بخشی از مقاله
چکیده:
باتوجه به محدودیت منابع سوخت های فسیلی و آثار مخرب زیست محیطی آنها مانند انتشار بیش از اندازه گازهای گلخانهای که سبب گرمایش کره زمین شده است، یافتن منبع انرژی جدید پایدار، قابل اطمینان و زیست سازگار، چالشی است که امروزه دانشمندان و محققان با آن روبهرو هستند. انرژی خورشیدی ، وسیع-ترین منبع انرژی در جهان به عنوان انرژی پاک، ارزان و عاری از هرگونه آلودگی است و به همین دلیل جایگاه خاصی در تامین انرژی دارد. دریافت انرژی از خورشید در هر ساعت، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می کنند.
بنابراین استحصال این انرژی اهمیت زیادی دارد. کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بالاترین رده ها در بین نقاط جهان قرار دارد. نسلهای مختلف سلولهای خورشیدی از مناسب ترین راهکارهای بهره گیری از خورشید برای تامین انرژی به شمار می رود. در این راستا بهره گیری از ساختارهای نانویی در تولید سلولهای خورشیدی از جمله ایده های نوین برای بهبود کیفیت و افزایش راندمان و همچنین عمر کاری این ابزارها می باشد. در این مقاله به بررسی کاربرد نانو فناوری در سلولهای خورشیدی و همچنین استفاده از این سلولها در حوزه های گوناگون کشاورزی پرداخته شده است.
فناوری نانو حوزه ای میان رشته ای از علوم پایه، مهندسی و فناوری است و مقیاس نانو از 1 تا 100 نانومتر را شامل می شود. در این ابعاد مواد می توانند خواص جدیدی را از خود نشان دهند که در توده آنها وجود ندارد یا ضعیف است. به همین دلیل، کاربردهای فناوری نانو در حوزه های گسترده ای چون فیزیک، شیمی، علوم زیستی، علم مواد و علوم مهندسی و انرژی به اثبات رسیده است.
باتوجه به محدودیت منابع سوخت های فسیلی و آثار مخرب زیست محیطی آنها مانند انتشار بیش از اندازه گازهای گلخانهای که سبب گرمایش کره زمین شده است، یافتن منبع انرژی جدید پایدار، قابل اطمینان و زیست سازگار، چالشی است که امروزه دانشمندان و محققان با آن روبهرو هستند. در این عصر توجه به انرژیهای تجدید پذیر نظیر انرژی خورشیدی، باد، آب، امواج، زیست توده ،پیل سوختی و هیدروژن در مجامع صنعتی و علمی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
انرژی خورشیدی ، وسیعترین منبع انرژی در جهان به عنوان انرژی پاک، ارزان و عاری از هرگونه آلودگی است و به همین دلیل جایگاه خاصی در تامین انرژی دارد. دریافت انرژی از خورشید در هر ساعت، بیش از کل انرژی است که ساکنان زمین در طول یک سال مصرف می کنند. بنابراین استحصال این انرژی اهمیت زیادی دارد.
کشور ایران در بین مدارهای 25 تا 40 درجه عرض شمالی قرار گرفته است و در منطقه ای واقع شده که به لحاظ دریافت انرژی خورشیدی در بالاترین رده ها در بین نقاط جهان قرار دارد. میزان انرژی تابشی خورشیدی در ایران بین 1800 تا 2200 کیلووات ساعت بر مترمربع در سال تخمین زده شده است که بالاتر از میزان متوسط جهانی است - شکل. - 1 در ایران سالیانه به طور متوسط بیش از 280 روز آفتابی گزارش شده است که توان خورشیدی به دست آمده در این روزها قابل توجه است.
امروزه با توجه به ضرورت استحصال انرژی خورشیدی، در کشورهای مختلف که دارای پتانسیل مناسب تابش خورشید هستند، انواع سیستمهای استحصال توان خورشیدی نصب شده است؛ به طوری که برق حاصل از آن به شبکه سراسری برق منتقل می شود. در حال حاضر نیروگاههای خورشیدی نصب شده در سراسر دنیا، جمعا حدود 178 گیگاوات توان تولید می کنند و پیش بینی می شود که با رفع موانع، ظرفیت توان استحصالی از خورشید در نیروگاههای نصب شده تا سال 2020 به بیش از 500 گیگاوات برسد.
از آنجا که ماهیت ذاتی انرژیهای تجدیدپذیر، از جمله انرژی خورشیدی، عمدتا به صورت محلی و پراکنده در محلهایی که امکان استفاده از شبکه سراسری وجود ندارد، می باشد؛ طبیعی است که بهره گیری از این انرژیها، به صورت تولید محلی و پراکنده به جای تولید انبوه و متمرکز بیشتر توجیه پذیر است. به همین دلیل، طبق آمار، امروزه اکثر ظرفیت توان خورشیدی در دنیا به صورت تولید محلی است. با این وجود به نظر می رسد در هر دو روش استحصال انرژی خورشیدیز متمرکز و پراکنده، جذابیتهای فراوانی برای پرداختن به انرژی خورشیدی وجود دارد.
شکل .1 میزان تابش جهانی در کشورها و قاره های مختلف و ایران
لازم به ذکر است به دو صورت می توان از انرژی خورشیدی استفاده کرد:
-1استفاده از تابش نورانی خورشید برای تولید مستقیم جریان الکتریسیته
-2استفاده از انرژی حرارتی خورشید درنیروگاههای دمای بالا برای تولید الکتریسیته و در نیروگاه های دمای پایین برای تولید آب گرم و تهویه ساختمانها و همچنین برای آبشیرینکنهای خورشیدی. در این حوزه، فناوری نانو در استحصال انرژی خورشیدی می تواند بسیار کارآمد باشد. با استفاده از این فناوری می توان بازده تجهیزات در دو حوزه تولید جریان الکتریسیته و حرارت را افزایش داد.
سازوکار تولید برق خورشیدی
نور خورشید از طول موجهای متفاوت در طیفهای نوری - فرابنفش، مرئی و فروسرخ - از بستههای انرژی به نام فوتون تشکیلشدهاست. انرژی این فوتونها براساس طول موج آنها مقادیر متفاوتی دارد. نور خورشید پس از تابش به سطح سلول خورشیدی، توسط سلولهای خورشیدی جذب شده و به الکتریسیته تبدیل می شود.
سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی نیمه هادی است که انرژی نور خورشید را مستقیما توسط اثر فتوولتاییک به الکتریسیته تبدیل می کند - شکل. - 2 با تابش نور خورشید به نیمه هادی، الکترون از نوار ظرفیت به نوار رسانش نیمه هادی می رود و تولید زوج الکترون-حفره می کند که هردوی آنها به تنهایی می توانند درفرایند انتقال بار در نیمه هادی و تولید اختلاف پتانسیل شرکت کنند؛ به نحوی که با حضور مصرف کننده، می توان بار را در مدار خارجی هدایت کرد
