به گزارش خبرنگار گروه اقتصادی ایسکانیوز؛ فتوولتاییک (به انگلیسی: Photovoltaics) یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشیدی است. در این روش با بکارگیری سلول‌های خورشیدی، تولید مستقیم الکتریسیته از تابش خورشید امکان‌پذیر می‌شود. سلول‌های خورشیدی از نوع نیمه رسانا هستند که از سیلیسیوم یعنی دومین عنصر فراوان پوسته زمین ساخته می‌شوند. وقتی نور خورشید به یک سلول فتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آن‌ها می‌گردد. می‌توان فتوولتایک را در دسته فناوری‌های انرژی‌های تجدید پذیر (نوشو) قرار داد.

به عبارت دیگر ؛ سیستم فتوولتاییک خورشیدی یا سیستم انرژی خورشیدی یکی از سیستم های انرژی تجدید پذیر است که از ماژول های PV برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته استفاده می کند. الکتریسیته تولید شده را هم می توان ذخیره نمود و یا به طور مستقیم استفاده کرد؛ به خط شبکه تزریق کرد و یا در نهایت با یک یا چند ژنراتور یا منابع تولید انرژی تجدید پذیر ترکیب کرد.

یک سیستم PV خورشیدی از بخش های مختلفی تشکیل شده که بایستی با توجه به کاربرد ، موقعیت مکانی و نوع سیستم انتخاب شوند . اجزای اصلی سیستم عبارتند از : ماژول فتوولتاییک ( پنل خورشیدی ) ، شارژ کنترلر ، اینورتر ، باتری و بار مصرفی .

همچنین به تعبیر دیگر؛ هر سلول خورشیدی از یک کریستال سیلیکونی تشکیل شده است در واقع یک شبکه کوالانسی از اتم‌های سیلیکون است، چنانچه سیلیکون خالص باشد هر اتم سیلیکون با به اشتراک گذاشتن الکترون‌های لایه ظرفیت با اتم کناری تشکیل یک شبکه کوالانسی می‌دهند در این حالت چنانچه این الکترون‌ها انرژی جذب نمایند و این انرژی از انرژی پیوندی بیشتر باشد این پیوندها شکسته و این الکترون‌ها می‌توانند به صورت آزاد در این شبکه حرکت کنند، به این هدایت، هدایت درونی و یا ذاتی گفته می‌شود و در مجموع صفر خواهد بود.

به منظور تولید جریان از یک اتم ناخالصی استفاده می‌نمایند که این اتم ناخالصی می‌تواند دارای الکترون اضافی در لایه ظرفیت و یا کمتر نسبت به سیلیکون باشد. چنانچه اتم اضافه‌شده دارای الکترون بیشتری باشد مانند فسفر، این اتم 4 الکترون خود را با سیلیکون به اشتراک گذاشته و الکترون اضافی می‌تواند با دریافت مقداری انرژی به صورت آزادانه حرکت کنند.

در مواردی که از اتمی با 3 الکترون در لایه ظرفیت استفاده شده است، یک حفره در واقع به وجود می‌آید و حال این حفره با الکترون اتم‌های سیلیکون مجاور پر می‌شود و لذا یک حفره جدید در جایی دیگر تولید می‌شود.

همچنین می‌توان گفت؛ سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی است که عموما تحت عنوان سلول فتوولتائیک یا به طور خلاصه PV-Cell نیز شناخته می‌شود و وظیفه آن تبدیل تشعشعات خورشیدی به جریان الکتریسیته است که بر اثر پدیده فتوولتائیک رخ می دهد. اکثر سلول خورشیدی تجاری از یک لایه نازک سیلیکون ساخته شده‌اند که به دو نوع جداگانه از نیمه رساناها تفکیک می شود که یکی با بور و دیگری با فسفر پوشانده شده‌ است. نتیجه بدین صورت است که یک سمت از آن که نیمه رسانای N-type نامیده می‌شود تمایل به دفع الکترون و سمت دیگر آن یعنی نیمه رسانای P-type ، تمایل به جذب الکترون دارد. صفحه ای که هر دو نیمه رسانا به آن متصل می شوند، رابط یا لایه تخلیه نامیده می شود.

هنگامی که یک سلول خورشیدی در معرض تابش اشعه قرار می گیرد، الکترون های موجود در سیلیکون تحریک شده و از اتم های اصلی خود خارج می شوند که این پدیده فتوولتائیک نامیده می‌شود. این الکترون ها تمایل به حرکت به سمت قسمت P-type سلول دارند و بارهای مثبت نیز به قسمت N-type سلول متمایل می‌گردند و اختلاف پتانسیلی حدود 0.5 ولت بین این دو قسمت از سلول پدید می آید که با اتصال سیم های رسانا به آنها می توان از جریان بوجود آمده استفاده نمود.

لازم به ذکر است که ولتاژ و جریان تولید شده توسط هر سلول اصولا بسیار محدود بوده و به همین علت معمولا تعداد زیادی از سلول های خورشیدی در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل می گردند تا برق تولید شده بتواند برای منظورهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

پنل خورشیدی آرایشی از تعداد زیادی سلول خورشیدی بوده که در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل گردیده اند. پنل های خورشیدی بسته به میزان برق تولیدی خود در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند. آرایشی از چند پنل خورشیدی که در کنار هم قرار گرفته و به یکدیگر متصل می شوند، یک سیستم فتوولتائیک را ایجاد می‌نمایند.

در گذشته استفاده از پنل‌های خورشیدی تقریبا به کاربردهای فضایی منحصر و محدود بوده است ولی امروزه با اهمیت یافتن مساله تامین انرژی و ارزش اقتصادی آن برای کاربردهای مختلف خانگی، صنعتی و تجاری از یک طرف و مسائل زیست محیطی از طرف دیگر، دامنه استفاده از برق خورشیدی گسترش یافته و به حوزه کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی نیز راه باز کرده است و هر روز هم جای بیشتری در این حوزه ها باز می‌کند.

به طور کلی پنل های خورشیدی به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1- پنل های خورشیدی Polycrystalline : سلولهای موجود در این پنل ها از تعداد زیادی تراشه سیلیکونی مرغوب و خالص تشکیل شده است. این پنل ها معمولا ارزان بوده و دارای بازدهی پایین تری می‌باشند و در نتیجه برای تولید مقدار معینی برق به سطح بیشتری نیاز دارند.

2- پنل های خورشیدی Monocrystalline : سلولهای موجود در این پنل ها تها از یک قطعه کریستال سیلیکون اما بزرگ تشکیل شده است. این پنل ها عملکرد بهتری داشته اما گرانتر از انواع دیگر است.

3- پنل های خورشیدی Amorphous : این پنلها معمولا به صورت لایه های نازک سیلیکونی دیده می شوند و از حساسیت بالایی نسبت به دما برخوردار هستند. بازدهی آنها نسبت به انواع دیگر کمتر بوده اما ارزان بوده و بعضا از انعطاف پذیری بیشتری برخوردار هستند.

402