سلول های خورشیدی ( سیما آتشبند)

سلولهای خورشیدی ( سیما آتشبند)

 افزايش جمعيت، اتمام منابع انرژی تجدید ناپذیر و اتلاف آن و آلودگي­های ناشی از سوخت­های فسيلی، عواملی هستند كه هر روز محدوديت های آينده بشر و مخاطرات آن را گوشزد مي­كنند. با توجه به محدوديت­های موجود، تنها استفاده از روشهای درست مصرف، بهينه سازی وسايل مصرف انرژی و به كارگيری انرژی های نو می­تواند بحران انرژی را مهار كند. به طور متوسط خورشيد در هر ثانيه 1/1 ضربدر 10 به توان 20كيلووات ساعت انرژی ساطع می­كند. از كل انرژی منتشرشده توسط خورشيد، تنها در حدود۴۷ درصد آن به سطح زمين می رسد. يعنی انرژی ناشی از سه روز تابش خورشيد به زمين ‌برابر با تمام ‌انرژی ناشی از احتراق كل سوخت‌‌های ‌فسيلی در دل زمين است و بنابراين می­توان نتيجه گرفت كه در اثر تابش خورشيد به مدت چهل روز، می­توان انرژی مورد نياز يک قرن را ذخيره نمود. بنابراين با به كارگيری كلكتورهای خورشيدی می توان تا حدودی از اين منبع انرژی بی پايان، پاك و رايگان استفاده كرد و تا حد بسيار زيادی در مصرف سوخت‌های فسيلی صرفه جويی نمود.

در این راستا ساختمان جدید مرکز پیش دبستانی  شهید مهدوی به عنوان یک ساختمان سبز با استفاده از انرژی خورشیدی به عنوان بخشی از انرژی مورد استفاده ، به بهره برداری رسیده است. مسئولان مدرسه و طراحان ساختمان پیش دبستانی بر این باورند که با توجه به اینکه دانش آموزان مجتمع شهید مهدوی از جمله فعال­ترین و پرتلاش­ترین دانش آموزان جهان  در عرصه پژوهش و تحقیق در مورد حفـظ محیط زیسـت هستنـد، جا دارد که ساختمـان مدرسه به عنوان مدرسه سبز با استفاده از سیستم گرمایشی (سلول­های خورشیدی) طراحی شود تا           دانش­آموزان حاصل تلاش­های نظری خود را در عمل نیز مشاهده نمایند و مجتمع شهید مهدوی به عنوان اولین مدرسه بهره مند از سیستم انرژی خورشیدی، نمونه­ای برای سایر محیط­های آموزشی باشد تا بتوانند با استفاده بهینه از منابع انرژی در جهت حفظ محیط زیست بیش از پیش گام بردارند.

منظور از كاربرد انرژی خورشيدی در ساختمان­ها بهره­گيری هرچه بهتر از نورخورشید در جهت تأمين نيازهای گرمایی و سرمایی و در صورت لزوم تأمين الكتريسيته ساختمان­ها می­باشد. در مرحله اول با بكارگيری طراحی معماری خورشيدی كه تشابه بسياری با معماری سنتی كشورمان دارد نيازهای گرمایی و سرمایی ساختمان­ها به حداقل رسانده می­شود­. دراين طراحی مسائلی از قبيل: جهت ساختمان، عايقكاری حرارتی، تعيين سطح مناسب پنجره­ها، دو جداره كردن پنجره­ها در برخی مناطق واستفاده از بعضی سيستم های غيرفعال خورشيدی در نظر گرفته می­شوند كه با اعمال اين پارامترها ، انرژی مورد نياز اين نوع ساختمان ها نسبت به يك ساختمان معمولی (با زير بنای يكسان) درصد قابل توجهی كمترخواهد بود .
از آنجایی كه ايران كشوری است با حوزه های اقليمی مختلف، بنابراين امكانات انرژی خورشیدی نيز تابعی از اين حوزه­های مختلف اقليمی است. بر اين اساس برای كاهش انرژی مورد نياز يك ساختمان می­بايست طراحی آن مطابق با اقليم آن منطقه باشد. دركليه مناطق مختلف آب و هوایی ساختمان­هایی كه بر طبق اصول طراحی اقليمی ساخته شده­اند ضرورت گرمايش و سرمايش مكانيكی را به حداقل كاهش می­دهند. در ساختمان جدید مجتمع علاوه بر رعایت این نکات، بخشی ار انرژی الکتریکی مورد استفاده ساختمان از طریق پانل­های فتو ولتاییک نصب شده بر نمای ساختمان تأمین می­شود.

انرژی فتو ولتایک از طریق تبدیل نور خورشید به الکتریسیته توسط یک سلول فتو ولتاتیک (pvs) تولید می گردد، که در مجموع یک سلول خورشیدی نامیده می‌شود. سلول خورشیدی یک ابزار غیر مکانیکی است که معمولاً از آلیاژ سیلیکون درست می‏شود.سیلیسیوم یا سیلیکون پایه و اساس صنعت فتوولتائی می­باشد، سلول­های سیلیکونی که از ماسه ساخته می­شوند در طبیعت به وفوریافت می شوند که طی دوره حیات خود می­توانند الکتریسیته معادل سوزاندن ۵۰۰۰۰۰ تن زغال سنگ تولید نمایند و تقریباً ۲۰ درصد پوسته زمین را تشکیل می­دهند.

وقتی فوتون ها به یک سلول فتو ولتاتیک بر خورد می‌کنند، ممکن است منعکس شوند، مستقیم از میان آن عبور کنند و یا جذب شوند. فقط فوتون های جذب شده انرژی را برای تولید الکتریسیته فراهم می‌کنند. وقتی که نور خورشید کافی یا انرژی توسط جسم نیمه رسانا جذب شود، الکترون­ها از اتم‌های جسم جدا می‌شوند. (به دلیل اینکه آخرین الکترون یک اتم با گرفتن انرژی یک فوتون به لایه بالاتر رفته و می­تواند از میدان پروتون خلاص شده و آزادانه در نیمه رسانا حرکت کند.)

رفتار خاص سطح جسم در طول ساختن باعث می‌شود سطح جلویی سلول برای الکترون‌های آزاد بیشتر پذیرش یابد. بنا براین الکترون‌ها بطور طبیعی به سطح مهاجرت می‌کنند. زمانی که الکترون‌ها موقعیت n را ترک می‌کنند، سوراخ‌هایی شکل می‌گیرد. تعداد الکترون­ها زیاد بوده و هر کدام یک بار منفی را حمل می‌کنند و به طرف جلو سطح سلول پیش می‌روند، در نتیجه عدم توازن بار بین سلول های جلویی و سطوح عقبی یک پتانسیل ولتاژ شبیه قطب‌های مثبت و منفی یک باطری ایجاد می‌کند. وقتی که دو سطح از میان یک راه داخلی مرتبط می‌شود، الکتریسیته جریان می‌یابد.

صفحات خورشیدی از اتصال یک سری سلول خورشیدی که به صورت سری موازی به هم متصل می­شوند شکل   می­گیرند. به مجموعه پانل­­های فتوولتاییک یک آرایه خورشیدی گفته می­شود که انواع مختلف دارند و بصورت تک کریستال، چند کریستال یا بی­شکل مورداستفاده قرار می­گیرند. بازده تبدیل انرژی نورانی به الکتریکی آنها حدود ۱۷ تا ۱۸درصد است که با فناوری­های نوین راندمان آن ها خیلی بالاتر رفته است. این پانل­ها به صورت صفحات پلاستیکی فیلم نازک ساخته می­شوند که غیر از پشت بام و روی دیوار در روی شیشه ساختمان­ها نیز نصب می­گردند و از انرژی الکتریکی آن­ها می­توان استفاده نمود.