4 -3 نتیجه گیری اقتصادی:
در این قسمت سوال این است که ایا با توجه به قیمت برق تولید شده توسط نیروگاههای فسیلی آیا صرفه اقتصادی برای استفاده از سیستمهای فتوولتاییک در مصارف مسکونی وجود دارد?
برای پاسخ به این پرسش ابتدا هزینه برق مصرف کننده مفروض را در مدت 12 سال با قیمت برق آزاد(بدون یارانه)محاسبه میکنیم
12 12× ×20750 /2= 988/000 سال 12 مدت در هزینه کل
مشاهده میشود کل هزینه حاصل از مصرف این مقدار برق در مدت 12 سال 2 988/000/ تومان خواهد بود که البته در واقعیت این رقم بیشتر است چرا که قیمت برق معمولا به طور سالانه تغییر میکند حال اگر سالانه فقط5%قیمت برق افزایش یابد رقم جدید هزینه 4 373/000/ تومان خواهد بود .
نتیجه حاصل بیانگر این است که با توجه به قیمت پایینتر برق شبکه که در ایران بیشتر توسط نیروگاههای فسیلی تولید میشود و با در نظر گرفتن سرمایه اولیه زیاد و مدت بازگشت طولانی سرمایه در تولید برق فتوولتاییک در حال حاضر استفاده از سیستم فتوولتاییک در محلی که برق شبکه به راحتی در دسترس باشد مقرون به صرفه نیست اما هر چند که اختلاف قیمت زیادی وجود دارد با نظر به این موضوع که سلولهای خورشیدی همچنان در حال افزایش کیفیت و راندمان و کاهش قیمت هستند و از طرفی برق تولیدی توسط نیروگاههای فسیلی با افزایش بهای سوخت و سایر هزینه های نیروگاهی افزایش میابد امکان استفاده وسیع از فتوولتاییک برای تهیه بخشی از برق منازل مسکونی آ در ینده نزدیک به هیچ عنوان از دور ذهن نخواهد بود چراکه هم اکنون در نیز کشورهای مختلف این حرکت آ غاز شده است
فصل – 4 طریقه ساخت سلول خورشیدی
امروزه میتوان سلولهای خورشیدی با ولتاژهای متفاوت را که اغلب از نوع سیلیکونی است از فروشگاههای لوازم الکتریکی تهیه کرد اما ساخت یک سلول خورشیدی خانگی خالی از لطف نیست .
برای ساخت یک سلول خورشیدی به وسایل زیر نیاز دارید:
1.دو قطعه ورق مسی به ابعاد دلخواه
2. گرمکن یا اجاق برقی از( اجاق گازی استفاده نکنید)
3.دو سیم سوسماری
4.یک میکروآمپرسنج که جریان بین -50 10 میکرو آمپر را اندازهگیری کند .
5.نمک معمولی
6.آب
7.سنبادهی کاغذی
8.قیچی ورقبر برای برش ورق مس
9.بطری پلاستیکی شفاف (بطری 2 لیتری یا بزرگتر )
برای شروع کار ابتدا یک ورق مس به ابعاد اجاق برقی خود ببرید. حدود ×10 10 سانتیمتر مناسب است. توجه داشته باشید که هر چه ابعاد ورق مس بزرگتر باشد مقدار جریان و توان (وات) بیشتری خواهید داشت. بعد از تهیه ورق دستهای خود را کاملا بشویید و خشک کنید و مطمئن شوید هیچگونه چربی روی پوست دستتان نباشد (همینطور ورق مس). سطح ورق را با پارچهی خشک تمیز کنید سپس با سمباده کاغذی هر دو سطح ورق را کاملا سمباده بزنید تا اکسید مس از روی ورق کاملا زدوده شود و سطحی درخشان و قرمز مسی ایجاد شود.
حالا لازم است تا ورق مس را گرم کنید تا لایهای از اکسید در سطح آن ایجاد شود .شاید کمی گیجکننده باشد اما لایه اکسیدی که ما میخواهیم ایجاد کنیم اکسید مس با فرمول cu2o خواهد بود. گرمکن یا اجاق برقی را تا آخرین توان گرم کرده و ورق مس را روی آن قرار دهید و بگذارید ورق کاملا سرخ شود. تغییرات مس را به دقت مشاهده کنید . میبینید که بهتدریج رنگ قرمز به سبز درخشانی تبدیل میشود .
بگذارید ورق مس حدود نیم ساعت داغ شود. در انتها پوسته ای سیاه رنگ از اکسید بر روی مس تشکیل می شود.
گرمکن را خاموش کنید و حتما بگذارید ورق به آرامی سرد شود. این کار باعث میشود تا لایه اکسید سیاه رنگ به راحتی از مس جدا شود و برای جدا کردن آن دردسر زیادی نخواهید کشید. در صورتی که تکه هایی از اکسید روی ورق باقی ماند تحت هیچ شرایطی ورق را خراش و سمباده نزنید. چون در زیر این لایه سیاهرنگ در واقع همان لایه مس مدنظر ما قرار دارد که لایهای از مس متمایل به نارنجی است که اصطلاحا لایه حساس به نور یا Photosensitive است که بخش اصلی سلول خورشیدی ما را تشکیل میدهد .
قطعهی دیگری از مس با همان ابعاد قبلی ببرید. حالا هر دو ورق مس را کمی انحنا دهید تا در بطری پلاستیکی جای بگیرد. دقت کنید که این دو قطعه با هم تماس نداشته باشند. در حقیقت این دو فلز الکترودهای منفی و مثبت باتری خورشیدی شما هستند. حالا سیمهای سوسماری را بردارید و میکروآمپر سنج و ورق های مس را با هم اتصال دهید. ورق مس اکسید شده را به خروجی منفی (-) و ورق مسی دوم را به خروجی مثبت (+) آمپرسنج وصل کنید. 3-2 قاشق غذاخوری نمک را در مقداری آب گرم بریزید و به هم بزنید تا کاملا حل شود. سپس آب نمک حاضر شده را در بطری پلاستیکی بریزید و دقت کنید که گیرههای سوسماری خیس نشوند .لازم نیست که تا لبه بطری را از آب پر کنید، کمی از لبه ظرفتان را خالی بگذارید. حالا دستگاهی که ساختید را زیر نور خورشید امتحان کنید و بالا رفتن عقربه آمپرسنج را مشاهده کنید و عددی که نشان میدهد را یادداشت کنید.
توضیح علمی پدیده : فوتونها از نور خورشید با سلول خورشیدی برخورد کرده و توسط مواد نیمهرسانا مانند سیلیکون (و در اینجا ورق اکسید مس) جذب میشوند .الکترونها در این نیمهرساناها انرژی گرفته از قید هسته و مدار الکترونی خود رها شده در کل ماده به صورت شناور به حرکت در میآیند. الکترونها آزادشده، وارد محلول نمک (الکترولیت) شده سپس وارد ورق مس تمیز میشوند، از طریق سیم به آمپرسنج و دوباره به ورق اکسید مس انتقال مییابند. فرق این باتری با باتری ه های معمولی این است که آغازگر جریان الکتریکی یک واکنش شیمیایی نیست بلکه فوتون ای نور مرئی است .

نتیجه گیری :
باتوجه به روند رشد سیستم های فتوولتاییک و مزایای این سیسیتم به نظر می رسد که در این جهت گامهای موثری در داخل کشور برداشته شود . همچنین با وجود موارد مصرف بسیار گسترده ای که برای ای ن سیستم برشمرده شد , میتوان به اهمیت و لزوم بررسی کلیه جوانب این سیسیتم پی برد .لذا شاهد حرکت های بسیار جدی و جالب توجه توسط کشورهایی که از لحاظ میزان تابش در حد مناسبی مانند ایران نمی باشند , هستیم .
در اثر اجرای طرح پنلهای خورشیدی نتایج زیر حاصل خواهند ش . د
1 – سرمایه گذاری در بخش احداث نیروگاهها که رشد فزاینده ای دارد ,محدود خواهد شد .
2 – هزینه احداث شبکه و پست های انتقال و توزیع حذف خواهد شد .
3 – انتشار مواد آلاینده نیروگاهها متوقف خواهد شد .
4 – کمکی به حل مشکلات پیک مصرف در تابستان به خصوص در مناطق گرمسیر خواهد بود .
5 – بخش زیادی از سازمانهی تولید,انتقال و توزیع حذف خواهد شد .

منابع:
1-http://parscenter.com/Product/12152
2 – سل وایدر – مقدمه بر ای انرژی خورشیدی برای محققان و مهندسان – ترجمه ی سید احمد سید نوقابی
3 – http://www.olum.ir/index.php?id=83
4 – سلولهای خورشیدی -نویسنده :مارتین ا.گیوین
5 – اصول و کاربرد انرژی خورشیدی -تالیف اصغر حاج سقطی
6 – ترازنامه انرژی سال 1390 , وزارت نیرو ,معاونت امور انرژی ,دفتر برنامه ریزی انرژی , بهار 92
7 – مجموعه مقالات سمینارهای خورشیدی ,ویرایش و تنظیم :محمد صادق ذبیحی ,اصغر حاج سقطی و محمد تقی
رضایی حریری
8 – نیروگاه خورشیدی -پایان نامه کارشناسی ارشد -احمد توکلی -8 -1382ص الی ص 9
9 -L,Freis,renewable energy &introduction to special feature power engineering journal
august 1995
10 – http://www.suna.org.ir/fa/sun/potential
11 – سامانه های فتوولتائیک ,احساناسفندیاری
12 – پنل های فتوولتائیک (آشنایی ,اصول,طراحی ) دکتر حسین کاظمی کارگر
13- انرژی خورشیدی و کاربرد آن ,اسداالله ابراهیمی
14 – wikipedia
15- فتوولتائیک های سیستمPV_wikipower.ir
16 – کتاب نگرشی بر سیستم های استفاده از انرژی خورشیدی نویسنده دکتر مجید رئوفی راد

17 – http://www.roshd.ir/default.aspx?SSOReturnPage=Check&Rand=0
18 – http://ge-tech.co/2012/07/23
19 – www.persia-solar.com
20- شبکه به خورشیدی برق های سیستم اتصال/پنل _files/connecting-solar-electric-system-to-the-grid.jpg