مقدمه
فتوولتائیک به معنای تبدیل مستقیم نور خورشید به الکتریسیته با استفاده از سلول های خورشیدی است. این تکنولوژی که برای اولین بار در دهه 1950 بصورت جدی مطرح شد، یکی از مهمترین جایگزین های تجدیدپذیر برای تولید برق بجای استفاده از سوخت فسیلی است. تحقیق و توسعه در زمینه فتوولتاییک برای اولین بار در حوزه صنعت فضایی برای کاربردهای ماهواره ای بود. بعدها، بحران نفت در دهه 1970، موجب شد تا توجه جهانیان به استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و بخصوص فتوولتاییک بیش از پیش متمرکز شود. اگرچه بحران نفت کوتاه مدت بود و انگیزه مالی برای توسعه سلول های خورشیدی کاهش یافت، اما سلول های خورشیدی به عنوان یک فناوری قابل در تولید برق وارد عرصه شدند.
در دهه 1980 تحقیقات روی سلول های خورشیدی سیلیکونی به نتیجه رسید و سلول های خورشیدی سیلیکونی که بعدها سلول های خورشیدی نسل اول نامیده شدند، بازده های قابل قبولی از خود نشان دادند. در سال 1985 سلول های خورشیدی سیلیکونی به نقطه عطف بازده 20 درصد دست یافتند. طی دهه بعد، صنعت فتوولتائیک نرخ رشد ثابتی بین 15 تا 20 درصد را تجربه کرد که این رشد طی دهه‌ها ادامه داشته است و امروزه سلول‌های خورشیدی نه تنها به عنوان وسیله‌ای برای تامین برق و افزایش کیفیت زندگی برای کسانی که به شبکه برق دسترسی ندارند، شناخته می‌شوند، بلکه بخش قابل‌توجهی از برق موردنیاز اغلب مناطق را در دنیا تامین می‌کنند.
انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی تقریبا بزرگترین منبع انرژی روی زمین است. انسان ها مانند همه جانوران و گیاهان برای گرما و غذا به خورشید متکی هستند. با این حال، انسان انرژی خورشید را به طرق مختلف دیگر نیز مهار می کند. به عنوان مثال، سوخت های فسیلی (که مواد گیاهی مربوط به دوره های زمین شناسی گذشته است)، برای حمل و نقل و تولید برق استفاده می شود و اساساً انرژی خورشیدی ذخیره شده میلیون ها سال پیش است. به طور مشابه، زیست توده انرژی خورشید را به سوخت تبدیل می کند که می تواند برای گرما، حمل و نقل یا برق استفاده شود. انرژی باد که صدها سال برای تامین انرژی مکانیکی یا حمل و نقل استفاده می شود، از جریان های هوایی استفاده می کند که توسط هوای گرم شده خورشیدی و چرخش زمین ایجاد می شود
در این میان فتوولتائیک (اغلب به اختصار PV) یک روش ساده و جالب برای مهار انرژی خورشید است. دستگاه‌های PV (سلول‌های خورشیدی) از این نظر منحصربه‌فرد هستند که مستقیماً تشعشعات خورشیدی را بدون سر و صدا، آلودگی یا قطعات متحرک به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.
اثر گلخانه ای
اگرچه امروزه بیشتر دستگاه‌های فتوولتائیک به دلایل صرفاً عملی و اقتصادی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما یک مزیت بالقوه فتوولتائیک این است که یکی از بی‌خطرترین منابع تولید برق از نظر زیست‌محیطی هستند. عدم اثرات مخرب زیست محیطی تولید برق با فتوولتاییک بر روی اثر گلخانه ای، یکی از مزایای زیست محیطی استفاده از تکنولوژی های فتوولتاییک است.
دمای زمین نتیجه تعادلی است که بین تابش ورودی از خورشید و انرژی تابیده شده به فضا توسط زمین ایجاد شده است. تشعشعات خروجی ساطع شده از زمین به شدت تحت تأثیر حضور و ترکیب جو زمین است. اگر مانند ماه اتمسفر نداشتیم، میانگین دمای سطح زمین حدود 18- درجه سانتیگراد بود. با این حال، وجود270 پی‌پی‌ام دی‌اکسید کربن در اتمسفر، تشعشعات خروجی را جذب می‌کند و در نتیجه این انرژی را در جو نگه می‌دارد و زمین را گرم می‌کند. جو باعث می شود دمای زمین به طور متوسط حدود 15 درجه سانتیگراد باشد، یعنی 33 درجه سانتیگراد بالاتر از دمای ماه. لازم به ذکر است که دی اکسید کربن به شدت در باند طول موج 19-13 میکرومتر و بخار آب، یکی دیگر از گازهای اتمسفر، در باند طول موج 4-7 میکرومتر جذب می شود. بیشتر تشعشعات خروجی (70 درصد) در محدوده ی بین 7-13 میکرومتر خارج می شوند. شکل زیر روند تغییرات دمای کره زمین را نشان میدهد.
فعالیت های انسانی به طور فزاینده ای موجب انتشار آلاینده ها در اتمسفر می شود که در محدوده طول موج 7 تا 13 میکرومتر جذب می شوند. این آلاینده ها اغلب شامل دی اکسید کربن، متان، ازن، اکسیدهای نیتروژن و کلروفلوئوروکربن ها (CFC) هستند. این گازها از فرار طبیعی انرژی جلوگیری می کنند و به طور بالقوه منجر به افزایش دمای زمین می شوند. شواهد موجود حاکی از آن است که سطوح "موثر" دی اکسید کربن تا سال 2030 دو برابر خواهد شد و باعث افزایش دمای کره زمین از 1 تا 4 درجه سانتیگراد می شود. این امر منجر به تغییر الگوی باد و بارندگی می شود و در نتیجه ممکن است باعث خشکسالی قاره ها و بالا آمدن سطح آب اقیانوس ها شود.
واضح است که فعالیت های انسانی اکنون به مقیاسی رسیده است که بر محیط زیست زمین اثرات مخرب جدی گذاشته است. این اثرات می‌تواند ویرانگر باشد و فناوری‌هایی با اثرات زیست محیطی کم و عدم انتشار گازهای گلخانه‌ای احتمالاً در دهه‌های آینده اهمیت فزاینده‌ای خواهند داشت. از آنجایی که بخش انرژی تولیدکننده اصلی "گازهای گلخانه ای" از طریق احتراق سوخت های فسیلی است، فناوری هایی مانند فتوولتائیک که می توانند جایگزین سوخت های فسیلی شوند، باید به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار گیرند.
