برق خورشیدی از تابش نور خورشید به سلول های خورشیدی تعبیه شده در پنل های خورشیدی تولید می گردد. این پدیده با سیستم های تأمین آب گرم و یا گرمایش خورشیدی که در آنها از انرژی خورشید برای بالا بردن دمای آب یا هوا بهره گرفته می شود، کاملاً متفاوت است.
اگر هدفتان این است که برای تأمین گرمایش از انرژی خورشید استفاده کنید، در نظر داشته باشید که برای تأمین یک میزان انرژی مشخص، به پنل ها یا به عبارت دیگر، کلکتورهای کوچکتری نیاز خواهید داشت. هرگاه صحبت از برق خورشیدی می شود، پای سلول های فتوولتائیک (یا اختصاراً PV) که در قالب پنل های خورشیدی به تولید برق می پردازند هم به میان کشیده می شود. در این مطلب، هر جا که به پنل های خورشیدی اشاره می شود، منظور، مجموعه یا سیستم هایی است که با داشتن سلول های فتوولتائیک قادر به تولید برق از انرژی خورشید بوده و با سیستم های گرمایش خورشیدی هیچ سنخیتی ندارند.
اثر فتوولتائیک
یک پنل خورشیدی برای تولید برق، از پدیده ای که اثر فتوولتائیک نامیده می شود، استفاده می کند. این پدیده در اوایل قرن نوزدهم و به توسط دانشمندانی کشف گردید که با تحقیقات مستمر و گوناگون متوجه شدند که مواد خاصی وجود دارند که وقتی در معرض تابش نور قرار می گیرند، باعث جاری شدن یک جریان الکتریکی در مدار خود می گردند. برای خلق این پدیده، دو لایه از مواد نیمه هادی خاص را باید با یکدیگر تلفیق کرد.
وقتی یکی از این لایه ها باید با کمبود الکترون ها مواجه باشد. لایه های مزبور در مواجه با نور خورشید، فوتون ها را جذب می کنند. با این عمل، الکترون ها تحریک شده و برخی از آنها از یک لایه به لایه بعدی جهیده و با این کار خود، باعث ایجاد یک جریان الکتریکی می گردند.
مادۀ نیمه هادی که در ساخت سلول خورشیدی به کار می رود، سیلیکون بوده و به صورت پولک های بسیار نازکی بریده و آماده سازی می شود. برای ایجاد یک حالت عدم توازن الکترونی در این لایه ها، به برخی از آن ها یک ناخالصی شیمیایی اضافه می گردد. پس از ایجاد این لایه ها، آن ها با نظم خاصی در کنار هم قرار گرفته و از مجموعه آن ها، یک سلول خورشیدی ایجاد می گردد. وقتی این مجموعه در معرض تابش نور خورشید واقع می شود، جریان الکتریسیته ای در آن تولید می گردد که از سرسیم های ظریفی که به دو طرفش متصل شده، قابل دریافت است.
هنگامی که یک فوتون به سلول خورشیدی برخورد می کند: یا باید جذب آن شود، یا با برخورد با سلول، منحرف و باز تابیده گردد و یا به طور مستقیم از آن عبور کرده و راه خود را ادامه دهد.
وقتی یک جریان الکتریکی از دو ترمینال یا سرسیم های سلول نوری اخذ می شود، زمانی است که فوتون، جذب سیلیکون سلول شده است. هر چه شدت نور و در نتیجه تعداد فوتون ها بیشتر باشد، میزان بیشتری از آنها جذب سلول خورشیدی شده و جریان الکتریکی شدیدتری تولید می گردد.
ماژول فتوولتائیک
سلول های خورشیدی قسمت عمده ای از برق تولیدی خود را از تابش مستقیم نور خورشید تأمین می کنند هرچند که وسایل مزبور در روزهای ابری هم به تولید جریان الکتریسیته ادامه می دهند و حتی برخی از نمونه ها، در نور موجود در شب های مهتابی هم کار تولید برق را متوقف نساخته و به عبارت دیگر می توان این گونه نتیجه گرفت که این سلول ها، با دریافت نور غیر مستقیم هم برق تولید می کنند. هرکدام از سلول های خورشیدی مجزا فقط قادر به تولید مقدار اندکی انرژی الکتریکی هستند. در این صورت و برای کسب یک انرژی الکتریکی قابل توجه، باید تعدادی از این سلول ها را در کنار هم و به دنبال یکدیگر، بهم متصل ساخت. از تجمع تعدادی از این سلول ها به دنبال یکدیگر، یک ماژول با پنل خورشیدی ایجاد می گردد که گاهی اوقات به آن ماژول فتوولتائیک هم اطلاق می شود.
