پنل خورشیدی چیست؟
پنل‌های خورشیدی مجموعه‌ای از سلول های خورشیدی است که انرژی نور را با استفاده از اثر photovoltaic به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. بیشتر این سلول‌ها سلول‌های سیلیکونی هستند که دارای هزینه‌های متفاوت دارای انواع مختلف از جمله مانند سلول‌های سیلیکونی آمورف (غیر کریستالی)، کوانتومی و مونو کریستالی (تک کریستالی) هستند.
برخلاف باتری ها، سیستم های خورشیدی از واکنش های شیمیایی استفاده نمی کنند و به سوخت برای تبدیل انرژی نیز نیاز ندارند. علاوه بر این، سلول های خورشیدی مانند ژنراتورهای الکتریکی دارای قطعات متحرک نیستند لذا استهلاکی ندارند. "سیستم های خورشیدی خانگی" حدود 20 درصد از نور خورشید دریافتی را به برق تبدیل می کنند، در حالی که سیستم های تجاری گران تر می توانند تا 40 درصد از انرژی دریافتی را تبدیل به برق کنند. با این حال، با پیشرفت های تکنولوژیکی انتظار می رود بازدهی این پنل ها افزایش یابد.
به طور کلی سه نوع اصلی از پنل های خورشیدی به صورت تجاری در دسترس هستند که عبارت‌اند از:
· پنل های خورشیدی تک کریستالی
· پنل های خورشیدی پلی کریستالی
· پنل های خورشیدی لایه نازک
البته فناوری های پیشرفته دیگر مانند پنل های دو وجهی، سلول های خورشیدی ارگانیک، فتوولتائیک متمرکز، و حتی نوآوری های در مقیاس نانو مانند نقاط کوانتومی در حال توسعه هستند.
پنل های خورشیدی مانند هر تکنولوژی دیگری دارای مجموعه ای منحصر به فرد از مزایا و معایب است که مصرف کنندگان هنگام انتخاب باید مشخصات پنل خورشیدی را در نظر داشته باشند.
پنل های خورشیدی تک کریستالی به دلیل مزایای فراوانی که دارند، رایج ترین انواع پنل خورشیدی در ایرانو سایر نقات جهان هست. تقریباً 95 درصد از سلول های خورشیدی که امروزه به فروش می رسند، از سیلیکون به عنوان ماده "نیمه رسانا" استفاده می کنند.پنل ها دارای سیلیکون فراوان، پایداری بالا و غیرسمی هستند و می‌توانند به خوبی با تکنولوژی های تولید برق کارکند.
پنل‌های خورشیدی یا سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی از مهمترین انواع پنل خورشیدی است که در دهه 1950 توسعه یافتند، این پنل ها در ابتدا به صورت شمش سیلیکونی بسیار خالص با استفاده از روش Czochralski ساخته می شوند. سپس کریستال از شمش جدا شده و در نتیجه باعث ایجاد سیلیکونی با ضخامت تقریباً 0.3 میلی متر می شود.
این نوع سلول های خورشیدی به دلایلی محبوبیت خود را حفظ می کنند. اول اینکه، آنها نسبت به هر نوع سلول خورشیدی دیگری بازده بالاتری دارند، زیرا از بلورهای یک نواخت ساخته شده‌اند، که به الکترون‌ها اجازه می‌دهد راحت‌تر در سلول جریان پیدا کنند. این پنل ها می توانند کوچکتر از سایر سیستم های پنل خورشیدی باشند و همچنان همان مقدار برق تولید کنند. آنها همچنین دارای طولانی ترین طول عمر در بین هر نوع پنل خورشیدی موجود در بازار امروزی هستند
یکی از بزرگترین معایب پنل های خورشیدی تک کریستالی هزینه آن است (به دلیل فرآیند تولید). علاوه بر این، در شرایطی که نور مستقیماً به آنها برخورد نمی کند، به اندازه سایر انواع پنل های خورشیدی کارآمد نیستند. و اگر آنها توسط خاک، برف، برگ و دمای بسیار بالا کارایی آنها حتی بیشتر کاهش می یابد.
سلول‌های خورشیدی تک کریستالی به علت اینکه باید به طور دقیق از شمش‌های سیلیکونی ساخته و جدا شوند، کندتر و گران‌تر از سایر انواع سلول‌های خورشیدی تولید می‌شوند. برای ایجاد یک کریستال یکنواخت، دمای مواد باید بسیار بالا نگه داشته شود لذا باید مقدار زیادی انرژی مصرف شود در بعضی مواقع 1 تا 50 درصد مواد در طول فرآیند هدر می‌رود که همین امر سبب می‌شود هزینه‌های تولید بیشتر شود.
از دیگر انواع پنل‌های خورشیدی در ایران و دیگر نقاط دنیا پنل خورشیدی پلی کریستالی است همانطور که از اسم این پنل پیداست از کریستال های سیلیکونی متعدد و غیر هم تراز تشکیل شده است. این سلول های خورشیدی به این صورت تولید می‌شوند که سیلیکون‌ها را تا دمای خورشید ذوب می‌کنند و سپس آن ها در قالب ریخته و تا کاهش دمای قالب صبر می‌کنند سپس سیلیکون قالب‌گیری شده به ورقه های جدا می‌شوند تا در پنل خورشیدی استفاده شود.
تولید سلول های خورشیدی پلی کریستالی نسبت به سلول های تک کریستالی هزینه کمتری دارد زیرا به زمان و انرژی کمتری برای ایجاد و برش یک کریستال نیاز دارند. شکل و حالت کریستال های سیلیکون باعث ایجاد موانعی برای جریان الکترون‌ها می‌شود که همین امر باعث می‌شود که این پنل ها انرژی کمتری تولید کنند اما در عوض این پنل ها در شرایط کم نور نسبت به سلول‌های تک کریستالی کارآمدتر هستند و می‌توانند خروجی را زمانی که مستقیماً به خورشید زاویه ندارد حفظ کنند. آنها به دلیل توانایی حفظ تولید الکتریسیته در شرایط نامطلوب تقریباً بازده انرژی مشابهی با پنل های تک کریستالی دارند.
سلول های یک پنل خورشیدی پلی کریستالی بزرگتر از نمونه های مونوکریستال خود هستند، بنابراین صفحات ممکن است فضای بیشتری را برای تولید همان مقدار الکتریسیته در مقایسه با پنل های تک کریستالی اشغال کنند. آنها همچنین مانند انواع دیگر پنل ها بادوام یا ماندگار نیستند و طول عمر کمتری دارند.
هزینه بالای تولید سیلیکون منجر به ایجاد سلول خورشیدی به نام لایه نازک شده است که این پنل ها به حجم کمتری از مواد نیاز دارند. لایه سیلیکون در این پنل ها به ضخامت یک میکرون است که حدود 1/300 عرض سلول های خورشیدی تک و پلی کریستالی است. سیلیکون نیز کیفیت پایین تری نسبت به نوع تک کریستالی است.
از مهمترین مشخصات پنل خورشیدی لایه نازک استفاده از سیلیکون آمورف غیر کریستالی است. از آنجایی که سیلیکون آمورف خواص نیمه رسانایی سیلیکون کریستالی را ندارد، برای رسانایی الکتریسیته باید با هیدروژن ترکیب شود. سلول های خورشیدی سیلیکونی آمورف رایج ترین نوع سلول های لایه نازک هستند و در وسایلی مانند ماشین حساب ها و ساعت ها نیز یافت می شوند.
سایر مواد نیمه هادی که در پنل لایه نازک می‌توان یافت عبارت اند از
· تلورید کادمیوم (CdTe)
· مس ایندیم گالیوم دیزلنید (CIGS)
· آرسنید گالیم (GaAs)
تولید سلول‌های لایه نازک بسیار ساده‌تر و سریع‌تر از سلول‌های خورشیدی نسل اول است و بسته به توانایی سازنده، تکنیک‌های مختلفی برای ساخت آنها وجود دارد. سلول های خورشیدی لایه نازک مانند CIGS را می توان بر روی پلاستیک قرار داد که به طور قابل توجهی وزن را کاهش و انعطاف پذیری را افزایش می دهد.
با این حال، نقاط منفی سلول‌های خورشیدی لایه نازک بسیار زیاد است. کادمیوم موجود در سلول‌های CdTe در صورت استنشاق یا بلعیدن بسیار سمی است و در صورت عدم استفاده صحیح در حین دفع، می‌تواند به آب نفوذ کرده و سبب آلوده شدن آب شود. اگر این پنل‌ها بازیافت شوند می‌توان از آسیب به محیط زیست جلوگیری کرد اما فناوری که بتوان بازیافت را به طور گسترده انجام داد در دسترس نیست. استفاده از فلزات کمیاب مانند فلزات موجود در CIGS،CdTe و GaAs نیز می‌تواند یک عامل گران قیمت و بالقوه محدود کننده در تولید مقادیر زیادی سلول خورشیدی لایه نازک باشد.
تنوع پنل های خورشیدی بسیار بیشتر از آن چیزی است که در حال حاضر در بازار تجاری وجود دارد. بسیاری از انواع جدیدتر فناوری خورشیدی در حال توسعه هستند و انواع قدیمی تر برای افزایش راندمان و کاهش هزینه در حال بررسی هستند. تعدادی از این فناوری‌های نوظهورهنوز در مراحل ابتدایی هستند، در حالی که برخی دیگر فقط در شرایط آزمایشگاهی تولید شده‌اند. در اینجا برخی از انواع دیگر پنل های خورشیدی که توسعه یافته اند را معرفی می کنیم.
پنل های خورشیدی سنتی تنها دارای سلول های خورشیدی در یک طرف پنل هستند. پنل‌های خورشیدی دو وجهی دارای سلول‌های خورشیدی هستند که در هر دو طرف ساخته شده‌اند تا به آنها اجازه دهند نه تنها نور خورشید از آسمان، بلکه همچنین نور انعکاس‌یافته را از زمین در زیر خود جمع کنند که این امر سبب افزایش 9 درصدی راندمان نسبت به پنل‌های یک طرفه می‌شود.
فناوری فتوولتائیک متمرکز کننده (CPV) از تجهیزات نوری و تکنیک هایی مانند آینه های منحنی برای متمرکز کردن انرژی خورشیدی به روشی مقرون به صرفه استفاده می کند. از آنجایی که این پنل‌ها نور خورشید را متمرکز می‌کنند، به سلول‌های خورشیدی زیادی برای تولید مقدار مساوی برق نیاز ندارند. این بدان معناست که این پنل های خورشیدی می توانند از سلول های خورشیدی به مقدار کم اما با کیفیت بالاتر استفاده کنند و همین امر سبب کاهش هزینه ها می‌شود.
سلول های فتوولتائیک آلی، مولکول های آلی کوچک یا لایه‌ای از پلیمرهای آلی برای هدایت الکتریسیته هستند. این سلول‌ها سبک وزن، انعطافپذیر هستند و هزینه کلی و اثرات زیست محیطی کمتری نسبت به بسیاری از انواع دیگر سلول‌های خورشیدی دارند.
به طور کلی پروسکایت کم هزینه، ساخت آسان و جذب انرژی بالایی دارند ولی در حال حاضر برای استفاده در مقیاس بزرگ بیش از حد ناپایدار هستند
این سلول ها لایه‌ای نازک حساس به رنگ هستند که تولید الکتریسیته می کنند.DSSC این مزیت را دارد که در شرایط نور کم کار می کند و با افزایش دما کارایی را افزایش می دهند، اما برخی از مواد شیمیایی موجود در آنها در دماهای پایین منجمد شده که سبب می شود این نوع پنل ها در چنین شرایطی غیر قابل استفاده باشد.
این فناوری فقط درشرایط آزمایشگاهی تولید شده‌اند. این پنل ها چندین ویژگی مثبت دارند. سلول‌های نقطه کوانتومی از فلزات مختلف ساخته شده‌اند و در مقیاس نانو کار می‌کنند، به همین دلیل بسیار سبک و انعطافپذیر هستند. متأسفانه در صورت عدم استفاده و دفع صحیح، می توانند برای افراد و محیط زیست بسیار سمی باشند
سخن آخر:
در قرن اخیر زندگی مردم دنیا کاملا به تکنولوژی گره خورده و همین امر باعث افزایش مصرف انرژی در سطح دنیا شده است و جهت تامین انرژی، استفاده از سوخت های فسیلی بسیار افزایش پیدا کرده و به دنبال آن موجب آلودگی های زیست محیطی و مخصوصا افزایش دمای کره زمین شده است لذا استفاده از منابع تولید انرژی پاک پیش از پیش احساس می‌شود. ایران با "میانگین 200 روز آفتابی" پتانسیل زیادی برای راه اندازی پنل های خورشیدی و تولید انرژی های پاک دارد خوشبختانه شرکت های زیادی از جمله شرکت ماناسازان با سال‌ها تجربه و استفاده از متخصصین مجرب پیشرو در جهت تولید و نصب پنل های پیشرفته خورشیدی با بهره‌‌وری بالا و مقرون به صرفه در سرتاسرکشور است لذا جهت خرید انواع پنل خورشیدی به وبسایت این شرکت به آدرس https://manasazan.ir مراجعه کنید.
