مقدمه

خورشید زمین را گرم و روشن می‌کند. گیاهان و جانوران نیز انرژی خورشیدی را لازم دارند تا زنده بمانند. اگر خورشید نبود یا از زمین خیلی دورتر بود و گرمای کمتر به ما می‌رسید، سطح زمین خیلی سرد و تاریک می‌شد و هیچ موجودی نمی‌توانست روی آن زندگی کند. همه ما به انرژی نیاز داریم، انرژی مانند نیرویی نامرئی در بدن ما وجود دارد و آن را بکار می‌اندازد. اگر انرژی به بدن نرسد، توانایی انجام کار را از دست می‌دهیم و پس از مدتی می‌میریم.

ما انرژی را از غذایی که می‌خوریم یدست می‌آوریم. با هر حرکت و کاری که انجام می‌دهیم، بخشی از انرژی موجود در بدن صرف می‌شود. حتی برای خواندن این مطلب هم مقداری انرژی لازم است. برای همین باید هر روز غذاهای کافی و مناسبی را بخوریم. گیاهان و جانوران نیز برای زنده ماندن و رشد و حرکت ، به انرژی نیاز دارند، که منشأ همه اینها از خورشید می‌باشد.







تمام دستگاهها و ماشینهای ساخته شده بدست انسان نیز با استفاده از انرژی کار می‌کنند. بسیاری از این ماشینها برقی هستند. حتما شما هم از دستگاههایی مثل رادیو ، تلویزیون ، اطو ، یخچال و ... استفاده می‌کنید. اگر به هر دلیلی برق خانه قطع شود، تمام این دستگاهها از کار می‌افتند و بدون استفاده می‌شوند. اما آیا می‌دانید برق چطور تولید می‌شود؟ برای تولید برق ، سوختهایی مثل زغال سنگ ، نفت و گاز را می‌سوزانیم. این نوع سوختها را سوخت فسیلی می‌نامند.

سوختهای فسیلی از باقی مانده گیاهان و جانورانی بوجود آمده‌اند که میلیونها میلیون سال قبل روی زمین زندگی می‌کردند. وقتی این جانوران و گیاهان مردند و از بین رفتند، سالهای زیادی زیر فشار لایه‌های زمین ماندند تا به زغال سنگ و نفت و گاز تبدیل شدند و می‌بینیم که همه انواع مختلف انرژی که قبل تبدیل به یکدیگر نیز هستند از یک منبع به نام خورشید ناشی شده و یا به آن مربوط می‌شود. تابش خورشید منشأ اغلب انرژیهایی است که در سطح زمین در اختیار ما قرار دارد.

• باد : ناشی از اختلاف دمای هوا و حرکت نسبی اتمسفر زمین است.
• آبشار : ناشی از تبخیر و بارانی که از آن نتیجه می‌شود.
• چوب ، زغال سنگ ، نفت و ... که منشا گیاهی دارند به کمک کلروفیل و خورشید ساخته شده‌اند.

خورشید چیست؟

خورشید یک راکتور هسته‌ای طبیعی بسیار عظیم است. که ماده در آن جا بر اثر همجوشی هسته‌ای به انرژی تبدیل می‌شود و هر روز حدود 350 میلیارد تن از جرمش به تابش تبدیل می‌شود، دمای داخلی آن حدود 15 میلیون درجه سانتیگراد است. انرژیی که بدین ترتیب به شکل نور مرئی ، فرو سرخ و فرابنفش به ما می‌رسد 1 کیلو وات بر متر مربع است. خورشید به توپ بزرگ آتشین شباهت دارد که صد بار بزرگتر از زمین است.

این ستاره‌ها از گازهای هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. گازها انفجارهای بزرگی را بوجود می‌آورند و پرتوهای قوی گرما و نور را تولید می‌کنند. این پرتوها از خورشید بسوی زمین می‌آیند در طول راه ، یک سوم آنها در فضا پخش می‌شوند و بقیه بصورت انرژی گرما و نور به زمین می‌رسند. می‌دانیم که سرعت نور 300000 کیلومتر در ثانیه است. از سوی دیگر ، 8 دقیقه طول می‌کشد که نور خورشید به زمین برسد. بنابراین می‌توان فاصله خورشید تا زمین را حساب کرد. در این مسیر طولانی ، مقدار زیادی از نور و گرمای خورشید از دست می‌رود، اما همان اندازه‌ای که به زمین می‌رسد، کافی است تا شرایط مناسبی برای زندگی ما و جانوران و گیاهان بوجود آید.

منبع انرژی خورشیدی

• با اندازه گیری شار خورشیدی تابشی در بالای جو زمین می‌توان قدرت دریافتی کل انرژی از خورشید را محاسبه کرد. که حدود 1.8x10¹¹ مگا وات است. البته تمام این انرژی به سطح زمین نمی‌رسد مقداری از آن جذب لایه‌های اتمسفر می‌شود.
   
• ماده در عالم اساساً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده که قسمت اعظم آن بین ستارهها و کهکشانها توزیع شده است. نیروی جاذبه متقابل بین ذرات سبب تراکم گاز و گرد غبار شده و این تراکم احتراما ابر ستاره‌ای را بوجود می آورند.
   
• انرژی پتاسیل گرانشی سبب ازدیاد دمای داخل ستاره شده و آن هم باعث افزایش چگالی ستاره شده در نتیجه دمای داخل آن افزایش می‌یابد تا یک حالت پلاسمای خورشیدی بخود بگیرد.
   
• در یک چنین محیطی شرایط برای همجوشی هسته‌ای مهیا می‌شود. با ترکیب دوترویم و تریتیوم مقداری انرژی آزاد می‌شود (17.6 Mev). بنابراین همانطوری که گفته شد، مقدار انرژیی که از خورشید به زمین می‌رسد، بوسیله جمع کننده‌های خورشیدی کنترل کرده و برای مصارف خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

مباحث مرتبط با انرژی خورشید

• آب گرمکنهای خورشیدی
• اشعه فرابنفش
• انرژی خورشید
• انرژی پتاسیل گرانشی
• پرتو فروسرخ
• پلاسمای خورشیدی
• تشعشعات خورشیدی
• جمع کننده‌های خورشیدی
• جو زمین
• خورشید
• راکتور هسته‌ای
• ستاره
• سلول فتوسل
• شار خورشیدی
• همجوشی هسته‌ای
• کهکشان
• کوره آفتابی
• کاربردهای انرژی خورشیدی
• فتو ولتائیک
• نور مرئی
• نیروی جاذبه گرانشی

ابتدا توضیح کوتاهی درباره‌ی سلول‌های خورشیدی میدم و سپس به روش ساختن سلول خورشیدی می‌پردازم:
سلول خورشیدی وسیله‌ای است برای تبدیل مستقیم انرژی خورشید به انرژی الکتریکی که از طریق واکنش فتو‌ولتائیک صورت می‌گیرد.
پدیده‌ی فتوولتائیک (Photovoltaic effect) فرایندی است که حاصل آزاد شدن الکترون از قید هسته، در برخورد با (فوتون های) نور مرئی یا اشعه ی X در یک ماده ی نیمه رسانا است.
به‌طور 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 به‌واسطهٔ فراوانی آن در سلول‌های (PV فتوولتائیک) مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر چه سلیکون عنصر فراوانی است و درصد زیادی از پوسته زمین را تشکیل می‌دهد، ولی سلول‌های سیلیکونی به خاطر فرآیند ساخت و خالص‌سازی سیلیکون، قیمت بالایی دارند .

سلول‌های خورشیدی نسل دوم: 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.
سلول‌های خورشیدی نسل سوم: در سطوح پژوهشی تولید شده و با استفاده از فناوری‌های نانو و مواد پلیمری جدید، بازده آن را به‌طور چشمگیری بالا برده‌اند اما تولید آنها فعلا در سطح صنعتی صورت نگرفته است.
 
تعدادی از کاربردهای روزمره سلول‌های خورشیدی را در زیر می‌بینید.