هر آنچه که باید در مورد پنل های خورشیدی بدانید

پنل خورشیدی سیستمی است که انرژی نور خورشید را دریافت و به انرژی الکتریسته تبدیل می کند و این سیستم در مصرف تجاری یا مسکونی قابل استفاده است.

پنل خورشیدی چیست؟

پنل خورشیدی، دستگاهی است که انرژی نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. این فناوری به عنوان یکی از اجزای اصلی سیستم‌های فتوولتائیک (PV) در نیروگاه‌های خورشیدی و همچنین در کاربردهای خانگی و تجاری استفاده می‌شود. انرژی خورشیدی از نور خورشید به دست می آید. پنل خورشیدی (یا اثر فوتوولتائیک) با تبدیل نور خورشید، فوتون ها (ذرات انرژی دار) را به الکتریسیته تبدیل میکند. پنل های خورشیدی کاربردهای فراوانی دارند، مانند کنترل قدرت سیستم اتاقک ها، تجهیزات ارتباطی، کنترل حسگر و تولید الکتریسیته توسط سیستم های الکتریکی خورشیدی خانگی و تجاری.

تاریخچه پنل خورشیدی

تاریخچه پنل‌های خورشیدی به چندین قرن پیش برمی‌گردد و شامل مراحل مختلفی از کشف و توسعه فناوری‌های مرتبط با انرژی خورشیدی است در زمانی نه چندان دور، از انرژی خورشیدی برای تولید بخار آب استفاده میشده است و از بخار آب نیز برای عملکرد ماشین های مختلف استفاده میکردند؛ اما این امر تا پیش از کشف اثر فوتوولتائیک (تبدیل نور خورشید) توسط ادموند بکرل امکان پذیر نبود.

در سال 1893 چارلز فریت با کمک گرفتن از کشف بکرل اولین سلول خورشیدی اصل را ساخت. این سلول خورشیدی با استفاده از ورقه های آغشته به سلنیم و یک ورقه نازک از جنس طلا ساخته شد. راسل اُهل مخترع آمریکایی اولین سلول خورشیدی سیلیکونی دنیا را در سال 1941 در آزمایشگاه بل اختراع کرد. با بهره گیری از اختراع اهل اولین پنل خورشیدی جهان در سال 1954 در همان آزمایشگاه ساخته شد.

پنل های خورشیدی در فضایی با قمرهای مصنوعی شروع به کار کردند. اکثر مردم در دهه 70 میلادی برای اولین بار پنل های خورشیدی را در ماشین حساب ها مشاهده کردند.

امروزه پنل های خورشیدی برای شارژ کردن تجهیزات گسترده ای استفاده میشوند پنل های خورشیدی هنوز هم به صورت سلول های خورشیدی در ماشین حساب ها وجود دارند، برای تامین انرژی خانه ها و مجتمع های تجاری مانند ساختمان شرکت گوگل در کالیفرنیا استفاده میشوند.

پنل خورشیدی چگونه کار میکند؟

پنل های خورشیدی انرژی تجدید پذیر را میگیرند و به الکتریسیته تبدیل میکنند، که با استفاده از این الکتریسیته میتوان مدارهای الکتریکی را شارژ کرد. پنل های خورشیدی شامل چندین سلول خورشیدی اند که هر کدام از لایه های سیلیکونی، لایه های فسفری (برای تولید بار منفی) و لایه های بور ( برای تولید بار مثبت) تشکیل شده اند.

پنل های خورشیدی فوتون ها را جذب میکنند و جریان الکتریکی ایجاد میکنند. انرژی تولید شده از فوتون ها به الکترون ها امکان خارج شدن از مدار اتمی خود و رها شدن در میدان الکتریکی تولید شده توسط سلول های خورشیدی را میدهد؛ این میدان الکتریکی الکترون های آزاد را در جریان الکتریکی هدایت میکند. این روند با نام اثر فوتوولتائیک شناخته میشود.

سقف یک خانه متوسط فضای کافی برای نصب پنل های خورشیدی لازم برای تولید انرژی الکتریکی را دارد. همچنین پنل های خورشیدی در طول روز انرژی الکتریکی اضافی تولید میکنند، تا در شب مورد استفاده قرار گیرد.

کنتورها این امکان را به صاحبان پنل های خورشیدی میدهند و در صورتی که سیستم تولید انرژی، انرژی ای بیش از نیاز خانه تولید کند هزینه آن را دریافت کنند.

در تجهیزات آف گرید بانک باتری، کنترل کننده شارژ و معکوس کننده از اعضای ضروری اند. سیستم خورشیدی جریان مستقیم برق را توسط کنترل کننده شارژ به بانک باتری میفرستد.

پس از آن انرژی از بانک باتری به معکوس کننده میرود و جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل میشود و برای دستگاه هایی که با جریان مستقیم کار نمیکنند، مورد استفاده قرار میگیرد.

با توجه به معکوس کننده، سیستم خورشیدی را سایز بندی میکنند تا نیازهای مختلف را برآورده کند. جریان متناوب برای تجهیزات برقی خانه یا مجتمع های تجاری، وسایل نقلیه و قایق ها، کنترل اتاقک ها، کلبه ها، تجهیزات ارتباطی، جریان دیدبانی نفت و گاز و… استفاده میشود.

مزایای پنل خورشیدی

هنگام استفاده از پنل های خورشیدی از تجهیزات آف گرید استفاده میشود؛ تجهیزات آف گرید تجهیزاتی اند که برای استفاده از آن به جریان اصلی برق احتیاجی نیست.

با وجود پنل های خورشیدی، دیگر نیازی به پرداخت هزینه های سنگین نصب دکل و کابل کشی نیست. پنل خورشیدی قطعا ارزان تر است و اگر درست نگه داری شود ، تا سه دهه قابلیت تولید انرژی دارد.

البته بهترین فایده آن این است که از انرژی های پاک و تجدیدپذیر تغذیه میشود. با توجه به تغییرات جهانی آب و هوا و گرم شدن کره زمین، حفظ اتمسفر امری مهم به شمار میرود. پنل های خورشیدی کمترین آلودگی و استهلاک را دارند و تا مدت زیادی سالم میمانند.

فایده بعدی این است که وقتی برای نصب اولیه پنل هزینه ای را می پردازید، انرژی ای که پنل در ادامه طول عمر خود تولید می کند ( بسته به کیفیت و نوع پنل) به اندازه 15 تا 20 سال است و کاملا رایگان است.

همچنین از فواید دیگر پنل های خورشیدی این است که اگر انرژی مصرفی از تولیدی پنل بیشتر باشد، انرژی اضافی قابل فروش است (معمولا کمپانی سازنده پنل آن را خریداری می کند.)

انواع پنل خورشیدی

در کل دو نوع پنل خورشیدی وجود دارد و اجزای تشکیل دهنده پنل های خورشیدی اغلب سیلیکونی اند. و شامل:

1-مونوکریستالین یا پلی کریستالین (یا مولتی کریستالین)

2-سیلیکون بی شکل

این سه نوع جزء سازنده با توجه به قیمت، طول عمر و بازده پنل های متفاوتی تولید میکنند. پنل های خورشیدی نوع اول که از مونوکریستالین ها یا پلی کریستالین ها ساخته میشوند بین 12 تا 19 درصد بازده دارند و پنل های نوع دوم از سیلیکون بی شکل ساخته میشوند، که از کنار هم قرار گرفتن سلول های بی شکل به وجود آمده است.

پنل های خورشیدی CIS (شامل مس، ایندیم، سلنیم) و CIGS (شامل مس، ایندیم، گالیم، سلنیم) و CdTe (شامل کادمیم تلورید) از نوع دوم هستند. از مزیت های پنل نوع دوم این است که در آن ورقه های نیمه رسانا وجود دارد و به همین دلیل ارزان تر است، جلوه بهتری دارد و بازده آن بین 5 تا 11 درصد است.

نکته مهم در نصب پنل خورشیدی

پنل های خورشیدی جریان مستقیم تولید میکنند، پس برای استفاده از جریان باید جریان مستقیم را توسط معکوس کننده به جریان متناوب 230 ولت تبدیل کرد. این امر به وسیله معکوس کننده ای که در پنل خورشیدی قرار دارد، اتفاق میافتد.

سطح انرژی تولید شده پنل خورشیدی
ظرفیت یک پنل خورشیدی با واحد وات اندازه گیری میشود، بیشترین ظرفیت یک پنل خورشیدی در شرایظ ایده آل (یعنی در یک روز آفتابی با آسمان کاملا صاف) مشخص میشود.

جهت گیری ایده آل پنل های خورشیدی به جنوب است؛ بازده پنل های نصب شده بین جنوب غربی تا جنوب شرقی 5 درصد کاهش مییابد و در خارج از این محدوده اتلاف انرژی افزایش مییابد.

برای یک خانواده دو تا سه نفره ساکن بروکسل (پایتخت بلژیک) پنلی به مساحت 10 متر مربع و توان 1250 وات سالانه 1000 کیلو وات ساعت انرژی تولید میکند؛ در صورتی که میانگین نیاز این خانواده به انرژی 3500 کیلو وات ساعت در سال است؛ یعنی این پنل حدود یک سوم از نیاز این خانواده را برطرف میکند.

در کل پنل‌های خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر و پاک، می‌توانند به کاهش هزینه‌های انرژی و حفظ محیط زیست کمک کنند. با توجه به انواع مختلف پنل‌ها و مزایای آن‌ها، انتخاب مناسب می‌تواند به بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه‌ها و کسب‌وکارها منجر شود.