مشخصه آرایه فتوولتائیک
ساختارهای سلول/ ماژول/آرایه های فتوولتائیک
یک سلول فتوولتائیک انرژی خورشیدی را به الکتریکی تبدیل میکند که یک پروسه
فیزیکی است و بعنوان اثر الکتریسیته نوری شناخته میشود. نوری که به سلول
فتوولتائیک تابیده میشود ممکن است منعکس، جذب یا از آن عبور کند. به هر حال،
تنها نور جذب شده الکتریسیته تولید میکند. انرژی نور جذب شده به الکترونهای
داخل اتم سلولهای PV انتقال داده میشوند. با انرژی جذب شده، این الکترونها از
موقعیت معمولشان در اتمهای نیمههادی PV جدا میشوند و قسمتی از شار الکتریکی
یا جریان در یک مدار الکتریکی میشوند .
یک مشخصه مخصوص سلولهای PV میدان الکتریکی داخلینامیده میشود که نیرو
یا ولتاژ مورد نیاز را جهت حرکت جریان در طول یک بار خارجی مثل یک چراغ روشنایی
تأمین کند. برای القای میدان الکتریکی ساخته شده درون سلول PV، دو لایه ماده
نیمههادی مختلف در تماس با همدیگر قرار داده میشوند. یک لایه، نیمه هادی نوع n با
الکترونهای زیاد است، که انرژی الکتریکی منفی دارد. لایه دیگر، نیمه هادی نوع p است
با حفرههای زیاد، که انرژی الکتریکی مثبت دارد. اگر چه هر دو مواد از نظر الکتریکی
خنثی هستند. سیلیکان نوع n الکترون اضافی و سیلیکان نوع p حفره اضافی دارد. در
اثر در کنار هم قرار دادن این دو، یک پیوند p-n در بینشان تشکیل میشود، در نتیجه
یک میدان ساخته میشود. شکل2 -1، یک پیوند p-n از یک سلول PV را نشان میدهد
هنگامی که سیلیکان نوع n و p در تماس با هم قرار میگیرند الکترونهای اضافی از
کنار نوع n حرکت کرده و به کنار نوع p میروند. در نتیجه بارهای مثبت در کنار نوع n و
بارهای منفی در کنار نوع p تجمع پیدا میکنند. دو نیمه رسانا شبیه باتری رفتار میکنند
و در سطحی که با همدیگر در تماسند، یک میدان الکتریکی میسازندکه پیوند p-n
نامیده میشود. این نتیجهی شار الکترونها و حفره ها میباشد. میدان الکتریکی باعث
میشود الکترونها به سمت سطح منفی بروند تا جریان را حمل کنند. در همین زمان
حفرهها در سمت مخالف نسبت به سطح مثبت حرکت میکنند. ساختارهای اضافی و
اجزایی نیاز هستند تا جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل کنند.
برخی از سیستم ها الکتریسیته را در باتریها برای استفاده در آینده ذخیره میکنند، تمام
این آیتم ها به اجزاء سیستم بالانسBOS اشاره میکنند .
ترکیب ماژولها با اجزاء BOS، یک سیستم PV کامل را میسازد. این سیستم معمولا
تمام آن چه که برای انرژی خاص مورد نیاز است، مانند نیروی یک پمپ آب، یا وسایل و
چراغها در خانه را داراست. در شکل3-1 یک سلول تنها، یک ماژول که ترکیبی از
یک سلول PV منحصربه فردکوچک، به طور نمونه نیرویی در حدود 1 تا 2 وات تولید
میکند. برای بالا بردن انرژی سلولهای PV، بایستی آنها را به هم وصل شوند تا واحد
بزرگی که ماژول نامیده میشود شکل بگیرد. ماژولها را به ترتیب میتوان به هم وصل
کرد تا واحد بزرگتری به نام آرایه شکل بگیرد که این آرایه ها را میتوان به هم وصل
کرد تا بتوان انرژی بیشتری تولید کرد. به وسیله اتصال سلولها یا ماژولها به صورت
سری، ولتاژ خروجی افزایش مییابد. از طرف دیگر جریان خروجی میتواند بوسیله
اتصال سلولها یا ماژولها به صورت موازی به مقدار بالاتری برسد .
اساس جمعآوری نور خورشید برای سیستمهای PV را میتوان به دو دسته عمومی
تقسیم بندی کرد : سیستمهایی باصفحه تخت و سیستمهای متمرکزکننده. سیستمهای
PV صفحه تخت نور خورشید را به صورت مستقیم جذب میکنند. این سیستمها
میتوانند ثابت باشند یا با سیستمهای دنبال کننده خورشید ترکیب شوند. از طرف دیگر
سیستمهای متمرکزکننده، مقدار زیادی از انرژی خورشید را جذب کرده و متمرکز میکنند
و نور خورشید را با استفاده از لنزها و منعکس کننده ها به پنلهای PV هدف متمرکز
میکنند. این سیستمها سایز و تعداد سلولهای مورد نیاز را کاهش میدهند، در حالی
که ولتاژ خروجی افزایش یافته است. علاوه بر این، بوسیله متمرکزکردن نور خورشید
بازده سلولهای PV افزایش مییابد
وسایل PV میتوانند در ساختارهای مختلف، از عناصر نیمه هادی مختلفی ساخته شوند.
سه ماده اصلی که برای ساخت سلولهای خورشیدی استفاده میشوند عبارتند از :
سیلیکان، فیلمهای نازک پلیکریستال (کریستال فشرده شده) و فیلم نازک کریستال
تنها. اولین نوع از سیلیکان، در شکلهای مختلف شامل بلور تنها، چند بلوره و بیشکل
استفاده می .شد
سیستم انرژی خورشیدی نوعاً به دو دسته تقسیمبندی میشوند : سیستمهای فعال و
غیرفعال. سیستمهای انرژی خورشیدی غیرفعال شامل سیستمهای پنل یا دیگر
مکانیزمهای حرکتی برای تولید انرژی میشوند. سیستمهای فعال به صورت تکنیک های
غیرمکانیکی استفاده میشوند تا مقدار نور خورشید گرفته شده را کنترل و انرژی گرفته
شده از آن را به شکلهای مفیدی همچون، گرمای، روشنایی، سرمایی و تهویه تقسیم
کنند .
