امکان ساخت سلول‌های خورشیدی ارزان

سلول‌های خورشیدی یا فتوولتائیک نور خورشید را به طور مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. عنصر اصلی در ساخت سلول‌های خورشیدی نیمه‌هادی موادی مانند سیلیکون و گالیم آرسناید است. از مواد مختلفی در ساخت سلول‌های خورشیدی استفاده می‌شود که بازده و هزینه ساخت آنها متفاوت است. سلول‌های خورشیدی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند طول موج‌های نور خورشید را با بازده بالا به انرژی مفید تبدیل کنند.

به طور کلی سلول های خورشیدی را براساس موادی که در ساخت آنها به کار می رود می توان در سه نسل طبقه بندی کرد. نسل اول فناوری های فتوولتائیک از سلول های کریستالی ساخته می شوند. پس از بیش از 20 سال تحقیق و توسعه در این زمینه، گسترش سلول های خورشیدی موسوم به Thin Film مورد توجه قرار گرفته است.

استفاده از این روش در مقایسه با سلول های خورشیدی که از ویفرهای سیلیکونی ساخته می شوند به میزان قابل توجهی در کاهش هزینه تولید الکتریسیته اثرگذار بوده است. نسل سوم فناوری های فتوولتائیک در مرحله تجاری سازی است. سلول های خورشیدی ارگانیک، حساس به رنگ، پلیمری و مبتنی بر کریستال های مایع در این گروه قرار می گیرند.

سلول های خورشیدی نسل سوم با بهره گیری از مواد و فناوری های پیشرفته امروزی ساخته می شوند و فناوری نانو نیز ازجمله فناوری هایی است که در این حوزه مورد توجه قرار گرفته است. در نسل سوم محققان به دنبال روش های جدید ساده و ارزان هستند که اکنون در بعضی کشورهای اروپایی به مرحله تجاری رسیده است.

حفظ تعادل میان عملکرد و هزینه

در کشور ما طرح های تحقیقاتی متعددی با هدف افزایش بازدهی و کاهش هزینه های تولید سلول های خورشیدی در دانشگاه ها و مراکز دانشگاهی اجرا شده است. بتازگی گروهی از محققان دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، طرح پژوهشی افزایش بازدهی سلول های خورشیدی نانوساختار حساس شده با نقاط کوانتومی را به عنوان راهکاری ساده و ارزان برای تجاری سازی سلول های خورشیدی به اجرا درآورده است.

دکتر محمود صمدپور، عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی خواجه نصیر و مجری این طرح تحقیقاتی در گفت وگو با جام جم درباره کاربرد نانوذرات در ساختار سلول های خورشیدی طراحی شده می گوید: این سلول های خورشیدی از سلول های نسل سوم هستند. در ساختاری که برای جذب نور به کار می رود از نانومواد استفاده کرده ایم. هدف ما این بوده است که بتوانیم در ساختارها نور بیشتری را به الکترون تبدیل کنیم تا جریان بیشتری تولید شود. وقتی از مواد نانوساختار استفاده می کنیم سطح موثر ماده افزایش پیدا می کند. با افزایش سطح، ماده جاذب نور افزایش می یابد. به همین دلیل در سلول های نسل جدید از مواد نانوساختار استفاده می شود.

وی درباره تفاوت نسل سوم سلول های خورشیدی با نسل های قبلی این طور توضیح می دهد: این سه نسل از نظر ساختاری کاملا متفاوت هستند. البته این تفاوت ها فقط به ساختار محدود نمی شود بلکه از نظر عملکرد نیز سلول های خورشیدی متفاوت هستند. اگرچه این سلول های خورشیدی نانوساختار از نظر بازدهی محدودیت دارند؛ اما باید در نظر داشت در این روش هزینه ساخت و تولید به یک چهارم کاهش یافته است.

در نسل های اول و دوم، فناوری ساخت و تولید پیچیده تر است. در کشور ما این فناوری ها بومی نشده در نتیجه هزینه تولید بالاست. در سلول های خورشیدی نسل سوم روش ساخت ساده تر است و بر این اساس در کشور با بهره گیری از فناوری های موجود قابل اجراست، اما محدودیت ما در این زمینه بازدهی پایین آنها در مقایسه با نسل های قبلی است که باید این محدودیت را برطرف کرد.

دکتر صمدپور درباره علت پایین بودن بازدهی سلول های خورشیدی نسل سوم می گوید: بیش از 50 سال از ساخت سلول های خورشیدی نسل های اول و دوم می گذرد و بسیاری از محدودیت هایی که در این زمینه وجود داشته برطرف شده است. طراحی و ساخت سلول های خورشیدی نسل سوم از سال 1997 به طور جدی آغاز شد. بازده سلول های خورشیدی نسل اول و دوم نیز ابتدا خیلی بالا نبود، اما اکنون بسیاری از مشکلات و محدودیت هایی که در زمینه ساخت این گروه از سلول های خورشیدی وجود دارد، برطرف شده است. در زمینه ساخت نسل سوم سلول های خورشیدی نیز باید این محدودیت ها برطرف شود.

آینده سلول های خورشیدی روشن نیست

یکی از مهم ترین ویژگی های این طرح تحقیقاتی، کاهش هزینه تولید این گروه از سلول های خورشیدی است. دکتر صمدپور با اشاره به این ویژگی می افزاید: در سلول های نسل سوم معمولا از رنگدانه استفاده می شود که رنگدانه های مولکول های آلی هستند. با توجه به این که رنگدانه ها ساختار پیچیده ای دارد باید برای خرید آنها هزینه سنگینی پرداخت شود. با توجه به اهمیت کاهش هزینه ها می توان به جای این رنگدانه ها از مواد نیمه هادی استفاده کرد که در آزمایشگاه براحتی ساخته می شود. این مواد نیمه هادی همان کار رنگدانه ها را انجام می دهد و نور را جذب می کند. با این تفاوت که از نظر هزینه قابل مقایسه نیست.

مجری این طرح تحقیقاتی درباره عملکرد سلول های خورشیدی نانوساختار این طور توضیح می دهد: اگرچه این روش تاحدی بازده سلول های خورشیدی را کاهش می دهد، اما اکنون مواد و روش هایی به عنوان جایگزین معرفی شده اند که می توانند این کاهش بازدهی را تاحد زیادی جبران کنند. باید بین میزان بازدهی سلول های خورشیدی و هزینه ساخت آنها تعادل ایجاد شود و به همین دلیل این نتیجه برای ما قابل قبول است.

ارتباط صنعت و دانشگاه یک ضرورت است

عضو هیات علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی درباره ضرورت وجود یک حلقه ارتباطی میان صنعت و دانشگاه می گوید: در زمینه طراحی و ساخت سلول های خورشیدی در سطح کشور تحقیقات خوبی انجام شده است، اما برای کاربردی کردن این تحقیقات محدودیت های زیادی پیش روی محققان وجود دارد. مشکل اصلی این است که هزینه اختصاص داده شده برای استفاده از سلول های خورشیدی به دانشگاه ها نمی رسد، بلکه این هزینه ها به حوزه واردات اختصاص داده می شود.

در یک سال گذشته سازمان انرژی های نو از گسترش کاربرد سلول های خورشیدی در بخش مسکونی و دولتی حمایت کرده است، اما این حمایت ها بیشتر به افرادی معطوف بوده است که این سیستم ها را در مدت زمانی کوتاه نصب می کنند و تحویل می دهند. وقتی قرار است کاری سریع انجام شود ساده ترین راه ممکن حمایت از واردات است. گروهی از افراد در این حوزه وارد عمل شده اند که می توانند در فاصله زمانی کوتاهی سیستم های فتوولتائیک را نصب و راه اندازی کنند. حمایت از این افراد موجب می شود نتیجه کار سازمان های حمایتی در کمترین زمان ممکن قابل مشاهده باشد.

وی با ابراز تاسف از محدودیت های موجود در این زمینه می گوید: ارتباط صنعت و دانشگاه در کشور ما برقرار نیست. از تولیدات داخلی حمایت نمی شود. تجاری سازی طرح هایی که در کشور ما ارائه می شود به زمان زیادی نیاز دارد؛ در حالی که ما می خواهیم خیلی سریع محصول نهایی را در دست داشته باشیم.

تحقیق در زمینه ساخت سلول های خورشیدی در کشور ما با یک تاخیر زمانی دو تا سه ساله شروع شده است. بعلاوه در این زمینه هیچ حمایتی انجام نمی شود. یکی دیگر از مشکلاتی که در حوزه دانشگاه وجود دارد این است که حمایت دانشگاهی به سمت متخصصان نمی رود. بلکه این حمایت ها نصیب افرادی می شود که از نفوذ بیشتری برخوردارند. نسل جوان از هفت سال پیش در این زمینه کار کرده است، در حالی که شانس این افراد برای برخورداری از حمایت های مالی بسیار اندک است. بسیاری از افرادی که پیش از این در زمینه سلول های خورشیدی فعالیت نمی کردند به محض اطلاع از اختصاص بودجه به این حوزه تصمیم می گیرند در این زمینه تحقیق کنند. این افراد برای تحقیق و مطالعه در این زمینه بودجه می گیرند و در نهایت هم این طرح ها به پروژه های دانشجویی محدود می شود و هیچ نتیجه ای به همراه نخواهد داشت.

سلول های خورشیدی به حمایت دولت نیاز داد

در سطح دنیا استفاده از سلول های خورشیدی به عنوان روشی مناسب برای بهره گیری از منبع تجدیدپذیر انرژی خورشیدی مورد توجه قرار گرفته و توسعه آن از پیشرفت قابل توجهی برخوردار بوده است. متاسفانه در کشور ما با وجود تحقیقات متعددی که در این زمینه انجام می شود، استفاده از سلول های خورشیدی در تامین بخشی از انرژی موردنیاز ساختمان های مسکونی و تجاری آن طور که باید کاربردی نشده است.

دکتر صمدپور درباره آینده سلول های خورشیدی در ایران معتقد است با توجه به شواهد موجود نباید منتظر وقوع تغییرات قابل توجهی در این زمینه باشیم. وی تاکید می کند: اگرچه ممکن است با توجه به حمایت های انجام شده در َآینده استفاده از سلول های خورشیدی بیشتر مورد توجه قرار گیرد، اما هنوز هم هزینه ای که دولت برای استفاده از سلول های خورشیدی به عنوان هزینه حمایتی اختصاص می دهد خیلی زیاد نیست. طبیعی است تا وقتی این شرایط وجود داشته باشد استفاده از این فناوری محدود است.

منبع: جام جم

تماشاخانه

هیجان و جنون یکی از پرفرازونشیب‌ترین روزهای خرید / بلک فرایدی یا جمعه سیاه چطور به وجود آمد؟ (فیلم)

شکوه فرش ایرانی از دوره صفوی در اروپا ؛ هیجان مدیر گالری کریستی هنگام تعریف کردن را ببینید (فیلم)

فیلم های دیگر