نویسنده: محسن فرزان، کارشناس ارشد انرژی‌های تجدیدپذیر زمان مطالعه: ۲ دقیقه

بکارگیری سیستم تامین انرژی پایدار در سراسر جهان یکی از مهم‌ترین اقدام‌هایی است که برای جلوگیری از تغییر هر چه بیش‌تر اقلیم جهانی، باید انجام شود. در چنین سیستمی، انرژی خورشیدی می‌تواند نقش شروع‌کننده را ایفا نماید زیرا که انرژی خورشیدی به‌صورت نامحدود دردسترس بوده و یک منبع انرژی بسیار تطبیق‌پذیر است.

قرن‌ها انرژی خورشیدی به صورت پسیو برای گرمایش مورد استفاده قرارگرفته است. از زمانی‌که اختراع سلول‌های خورشیدی سیلیکون کریستالی توسط جرالد پیرسون ، داریل چاپین و کالوین فولر در سال ۱۹۵۴، انجام شد، سلول‌های خورشیدی به یک گزینه خیلی مهم برای تولید الکتریسیته در مقیاس بزرگ، تبدیل شدند. در سال ۲۰۱۵، میزان الکتریسیته تولیدی نیروگاه‌های برق فتوولتاییک حدود ۱% از تولید برق جهان بود. براساس نقشه راه IEA 2014، انتظار می‌رود که الکتریسیته تولیدی از نیروگاه‌های برق حرارتی و فتوولتاییک خورشیدی حدود ۲۷ درصد از سهم تولید برق جهان را برعهده داشته باشد.

انرژی خورشیدی برای تامین برق و حرارت در مناطق دورافتاده مورد استفاده قرار می‌گیرد و از این طریق در توسعه اقتصادی این مناطق نقش اساسی ایفا می‌کند. انرژی خورشیدی می‌تواند به خوبی با محیط‌ زندگی انسان یکپارچه شود. میلیون‌ها سامانه فتوولتاییک کوچک مقیاس هم‌اکنون در سراسر جهان در حال کار هستند و انرژی مورد نیاز برای روشنایی مناطق دورافتاده را تامین می‌نمایند و باعث شده‌اند که ارتباط این مناطق با سایر نقاط دنیا برقرار شود.

علاوه‌براین، انرژی خورشیدی می‌تواند برای تولید برق در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرد. این امر از طریق سیستم‌های فتوولتاییک و سیستم‌های حرارتی خورشیدی امکان‌پذیر است.

بکارگیری انرژی خورشیدی با سرعت زیادی در حال رشد است. اهداف در نظر گرفته شده برای توسعه انرژی خورشیدی در سیاست‌های دولت‌ها در سطح ملی و قاره اروپا، بسیار بلندپروازانه است. این موضوع باعث می‌شود افراد تازه‌کار زیادی وارد این صنعت شوند. ازاین‌رو برگزاری دوره‌های آموزشی و کارگاه‌های مناسب، بیش از پیش احساس می‌شود. آموزش باید در سطح‌های مختلف از جمله، سطح آکادمیک، سطح مهندسی سیستم و سطح نصب‌کنندگان و غیره، متمرکز باشد.

حوزه انرژی خورشیدی و به‌طور ویژه فتوولتاییک دارای طیف بسیار گسترده‌ای از مباحت اپتیکی، ساخت سلول خورشیدی تا دستگاه‌های الکترونیک قدرت و طراحی نیروگاه‌های برق متصل به شبکه و منفصل از شبکه است. برای افراد تازه‌وارد به حوزه فتوولتاییک و حتی برای متخصصان آن، گاهی دستیابی به یک دیدگاه همه‌جانبه خوب از این حوزه دشوار است. از سویی‌دیگر، طراحان سیستم‌های فتوولتاییک باید دانش کافی از تکنولوژی‌های گوناگون سلول خورشیدی داشته باشند، تا قادر به انتخاب صحیح و به‌کارگیری آن جهت تولید انرژی بهینه، باشند.

در این کتاب، در ابتدا یک بررسی جامع و روشن از جنبه‌های پایه‌ای تبدیل انرژی فتوولتاییک ارائه شده است. در ادامه، هم فناوری‌های موجود و هم فناوری‌های در حال رشد سلول‌های خورشیدی مورد بحث قرار گرفته است و تعدادی از رهیافت‌های جدید برای بهبود راندمان آن‌ها در آینده، معرفی شده است. سپس، مقدمه‌ای درباره سامانه‌های فتوولتاییک جدا از شبکه و متصل به شبکه ارائه شده است. این کتاب با طرح مباحثی از دیگر تکنولوژی‌های انرژی خورشیدی از جمله کلکتورهای صفحه تخت و متمرکزکننده، تکمیل می‌شود.

کتاب حاضر برای مطالعه شخصی و آموزش در سطح آکادمیک عالی است؛ اما کسانی که دارای ذهنیت فنی نیز هستند می‌توانند از مطالب این کتاب بهره‌مند شوند. تمرکز اصلی این کتاب برروی فتوولتاییک است.

فصل‌های کتاب انرژی خورشیدی / فیزیک و مهندسی تبدیل انرژی فتوولتاییک؛ تکنولوژی‌ها و سیستم‌ها

فصل اول: انرژی	فصل سیزدهم: سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک
فصل دوم: وضعیت و چشم‌انداز فناوری فتوولتاییک	فصل چهاردهم: نگاهی نزدیک‌تر به برخی فرآیندها
فصل سوم: اصول عملکردی سلول‌های خورشیدی	فصل پانزدهم: ماژول فتوولتاییک
فصل چهارم: اصول الکترودینامیک	فصل شانزدهم: مفاهیم نسل سوم
فصل پنجم: تابش خورشیدی	فصل هفدهم: مقدمه‌ای بر سیستم‌های فتوولتاییک
فصل ششم: اصول فیزیک نیمه‌رساناها	فصل هجدهم: مباحث مربوط به ساختگاه
فصل هفتم: تولید و بازترکیب جفت‌های الکترون – حفره	فصل نوزدهم: اجزای سیستم‌های فتوولتاییک
فصل هشتم: اتصال‌های نیمه‌رسانا	فصل بیستم: طراحی سیستم فتوولتاییک
فصل نهم: پارامترهای سلول خورشیدی و مدار معادل	فصل بیست و یکم: اکولوژی و اقتصاد سیستم‌های فتوولتاییک
فصل دهم: افت‌ها و محدودیت‌های راندمان	فصل بیست و دوم: انرژی حرارتی خورشیدی
فصل یازدهم: تاریخچه‌ای مختصر از سلول‌های خورشیدی	فصل بیست و سوم: سوخت‌های خورشیدی
فصل دوازدهم: سلول‌های خورشیدی سیلیکونی