سلول فوتوولتاییک (Photovoltaic Cell)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سلول فوتوولتاییک (Photovoltaic Cell) :
سلول فوتوولتاییک (یا سلول خورشیدی) قطعه ای است که نور را مستقیما به انرژی الکتریکی (ولتاژ و جریان DC) تبدیل می کند. این قطعه بر اساس اثر فوتوولتاییک کار می کند که در آن فوتون های نور باعث ایجاد جفت الکترون-حفره در یک نیمه هادی می شوند و میدان الکتریکی داخلی در پیوند PN این بارها را از هم جدا کرده و جریان را در مدار خارجی به جریان می اندازد. برخلاف فوتودیود که معمولا در بایاس معکوس به کار می رود، سلول فوتوولتاییک بدون بایاس خارجی (حالت فوتوولتاییک) کار می کند و خود منبع تغذیه است.
سلول های خورشیدی معمولا از سیلیکون (کریستالی یا آمورف) ساخته می شوند، اما مواد دیگری مانند گالیم آرسناید (GaAs) و تلورید کادمیوم (CdTe) نیز برای کاربردهای خاص استفاده می شوند. مهم ترین پارامتر یک سلول خورشیدی بازده آن است که درصد توان نور خورشید تبدیل شده به توان الکتریکی را نشان می دهد. بازده سلول های تجاری سیلیکونی معمولا بین ۱۵٪ تا ۲۲٪ است.
منحنی مشخصه جریان-ولتاژ (I-V) یک سلول خورشیدی نشان می دهد که نقطه ای به نام "نقطه حداکثر توان" (MPP) وجود دارد که در آن سلول بیشترین توان را تولید می کند. برای استخراج حداکثر توان، از مدارهای الکترونیکی به نام ردیاب نقطه حداکثر توان (MPPT) استفاده می شود.
مزایا:
تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر.
بدون قطعات متحرک و نویز، با عمر طولانی.
قابلیت استفاده در مقیاس های مختلف (از ماشین حساب تا نیروگاه).
معایب:
بازده نسبتا پایین (در مقایسه با سایر روش های تولید انرژی).
هزینه اولیه بالا.
تولید انرژی وابسته به نور خورشید و شرایط آب و هوایی.
\[ P_{max} = V_{oc} \cdot I_{sc} \cdot FF \]که
\[ V_{oc} \]ولتاژ مدار باز،
\[ I_{sc} \]جریان اتصال کوتاه و
\[ FF \]ضریب پری (Fill Factor) است.
کاربردها: تولید برق در نیروگاه های خورشیدی، تأمین انرژی ماهواره ها و فضاپیماها، شارژ باتری در دستگاه های قابل حمل (چراغ های باغی، ماشین حساب)، و سیستم های برق اضطراری.
