تولید برق از انرژی خورشیدی به روش مستقیم را فوتوولتاییک می نامند. در این روش مستقیما نور خورشید توسط جمع کننده های نوری به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و نیازی به سیکل های واسطه نیست. جمع کننده های خورشیدی را به اصطلاح صفحه های فوتوولتاییک یا پنل های خورشیدی یا سلول های خورشیدی می نامند.

سیستم های فتوولتائیك

   سیستم های فتوولتائیکی (pv) كه در اصل برای كاربردهای فضایی ابداع و تكمیل شده بودند و انرژی نوری را مستقیما به انرژی الكتریكی تبدیل می كنند. اصل مقدماتی در این تكنولوژی پدیده” فتوالكتریك “ است كه اولین بار بوسیله انیشتین مطرح شد. همیشه وقتى سخن از انیشتین به میان مى آید، ذهن هامتوجه نظریه نسبیت و پیامدهاى انقلابى آن در فیزیك مى شود. اما كمتر كسى این نكته را به خاطر مى آورد كه اینشتین همانطور كه در اولین انقلاب علمى قرن بیستم یعنى نظریه نسبیت سهیم بود، در انقلاب دیگر یعنى فیزیك كوانتومى نیز نقش بسزایى داشت. حتى جایزه نوبل هم به خاطر مقاله «اثر فتوالكتریك » كه تاییدى بر كوانتومى بودن نور بود، به او اهدا شد. بر اساس این پدیده وقتی كه یك كوانتوم انرژی نوری یعنی یك فوتون در یك ماده نفوذ می كند، این احتمال وجود دارد كه بوسیله الكترون جذب شود. و الكترون انتقال پیدا می كند.

   انیشتین به مناسبت توضیح پدیده فوتوالكتریك جایزه نوبل سال 1921 فیزیك را دریافت كرد. نظریه فوتونى او نه فقط نور بلكه سراسر طیف موج هاى الكترومغناطیسى از موج هاى گاما تا موج هاى بسیار بلند را دربرمى گیرد و توضیح مى دهد. سلولهای فتوولتائی یا سلول های خورشیدی–كریستال هایی هستند كه از لایه های نازك از جنس نیمه هادی (سیلیكون و آرسینورگالیم) ساخته شده اند. سلول هایی كه از سیلیكون ساخته می شوند از لحاظ تئوری بازده ماكزیمم حدود 22 درصد دارند. ولی بازده عملی آن حدود 15 تا 18 درصد است. در صورتی كه بازده عملی سلول هایی كه از آرسینورگالیم ساخته می شود بیشتر از 20 درصد است. این كریستال ها خصایص الكترونیكی متفاوت دارند و این امر موجب پیدایش میدان های الكتریكی در درون آن ها می شود. هنگامی كه نور وارد كریستال می شود، الكترون هائی كه بوسیله نور تولید می شوند بوسیله این میادین جدا می شوند و اختلاف پتانسیلی بین وجوه بالایی و پائینی سلول بوجود می آید. در صورتیكه مدار كامل شود آنگاه این اختلاف پتانسیل جریان مستقیمی را بوجود می آورد.

   سیلیسیم یك نیمه هادی است كه بطور خالص ازنظر هدایت الكتریكی هادی ضعیفی است ولی اگر در موقع پالایش، به آن فسفر اضافه شود بار منفی (الكترون) پیدا كرده و در صورتیكه بور اضافه شود بار مثبت (حفره) پیدا می كند. نوع اول را سیلیسیم نوع N و نوع دوم سیلیسیم نوعP می نامند. می دانیم كه سیلیسیم دارای 4 الكترون در مدار خارجی خود می باشد. هنگامی كه تعدادی اتم فسفربداخل كریستال سیلیسیم وارد شود با توجه به اینكه فسفر دارای 5 الكترون در مدار خارجی خود است، 4 الكترون مدار خارجی فسفر با 4 الكترون مدار خارجی سیلیسیم یك مدار بوجود آورده و باین ترتیب یك الكترون بصورت آزاد باقی مانده یعنی سیلیسیم با بار منفی باردار شده و نیمه هادی نوع N بوجود می آید. از طرفی اگر بجای فسفر از اتم بوركه دارای 3 الكترون در مدار خارجی دارد استفاده شود،حفره هائی كه مثل الكترون قابلیت حركت دارند ایجاد شده و سیلیسیم بطور مثبت باردار می شود، یعنی نیمه هادی نوع P بوجود می آید. حال یك اتصال P-N بوجود آورده در طرف نوع P حفره های آزاد و اتمهای بور با بارمنفی ساكن اند و در طرف نوع N الكترون های آزاد و اتمهای فسفر با بار مثبت وجود دارند.حال اگر یك فوتونبا اتصال P-N برخورد كند الكترون را از اتم سیلیسیم جدا كرده و در نتیجه حفره بوجود می آورد. حفره مزبور تحت تاثیر میدان موجود بسمت ناحیه P و الكترون بسوی ناحیه N حركت كرده و این دو حركت مخالف با بارهای مختلف، یك جریان الكتریكی بوجود می آورند. با اتصال كنتاكتهائی به رویه های قطعات نیمه هادی، مداری تشكیل می شود كه اجازه برگشت الكترونها را به اتصال نوع P از میان یك بار خارجی می دهد شكل زیر دیاگرام شماتیكی یك اتصال P-N را نشان می دهد.

   بر حسب نوع سیلیکون کریستالی استفاده شده، می توان سلول های خورشیدی را به سه دسته عمده تقسیم بندی نمود:

1. یک کریستالی

1. چند کریستالی

1. بی شکل

مزایای استفاده از سیستم های فتوولتاییکی:

1. امکان نصب و راه اندازی نیروگاه فتوولتائیک بسیار ساده و سهل الوصول است.

2. برخلاف صور دیگر نیروگاههای خورشیدی، سیستم های فتوولتائیک انرژی حاصل از تابش را مستقیما و بدون واسطه های مکانیکی تبدیل به انرژی الکتریکی می نماید.

3. امکان استفاده از این نوع انرژی خورشیدی در مقیاسهای کوچک و بزرگ امکان پذیر می باشد(از حدود میلی وات تا چندین مگاوات)

4. قابلیت استفاده در مکانهای شهری و روستایی را دارا می باشد.

5. با توجه به نیاز مصرفی در هر نقطه که امکان بهره برداری از این سیستم وجود داشته باشد قابل نصب و راه اندازی است.

6. زمان اجرای پروژه های فتوولتائیک با توجه به صورت دیگر انرژی های پاک مانند باد، ژئوترمال، سهموی خطی، دریافت کننده مرکزی و ... بسیار کوتاه بوده که این خود قابلیت انعطاف سیستم را بیش از پیش هویدا می سازد.

7 .هزینه های انتقال خط به نقاط دور از دسترس شبکه سراسری و همچنین پیک سایی و جلوگیری از افت توان در شبکه انتقال را باعث می گردد.

اهم فعالیت های انجام شده در زمینه انرژی خورشیدی در ایران

1- نیروگاه فتوولتائیك متصل به شبكه در طالقان واقع در 120کیلومتری غرب تهران و در منطقه ای كوهستانی با توان30 کیلووات

تاریخ بهره برداری: سال 1381

2 -نیروگاه فتوولتاییک معلمان سمنان به ظرفیت 100 کیلووات

تاریخ بهره برداری:1374

3- نیروگاه حرارتی خورشیدی از نوع سهموی خطی موقعیت جغرافیایی: شهر شیراز

ظرفیت: 250 کیلووات

4 -نیروگاه فتوولتاییك دربید یزد به ظرفیت 12 کیلووات

تاریخ بهره برداری:سال 1379

جهت بهره برداری 15 خانوار روستایی

برق رسانی روستایی

   در برنامه اول 58 خانوار روستایی برق رسانی شده اند و در برنامه دوم در دستور کار 634 خانوار روستایی قرار دارند که در مرحله ی انجام می باشد.