پنل خورشیدی چیست؟

آنچه در این مقاله می خوانید:

• نحوه کار پنل خورشیدی
• نحوه محاسبه و بازدهی صفحات خورشیدی
• انواع پنل خورشیدی
• انواع صفحات خورشیدی فیلم نازک از نظر مواد سازنده
• انتخاب بهترین پنل خورشیدی برای مصارف خانگی

پنل های خورشیدی شامل صفحه‌ای هستند که از سلول‌های کوچک ویفرهای سیلیکونی ساخته شده‌اند و انرژی نور خورشید را به برق (الکتریسیته) تبدیل می‌کنند.

کشور ایران یکی از مناطق جغرافیایی کره زمین است که در بیشترین مواقع سال آفتابیست. این انرژی طبیعی تجدید پذیر کاربردهای بسیاری دارد که یکی از آن ها تبدیل شدن به انرژی الکتریکی است. کشور ایران دارای دو صحرای بیابانی دشت کویر و دشت لوت است که متاسفانه بلا استفاده مانده اند در حالی که به راحتی می‌توان با قرار دادن پنل‌های خورشیدی در این دو منطقه کویری و یا حتی سایر بیابان های ایرانمان برق کشور را تأمین کرد. بیابان‌های ایران به وسعت 86 میلیون و 500 هزار هکتار در 15 استان پراکنده هستند، از طرفی متاسفانه 80 درصد تولید برق در ایران از انرژی فسیلی (مکانیکی، گازوئیل، بنزین و...) است.  پنل‌های خورشیدی را می توان در منازل هم نصب و استفاده کرد، متاسفانه به خاطر هزینه بالای این سیستم توان اجرای آن در منازل کم است.

اگر به دنبال اجرای پنل خورشیدی در محل سکونت خود هستید تا بتوانید برق منزل خود را تأمین، ذخیره و یا حتی به سیستم برق رسانی شهری بفروشید یا نیازمند مشاوره هستید، با املاک داران همراه شوید و از استادکارهای خدمات ساختمانی این مجموعه استفاده کنید.

نحوه کار پنل خورشیدی:

خورشید بزرگترین تولید کننده انرژی در دنیا است، 75% جرم خورشید هیدروژن است که طی واکنش‌هایی به هلیم تبدیل می‌شوند، انرژی تولید شده از این فرایند با سرعتی تقریبی 300000 کیلومتر بر ثانیه فاصله 150 میلیون کیلومتری تا زمین را در مدت زمان 8 دقیقه و 19 ثانیه طی می‌کند. پنل های خورشیدی صفحاتی هستند که انرژی گرمایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند.

نحوه محاسبه و بازدهی صفحات خورشیدی:

 برای محاسبه و اندازه گیری میزان ولتاژ یک ساختمان ابتدا میزان برق مصرفی اندازه گیری می‌شود، چه نوع کاربری در آن جا مشخص می‌شود، چقدر نیاز به ذخیره سازی دارد، بسته به متراژ و آب و هوا کارایی و قدرت پنل خورشیدی و نوع صفحه خورشیدی که در ادامه توضیح داده خواهد شد بسیار در انتخاب تاثیر دارند، بعد از تعیین بازدهی فتولتاییک با توانایی و قدرت پنل خورشیدی برای تبدیل نور خورشید اندازه و ابعاد مشخص می‌شود.

انواع پنل خورشیدی:

• پنل خورشیدی سیلیکون کریستال

• پنل خورشیدی مونوکریستال

• پنل خورشیدی پلی کریستال

• صفحات فتوولتاییک(نواری(نوار رشته‌ای))

• سلول‌های خورشیدی فیلم نازک(TFSC) یا (TFPV)

• سلوله‌های خورشیدی سیلیسیونی آمورف (a-si یا a-si:H)

• سلول‌های خورشیدی تلورید کادمیوم

• سلول‌های خورشیدی سلنید گالیوم ایندیوم مس

• صفحات فتوولتائیک یکپارچه ساختمان

• صفحات حرارتی خورشیدی

• صفحات فتوولتائیک و سلول‌های خورشیدی هیبریدی

پنل خورشیدی سیلیکون کریستال:

صفحات سیلیکون کریستال (crystalline silicon) با نماد ci-si، به شکل سیلیکون (si) است. این صفحات خورشیدی کریستالی (فتوولتائیک یا pv مونوکریستالی و پلی کریستالی) در فناوری فتوولتائیک بسیار مورد استفاده است.تقریبا 90 درصد این فناوری در صفحات خورشیدی به کار می‌رود. این فناوری کاربردهای بسیاری دارد که مهم ترین آن تبدیل نور خورشید به الکتریسیته است.

صفحات خورشیدی مونوکریستالی:

کلمه مونو به معنی تک است. همان طور که از نامش پیداست سلول‌های این نوع صفحه خورشیدی مونوکریستال(monocrystalline solar panels ) از کریستال خالص ساخته می‌شوند، همچنین به آن سیلیکونی تک کریستالی هم می‌گویند چون برای ساخت آرایه از یک کریستال استفاده شده که خلوص صفحه خورشیدی (pv) ظاهر یکنواخت در ماژول pv را فراهم می‌کند.

این صفحات به شکل گرد هستند که میله‌های کریستال سیلیکونی در سراسر ماژول pv استوانه‌ای به نظر می رسند.

مزایای:

• بازدهی صفحات مونوکریستال برای پنل خورشیدی 15 تا 20 درصد است.

• به علت کوچک بودن فضای کمتری اشغال می‌کند.

• طول عمر این صفحات 25 تا 30 سال است.

• در شرایط نور یکسان این صفحات بهتر هستند از صفحات پلی کریستال. این صفحات مقایسه با پلی کریستال چهار برابر بیشتر تولید می‌کنند.

• اما به طور کلی پربازده ترین ماژول pv موجود هستند، محبوب ترین فناوری را دارند، در بازارهم بسیار موجود هستند و جابجاکردنشان بسیار آسان است.

معایب:

• بسیار گران هستند.

• این صفحات از یکسری کریستال سیلیکونی ساخته شده اند که اگر اندک زمانی از مساحت صفحه خورشیدی با برف، خاکستر، سایه و... پوشیده شود ممکن است کل مدار قطع شود.

• در این فناوری سیستم پنل خورشیدی مقدار زیادی سیلیکون خالص هدر می‌رود. برای ساختن ویفرهای سیلیکونی بزرگ باید چهار راس سلول‌های pv ساخته شده از استوانه‌ها بریده شوند که باعث هدر رفت سیلیکون خالص خواهد شد.

• با افزایش دما و تابش بیشتر خورشید، این صفحات بازدهی بیشتری دارند.

صفحات خورشیدی پلی کریستالی:

کلمه «پلی» به معنای چند است. برای ساختن این صفحات چند کریستال سییکونی خالص با یکدیگر ترکیبب می‌شوند. این سلول‌ها راست گوشه هستند که در مقایسه با مونوکریستالی‌ها سیلیکون کمتری نیاز دارد، برای همین بسیار ارزانتر هستند، در عوض بازدهی کمتری دارند.

برای ساختن این صفحات سیلیکون خالص را ذوب کرده و در قالب می‌ریزند تا خنک شود، سپس آنها را به شکل آرایه‌های ویفر کاملا مربع برش می‌دهند. در این نوع صفحات مقداری نور به عقب انعکاس می‌کند که رنگ آبی از خودش بازتاب می‌کند.

مزایای:

• این صفحات قدرت تحمل کمتری نسبت به گرما دارند، یعنی هرچه دما بیشتر شود مقاومت کمتری نسبت به گرما نشان داده و ممکن است سیستم مختل شود.

• فرایند تولید سیلیکون کریستالی، بسیار ساده تر و کم هزینه تر است.

• به طور کلی سیستم به صرفه‌ایست به دلیل قیمت کم و بازدهی خوب و مقدار مکان مورد نیاز.

معایب:

• از آنجایی که پلی کریستال از 100% تابش خورشید 5/13 تا 17 درصد بازدهی دارد، نسبت به مونو کریستال اندکی کم بازده‌تر است.

• چون ظاهری یکنواخت ندارند در مقایسه با انواع مونوکریستال زیبایی چندانی ندارند.

سلول های رشته‌ای نوار رشته‌ای:

این صفحه خورشیدی طی فرایند خاصی تولید می‌شوند که در آن نوارها و ورق‌های سیلکونی مولتی کریستالی ساخته می‌شوند. برای آن که نوار نازک مولتی کریستال از بلور‌های سیلیکونی ساخته شوند، سیستم‌های مقاوم در برابر دمای بالا از داخل سیلیکون مذاب شده بیرون کشیده می‌شوند، بعد این نوارهای نازک را به اندازه‌های دلخواه بریده و می‌شوند. این صفحات خورشیدی بعد از ساخته شدن مثل پلی کریستال که در بالا توضیح دادیم به نظر می‌رسند.

مزایا:

• هزینه پایینی‌تری دارند و استفاده از آنها آسان است.

• بازدهی آنها حدود 13 تا 14 درصد است.

معایب:

• ساخت این صفحات، انرژی بیشتری می‌طلبد.

• از نظر فضای اشغال شده بازدهی کمتری دارند.

سلول‌های خورشیدی فیلم نازک(TFSC) یا (TFPV):

سلول‌های خورشیدی فیلم نازک(thin film solar cells) یا TFSC به عنوان سلول فتولتائیک فیلم نازک (Thin Film Photovoltaic Cells) یا TFPV یا ماژول‌های pv آمورف نیز شناخته می‌شوند. این نوع سلول‌ها نسل دوم سلول‌های خورشیدی هستند و از مخلوط چند لایه نازک از مواد pv بر روی لایه فلزی، پلاستیک، شیشه و... ایجاد می‌شوند. ضخامت این سلول‌ها از چند نانومتر(nm) تا ده میکرومتر(um) متغیر هستند.

انواع صفحات خورشیدی فیلم نازک از نظر مواد سازنده:

• سیلیکون آمورف (a-si/tf-si)

• سلنید گالیوم ایندیوم مس (CIGS/CIS)

• تلورید کادمیوم(cdte)

صفحات خورشیدی فیلم نازک دیگری هم هستند اما فعلا در دسترس نیستند.

• سلول‌های فتولتائیک آلی (opc/opc)(اکنون موجود نیستند.)

• حساس شده با رنگ

• سلول‌های خورشیدی پلیمری

• نقطه کوانتوم

• سولفید قطع رومی مس

• نانو کریستال

• سلول‌های خورشیدی پروسکایت

مزایای:

• صفحات خورشیدی فیلم نازک پیچیدگی در ساخت نسبت به کریستالی کمتر است.

• در مقایسه با دیگر صفحات ارزان‌تر است.

• این صفحات ظاهر یکنواخت دارند، برای همین جذاب‌تر هستند و می توان برای زیبا سازی استفاده کرد.

• این صفحات قابل انعطاف هستند، برای همین مورد در بسیاری از مکان‌ها قابل استفاده هستند.

• این صفحات خورشیدی مقاومت بالایی در برابر دما دارند، یعنی دمای بالا و سایه تاثیر کمی بر روی آنها دارد.

معایب:

• فضای زیادی نیاز دارد و در مصارف مسکونی کاربرد چندانی ندارند.

• ساختار پشتیبانی جانبی، کابل‌ها، نگهداری و... برای نصب هزینه زیادی می‌طلبد.

• طول عمر کمتری نسبت به دیگر صفحات مثل پلی کریستال و مونوکریستال دارد.

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی آمورف (a-si یا a-si:h):

این نوع سلول خورشیدی زیر مجموعه‌ای از فیلم نازک هستند با این تفاوت که این سلول‌ها نیاز کمتری نسبت به سیلیکون مورد استفاده در سلول‌های خورشیدی کریستالی دارد (تقریباً یک درصد). این صفحات سیلیکونی آمورف نسبت به کریستال یا مونوکریستال از بازدهی خیلی کمتری برخوردار هستند (تقریبا 5 تا 6 درصد). اخیرا این نوع سلول در بازار طرفداران زیادی پیدا کرده است.

سلول‌های خورشیدی تلورید کادمیوم:

صفحات فیلم نازک تولورید کادمیوم (cadmium telluride thin film solar panels) مبتنی بر تولورید کادمیوم(cdte) و فناوری pv (فوتولتائیک) است. این صفحات در مقایسه با سیلیکونی کریستالی در بازار و چند کیلوواتی به صرفه‌تر هستند.

سلول‌های خورشیدی سلنید گالیوم ایندیوم مس:

این نوع سلول از ترکیب مس، ایندیوم، گالیوم و سیلنید روی لایه‌ای مانند شیشه یا پلاستیک، به همراه آند و کاتد (الکترودها) در قسمت‌های جلو و پشت برای تامین توان خروجی الکتریکی ساخته می‌شوند. این صفحه‌ها مقاومت بالایی دارند و در دمای بالا و آب و هوای گرم بهتر عمل می‌کنند، هنگامی که این سیستم بر روی شیشه نصب می‌شوند بهتر عمل می‌کنند. میزان بازدهی صفحات خورشیدی CIGS معمولا حدود 11 تا 14 درصد است.

صفحات فتوولتائیک یکپارچه ساختمان:

صفحات فتولتائیک یکپارچه ساختمان (building integrated photovoltaic panels ) یا BIPV صفحاتی هستند که در پشت‌بام، سردرب‌ها، پنجره‌ها و... تناسب دارند. این صفحات بسیار خوب و زیبا به نظر می‌رسند، اما مشکل اینجاست که گران هستند، به علت گران بودن در مصارف خانگی به کار نمی‌روند.

صفحات حرارتی خورشیدی:

صفحه حرارتی خورشیدی بر خلاف سیستم‌های بالا الکتریسیته تولید نمی‌کند بلکه گرمای لازم برای گرم کردن آب برای مصارف در خانه تامین می‌کند، از این سیستم می‌توان برای تهویه هوا و تنظیم دما هم استفاده کرد.

صفحات فتوولتائیک و سلول‌های خورشیدی هیبریدی:

تشکیل شده از یک ماده آلی که حالت بین رسانا و نارسانا دارد که برای هدایت الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ماده‌ی آلی توسط یک مواد غیر آلی احاطه شده تا بتوان لایه‌های فتوولتائیک را شکل دهند. بازدهی این لایه‌ها از تمام تک لایه‌هایی که در بالا توضیح داده‌ایم بیشتر است، و هر دو نیمه رسانای آلی و غیرآلی را نیز دارد. سلول‌های pv هیبریدی به واسط فرایند R2R هزینه پایینی دارند.

صفحات هیبریدی نسبت به صفحات PV پلی کریستالی یا مونوکریستالی خیلی پرهزینه هستند. اگر بر روی پشت بام فضای زیادی باشد سیستم هیبریدی توصیه نمی‌شود، چون در مقایسه با تولیدات مقدار توان الکتریکی توسط کریستالی، باعث ایجاد هزینه بیشتری می‌شوند.

انتخاب بهترین پنل خورشیدی برای مصارف خانگی:

ابتدا باید ملک را از نظر محل نصب و فضای نصب سنجید و محاسبه  شود که میزان ولتاژمصرفی برق چقدر است، آیا به ذخیره سازی یا فروش برق به اداره برق امکان پذیر هست، موقعیت جغرافیایی به صرفه هست یعنی نور خورشید و گرمای کافی تشکیل می‌شود. در ادامه نکات مهم برای انتخاب ارائه می کنیم.

امروزه بعضی از املاک سازان برای ساخت و ساز ساختمان پر کاربرد و بالا بردن قیمت ساختمان خود از پنل های خورشیدی برای تامین برق ساختمان استفاده می کنند. پنل خورشیدی جزع مصالح ساختمانی گران قیمت است.

• اگر فضای کافی بر روی پشت بام، پنجره، نورگیر و... ندارید، در این حالت صفحات خورشیدی فیلم نازک  و صفحات خورشیدی کریستال بهترین گزینه هستند.

• اگر فضا برایمان مهم و پر اهمیت باشد باید از صفحاتی استفاده کنیم که بالاترین توان خروجی مجاز باشند، زیرا صفحات PV به اندازه مختلفی از قبیل 200 وات، 150 وات، 60 وات و... هستند.

• اگر اندازه مهم نباشد پنل‌های خورشیدی مونوکریستال و یا پلی کریستال انتخاب‌های خوبی هستند، مزایای یکسانی دارند، و اینکه صفحات مونوکریستال نسبت به پلی کریستال از نظر فضا کار آمد تر هستند، و اندکی بیشتر توان الکتریکی تولید می‌کنند که البته همیشه این طور نیست، صفحات خورشیدی پلی کریستال مقداری ارزان‌تر و در فضای کم هم بازدهی بهتری دارند.

نتیجه گیری:

چند سالی است با کم شدن بارش های آسمانی و کمبود آب، برای تولید برق در ایران از سوخت های فسیلی مثل گازوئیل استفاده می شود، از آنجایی که کشور ایران یک کشور بیابانی است بهترین جایگزین استفاده از پنل خورشیدی برای تامین برق است. پنل خورشیدی صفحاتی هستند که انرژی خورشیدی را به برق تبدیل می کند. پنل های خورشیدی بسته به موقعیت و میزان مصرف انواع مختلفی دارد.