در این مقاله یک نیروگاه انرژی خورشیدی که قادر به تولید برق و حرارت می‌باشد شرح داده شده است . مشکل انتخاب سلول خورشیدی (مبدل فتو الکتریک) که یک عامل بسیار موثر در تمرکز بالا و جذب اشعه‌های خورشیدی می‌باشد مورد برسی قرار گرفته ‌است .همچنین نحو انتخاب یک سیستم انعکاس مطلوب تابشی برای سلول‌های خورشیدی دو طرفه و سیستم حذف حرارت تولید شده (سیستم خنک‌کننده) نشان داده شده ‌است . نتایج آزمایشات نیز ارائه شده ‌است .

امروزه منابع معدنی و هیدروکربنی محدود شده ‌است، بنابراین ما با مشکل  پیشگیری از  بحران قریب الوقوع انرژی و همچنین اختلال در اقتصاد ملی و امنیت انرژی تحت شرایط فوق در کشور مواجه هستیم. یکی از راه‌حل‌های این مشکل جهانی استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر می‌باشد.

گسترده‌ترین و در دسترس‌ترین انرژی تجدیدپذیر موجود، انرژی خورشیدی است که در سال حدود 10¹⁸ کیلووات ساعت به زمین می‌رسد. بنابراین تبدیل انرژی خورشیدی با استفاده از مبدل‌های فتو الکتریک بسیار امیدوار کننده است. در سال 2008 با دو برابر شدن تولید سلول‌های خورشیدی، 3.7 گیگاوات  انرژی تولید گردید . در عین حال لازم بذکر است که ویژگی‌های این سیستم‌ها که فقط از مبدل‌های فتو الکتریک یا حرارتی استفاده می‌کنند به سرعت در حال اشباع شدن است. طبق قوانین توسعه یک سیستم فنی این بدان معنی است که منحنی مربوطه به نقطه اشباع رسیده است.

بر اساس این حقیقت، سیستم‌های جدید که هر دو نوع تبدیل را همزمان انجام می‌دهند(جایگزین نیروگاه‌های سنتی) مورد توجه کارشناسان واقع شده ‌است. بنابراین متخصصین موسسه الکتروتکنیک روسیه (REI) کارهای علمی و مطالعاتی زیادی در زمینه امکان طراحی یک نیروگاه ترکیبی بر اساس سلول‌های خورشیدی چند پیوندی سیلیکونی (SVSCS) با ولتاژ بالا انجام داده‌اند، فناوری که قبلا توسعه داده شده بود. 

ویژگی‌های نیروگاه‌های خورشیدی

نیروگاه‌های خورشیدی که هر دو انرژی الکتریکی و حرارتی را تولید می‌کنند در حال حاضر مورد توجه واقع شده است با توجه به این واقعیت است که متخصصین سعی در پیدا کردن روش‌هایی برای افزایش بازده تبدیل انرژی خورشیدی و پایین آوردن هزینه‌های تمام شده تولید انرژی و همچنین بهره برداری از نیروگاه، دارند. در این حالت بازده تولید برای هر یک از انرژی‌ها در مقایسه با نیروگاه‌هایی که برق یا حرارت را به صورت جداگانه تولید می‌کنند، تا حدی کاهش می‌یابد.
عناصر اصلی ساختار نیروگاه‌های ترکیبی، مبدل‌ فتو الکتریک (سلول‌های خورشیدی)، متمرکزکننده انرژی خورشیدی و قسمت حرارتی نیروگاه می‌باشند، همچنین قسمت الکتریکی نیروگاه بهمراه سیستم کنترل آن نیز بسیار مهم می‌باشد. در این مقاله به تمامی عناصر و قسمت‌های فوق الذکر در نیروگاه پرداخته‌ شده است . با این حال دو مورد آخر با استفاده از واحدهای استاندارد (تولید شده توسط صنعت) طراحی شده‌اند که در اینجا شرح داده نشده‌اند.

مبدل‌های فتو الکتریک (سلولهای خورشیدی)

هنگام تجزیه و تحلیل این مسئله که آیا امکان طراحی نیروگاه ترکیبی وجود دارد، تصمیم گرفتیم از مبدل‌های فوتو الکتریک چند منظوره (سلول‌های خورشیدی) با یک اتصال عمودی p – n استفاده کنیم.

این مبدل‌های فوتوالکتریک به دلیل ویژگی‌هایشان مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها می‌توانند در دماهای بالاتر کار کنند و کارایی خود را حفظ کنند. علاوه بر این، میتوان با سیستم خنک‌کننده جریان اجباری (forced ooling) از SVSC ها در غلظت‌های بالا (20-30 بار) استفاده کرد.

این امر امکان افزایش کارایی قسمت حرارتی نیروگاه که وابسته به دماست را فراهم می‌کند . این نوع سلول‌های خورشیدی متشکل از مجموعه‌ای از اتصالات p – n است که بصورت سری به هم متصل می‌شوند و به موازات هم تا انتهای اتصال p – n قرار می‌گیرند.

قوانین فیزیکی عملکرد اتصال p – n به صورت زیر می‌باشد.

اگر سلول خورشیدی مسطح باشد، ولتاژی تولید می‌کند که مربوط به یک اتصال p – n است در صورتی که در یک سلول خورشیدی چند پیوندی، ولتاژ N برابر بیشتر می‌باشد (تعداد اتصالات p – n متصل به صورت سری است) و همچنین جریان با مساحت یک اتصال p – n تعیین می‌گردد چراکه سلول‌ها به صورت سری متصل می‌شوند.

این ویژگی‌های مبدل‌های فوتو الکتریک امکان تولید ولتاژ خروجی بالاتر و در نتیجه کاهش تلفات الکتریکی در هادی‌های متصل شده را فراهم می‌کند.

از مزایای دیگر سلول‌های خورشیدی چند پیوندی دو طرفه بودن آن است. هر دو طرف تحت تابش قرار می‌گیرند و راندمان و سایر پارامترهای الکتریکی هر طرف کاملاً یکسان است.

بازده مورد انتظار این نوع سلول خورشیدی حدود 20٪ است. از آنجایی‌که هیچ تماسی در سطوح دریافت کننده وجود ندارد و هیچ مشکلی از نظر مقاومت نشتی وجود ندارد، سلول خورشیدی میتواند با غلظت بالایی از تابش کارکند (تمرکز نور بالا). در این بین، ساختار جدید سلول خورشیدی پوشش داده شده با لایه‌های اضافی نانو پیشنهاد شده است. فناوری این سلول خورشیدی توسعه یافته و ثبت اختراع شده است.

برای مطالعه بیشتر در این زمینه می‌توانید از این لینک استفاده کنید: دانلود مقاله نیروگاه خورشیدی