خوش آمدید

چندی پیش دانشمندان انگلیسی تصمیم گرفتند این راز بزرگ را حل کنند که چرا مردم بعضی کشورها بیشتر برنده جایزه نوبل می‌شوند. بعد از مطالعه روی 22 کشور آنها متوجه شدند، کشورهایی که مردم آن به میزان زیادی شیر و محصولات لبنی مصرف می‌کنند، بیشتر از مناطق دیگر جهان برنده این جایزه بسیار ارزشمند می‌شوند. سال گذشته هم تحقیقاتی در نشریات پزشکی انگلستان به چاپ رسیده بود که ادعا می‌کرد رابطه معناداری بین مصرف شکلات در بین مردم یک کشور و تعداد جایزه‌های نوبل که دانشمندان آن کشور برنده شده‌اند، وجود دارد. به نظر می‌رسد وجود مقادیر زیاد فلاونوئیدها در شکلات باعث افزایش قدرت مغز و توانایی تجزیه و تحلیل آن مي‌شود. همان‌طور که می‌دانید شیر یکی از مواد اصلی تشکیل‌دهنده شکلات است، بنابراین می‌توان گفت مصرف زیاد مواد لبنی است که می‌تواند به افزایش بهره هوشی کودکان و جوانان کمک کند، برای مثال کشور سوئد نسبت به جمعيت 10 میلیونی خود دارای بیشترین تعداد جایزه نوبل است. در عین حال مردم این کشور بیشترین مصرف سرانه شیر در جهان را دارند، به طوری که هر سوئدی در هر سال 340 کیلوگرم شیر و محصولات لبنی مصرف می‌کند. مردم کشور سوئیس هم دارای مصرف سرانه 300 کیلوگرم شیر در سال هستند و مانند سوئدی‌ها تعداد زیادی از جوایز نوبل را از آن خود کرده‌اند. در عوض کشور چین کمترین تعداد جایزه نوبل را به نسبت جمعیت خود به دست آورده و در عین حال کمترین مصرف سرانه شیر را در بین کشورهای مطالعه شده به خود اختصاص داده است. مردم این کشور هر سال کمتر از 25 کیلوگرم شیر در سال مصرف می‌کنند.

آیا تابحال از خود پرسیده اید که چگونه می توان سبزیجات را طوری آماده کرد که مواد غذایی مفید آنها تا حداکثر ممکن حفظ شوند؟ پاسخ دادن به این سوال ساده نیست، زیرا پختن موجب بالا رفتن میزان مواد غذایی در بعضی از سبزیجات و کمتر شدن و از بین رفتن بعضی از مواد در سبزیجات دیگر می شود.

 داون جکسون بلاتنر، متخصص تغذیه که در شیکاگو طبابت می کند می گوید: «بعضی از محصولات اگر پخته نشوند مواد غذایی بیشتری دارند، در حالیکه انواع دیگری هستند که باید آنها را حرارت دهید تا بهترین مواد آنها بیرون بیایند.» از مارچوبه گرفته تا گوجه فرنگی، در اینجا به گزیده ای از سبزیجات اشاره می کنیم.

مارچوبه

بهترین نحوه مصرف: پخته

بخار دادن به مارچوبه پتانسیل ضد سرطانی آن را برمی افروزد.

چغندر

بهترین نحوه مصرف: خام

چغندر بعد از پخته شدن بیش از 25 درصد فولیک اسید خود را از دست می دهد. مصرف آن به صورت خام موجب حفظ ترکیب مغزی آن می شود.

بروکلی

بهترین نحوه مصرف: خام

حرارت دادن موجب غیرفعالسازی آنزیم میروسیناز در بروکلی می شود. این آنزیم به پاکسازی کبد از مواد سرطانزا کمک می کند.

قارچ

بهترین نحوه مصرف: پخته

حرارت دادن قارچ – به صورت سرخ کردن، جوشاندن، کباب کردن یا برشته کردن – پتاسیم عضله ساز بیشتری می آورد.

پیاز

بهترین نحوه مصرف: خام

فقط آن را ببرید و بخورید: وقتی پیاز را می پزید آلیسین ضد-گرسنگی کمتری از آن دریافت می کنید.

فلفل دلمه ای قرمز

بهترین نحوه مصرف: خام

ویتامین ث آن با برشته کردن، سرخ کردن یا کباب کردن تا بیش از 375 درجه فارنهایت، شکسته می شود. 

اسفناج

بهترین نحوه مصرف: پخته

آن را بپزید و بخورید و بدین ترتیب کلسیم، آهن و منیزیم بیشتری جذب کنید.

گوجه فرنگی

بهترین نحوه مصرف: پخته

غافلگیر شدید؟! بله، وقتی گوجه فرنگی را می پزید، بدنتان لیکوپین ضدسرطان بیشتری از آن جذب می کند.

هرسال که به نوروز نزدیک می شویم معمولا اخباری در رسانه ها منتشر می شود که جنبه عمومی وویژه داشته وانبساط خاطر خوانندگان را بدنبال داشته باشد.

تسنیم نوشت، خواستیم از حال وهوای سیاست ،چهارشنبه سوری ،ارزو دلار وقیمت های نجومی پراید وپژو خارج شویم وموضوع کالاهای وارداتی غیرضروری وشاید هم خنده دار وتعجب آور را بررسی کنیم.سری به گمرک وآمارمنتشره واردات کالاها در سال 1391را زیر ورو کردیم وآمارواطلاعات جالبی را بدست آوردیم.
 
دریکی دو ماهه اخیر وقتی که موضوع کمبود وگرانی دارو مطرح شد ،وزیر معزول بهداشت خبر از واردات زین اسب وغذای سگ وگربه واختصاص ارز دولتی برای واردات دها قلم کالای غیرضرورداده بود.دربررسی آمارواردات طی سالی که درروزهای پایانیش هستیم با نام  کالاهایی روبرو شدیم که دانستن نام وموضوع آنها برای شما خالی ازلطف نمی تواند باشد:

* نیم تن مارمولک (کد تعرفه 01062090)

* 740 تن آدامس (کد تعرفه 17041000)

* بیش از یک میلیون تن آدامس(کد تعرفه 21069085)

* 500کیلو غذای سگ و گربه (کد تعرفه: 23091000)

* 17 تن غذای ماهی آکواریومی ( کد تعرفه 23099020 و 23099010)

*9 هزار تن شن و ماسه (کد تعرفه: 25061090و 25061010 و25059000 ).

* 5 هزار تن "خاک" رس!!!!!!( کد تعرفه: 25070090) خاک کیلویی 500-600 تومان!

* نیم تن قلوه سنگ!!!!( کد تعرفه: 25171010).

* 12 و نیم هزار تن کود حیوانی هر کیلو 400 تا 5 هزار تومان(کد تعرفه:31010000)

* نیم تن فرآورده هایی برای آرایش لب  با کد تعرفه 33041000

*125 هزار کیلو ریمل یا فرآورده های برای آرایش چشم (کد تعرفه 33042090)

* 221 تن مرگ موش (کد تعرفه: 38089919)

* 973 تن در بطری پلاستیکی (کد تعرفه: 39235000)

* نیم تن محافظ بهداشتی (کد تعرفه 40141000)

* یکهزار و 400 تن خاک اره (کد تعرفه 44013900)

* 3 هزار تن ذغال چوب (کد تعرفه: 44029000)
 
* 142 تن دستمال کاغذی (کد تعرفه 48182000)

* 2 تن دفتر مشق(کد تعرفه 48202000)

* 3 هزار تن پشم (کد تعرفه: 51052100 و 51051000 و 51012100)

* 6 تن کراوات (کد تعرفه: 62159000)

* 22 تن عصا(کد تعرفه 66020000)

* 26 تن کلاه گیس (کد تعرفه 67041100 و 67049000)

* نیم تن موی انسان (کد تعرفه 67030000)

*یک تن ریش و ابروی مصنوعی(کد تعرفه 67041900)

* نیم تن نطفه نا معلوم و اسپرم گاو(کد تعرفه 05119910 و 05111000 وارد شده در تمامی ماه های امسال)

* واردات 15 تن پیاز و موسیر(کد تعرفه 07031000 وارد شده در اردیبهشت امسال)

* 115 تن استخوان و استخوان توی شاخ و روده(کد تعرفه05069000 و 05040000)

* 27 تن حلزون و صدف دو کپه ای (کد تعرفه 03072900 و 03073900)

* 2 هزار تن سگ ماهی (کد تعرفه 03038900)

*182 تن ماهی آکواریوم(کد تعرفه: 03011900 و 03011100)

* 63 تن شیشه شربت-دارو (کد تعرفه 70109080)

* 6 تن چشم مصنوعی (کد تعرفه 70189010)

* 500 تن میخ (کد تعرفه 73170000) + 338 تن میخ پرچ (کد تعرفه 76161010)

* 26 هزار تن پیچ و مهره (کد تعرفه 73181290 و 73181210 و 73181190 و 73181410و 73181390)

* 205 تن سنجاق قفلی (کد تعرفه: 73194000)

* 500 تن کلنگ(کد تعرفه: 82013000)

* 820 تن بیل (کد تعرفه 82011000)

* 2 هزار و 200 تن اره دستی و نواری (کد تعرفه 82024000 و 82023900 و 82022000و 82021000)

* 800 تن مداد تراش(کد تعرفه 82141010).

سلول خورشیدی یکی از عباراتی است که بسیار آن را می شنویم و همیشه به عنوان یکی از راه حل های دنیای آینده برای تامین انرژی روی آن تاکید می شود. اما در قدم اول لازم نیست آن را چیز چندان پیچیده ای بدانیم. حتما شما ماشین حساب های با سلول خورشیدی را دیده اید. ابزارهایی که هیچ گاه به باتری و چیزهایی مانند این نیازی پیدا نمی کنند و دکمه خاموش و روشن هم ندارند. تا زمانی هم که نور کافی در محیط باشد، آنها برای همیشه به کار خود ادامه می دهند. شاید هم پنل های بزرگتر خورشیدی را دیده باشید. مثلا روی علائم و تابلوهای جاده ای و چراغ های سه رنگ راهنمایی سر چهارراه ها. 

اگر چه این پنل های بزرگتر در دور اطراف ما همانند ماشین حساب های خورشیدی زیاد نیستند و عمومیت ندارند، اما اگر بدانید کجا دنبال آنها بگردید، به راحتی می توانید یکی از آنها را ببینید. در حقیقت ابزارهای فتو ولتائیک که زمانی منحصرا در فضا و برای تامین نیروی سیستم های الکتریکی ماهواره ها مورد استفاده قرار می گرفتند (از سال ۱۹۵۸) روز به روز استفاده های معمولی و ساده تری پیدا می کنند. تکنولوژی همیشه راه خود را به ابزارهای بیشتری باز می کند، از عینک های افتابی گرفته تا ایستگاه های شارژ ماشین های الکتریکی. 

و اکنون چند دهه است که انسان با امید به یک «انقلاب خورشیدی» و ایده اینکه روزی ما خواهیم توانست تمام انرژی الکتریسیته مان را از خورشید تهیه کنیم، زندگی می کند. این یک وعده اغوا کننده است، زیرا در یک روز روشن و آفتابی، امواج خورشید تقریبا ۱۰۰۰ وات برمتر مربع انرژی را روی سطح زمین رها می کنند. اگر روزی بتوانیم تمام این انرژی را جمع آوری و مهار کنیم، نیروی لازم برای تمام خانه ها و ادارات ما به طور رایگان تامین خواهد شد. 

در این مقاله قصد داریم به توضیح چگونگی تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته توسط سلولهای خورشیدی بپردازیم. پس در ادامه مطلب با صبا آسا همراه باشید.

سلول های فتو ولتائیک: تبدیل فتون ها به الکترون ها

سلول های خورشیدی که در ماشین حساب ها و ماهواره ها می بینید، با نام سلول های photovoltaic یا «قدرت زای نوری» هم شناخته می شوند. این نام از آنجا نشات گرفته که photo به معنی نور و voltaic به معنی الکتریسیته است، این سلول ها قرار است که نور خورشید را مستقیما تبدیل به الکتریسیته کنند. یک ماژول از گروهی سلول های متصل الکتریکی تشکیل شده و در یک فریم قرار گرفته است که بیشتر به عنوان یک پنل خورشیدی شناخته می شود. این پنل ها در گروه های بزرگ آرایه های خورشیدی در کنار یکدیگر قرار می گیرند و همگی همانند یک جسم واحد عمل می کنند.

سلول های فتو ولتائیک از مواد ویژه ای ساخته شده اند که آنها را semiconductor یا نیمه رسانا می نامیم. از این مواد می توان به سیلیکون اشاره کرد که اکنون بسیار پرکاربرد است. در اصل هنگامی که نور با سلول برخورد می کند، مقدار مشخصی از آن توسط مواد نیمه رسانا جذب می شود. این یعنی انرژی جذب شده از نور به نیمه رسانا منتقل می شود. انرژی به الکترون های سست ضربه می زند و اجازه می دهد که آنها آزاد شده و به گردش در آیند. 

سلول های فتو ولتائیک همچنین دارای یک میدان الکتریکی هستند که به عنوان یک اجبار برای الکترون های آزاد شده توسط نور جذب شده عمل می کند و آنها را در جهت معینی به جریان می اندازد. این گردش الکترون ها یک جریان ایجاد می کند و با قرار دادن اتصال های فلزی در پایین و بالای سلول فتو ولتائیک می توانیم این جریان را برای مصارف مختلف بیرون بکشیم. این جریان، به همراه ولتاژ درون سلول ها (که در نتیجه میدان یا میدان های الکتریکی درونی سلول ایجاد می شود) قدرت یا ولتاژ تولیدی توسط یک سلول خورشیدی را تعریف می کنند. 

این فرآیند اساسی است که در یک سلول خورشیدی اتفاق می افتد، اما واقعیت بسیار پیچیده تر و بیشتر از آن است. در ادامه به شکل دقیق تر و عمیق تر نگاهی به یک سلول فتو ولتائیک می اندازیم: یک سلول سیلیکونی تک-کریستال.

چگونه سیلیکون تبدیل به سلول خورشیدی می شود؟

سیلیکون برخی خصوصیات شیمیایی ویژه و منحصر به فرد دارد. به ویژه اینکه در حالت کریستالی باشد. یک اتم سیلیکون ۱۴ لکترون دارد که در سه پوسته مختلف مرتب شده اند. دو لایه اول که دو و هشت الکترون دارند کاملا پر هستند. لایه یا پوسته بیرونی تنها نیمی از ظرفیتش با چهار الکترون پر شده است. اتم سیلیکون همواره به دنبال راهی است تا لایه آخر خود را کامل کند. و برای انجام این کار الکترون های خود را با چهار اتم کناری اش به اشتراک می گذارد. مانند اینکه هر اتم با اتم های کناری دست به دست هم داده و با چهار همسایه اش متحد شوند. این همان چیزی است که آن را ساختمان متبلور یا کریستالی می خوانند و این ترکیب است که در این نوع از سلول فوتو ولتائیک اهمیت فراوانی پیدا می کند. 

تنها مشکل این است که سیلیکون کریستالی خالص رسانای الکتریسیته ضعیفی است، زیرا بر خلاف مواد رسانایی همچون مس، هیچ یک از الکترون های آن برای انتقال الکتریسیته آزاد نیستند. برای حل این مشکل، سیلیکون مورد استفاده در سلول خورشیدی با برخی اتم های دیگر ترکیب شده و ناخالصی موجود کمی شیوه کار اتم های سیلیکون را تغییر می دهد. سیلیکون را با تعداد کمی اتم های فسفر تصور کنید. شاید یک اتم به ازای هر یک میلیون اتم سیلیکون. فسفر در لایه بیرونی خود بر خلاف ۴ الکترون سیلیکون، ۵ الکترون دارد. اما هنوز با سیلیکون های همسایه اش باند شده و تشکیل اتحاد می دهد. اما به شکلی منطقی، فسفرها هنوز یک الکترون آزاد دارند که به هیچ جا متصل نیست. و عضو هیچ اتحادی هم نیست. اما در هسته فسفر پروتون مثبتی قرار دارد که آن را در جای خود نگه می دارد. 

هنگامی که انرژی به سیلیکون خالص اضافه می شود، برای مثال به شکل فوتون، باعث می شود که برخی الکترون ها باندها و ارتباطات شان را شکسته و آزاد شوند. و در پس هر یک از این موارد شکست، یک حفره باقی می ماند. این الکترون ها «حاملان آزاد» نامیده می شوند و سپس به صورت تصادفی درون شبکه متبلور و کریستالی سرگردان خواهند بود و به دنبال حفره دیگری هستند تا درون آن افتاده و جریان الکتریکی را هدایت کنند. به هر صورت در سیلیکون خالص تعداد کمی از اینها وجود دارد که نمی توانند چندان مفید باشند. 

اما سیلیکون ناخالص همراه با اتم های فسفر داستان متفاوتی دارد. این ترکیب به انرژی بسیار کمتری نیاز دارد تا یکی از الکترون های اضافی فسفر را از دست دهد. زیرا آنها به جایی وصل نبوده و در اشتراک با دیگر اتم ها نیستند. در نتیجه بسیاری از این الکترون ها به سادگی می شکنند. در نتیجه نسبت به سیلیکون خالص، تعداد بسیار بیشتری حامل آزاد خواهیم داشت. فرآیند اضافه کردن ناخالصی را تغلیظ می نامند و هنگامی که این کار توسط فسفر انجام شود به سیلیکون تولید شده توسط این فرایند N-type می گویند که حرف n از کلمه negative گرفته شده است. زیرا این کار باعث از دست دادن الکترون می شود. سیلیکون تغلیظ شده N-type رسانای بسیار بهتری نسبت به سیلیکون خالص است. 

بخش دیگر سلول های خورشیدی معمول، سیلیکون تغلیظ شده با عنصر بور است. بور در لایه بیرونی خود تنها سه الکترون دارد. در این حالت سیلیکون تولیدی را P-type می نامند که از کلمه Positive گرفته شده است. زیرا این سیلیکون در لایه آخر خود جای خالی برای یک الکترون داشته و با جذب حامل ها بار مثبت پیدا می کند. 

حال بگذارید ببینیم هنگامی که این دو بخش در کنار هم قرار گرفته و به تعامل با هم می پردازند چه اتفاقی می افتد.

آناتومی یک سلول خورشیدی

اکنون می دانیم که دو بخش سیلیکونی ما به صورت مجزا ماهیت و طبیعت الکتریکی دارند. اما بخش جالب ماجرا وقتی شروع می شود که آنها را در کنار هم قرار دهید. زیرا بدون یک میدان الکتریکی، سلول کار نمی کند. و این میدان هنگامی شکل می گیرد که سیلیکون های P-type و N-type در ارتباط با هم باشند. ناگهان، الکترون های آزاد تمام حفره های خالی را پر می کنند؟ خیر. اگر چنین اتفاقی بیفتد، دیگر این دم و دستگاه چندان مفید و بدرد بخور نخواهد بود. البته درست در محل اتصال، آنها با هم ترکیب شده و یک سد می سازند. در نتیجه هر لحظه عبور الکترون ها از سمت N و رسیدن آنها به سمت P سخت تر و سخت تر می شود. سرانجام موازنه برقرار می شود. ما یک میدان الکتریکی مجزا در دو سو داریم. 

این میدان الکتریکی همچون یک «دیود» عمل می کند و به الکترون ها اجازه می دهد (و آنها را مجبور می کند) تا از سمت P به سمت N جریان پیدا کنند. اما در خلاف این جریان حرکتی نخواهیم داشت. این درست مانند یک تپه است که الکترون ها می توانند به راحتی از آن پایین بیایند (سمت N) اما امکان بالارفتن از آن را ندارند (سمت P). 

هنگامی که نور به شکل فوتون به سلول خورشیدی برخورد می کند، انرژی آن جفت های الکترون-حفره را از هم می شکند. هر فوتون با انرژی کافی معمولا می تواند یک الکترون را آزاد کند. اگر این اتفاق به اندازه کافی نزدیک به میدان الکتریکی باشد، یا اینکه الکترون و حفره آزاد شده سرگردان باشند، میدان الکتریکی موجود الکترون آزاد شده را به سمت N و حفره را به سمت P می راند. حال اگر یک مسیر جریان خروجی تهیه ببینیم، الکترون ها از سمت P به واحد الکتریکی جریان می یابند و کاری را که ما می خواهیم انجام می دهند. گردش الکترون ها تولید جریان می کند و میدان الکتریکی سلول باعث تولید ولتاژ می گردد. با جریان و ولتاژ، ما نیرو را خواهیم داشت که محصول هر دو است. 

البته هنوز برقی قطعات دیگر باقی مانده اند تا ما واقعا بتوانیم از سلول خورشیدی مان استفاده کنیم. سیلیکون ها مواد بسیار درخشانی هستند که می تواند قبل از اینکه فوتون ها کارشان را انجام دهد باعث بازتاب آنها شوند. 

یک پوشش ضد انعکاس لازم است تا تلفات را به حداقل برساند. مرحله آخر هم نصب چیزی است که از سلول ها در برابر محیط محافظت کند. این محافظ اغلب یک روپوش از طلق شیشه ای است. ماژول های فوتو ولتائیک معمولا از اتصال چندین سلول مجزا به یکدیگر برای دستیابی به سطح قابل قبولی از کاربردپذیری و میزان جریان و ولتاژ ساخته می شوند. و با قرار دادن آنها در یک فریم محکم و قوی به همراه ترمینال های مثبت و منفی داستان را کامل می کنند. 

اکنون این سلول فوتو ولتائیک ما چه میزان انرژی خورشید را جذب می کند؟ متاسفانه شاید این میزان چندان زیاد نباشد. برای مثال در سال ۲۰۰۶ اغلب پنل های خورشیدی تنها بازده ۱۲ تا ۱۸ درصدی داشتند. آنچه که امروزه به عنوان بهترین راندمان سلولهای خورشیدی مطرح می شود و رکوردی برای بازده است، ۴۰ تا 40.7 درصد است.

اتلاف انرژی در یک سلول خورشیدی

نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیس است. تشعشع الکترومغناطیس تک رنگ نیست و از دامنه ای از طول موج های مختلف تشکیل شده و در نتیجه سطوح انرژی متفاوتی دارد. 

نور را هم می توان به طول موج های گوناگونی تجزیه کرد که ما آن را به شکل رنگین کمان می بینیم. از آنجایی که سلول ما توسط فوتون هایی با دامنه انرژی های متفاوت مورد اصابت قرار می گیرد، لذا برخی از آنها انرژی لازم برای شکست پیوند الکترون-حفره را ندارند. آنها به سادگی از درون سلول می گذرند، درست انگار که از یک شیشه شفاف عبور کرده اند. در حالی که برخی دیگر از فوتون ها انرژی بسیار زیادی دارند. تنها میزان مشخصی از انرژی، که با الکترون ولت اندازه گیری شده (و میزان لازم برای مواد درون سلول ما هم مشخص است) می تواند بر الکترون های اتم های سیلیکون سلول خورشیدی ما اثر گذارد. ما این را band gap energy می نامیم. اگر فوتونی انرژی بیش از میزان لازم داشته باشد، پس انرژی اضافی هدر می رود. مگر اینکه فوتون انرژی دو برابر میزان مورد نیاز داشته و بتواند به طور همزمان دو الکترون را رها کند که این هم چندان زیاد نیست که معنی دار محسوب شود. به این صورت است که تقریبا ۷۰ درصد انرژی تابشی دریافتی توسط سلول ما در واقع تلف می شود و کارایی ندارد. 

چرا نمی توانیم موادی را انتخاب کنیم که band gap پایینی داشته باشند و از فوتون های بیشتری بهره ببریم؟ متاسفانه band gap ما توسط قدرت یا ولتاژ میدان الکتریکی مان هم محدود شده است و اگر بسیار پایین باشد، جریانی که توسط جذب فوتون های بیشتر تولید می شود، ولتاژ بسیار پایین تری تولید خواهد کرد. و شیوه کار فعلی بهینه ترین حالت ممکن برای تولید ولتاژ و جریان مناسب است. 

ما همچنین تلفات دیگری هم در این میان داریم. الکترون های ما توسط یک مدار بیرونی از یک سوی سلول به سوی دیگر جریان پیدا می کنند. ما می توانیم بخش پایینی را با فلز پوشانده و رسانایی مناسبی را تامین کنیم. اما اگر بخش بالایی را کامل بپوشانیم، آنگاه فوتون ها نمی توانند از درون رسانای مات عبور کنند و ما تمامی جریان را به کلی از دست می دهیم. در برخی از سلول های خورشیدی در بالا از رساناهای شفاف استفاده می شود. اگر هم نقاط تماس مان را در دیواره های سلول قرار دهیم. الکترون ها راه واقعا طولانی را لازم است برای رسیدن به نقاط تماس طی کنند. به خاطر داشته باشید که سیلیکون یک نیمه رسانا است و همانند فلز از پس عبور جریان بر نمی آید. و مقاومت داخلی آن نسبتا بالا است. و مقاومت بالا به معنی اتلاف انرژی بالا است. برای به حداقل رساندن این اتلاف، سلول ها را توسط شبکه فلزی می پوشانند که فاصله سفر الکترون ها تا نقاط تماس را به حداقل می رساند. البته این مورد هم باعث بلوکه شدن برخی فوتون ها می شود که اگرچه خیلی کم نیست، اما از مقاومت داخلی نیمه رساناها بسیار کمتر است. 

اکنون می دانیم که یک سلول خورشیدی چگونه کار می کند. اجازه دهید ببیینیم چگونه می توان انرژی یک خانه را با این تکنولوژی تامین کرد.

تامین انرژی خانه با سلول خورشیدی

برای تامین انرژی خانه مان با انرژی خورشیدی به چه چیزی نیاز داریم؟ اگر چه کار به سادگی نصب چند ماژول بر روی پشت بام خانه نیست. و البته چندان هم متفاوت با آن نیست. 

اول از همه، تمامی پشت بام ها جهت مناسب یا زاویه و شیب لازم برای استفاده کامل از نور خورشید را ندارند. سیستم های فوتو ولتائیک ثابت که امکان رهگیری نور خورشید را ندارد، باید در جهت مناسبی نصب شوند که بیشترین مدت روز و بیشترین مدت سال از نور مستقیم خورشید بهره مند شوند. البته هنگام نصب این نکته هم باید در نظر گرفته شود که شما می خواهید حداکثر برق را در صبح تولید کنید یا هنگام عصر آن را در اختیار داشته باشید. از خانه در زمستان بیشتر استفاده می شود یا تابستانه است. و مطمئنا پنل ها نباید توسط سایه درختان اطراف خانه یا خانه های همسایه ها پوشانده شوند. 

اگر هم پشت بام شما در جهت مناسبی قرار ندارد، اکنون لازم است درباره اندازه سیستم انتخابی تان تصمیم گیری کنید. این موضوع وقتی پیچیده تر می شود که حقایق دیگری را هم در داستان دخالت دهیم. مثلا اینکه تولید الکتریسیته بستگی به آب و هوا هم دارد که اصلا نمی توان آن را پیش بینی کرد. یا اینکه میزان مصرف الکتریسیته شما کاملا متغیر است. 

خوشبختانه این موانع به سادگی قابل حل هستند. اطلاعات هواشناسی به ما امکان سنجش میزان تابش ماهیانه خورشید را می دهند. همچنین دیگر فاکتورهای مهم چون روزهای بارانی، ابری و میزان رطوبت را هم برای مان پیش بینی می کنند. شما باید سیستم را بر اساس بدترین ماه طراحی کنید، پس از آن در تمام سال انرژی کافی و حتی اضافی در اختیار خواهید داشت. با در اختیار داشتن این اطلاعات و دانستن میانگین نیاز خانه تان، به راحتی می توانید محاسبه کنید که به چه تعداد ماژول فوتو ولتائیک نیاز دارید. همچنین باید در خصوص ولتاژ سیستم هم از همان ابتدا تصمیم گیری کنید. این چیزی است که با تعداد ماژولی که به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند کنترل می شود. 

البته در این میان مشکلاتی هم وجود دارند. اول از همه، هنگامی که خورشید نمی تابد باید چه کنیم؟

حل مشکلات سیستم تامین نیروی خورشیدی

زندگی کردن بر اساس حدس و گمان های یک هواشناس احتمالا چندان جذاب و خواستنی به نظر نمی رسد. اما شما چند گزینه اصلی دیگر را پیش رو دارید تا هنگامی که خورشید با شما همراهی نمی کند، از تامین انرژی لازم خانه تان اطمینان داشته باشید. اگر می خواهید کاملا ارتباط تان را با شبکه برق قطع کنید، اما به پنل های خورشیدی هم به طور کامل اعتماد ندارید، پس باید یک جانشین هم برای آنها داشته باشید. برای مثال می توانید از یک ژنراتور کوچک (موتور برق خانگی) استفاده کنید تا هنگام کم شدن برق پنل های خورشیدی به کمک تان بیاید. دومین راه حل استفاده از سیستم ذخیره انرژی به شکل باتری است. متاسفانه باتری ها می توانند هزینه و دردسر نگهداری زیادی را به سیستم فوتو ولتائیک وارد کند، اما در حال حاضر آن را می توان یک ضرورت دانست. 

یک راه حل دیگر اتصال خانه به شبکه برق شهری است. هنگامی که برق نیاز دارید، آن را می خرید و هنگامی که برق اضافی تولید می کنید آن را می فروشید. با چنین سیستمی شما در واقع از یک سیستم ذخیره بی انتها بهره می برید که هزینه نگهداری چندانی هم ندارد. البته این موضوع بستگی به قوانین و آیین نامه های دولتی و موقعیت مکانی شما هم دارد. 

در صورتی هم که تصمیم دارید از باتریها استفاده کنید، به خاطر داشته باشید که باتری به نگهداری و سرکشی دائمی و همچنین جایگزینی دوره ای نیاز دارند. پنل های خورشیدی معمولا عمر ۳۰ ساله دارند، اما عمر باتری ها بسیار کمتر است. از سویی هم به دلیل استفاده از الکترولیت های اسیدی باتری ها به تهویه خوب نیاز داشته و باید از فلزات دور نگه داشته شوند.

پیشرفت های تکنولوژی سلول خورشیدی

تا به اینجای کار بیشتر درباره شیوه کارکرد یک سلول خورشیدی یا سیستم فوتو ولتائیک معمولی صحبت کردیم. اما مشکلات و نگرانی ها در زمینه هزینه تمام شده و به صرفه نبودن این سیستم باعث شده که همچنان تحقیقات پایان ناپذیری در خصوص پیدا کردن راه های جدیدی برای مهار انرژی خورشید در جریان باشد تا به آن، امکان رقابت با دیگر منابع انرژی متداول را بدهد. 

برای مثال سیلیکون تک-کریستال تنها ماده مورد استفاده در سلول های فوتو ولتائیک نیست. سیلیکون های پلی کریستال هم محصول دیگری هستند که برای کاهش هزینه تولید، مورد استفاده قرار می گیرند. البته سلول های تولیدی به اندازه سیلیکون تک-کریستال بازده ندارند. دومین نسل تکنولوژی سلول خورشیدی را با نام سلول های خورشیدی فیلم-نازک می شناسیم. در این سلول ها راندمان قربانی شده، اما محصول تولیدی ارزان تر از کار در آمده و ساخت آن آسان تر شده است. و در نتیجه به طور کلی بازده بهتر می شود. این نسل جدید از سلول های خورشیدی را می توان از مواد مختلفی تولید کرد. از این مواد می توان به سیلیکون غیر متبلور، ارسنیک گالیوم، ایندیوم مس و تلوریوم کادمیوم اشاره کرد. 


یک استراتژی دیگر برای افزایش راندامان استفاده از دو یا چند لایه مختلف مواد با band gap های متفاوت است. به یاد دارید که بسته به ساختار، فوتون های با انرژی های مختلف را می توان جذب کرد. لذا با قرار دادن مواد با band gap بالاتر بر روی سطح می توان فوتون های با انرژی بالا را جذب کرد و فوتون های با انرژی کمتر را توسط لایه های پایین تر و مواد با band gap کمتر جذب کرد. این گونه کارایی و راندمان بسیار بهتر خواهد بود. به چنین سلول هایی، سلول چند تقاطعی می گویند. این سلول ها می توانند بیش از یک میدان الکتریکی داشته باشند. 

تکنولوژی فوتو ولتائیک متمرکز یکی دیگر از میادین کاری برای توسعه شیوه دریافت انرژی خورشیدی است. به جای شیوه ساده جمع آوری و تبدیل هر میزان از نور خورشید که به زمین می تابد و تبدیل مستقیم آن به الکتریسیته، در سیستم های فوتو ولتائیک متمرکز، از تجهیزات نوری اضافی همانند لنزها و آیینه ها استفاده می شود تا میزان بیشتری از انرژی خورشید برای راندمان بیشتر بر روی سلول های خورشیدی متمرکز شود. علاوه بر اینکه تولید این سیستم ها گران تر از کار در می آید، آنها برخی مزیت ها هم نسبت به سیستم های مرسوم دارند و همین باعث شده که تحقیقات همچنان بر روی آنها ادامه یابد. 

همه این نسخه های مختلف تکنولوژی سلول های خورشیدی توسط شرکت های مختلفی حمایت شده و آنها محصولات مختلفی را بر این پایه تولید می کنند. از هواپیماهای مجهز به پنل های خورشیدی تا ایستگاه های فضایی مجهز به سلول خورشیدی و کاربردهای روزمره ای چون پرده ها، لباس ها و کیس های کامپیوتر مجهز به سلول های فوتو ولتائیک. و حتی محققان همچنان به دنبال کشفیاتی جدید تر همچون سلول های خورشیدی اورگانیک هستند.

هزینه های انرژی خورشیدی

شاید تا اینجا شما هم ایده استفاده از انرژی خورشیدی را در سرتان پرورانده باشید. درست است که نور خورشید رایگان است، اما الکتریسیته تولیدی توسط سیستم های فوتو ولتائیک این گونه نیست. فاکتورهای زیادی در نصب سیستم های فوتو ولتائیک تاثیر دارند که مهم ترین آنها قیمت است. 

اولین سوال این است که شما در کجا زندگی می کنید. افرادی که در شهرها و مناطق آفتابی زندگی می کنند، مزیت های بیشتری داشته و انرژی بیشتری هم نسبت به مناطق ابری تولید خواهند کرد. البته قیمت تجهیزات اگر چه در مناطق مختلف متفاوت است، اما در همه جا مهم ترین گزینه است. 

اما بگذارید به قیمت بپردازیم. با توجه به قیمت های سال ۲۰۰۹، هزینه راه اندازی پنل های خورشیدی خانگی تقریبا ۸ تا ۱۰ دلار به ازای هر وات است. سیستم های بزرگ تر، هزینه بر وات کمتری دارند. اما این را هم باید به خاطر داشت که تقریبا هیچ سیستم انرژی خورشیدی پوشش ۱۰۰ درصدی را برای تان فراهم نمی آورد. لذا هنوز هم شما باید قبض برق را پرداخت کنید، اما میزان آن بسیار کمتر خواهد شد. 

البته سیستم های خورشیدی هنوز راه درازی دارند تا بتوانند با شرکت های توزیع برق رقابت کنند. اما به لطف تحقیقات و بهبود تکنولوژی قیمت ها دائما کاهش می یابند. و روزی خواهد آمد که سیستم های فوتو ولتائیک از نظر قیمت در مناطق شهری به صرفه خواهند شد. یکی از مشکلات کارخانه ها این است که حجم تولید باید بسیار بالا رود تا هزینه ها به صرفه شود. و فعلا چنین درخواستی برای فوتو ولتائیک وجود ندارد و قیمت هنوز به سطح رقابتی نرسیده است. اما جهان روز به روز بیشتر نگران مشکلات زیست محیطی پیش آمده توسط منابع انرژی معمول می شود و توجه بیشتری به انرژی های تجدید پذیر چون نور خورشید دارد. و در اینده این داستان جدی تر هم می شود.

داستان انرژی خورشیدی در ایران

تحقیقات روی انرژی های تجدید پذیر و به خصوص انرژی خورشید در ایران هم روز به روز جدی تر شده و اکنون به مرحله ای رسیده است که تولید پنل های خورشیدی هم در ایران انجام می شود. و جالب اینکه مراکز مختلفی هم به این کار مشغول هستند. از سوی دیگر، امسال از نظر حمایت دولتی هم یک نقطه عطف برای انرژی خورشیدی در ایران بود. 

طبق آیین نامه ها و قوانین فعلی هر کاربر خانگی در ایران اکنون می تواند از وام های خاص بانکی برای راه اندازی نیروگاه خورشیدی خانگی استفاده کرده و به تولید انرژی مورد نیاز خود بپردازد. و جالب تر اینکه وزارت نیرو، برق مازاد تولیدی را هم با قیمت مناسبی از کاربران خانگی خریداری می کند. اگر چه به عنوان یک درآمد بر روی این کار نمی توان فکر کرد، اما شاید بتواند گوشه ای از هزینه ها را جبران کند.

انسان در سفر و در طول مسیر، با دیدن آثار به جای مانده از پیشینیان، گذر زمان را حس می‌کند و می‌فهمد دنیا سرایی است فانی که آدمی تنها مدت زمانی کوتاه در آن است.

عالمان و عارفان بزرگ دینی هر کدام به نوعی و بنا به طرز فکر و سلیقه خویش از سفر سخن گفته‌اند و همگی آن را برای تهذیب نفس و عبرت‌آموزی و تکامل فرد دانسته‌اند. با توجه به آنکه تعطیلات عید فرصتی مناسب برای سفر کردن می‌باشد بد نیست اندکی بیشتر با جایگاه و ارزش دینی آن آشنا شده و با آگاهی بیشتری بدان اقدام نماییم.

سفر واژه‌ای است عربی و در لغت به معنی بیرون شدن از شهر خود و به محلی دیگر رفتن، قطع مسافت و پیمودن راهی از محلی به محلی دور آمده است.

غزالی در وجه تسمیه سفر گفته است: سفر را بدین سبب سفر می‌خوانند که پوشیده‌ها را کشف کند.

* اهمیت سفر

سفر از جمله موضوعاتی است که همه پرهیزکاران و اولیا الله اهمیت آن را گوشزد کرده‌اند، از جمله در این‌باره از پیامبر اکرم (صلی الله علیه و آله و سلم) منقول است که:

مسافرت کنید چه اگر در سفر نفع مالی عایدتان نشود از فوائد عقلی بهره مند خواهید شد».(مکارم الاخلاق ،ص124)

در دیوانی که به علی (علیه السلام) نسبت داده شده چنین آمده است:

برای نیل به تعالی و ترقی، از وطن‌های خود دور شوید و مسافرت کنید که درسفر پنج فایده است:

1ـ سفر باعث تفریح و انساط روح است و اندوه و آزردگی ها را برطرف می کند.

2ـ مسافرت یکی از راه ‌های تحصیل درآمد و تامین معاش است.

3ـ مسافرت وسیله فراگرفتن علم و تجربه است.

4ـ مسافرت به انسان آداب زندگی می‌آموزد.

5ـ آدمی در سفر با افراد بافضیلت و خلیق برخورد می‌کند و با آنان دوست می‌شود». (مستدرک 2 ، ص22)

در کنار این تأکیدات بر این امر نیز اشاره می‌نمایند که سفر نمودن باید همراه با هدف و نیت خاصی صورت پذیرد و الا بی‌فایده خواهد بود:

رسول اکرم (صلی الله علیه و آله و سلم) در وصایای خود به علی (علیه السلام) فرموده‌اند: سزاوار نیست انسان عاقل به سفر برود مگر برای سه منظور:

1- برای تجارت و تحصیل درآمد و اصلاح معاش

2- برای نیل به کمالات معنوی و تعالی روح و ذخیره ی معاد

3- برای تفریح و تفرّج و جلب لذایذ مباح. (وسائل، ج 3 ، ص177)

مسافرت با هر قصد و نیتی انجام پذیرد سبب می‌گردد انسان تجربیات بیشتری به دست آورده و دانشی مضاعف نسبت به محیط پیرامون خویش کسب نماید.

انسان در سفر و در طول مسیر و با دیدن آثار به جای مانده از پیشینیان، گذر زمان را حس کرده و با تمام وجود درک می‌کند دنیا سرایی است فانی که آدمی تنها مدت زمانی کوتاه در آن زندگی خواهد کرد و روزی ـ هم‌چون سایر اقوام و مردمان ـ به دیار باقی می‌رود.

انسان با دیدن آثار به جای مانده از تمدن‌های گذشته به این امر وقوف می‌یابد که تنها در صورتی می‌توان جاودانه در دنیا ماند که نام و یادی نیک از خود به جای گذارد. چه بسیار افرادی که سال‌هایی دراز در این جهان زیسته‌اند ولیکن اکنون حتی نامی نیز از آنان باقی نمانده است. چه بسیار حاکمان و قدرتمندانی که به دلیل ظلم و جور و تجاوز به مردمان تنها لعن و نفرین برای خود به جای گذاشته‌اند.

انسان با بصیرت با دیدن این آثار و نشانه‌ها قدر عمر خویش را دانسته و تلاش می‌کند با کارهای نیک و شایسته ماندگاری خویش در تاریخ و اذهان را رقم زند و نامی خوش از خویش به یادگار گذارد. از این روست که در قرآن به مۆمنان سفارش می‌نماید در زمین گردش کنند که در آن عبرتی برای صاحبان خرد و اندیشه است:

«قُلْ سِیرُوا فِی الْأَرْضِ فَانْظُرُوا کَیْفَ کانَ عاقِبَةُ الَّذِینَ مِنْ قَبْل ... ». (روم.42)

سفر در طبیعت و دیدن آیات قدرت خداوندی آدمی را بیش از پیش با آفریدگار خویش مأنوس می‌سازد. از این رو خداوند در قرآن یکی از علل سفر کردن را اینگونه نام می‌برد:

«قُلْ سِیرُوا فِی الْأَرْضِ فَانْظُرُوا کَیْفَ بَدَأَ الْخَلْقَ ثُمَّ اللَّهُ یُنْشِئُ النَّشْأَةَ الْآخِرَةَ إِنَّ اللَّهَ عَلى‏ کُلِّ شَیْ‏ءٍ قَدِیرٌ»؛ بگو: در زمین بگردید و بنگرید چگونه آفرینش را آغاز کرده است سپس (باز) خداست که نشئه آخرت را پدید مى‏آورد خداست که بر هر چیزى تواناست. (عنکبوت/20)

خداست که کوه، آسمان، دریا، زمین و تمام زیبایی‌های درون آن را خلق کرده است. بی اذن و اراده او هیچ موجودی تاب زندگی ندارد و نظام آفرینش با تدبیر او استوار و پابرجاست. دیدن این همه شکوه و زیبایی و نظم و استواری به انسان یادآوری می‌کند که قدرت تنها و تنها در دستان اوست و جز او از کسی نباید خوف و هراسی به دل راه داد. انسان عاقل می‌داند که جز در برابر چنین قدرتی نباید خضوع کرد و جز او نباید دل به کسی بست که هر کس با هر قدرتی، هر آنچه دارد در دستان اوست و اگر او بخواهد به آنی از کفش خواهد گرفت.

آری! سفر مجالی است برای تفریح و تفرج و با هم بودن. لحظاتی شیرین و به یادماندنی که لذتش تا سال‌های سال کام آدمی را شیرین می‌سازد.

سکانداران دین علاوه بر آنکه به جنبه‌های مادی و لذت‌های دنیایی سفر توجه نموده‌اند؛ از پیروان خویش خواسته‌اند چشم دل به روی حقایق گشوده و قدری نیز تأمل کنند. و اگر چنین گردد دنیا و آخرت زیبا خواهد شد.