سلولهای فوتوولتائیک: تبدیل فوتون به الکترونها
سلول های خورشیدی که در ماشین حساب ها و ماهواره ها مشاهده می کنید نیز سلول های فتوولتائیک (PV) نامیده می شود که به عنوان نام (عکس به معنی نور و ولتاژ به معنای “برق”) تبدیل می شود، نور مستقیم خورشید را به برق تبدیل می کند. یک ماژول یک گروه از سلول های متصل به برق است و بسته به یک قاب (بیشتر به عنوان یک پنل خورشیدی شناخته می شود)، که بعدا می تواند به آرایه های بزرگتر خورشیدی، مانند یک عامل در پایگاه نیروی هوایی نولیز در نوادا، گروه بندی شود.

سلول های فوتوولتائیک از مواد ویژه به نام نیمه هادی ها مانند سیلیکون ساخته شده است که در حال حاضر به طور معمول استفاده می شود. اساسا وقتی که نور به سلول برسد، بخش خاصی از آن در مواد نیمه هادی جذب می شود. این به این معنی است که انرژی نور جذب شده به نیمه هادی منتقل می شود. انرژی، الکترونها را از دست می دهد و اجازه می دهد آزادانه جریان یابد.

سلول های PV همگی دارای یک یا چند میدان الکتریکی هستند که باعث می شود که الکترونها با جذب نور آزاد شوند تا در جهت مشخص جریان یابد. این جریان الکترونها یک جریان است و با قرار دادن اتصالات فلزی در بالا و پایین سلول PV، ما می توانیم جریان را برای استفاده خارجی، به عنوان مثال، برای قدرت یک ماشین حساب، جاری کنیم. این جریان، همراه با ولتاژ سلولی (که ناشی از میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی ساخته شده است)، قدرت (یا توان) را که سلول خورشیدی می تواند تولید کند، تعریف می کند.

این فرایند اساسی است، اما برای آن واقعا خیلی بیشتر است. در صفحه بعد، نگاهی عمیق تر به یک مثال از سلول PV: یک سلول سیلیکونی تک کریستال.

چطور سیلیکون یک سلول خورشیدی تولید می کند
سیلیکون برخی از خواص شیمیایی خاص، به خصوص در فرم بلوری آن است. یک اتم سیلیکون دارای ۱۴ الکترون است که در سه پوسته مختلف مرتب شده اند. دو پوسته اول که به ترتیب دو و هشت الکترون دارند، کاملا پر است. با این وجود، پوسته بیرونی تنها با چهار الکترون تنها نیمه پر است. یک اتم سیلیکون همیشه به دنبال راه هایی برای پر کردن آخرین پوسته خود است، و برای انجام این کار، الکترونها را با چهار اتم نزدیک به هم قرار می دهد. مثل هر اتم دست خود را با همسایگان خود دارد، به جز اینکه در این مورد هر اتم دارای چهار دست به چهار همسایه متصل است. این چیزی است که ساختار بلوری را تشکیل می دهد و این ساختار برای این نوع سلول های PV بسیار مهم است.

تنها مشکل این است که سیلیکن کریستالیزه خالص، یک هادی ضعیف الکتریسیته است، زیرا هیچکدام از الکترونهای آن بر خلاف الکترونها در جوشکارهای بهتری مانند مس، آزاد نیستند. برای حل این مسئله، سیلیکون در یک سلول خورشیدی دارای ناخالصی است – اتم های دیگر هدفمند با اتم های سیلیکون مخلوط می شوند – که باعث تغییر چیزها می شود. ما معمولا ناخالصی ها را بعنوان چیزی نامطلوب می بینیم، اما در این مورد، سلول ما بدون آنها کار نمی کند. سیلیکون را با اتم فسفر در اینجا و آنجا، شاید برای هر میلیون اتم سیلیکون، در نظر بگیرید. فسفر دارای پنج الکترون در پوسته بیرونی است، نه چهار. این هنوز هم با اتمهای همسایه سیلیکونی خود پیوند دارد، اما به یک معنی، فسفر دارای یک الکترون است که هیچ کسی برای نگهداشتن دستها ندارد. این جزء پیوند نیست، اما در هسته فسفر پروتون مثبت وجود دارد.

هنگامی که انرژی به سیلیکن خالص اضافه می شود، به عنوان مثال برای گرما، می تواند چند الکترون را آزاد کند و از اتم ها خارج شود. سوراخ در هر مورد پشت سر گذاشته شده است. این الکترونها، به نام حاملهای آزاد، به طور تصادفی در اطراف شبکه بلوری به دنبال سوراخ دیگری می افتند تا به جریان و جریان الکتریکی برسند. با این حال، تعداد بسیار کمی از آنها در سیلیکون خالص وجود دارد که بسیار مفید نیستند.

اما سیلیکن ناخالص ما با اتمهای فسفر مخلوط شده، داستان دیگری است. انرژی بسیار کمتری را برای دستیابی به یکی از عناصر “اضافی” فسفری ما به دست می آوریم زیرا آنها در ارتباط با هر اتم همسایه قرار نمی گیرند. در نتیجه، بیشتر این الکترونها آزاد میشوند و ما دارای حاملهای بیشتری بیشتر از سیلیکون خالص هستیم. فرآیند اضافه کردن ناخالصیها به هدف، دوپینگ نامیده می شود، و وقتی که با فسفر مورد استفاده قرار می گیرد، سیلیکن حاصل به دلیل شیوع الکترون های آزاد نامیده می شود (“n” برای منفی). سیلیکون Doped سیلیکون N رهبر بسیار بهتر از سیلیکون خالص است.

بخش دیگری از یک سلول خورشیدی معمولی با بورد عنصری که تنها سه الکترون در پوسته بیرونی به جای چهار قرار دارد، برای تبدیل شدن به سیلیکون P-type استفاده می شود. به جای داشتن الکترون آزاد، P-type (“p” برای مثبت) دارای دهانه های آزاد و شارژ مقابل (مثبت) است.

آناتومی سلول خورشیدی
قبل از این، دو قطعه جداگانه سیلیکون ما الکتریکی خنثی بودند؛ بخش جالب زمانی شروع می شود که آنها را با هم ترکیب می کنید. به همین دلیل است که بدون یک میدان الکتریکی، سلول کار نخواهد کرد؛ هنگامی که سیلیکون نوع N و نوع P در تماس قرار می گیرند، میدان شکل می گیرد. ناگهان، الکترون های آزاد در سمت N، تمام بازه های سمت P را می بینند و عجله ای برای آنها پر می شود. آیا تمام الکترونهای آزاد تمام سوراخهای آزاد را پر می کنند؟ نه. اگر آنها را انجام دادند، کل آرایش بسیار مفید نخواهد بود. با این حال، درست در محل اتصال، آنها ترکیبی از یک مانع را تشکیل می دهند و باعث می شود که الکترونها در سمت N به طرف پاور تبدیل شوند. در نهایت، تعادل به دست می آید، و ما یک میدان الکتریکی جدا از دو طرف.

این میدان الکتریکی به عنوان یک دیود عمل می کند، اجازه می دهد (و حتی هل دادن) الکترون ها از سمت P به طرف N حرکت کنند، اما نه از راه دیگر. مثل یک تپه – الکترونها می توانند به راحتی به پایین تپه برسند (به طرف N)، اما نمیتوانند از آن صعود کنند (به طرف P).

هنگامی که نور، به شکل فوتون، به سلول خورشیدی ما نگاه می کند، انرژی آن را از هم جدا می کند. هر فوتون با انرژی کافی، به طور معمول، یک الکترون را آزاد می کند، و به همین ترتیب یک سوراخ آزاد نیز آزاد می شود. اگر این اتفاق می افتد به اندازه کافی نزدیک به میدان الکتریکی، و یا اگر الکترون آزاد و سوراخ آزاد اتفاق می افتد به غرق در محدوده نفوذ خود، میدان الکترون خواهد شد به سمت N و سوراخ به طرف P ارسال می شود. این موجب اختلال بیشتر بی طرفی الکتریکی می شود و اگر مسیر فعلی خارجی را فراهم کنیم، الکترون ها از طریق مسیر به سمت P جریان می یابند تا با حفره هایی که میدان الکتریکی به آن فرستاده شده، با هم کار کنند. جریان الکتریکی جریان را فراهم می کند و میدان الکتریکی سلول ولتاژ را ایجاد می کند. با هر دو جریان و ولتاژ، ما قدرت داریم که محصول این دو است.

چند مولفه دیگر وجود دارد که قبل از اینکه ما بتوانیم از سلولمان استفاده کنیم. سیلیکون اتفاق می افتد که یک ماده بسیار براق است که می تواند فوتون ها را قبل از اینکه کارشان را انجام می دهند، تکان دهند

پوشش ضد عفونی برای کاهش این تلفات اعمال می شود. گام نهایی این است که چیزی را که سلول را از عناصر محافظت می کند نصب کند، که اغلب یک صفحه پلاستیکی است. ماژول های PV به طور کلی با اتصال چندین سلول جداگانه به یکدیگر برای رسیدن به سطوح مفید ولتاژ و جریان، و قرار دادن آنها در یک قاب کامل با پایانه های مثبت و منفی ساخته شده است.

چقدر انرژی نور خورشید سلول PV ما را جذب می کند؟ متأسفانه، احتمالا خیلی زیاد نیست. برای مثال، در سال ۲۰۰۶، اکثر پانل های خورشیدی فقط به میزان کارایی ۱۲ تا ۱۸ درصد رسید. سیستم برش پنل خورشیدی در سال گذشته در نهایت توانست ۴۰ درصد مانع تولید انرژی خورشیدی را به خود اختصاص دهد و به ۴۰٫۷ درصد برسد. [منبع: وزارت انرژی ایالات متحده]. پس چرا این یک چالش است تا بیشتر از یک روز آفتابی استفاده شود؟

از دست دادن انرژی در یک سلول خورشیدی
نور قابل مشاهده تنها بخشی از طیف الکترومغناطیسی است. تابش الکترومغناطیسی تک رنگ نیست – از طیف وسیعی از طول موجهای مختلف تشکیل شده و به همین ترتیب سطح انرژی است. (برای مطالعه بحث در مورد طیف الکترومغناطیسی ببینید که چگونه نور کار می کند.)

نور را می توان به طول موج های مختلف تقسیم کرد، که ما می توانیم به شکل یک رنگین کمان ببینیم. از آنجایی که نورهایی که در سلول ما مشاهده می شود دارای فوتون های طیف گسترده ای از انرژی است، معلوم می شود که برخی از آنها انرژی کافی برای تغییر جفت الکترون سوراخ ندارند. آنها به سادگی از طریق سلول عبور می کنند، مثل اینکه شفاف باشد. هنوز فوتونهای دیگر انرژی زیادی دارند. فقط یک مقدار معینی از انرژی که در الکترونهای ولتاژ (eV) اندازه گیری شده و توسط مواد سلولی ما (حدود ۱٫۱ eV برای سیلیکون بلوری) تعریف شده است، ضروری است که الکترون را آزاد کنیم. ما این را از انرژی خورشیدی یک ماده می دانیم. اگر یک فوتون انرژی بیشتری نسبت به مقدار مورد نیاز داشته باشد، انرژی اضافی از بین میرود. (به این معنی که مادامیکه فوتون دو برابر انرژی مورد نیاز است و می تواند بیش از یک جفت الکترون سوراخ ایجاد کند، اما این اثر قابل توجه نیست). این دو اثر تنها می توانند از دست دادن حدود ۷۰ درصد از وقوع انرژی تابش در سلول ما

چرا نمی توانیم یک ماده را با شکاف واقعا کم ببریم، بنابراین می توانیم بیشتر از فوتون ها استفاده کنیم؟ متاسفانه، شکاف باند ما نیز قدرت (ولتاژ) میدان الکتریکی ما را تعیین می کند و اگر این مقدار کم باشد، پس آنچه که ما در جریان اضافی تشکیل می دهیم (با جذب بیشتر فوتون ها) با ولتاژ کوچک از دست می دهیم. به یاد داشته باشید که قدرت ولتاژ فعلی است. شکاف باند مطلوب، متعادل کردن این دو اثر، حدود ۱٫۴ EV برای یک سلول ساخته شده از یک ماده است.

ما دیگر زیانها را نیز داریم الکترون های ما باید از یک طرف سلول به دیگری از طریق یک مدار خارجی جریان داده شوند. ما می توانیم پایین را با یک فلز پوشش دهیم، که امکان هدایت خوب را فراهم می کند، اما اگر ما به طور کامل بالای آن را پوشش دهیم، فوتون ها نمی توانند از طریق هادی شفاف عبور کنند و ما تمام جریان خود را از دست می دهیم (در برخی از سلول ها، هادی های شفاف در سطح بالا، اما نه در همه). اگر مخاطبین ما را فقط در طرف سلول خود قرار دهیم، الکترونها باید مسیری بسیار طولانی را برای رسیدن به مخاطبین خود ببرند. به یاد داشته باشید سیلیکون یک نیمه هادی است – این تقریبا به اندازه یک فلز برای انتقال جریان نیست. مقاومت داخلی آن (به نام مقاومت سری) نسبتا بالا است و مقاومت بالا به معنای تلفات زیاد است. برای به حداقل رساندن این زیان ها، سلولها معمولا توسط یک شبکه تماس فلز متصل می شوند که فاصله ای را که الکترون ها مجبور به حرکت می کنند در حالی که تنها بخش کوچکی از سطح سلول را پوشش می دهد کوتاه می کند. حتی برخی از فوتونها توسط شبکه مسدود شده اند، که نمی تواند بیش از حد کوچک باشد و یا مقاومت آن بسیار بالا خواهد بود.

اکنون که ما میدانیم که چگونه یک سلول خورشیدی کار می کند، بیایید ببینیم چه چیزی برای تأسیس خانه با تکنولوژی لازم است.

انرژی خورشیدی یک خانه
پشما باید خانه خود را با انرژی خورشیدی کار کنید؟ اگر چه این ساده نیست، فقط کافی است برخی از ماژول ها را روی سقف خود بچرخانید، اما انجام آن بسیار دشوار نیست.

اول از همه، نه در هر سقف، جهت گیری یا زاویه صحیحی برای استفاده کامل از انرژی خورشید ندارد. سیستم های PV غیر ردیابی در نیمکره شمالی باید به سمت ایده آل به سمت جنوب واقع شوند، گرچه گرایش هایی که در جهت های شرق و غرب وجود دارد، می تواند کار کند، هرچند با کاهش فزاینده ی بهره وری. پانل های خورشیدی نیز باید در زاویه ای نزدیک به عرض جغرافیایی منطقه باشد تا بتوان حداکثر انرژی سالانه را جذب کرد. اگر می خواهید انرژی بیشتری برای صبح یا بعد از ظهر و یا تابستان یا زمستان داشته باشید، جهت گیری و / یا گرایش متفاوت استفاده می شود. البته، ماژول ها هرگز نباید درختان یا ساختمان های نزدیک، بدون در نظر گرفتن زمان روز یا زمان سال، سایه اند. در یک ماژول PV، اگر حتی فقط یکی از سلول های آن سایه باشد، تولید برق می تواند به طور قابل توجهی کاهش یابد.

اگر خانه ای دارید با یک سقف ناپدید شده به سمت جنوب، باید تصمیم بگیرید چه سیستم اندازه ای شما نیاز دارید. این واقعیت پیچیده است که تولید برق شما بستگی به آب و هوا دارد که هرگز به طور کامل قابل پیش بینی نیست و تقاضای برق شما نیز متفاوت خواهد بود. خوشبختانه، این موانع نسبتا آسان برای روشن شدن است. داده های هواشناسی به طور متوسط ​​ماهانه میزان نور خورشید برای مناطق مختلف جغرافیایی می دهد. این به دلیل بارش باران و روزهای ابری، و همچنین ارتفاع، رطوبت و سایر عوامل ظریف، را شامل می شود. شما باید بدترین ماه را طراحی کنید، به طوری که سالانه برق خود را به اندازه کافی مصرف کنید. با استفاده از این داده ها و تقاضای تقاضای خانوارهای متوسط ​​(به طوری که شما به راحتی می توانید میزان انرژی مورد استفاده خود را هر ماهه بدانید)، روش های ساده ای وجود دارد که می توانید برای تعیین تعداد ماژول های PV مورد نیاز استفاده کنید. شما همچنین باید بر روی یک ولتاژ سیستم تصمیم گیری کنید که می توانید با تصمیم گیری در مورد تعداد ماژول های سری به سیم های کنترل بپردازید.

شما ممکن است قبلا چندین مشکل را حل کنید که باید حلش کنیم. اول، چه کاری انجام می دهیم وقتی که خورشید درخشان نیست؟

حل مسائل مربوط به انرژی خورشیدی
فکر می کنم زندگی در حوادث هواشناس احتمالا اکثر مردم را هیجان زده نمی کند، اما سه گزینه اصلی می تواند اطمینان حاصل کند که شما هنوز هم قدرت را حتی اگر خورشید همکاری نداشته باشد. اگر میخواهید به طور کامل از شبکه خاموش شوید، اما به پانلهای PV خود اعتماد نکنید تا تمام برق مورد نیازتان را خراب کنید، میتوانید از یک ژنراتور پشتیبان تهیه کنید، هنگامی که انرژی خورشیدی پایین میآید. دومین سیستم مستقل شامل ذخیره انرژی در قالب باتری است. متاسفانه، باتری ها می توانند مقدار زیادی از هزینه ها و تعمیر و نگهداری سیستم PV را اضافه کنند اما اگر بخواهید کاملا مستقل باشد، در حال حاضر ضروری است.

جایگزین این است که خانه خود را به شبکه برق وصل کنید، زمانی که به آن نیاز دارید، قدرت خرید و فروش آن را بیشتر کنید. به این ترتیب، این ابزار به عنوان یک سیستم ذخیره سازی بی نهایت عمل می کند. هرچند در نظر داشته باشید، مقررات دولتی بسته به موقعیت مکانی متفاوت است و ممکن است تغییر کند. شرکت ابزار محلی شما ممکن است یا ممکن است نیازی به شرکت در آن نباشد، و قیمت واگذاری ممکن است تا حد زیادی متفاوت باشد. شما احتمالا به تجهیزات خاصی نیاز دارید تا مطمئن شوید که قدرت مورد نظر شما برای فروش این کمپانی سازگار با خودتان است. ایمنی یک مسئله است. این ابزار باید اطمینان حاصل کند که اگر در محله شما یک قطع برق وجود داشته باشد، سیستم PV شما برای تغذیه الکتریسیته در خطوط برق که متصدیان فکر می کنند مرده است ادامه نخواهند داد. این یک وضعیت خطرناک به نام islanding است، اما این را می توان با یک اینورتر ضد – islanding – چیزی است که ما در صفحه بعدی دریافت کنید.

در صورتی که تصمیم به استفاده از باتری دارید، به یاد داشته باشید که باید حفظ شود، و پس از چندین سال، جایگزین شود. بیشتر پانل های خورشیدی تمایل به حدود ۳۰ سال دارند (و طول عمر بهبود یافته قطعا یک هدف تحقیق است)، اما باتری ها این نوع زندگی مفید را ندارند [منبع: آزمایشگاه ملی انرژی تجدید پذیر]. باتری در سیستم های PV همچنین می تواند بسیار خطرناک باشد زیرا انرژی ذخیره شده و الکترولیت های اسیدی آنها حاوی هستند بنابراین شما به محفظه تهویه مناسب و غیر فلزی نیاز خواهید داشت.

با وجودی که انواع مختلفی از باتری ها معمولا استفاده می شود، یکی از مشخصه هایی که همه آنها باید مشترک باشند این است که آنها باتری های عمیق هستند. بر خلاف باطری ماشین شما، که یک باتری کم عمق است، باتری های عمیق چرخه می توانند بیشتر از انرژی ذخیره شده خود را تخلیه و در عین حال حفظ عمر طولانی. باتری های خودرو مدت زمان بسیار کوتاهی را برای مدت زمان بسیار کوتاهی از خود می گیرند – برای شروع ماشین خود – و پس از آن به سرعت در هنگام رانندگی بارگیری می شود. باتری های PV به طور معمول باید یک جریان کوچکتر را برای یک دوره طولانی تر (مانند شب یا در هنگام قطع برق) تخلیه کنند، در حالی که در طول روز شارژ می شود. باتری های عمدتا باتری عمدتا باتری های اسید سرب (هر دو مهر و موم شده و بادی) و باتری های نیکل کادمیوم هستند که هر دو دارای مزایا و معایب مختلف هستند.

خاتمه دادن به انرژی خورشیدی شما
استفاده از باتری نیاز به نصب یک جزء دیگر به نام کنترل کننده شارژ دارد. باتری ها بسیار طولانی تر می شوند اگر بیش از حد زیاد نشوند یا بیش از حد تخلیه نشوند. این یک کنترل کننده شارژ است. هنگامی که باتری ها به طور کامل شارژ می شوند، کنترل کننده شارژ جریان را از ماژول های PV به جریان نمی دهد. به طور مشابه، هنگامی که باتری ها به سطح مشخصی از پیش تعیین شده تخلیه شده اند، با اندازه گیری ولتاژ باتری کنترل می شوند، بسیاری از کنترل کننده های شارژ نمی توانند جریان بیشتری را از باتری ها تخلیه کنند تا زمانی که شارژ شوند. استفاده از کنترل کننده شار برای عمر باتری طول عمر ضروری است.

مشکل دیگر علاوه بر ذخیره انرژی این است که برق تولید شده توسط پانل های خورشیدی شما و از باتری های شما خارج می شود، اگر شما انتخاب می کنید از آنها استفاده کنید، در فرم نیست که توسط وسیله ی مورد نظر شما تامین شده یا توسط وسایل الکتریکی در خانه شما تامین می شود. برق تولید شده توسط یک سیستم خورشیدی جریان مستقیم است، بنابراین شما به یک اینورتر نیاز دارید تا آن را به جریان متناوب تبدیل کنید. و همانطور که در آخرین صفحه بحث کردیم، به غیر از تغییر DC به AC، بعضی از اینورترها نیز برای حفاظت در برابر جزر و مدی طراحی شده اند که سیستم شما به شبکه برق متصل است.

اکثر اینورترهای بزرگ به شما اجازه می دهد تا به صورت اتوماتیک سیستم کار خود را کنترل کنید. بعضی از ماژول های PV که ماژول های AC نام دارند، در واقع یک اینورتر درون هر ماژول ساخته شده اند، از بین بردن نیاز به یک مبدل بزرگ مرکزی و ساده سازی سیم کشی.

در سخت افزار نصب، سیم کشی، جعبه های اتصال، تجهیزات زمینی، محافظت بیش از حد جریان، اتصالات DC و AC و لوازم جانبی دیگر را وارد کنید و خودتان یک سیستم دارید. شما باید کدهای برق را دنبال کنید (بخش مربوط به قوانین ملی برق فقط برای PV وجود دارد)، و توصیه می شود که یک متخصص برق مجاز که سیستم های PV را تجربه می کند نصب را انجام دهد. پس از نصب، یک سیستم PV نیاز به تعمیر و نگهداری بسیار کمی (به ویژه اگر از باتری استفاده نمی شود)، و برق را به طور تمیز و بی سر و صدا برای ۲۰ سال یا بیشتر تامین می کند.

پیشرفت در فناوری سلول خورشیدی
ما درباره نحوه عملکرد یک سیستم PV معمولی صحبت کردیم، اما مسائل مربوط به هزینه-اثربخشی (که ما بیشتر در صفحه بعدی قرار می گیریم) تلاش های تحقیقاتی بی پایان را با هدف توسعه و اصلاح راه های جدید ساختن انرژی خورشیدی قدرت به طور فزاینده ای رقابتی با منابع انرژی سنتی است.

به عنوان مثال، سیلیکون تک کریستال تنها ماده ای است که در سلول های PV استفاده نمی شود. سیلیکون پلی کریستالی به منظور کاهش هزینه های تولید مورد استفاده قرار می گیرد، هرچند که سلول های حاصل از آن به عنوان یک سیلیکون تک کریستال کارآمد نیستند. فن آوری نسل دوم سلول های خورشیدی شامل آنچه که به عنوان سلول های خورشیدی نازک شناخته می شود. در حالی که آنها نیز تمایل به فداکاری برخی از کارایی دارند، آنها ساده تر و ارزان تر تولید می کنند و همیشه در همه زمان ها کارآمدتر می شوند. سلولهای خورشیدی نازک می توانند از مواد مختلفی از جمله سیلیکون آمورف (که دارای ساختار بلوری نیستند)، آرسنید گالیم، دیسلسین دی متیل مس و تلورید کادمیوم ساخته شده است.

استراتژی دیگری برای افزایش بهره وری استفاده از دو یا چند لایه مواد مختلف با شکافهای مختلف باند است. به یاد داشته باشید که بسته به ماده، فوتون های انرژی های مختلف جذب می شوند. بنابراین با جمع کردن مواد شکاف باند بالا در سطح برای جذب فوتون های با انرژی بالا (در حالی که اجازه می دهد فوتون های انرژی پایین تر جذب شده توسط مواد شکاف پایین باند پایین)، بهره وری بسیار بالاتر می تواند منجر شود. چنین سلول هایی که سلول های چندجملبی نامیده می شوند، می توانند بیش از یک میدان الکتریکی داشته باشند.

فناوری فتوولتائیک متمرکز یکی دیگر از زمینه های توسعه امید است. در عوض به سادگی جمع آوری و تبدیل بخش هایی از نور خورشید که فقط به نور خیره می شود و تبدیل به برق می شود، تمرکز سیستم های PV از اضافه کردن تجهیزات نوری مانند لنزها و آینه ها برای تمرکز بیشتر انرژی خورشیدی بر سلول های خورشیدی بسیار کارآمد استفاده می کند. با وجودی که این سیستم ها به طور کلی ارزان تر از تولید می باشند، آنها دارای مزایای زیادی نسبت به تنظیمات معمول پانل های خورشیدی و تشویق تلاش های تحقیق و توسعه بیشتر هستند.

تمام این نسخه های مختلف از تکنولوژی های سلول خورشیدی، شرکت هایی هستند که برنامه های کاربردی و محصولاتی را که در حال اجرا هستند، از هواپیماهای خورشیدی و نیروگاه های فضایی به موارد روزمره بیشتری نظیر پرده های PV، لباس و موارد لپ تاپ استفاده می کنند. حتی دنیای مینیاتوری نانوذرات از بین رفته است و محققان حتی در مورد پتانسیل سلول های خورشیدی تولید شده در محیط زیست نیز تحقیق می کنند.

اما اگر فتوولتائیک ها چنین منبع فوق العاده ای از انرژی آزاد باشند، چرا جهان کل انرژی خورشیدی را نمی کند؟

هزینه های انرژی خورشیدی
بعضی از مردم مفهوم ناقص انرژی خورشیدی را دارند. در حالی که درست است که نور خورشید آزاد است، برق تولید شده از طریق سیستم های PV خاموش نیست. عوامل زیادی در تعیین اینکه آیا نصب یک سیستم PV ارزش قیمت را دارد، وجود دارد.

اول، سوال در مورد محل اقامت شما وجود دارد. افرادی که در مناطق آفتابی جهان زندگی می کنند از مزایای بیشتر نسبت به افرادی که در مکان های کم خورشید قرار دارند، شروع می شوند، از آنجا که سیستم های PV آنها به طور کلی قادر به تولید برق بیشتری هستند. هزینه های آب و برق در یک منطقه باید در بالای آن تمرکز شود. نرخ برق از محل به مکان بسیار متفاوت است، بنابراین افرادی که در شمال شمال زندگی می کنند ممکن است هنوز بخواهند که خورشید را در نظر بگیرند.

بعد هزینه نصب وجود دارد. همانطور که احتمالا از بحث ما در مورد سیستم PV خانگی استفاده شده است، کمی سخت افزار مورد نیاز است. در سال ۲۰۰۹، نصب یک پنل خورشیدی مسکونی به طور میانگین در حدود ۸ تا ۱۰ دلار در هر وات برای نصب [منبع: آزمایشگاه ملی انرژی قابل تجدید] بود. هرچه سیستم بزرگتر باشد، کمتر آن معمولا هزینه وات است. همچنین لازم به ذکر است که بسیاری از سیستم های انرژی خورشیدی به طور کامل ۱۰۰٪ زمان برق را پوشش نمی دهند. احتمالا، شما هنوز هم یک لایحه برق دارید، اگرچه مطمئنا پایین تر از آن خواهد بود که در صورت عدم وجود پنل خورشیدی وجود داشته باشد.

با وجود قیمت برچسب، چند راه بالقوه برای پرداخت هزینه سیستم PV برای هر دو ساکن و شرکت هایی که مایل به ارتقاء و خورشید هستند، وجود دارد. این می تواند در قالب مشوق های مالیات فدرال و ایالتی، تخفیف های شرکت برق و سایر فرصت های تامین مالی باشد. علاوه بر این، بسته به اینکه پانل خورشیدی چگونه تنظیم می شود – و اینکه چگونه این کار را انجام می دهد، می تواند با ایجاد مازاد گاه به گاه قدرت خود را سریع تر کند. در نهایت مهم است که برآوردهای ارزش خانه نیز تأثیر بگذارد. انتظار می رود نصب یک سیستم PV برای اضافه کردن هزاران دلار به ارزش یک خانه.

در حال حاضر، انرژی خورشیدی همچنان مشکلی با آب و برق دارد، اما هزینه های آن کاهش می یابد، زیرا تحقیقات تکنولوژی را بهبود می بخشد. طرفداران اطمینان دارند که PV در روزهای آینده در مناطق شهری و همچنین از راه دور مقرون به صرفه خواهد بود. بخشی از مشکل این است که تولید باید در مقیاس وسیع انجام شود تا هزینه ها را تا حد ممکن کاهش دهد. این نوع تقاضا برای PV، با این وجود، تا زمانی که قیمت ها به سطح رقابتی برسد، وجود نخواهد داشت. این یک گرفتن ۲۲ است. با این حال، به دلیل افزایش تقاضا و کارایی ماژول ها، قیمت ها کاهش می یابد و جهان به طور فزاینده ای از نگرانی های زیست محیطی مرتبط با منابع قدرت متعارف آگاه می شود؛ احتمالا فتوولتائیک ها آینده ای امیدوار کننده ای خواهند داشت.