انرژی خورشیدی

در این بخش در نظر داریم چگونگی تولید انرژی خورشیدی و نحوه انتقال آن تا سطح زمین را بررسی کرده و عوامل مهمی را که در انتقال این انرژی تا سطح زمین تاثیر گذار هستند را معرفی نموده و معیارهای استانداردی را که نشان دهنده میزان معینی از انرژی خورشیدی در شرایط استاندارد در سطح زمین می باشد را برای بررسی و مقایسه تحقیقات انجام شده بر روی سلول های خورشیدی را بیان نماییم .

خورشید ستاره ای متشکل از گازهای هیدروژن و هلیوم بسیار داغ با دمای بیرونیه حدود 6000 درجه سانتیگراد ، در مرکز منظومه شمسی می باشد که انرژی آن مانند یک راکتور اتمی بسیار بزرگ با واکنش های هم جوش هسته ای و انفجار گازها به صورت انرژی حرارتی ایجاد گردیده و خورشید این انرژی تولید شده را به صورت پرتو های بسیار قوی از گرما و نور (تابش ) از طریق امواج الکترومغناطیسی به اطراف خود پراکنده می نماید که به آن انرژی خورشیدی گفته می شود .

همان طور که گفته شد ، انرژی خورشیدی تولید شده به صورت پرتو های بسیار قوی از گرما و نور به اطراف پراکنده گردیده که قسمتی از این پرتو های تولید شده (انرژی خورشیدی) به سمت زمین می آید که بخش عمده ای از آن در طول مسیر در فضا پراکنده شده و مابقی به صورت انرژی گرمایی و نور که به شکل نورهای فرو سرخ (مادون قرمز) ، نور های مرئی و فرابنفش می باشد به زمین می رسند .

از کل انرژی خورشیدی که به سمت زمین میاید حدود یک سوم آن در طول مسیر در فضا پراکنده شده و تنها ، دو سوم آن به اتمسفر زمین می رسد که پارامتر میزان توان تابشی خارج از اتمسفر که در واقع ، مقدار میانگین نور خورشید در بالای اتمسفر زمین میباشد به ثابت خورشیدی معروف بوده و با DO نمایش داده می شود .

به عبارت دیگر میزان انرژی خورشیدی در سطح خورشید با میزان آن در قسمت بالای اتمسفر زمین و نیز با میزان انرژی رسیده به سطح زمین متفاوت می باشد .

بر اساس برآورد های صورت گرفته ، انرژی خورشیدی بالای اتمسفر ( ثابت خورشیدی ) در حین عبور از اتمسفر و تا زمان رسیدن به سطح زمین عوامل متعددی بر آن اثر گذاشته و به دلیل جذب و پراکنده شدن مقدار آن حداقل 15 درصد کاهش می یابد .

از عوامل تاثیرگذار در کاهش انرژی خورشیدی در حین عبور از اتمسفر و تا زمان رسیدن به سطح زمین می توان به بخار آب و سایر گازهای موجود در هوا اشاره کرد که هرکدام بخش‌ های مختلفی از طیف نور خورشید را جذب می کنند .

آب و دی‌اکسید کربن موجود در هوا بخش هایی از امواجی را که در ناحیه فروسرخ (مادون قرمز) طیف خورشید قرار دارند را جذب نموده ، اکسیژن بخش هایی از امواجی را که در ناحیه مرئی طیف خورشید قرار دارند را جذب کرده و اوزون موجود در اتمسفر بخش هایی از امواجی را که در ناحیه فرا بنفش طیف خورشید قرار دارند را جذب می کند.

ذرات معلق بزرگ و کوچک و همچنین قطرات موجود در اتمسفر می توانند بخش قابل توجهی از نور خورشید را جذب خود کرده و یا باعث انعکاس و پراکنده شدن آنها شوند .

به عنوان یکی دیگر از عوامل بسیار موثر در جذب و یا پراکنده کردن نور خورشید می توان به ابرها اشاره کرد که شامل تعداد بسیار زیادی از قطرات کوچک آب و یخ می باشند .

چرخش زمین نیز باعث تغییر زاویه تابش خورشید به زمین گردیده و موجب میشود نور مسیر متفاوت و طولانی تری را از میان اتمسفر بگذراند که این امر باعث جذب ، انعکاس و پراکندگی بیشتر نور خورشید گردیده و در نتیجه مقدار نور و انرژی خورشیدی کمتری به سطح زمین خواهد رسید.

معرفی یک معیار استاندارد:

به منظور بررسی و سنجش میزان جرم هوا که بیانگر زاویه تابشی خورشید به زمین بوده و در واقع نشان دهنده میزان انرژی خورشیدی رسیده به یک جسم می باشد از اصطلاح Air Mass که به صورت مخفف به آن AM می گویند ، استفاده می شود .

به میزان انرژی خورشیدی رسیده به یک جسم خارج از اتمسفر مانند ماهواره هایی که خارج از جو هستند از عبارت AM0 استفاده شده و برای میزان تابشی که به صورت عمودی به سطح زمین می تابد از عبارت AM1 و در شرایطی که زاویه تابش خورشید به سطح زمین زاویه ای حدود 41 درجه نسبت به محور عمودی داشته باشد از عبارت AM1.5 استفاده می گردد .

همان طور که بیان شد انرژی خورشیدی واقعی رسیده به یک جسم در سطح زمین به دلیل وجود پارامترهای مختلفی مانند شرایط آب و هوایی ، تغییرات فصول که در نتیجه تغییرات زاویه تابش خورشید به زمین می باشد و نیز زمان روز که به دلیل چرخش زمین می باشد متغییر بوده و پس از تولید و گسترش سلول های خورشیدی به منظور تحقیق و توسعه آنها  و امکان اندازه گیری خواص و مقایسه و استنتاج عملکرد گروه های مختلف آنها یک طیف استاندارد مورد نیاز بود ، که شرایط استاندارد AM1.5 به صورت قراردادی مورد توافق قرار گرفته و یک استانداد جهانی تلقی گردید ، به صورتیکه در حال حاضر شبیه‌سازهای تولید انرژی خورشیدی با کنترل تابش لامپ ها ، به وسیله فیلتراسیون مشخص شده شرایط استاندارد تابشی AM1.5 را در شرایط آزمایشگاهی و تحقیقاتی ایجاد می نمایند .

انرژی خورشیدی را می توان به وسیله پنل خورشیدی یا سولار پنل به الکتریسیته تبدیل نمود. الکتریسیته تولید شده می تواند به صورت مستقیم به شبکه سراسری منتقل شود و با در باتری ذخیره گردد. انرژی ذخیره شده در باتری با استفاده از اینورتر سینونی ( اینورتر خورشیدی ) به 220 ولت تبدیل می شود و در اختیار مسایل مصرفی قرار می گیرد.  شایان ذکر است استفاده از انرژی خورشیدی برای مناطقی که خارج از دسترسی به شبکه برق سراسری می باشد بسیار مناسب بوده و به وسیله آن می توان از انواع وسایل الکتریکی مانند یخچال، تلویزیون، پمپ خورشیدی ، روشنایی و ... استفاده نمود.