اندازه گیری و مصرف کننده

دانلود پایان نامه

2-9-2 ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی
با اتصال یک نیمه هادی نوع p به یک نیمه هادی نوعn ، الکترون ها از ناحیه n به ناحیه p و حفره ها از ناحیه p به ناحیه n منتقل می شوند. با انتقال هر الکترون به ناحیهp ، یک یون مثبت در ناحیه n و با انتقال هر حفره به ناحیهn ، یک یون منفی در ناحیه p باقی می ماند. یون های مثبت و منفی میدان الکتریکی داخلی ایجاد می کنند که جهت آن از ناحیه n به ناحیه p است.
این میدان با انتقال بیشتر باربرها )الکترون ها و حفره ها(، قوی تر و قویتر شده تا جایی که انتقال خالص باربرها به صفر می رسد. در این شرایط ترازهای فرمی دو ناحیه با یکدیگر هم سطح شده اند و یک میدان الکتریکی داخلی نیز شکل گرفته است .اگر در چنین شرایطی، نور خورشید به پیوند بتابد، فوتون هایی که انرژی آنها از انرژی شکاف نیمه هادی بیشتر است، زوج الکترون حفره تولید کرده و زوج هایی که در ناحیه تهی یا حوالی آن تولید شده اند، شانس زیادی دارند که قبل از ترکیب، توسط میدان داخلی پیوند از هم جدا شوند .میدان الکتریکی، الکترون ها را به ناحیه n و حفره ها را به ناحیه p سوق می دهد. به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه n و تراکم بار مثبت در ناحیه p زیاد می شود. این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازه گیری است.
اگر دو سر پیوند با یک سیم، به یکدیگر اتصال کوتاه شود، الکترون های اضافی ناحیهn ، از طریق سیم به ناحیه p رفته و جریان اتصال کوتاهی را شکل می دهند. اگر به جای سیم از یک مصرف کننده استفاده شود، عبور جریان از مصرف کننده، به آن انرژی می دهد. به این ترتیب انرژی فوتون های نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل می شود .هر چه میدان الکتریکی درون پیوند قوی تر باشد، ولتاژ مدار باز بزرگتری بدست می آید. برای دست یافتن به یک میدان الکتریکی بزرگ، باید اختلاف ترازهای فرمی دو ماده p و n از یکدیگر زیاد باشد .برای این منظور باید انرژی شکاف نیمه هادی بزرگ انتخاب شود. بنابراین ولتاژ مدار باز یک سلول خورشیدی با انرژی شکاف آن افزایش می یابد. اما افزایش انرژی شکاف سبب می شود، فوتون های کمتری توانایی تولید زوج الکترون حفره داشته باشند و بنابراین جریان اتصال کوتاه کمتری نیز تولید شود. بنابراین افزایش انرژی شکاف، روی ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه سلول دو اثر متفاوت دارد.

شکل 2-10- ساختار اساسی سلول PV
برای استفاده از سلول ها در مدارهای الکتریکی نیاز هست تا مشخصه ی الکتریکی ولتاژ-جریان یک سلول خورشیدی را داشته باشیم. این مشخصه را می توان از طریق مدار زیر بدست آورد، کافی است چند نقطه از منحنی مشخصه را بدست آورده و آن را در نرم افزار های ریاضی ترسیم نمود.

شکل 2-11- یک نمونه مدل سلول خورشیدی

شکل 2-12- مشخصهی الکتریکی ولتاژ جریان یک سلول خورشیدی
در نهایت می توان برای یک سلول خورشیدی یک مدل الکتریکی از اِلمان اصلی مانند خازن، مقاومت و منابع مستقل بدست آورد و به جای سلول در مدارهای الکتریکی پیچیده قرار داده ومدار را توسط شبیه ساز های الکتریکی تحلیل کرد.

این مطلب مشابه را هم بخوانید :   مصاحبه نیمه سازمان یافته و دسترسی به اطلاعات

شکل 2-13- مدل الکترونیکی سلول خورشیدی
اثر تابش نور خورشید: بسته به مقدار تابش نور خورشید به سطح سلولهای خورشیدی، ویژگی های آن متفاوت می باشد. تولید جریان متناسب با تابش نور است. و افزایش تابش موجب افزایش تولید جریان می شود. پس بنابراین مقدار تولید جریان وابستگی شدیدی به مقدار تابش نور خورشید دارد. البته باید تغییرات ولتاژ را هم مد نظر داشت که تغییرات آن مقدار جزئی دارد و معمولا نادیده گرفته می شود. شکل زیر مشخصه ولتاژ-جریان و وابستگی آن به تابش نور خورشید برای یک سلول خورشیدی را نشان می دهد.

شکل2-14- تاثیر تغییرات روشنایی بر روی نمودار ولتاژ-جریان در سلول خورشیدی
ولتاژی که یک سلول در برابر شدت نور نامی تولید می کند در حدود نیم ولت و جریان اتصال کوتاه آن می تواند از محدوده میلی آمپر تا چندین آمپر تغییر کند. حداکثر توان تولیدی یک سلول برابر حاصل ضرب ولتاژ مدار باز در جریان اتصال کوتاه می باشد که با این حساب توان تولیدی نامی سلول مشخص می شود. بنابراین توان تولیدی یک سلول نوعی از محدوده ی چند میلی وات تا چند وات تغییر خواهد کرد. یکی از عواملی که در توان تولیدی سلول تاثیر گذار هست، اندازه سطح سلول می باشد و هر چه مساحت سلول بیشتر باشد، توان تولیدی نیز بیشتر خواهد بود. توان تولیدی علاوه بر سطح به شدت نور نیز بستگی دارد و با افزایش شدت نور، توان تولیدی افزایش می یابد. دمای سلول باعث کاهش ولتاژ پیوند دیودی سلول شده و باعث کاهش توان تولیدی میگردد ولی تاثیر آن، شدید نبوده و گاهی قابل اعماض نیز هست.
2-10 پنل خورشیدی
برای بدست آوردن ولتاژ مناسب برای مصارف روزانه معمولا از چندین سلول خورشیدی به جای یک سلول استفاده می کنند و بدین ترتیب توان تولیدی نیز، بیشتر می شود .ایده این کار از سری کردن چندین سلول خورشیدی تشکیل می شود و بعد از سری شدن سلول ها با هم ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست می آید.
ولتاژ خروجی = تعداد سلول های سری شده * 0.5 ولت برای مثال یک پنل خورشیدی که برای چراغ های پیاده رو ها استفاده می شود از 24 عدد سلول تشکیل شده است و بنابراین ولتاژ خروجی 12 ولت خواهد بود که می تواند یک باتری 12 ولتی را شارژ نماید.
در هنگام تعیین پنل خورشیدی برای یک سیستم باید به میزان توان تولیدی آن دقت کرد و همچنین بسته به نوع سلول های سازنده بهره وری پنل نیز متغیر خواهد بود. پنل های موجود در بازار ایران اکثرا از نوع پولی کریستالین بوده و به قیمت های مناسبی قابل تهیه می باشد.

شکل 2-15- یک نمونه مدل پنل خورشیدی