پنل های خورشیدی و انواع آن

پنل های خورشیدی یا صفحات فتوولتائیک، دستگاه هایی هستند که انرژی نوری خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. پنل های خورشیدی از قطعات کوچکتری به نام سلول های خورشیدی تشکیل شده اند که معمولا از نیمه هادی هایی مانند سیلیکون ساخته می شوند. سلول های خورشیدی با استفاده از پدیده فتوالکتریک، الکترون ها را از نیمه هادی جدا کرده و جریان الکتریکی را ایجاد می کنند.

پنل های خورشیدی انواع مختلفی دارند که بر اساس ساختار، روش تولید، مواد اولیه و بازده آنها متفاوت هستند. گروه مهندسان شهر در این پست به معرفی و مقایسه سه نوع اصلی پنل خورشیدی یعنی تک کریستال، پلی کریستال و فیلم نازک می پردازد.

پنل های خورشیدی مونو کریستال:

پنل های خورشیدی تک کریستال یا مونوکرستال، از سلول های خورشیدی ساخته شده از یک کریستال ساده و گرد سیلیکون تشکیل شده اند. این نوع پنل ها دارای بازده بالاتر (حدود 15 تا 20 درصد) و عمر طولانی تر (حدود 25 سال) نسبت به دو نوع دیگر هستند. علاوه بر این، پنل های خورشیدی مونو کریستال به فضای کمتر برای نصب نسبت به توان مطلوب نیاز دارند و در شرایط نور کم عملکرد بهتر و ثابت تر دارند.

پنل های خورشیدی مونو کریستال را معمولا با رنگ سفید-آبی و لبه های گرد شناسایی می کنند. برخلاف پنل های پلی کریستال، در پنل های تک کریستال، دانه های سلول های خورشیدی یکسان و همگرا هستند و از هم جدا نمی شوند. این یکنواختی باعث می شود که پنل های تک کریستال کمتر از پراکندگی نور رنج ببرند و بهینه تر عمل کنند.

پنل های خورشیدی مونو کریستال با روش ژورچالسکی تولید می شوند. در این روش، یک میله سیلیکون تک کریستال به صورت استوانه ای با قطر 30 سانتی متر و چندین متر طول رشد داده می شود. سپس این میله به صورت ویفر های نازک بریده شده و به سلول های خورشیدی تبدیل می شوند. این روش نسبت به روش های دیگر، زمان بر، پرهزینه و ضایعات زیادی دارد.

مزایای پنل های خورشیدی مونو کریستال:

بازده بالا
پنل های خورشیدی مونو کریستالی مساحت کمتری را روی بام اشغال می‌‌کنند و برای مناطق با فضای محدود مناسب هستند.
پنل های خورشیدی مونو کریستالی طول عمر بالاتر و عملکرد بهتر در شرایط نور کم دارند.
پنل های خورشیدی مونو کریستالی ظاهر یکنواخت و زیباتری دارند.

معایب پنل های خورشیدی مونو کریستال:

پنل های خورشیدی مونو کریستالی قيمت بالاتري نسبت به پنل های خورشیدي پلي كريستال دارند.
پنل های خورشیدی مونو کریستالی حساس تر به سایه، گرد و غبار، برف و ابر هستند و عملکرد آنها در این شرایط کاهش می یابد.
پنل های خورشیدی مونو کریستالی در فرآیند تولید، مقدار زيادي سيليكون را هدر مي دهند.

پنل های خورشیدی پلی کریستال:

پنل های خورشیدی پلی کریستال یا پولی کریستال، از سلول های خورشیدی ساخته شده از چندین کریستال سیلیکون تشکیل شده اند. این نوع پنل ها دارای بازده پایین تر (حدود 13 تا 16 درصد) و عمر کوتاه تر (حدود 20 سال) نسبت به نوع تک کریستال هستند. همچنین، پنل های خورشیدی پلی کریستال به فضای بیشتر برای نصب نسبت به توان مطلوب نیاز دارند و در شرایط نور کم عملکرد نامطلوب و نامنظم دارند.

پنل های خورشیدی پلی کریستال را معمولا با رنگ آبی-بنفش و لبه های مستطیل شکل شناسایی می کنند. در پنل های پلی کریستال، دانه های سلول های خورشیدی مختلف و ناهمگرا هستند و از هم جدا می شوند. این ناهمگونی باعث می شود که پنل های پلی کریستال بیشتر از پراکندگی نور رنج ببرند و کمتر بهینه عمل کنند.
پنل های خورشیدی پلی کریستال با روش قالب گیری تولید می شوند. در این روش، سیلیکون مذاب در قالب های مکعب شکل ریخته شده و به صورت یک طرفه سرد می شود. در این فرآیند، چندین کریستال سیلیکون با اندازه های مختلف رشد می کنند. سپس این قالب به صورت ویفر های نازک بریده شده و به سلول های خورشیدی تبدیل می شوند. این روش نسبت به روش ژورچالسکی، سریع تر، ارزان تر و ضایعات کمتری دارد

مزایای پنل های خوشیدی پلی کریستال:

پنل های خورشیدی پلی کریستال فرآیند تولید ساده تر و کم هزینه تری دارند و مقرون به صرفه اند.
پنل های خورشیدی پلی کریستال مقدار ضایعات سیلیکون در فرآیند تولید کمتری دارند.
پنل های خورشیدی پلی کریستال در دسترس و رایج تر از پنل های خورشیدی مونوکریستال هستند.

معایب پنل های خوشیدی پلی کریستال:

پنل های خورشیدی پلی کریستال بازده صفحات خورشیدی 13.5 تا 17 درصد است، در حالی که بازده صفحات خورشیدی مونوکریستال 15 تا 20 درصد است.
پنل های خورشیدی پلی کریستال قدرت تحمل کمتری نسبت به گرما دارند و عملکرد آنها در دماهای بالا در مقایسه با ماژول‌‌های PV خورشیدی مونوکریستال پایین‌تر است.
پنل های خورشیدی پلی کریستال ظاهر یکسان و زیبا ندارند و رنگ آبی نامتقارن و نامتجانس دارند.

پنل های خورشیدی فیلم نازک:

پنل های خورشیدی فیلم نازک یا تین فیلم، از سلول های خورشیدی ساخته شده از لایه های بسیار نازک (چند میکرومتر) از نیمه هادی های غیر سیلیکون تشکیل شده اند. این نوع پنل ها دارای بازده بسیار پایین (حدود 7 تا 13 درصد) و عمر بسیار کوتاه (حدود 10 سال) نسبت به دو نوع دیگر هستند. البته، پنل های خورشیدی فیلم نازک دارای قابلیت انعطاف پذیر بودن، سبک بودن، حساس نبودن به گرما و نور کم و استفاده از مواد اولیه کمتر هستند.

پنل های خورشیدی فیلم نازک را معمولا با رنگ سیاه و بدون لبه شناسایی می کنند. در پنل های فیلم نازک، سلول های خورشیدی به صورت یک لایه نازک روی یک زیرلایه مانند شیشه، پلاستیک یا فلز رسوب می شوند. این روش تولید سریع تر، ارزان تر و کمترین ضایعات را دارد.

پنل های خورشیدی فیلم نازک از مواد مختلفی مانند سیلیکون آمورف، تلورید کادمیوم، سلنید گالیوم ایندیوم مس و پروسکایت ساخته می شوند. هر یک از این مواد دارای خصوصیات و عملکرد متفاوت هستند.

مزایای پنل های خورشیدی فیلم نازک:

پنل های خورشیدی فیلم نازک فرآیند تولید ساده تر و کم هزینه تری دارند و ارزان تر از پنل های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کریستالین هستند.
پنل های خورشیدی فیلم نازک ظاهر یکنواخت و جذاب تری دارند و در جهت زیباسازی و ساختار یکپارچه با ساختمان مورد استفاده قرار می گیرند.
پنل های خورشیدی فیلم نازک انعطاف پذیر بوده و وزن و نقطه قطب شدگي کمتري دارند.
پنل های خورشیدی فیلم نازک تحمل دمای بالاتر و حساسيت كمتري نسبت به سایه دارند.

معایب پنل های خورشیدی فیلم نازک:

پنل های خورشیدی فیلم نازک به فضای بيشتري نياز دارند و معمولاً برای مصارف مسكوني مناسب نيستند.
پنل های خورشیدی فیلم نازک برای ساختار پشتيباني، کابل‌ها، تعمير و نگهداري هزینه‌های بالاتري دارند.
پنل های خورشیدی فیلم نازک عمر كوتاه‌تري نسبت به پنل‌های خورشیدي سيليكون كريستالي دارند.

قیمت انواع پنل های خورشیدی:

قیمت انواع پنل خورشیدی بستگی به ظرفیت، نوع، برند و کیفیت آنها دارد. می توانید چند نمونه از قیمت پنل های خورشیدی را در جدول زیر مشاهده کنید

آیا استفاده از پنل های خورشیدی به صرفه است ؟

استفاده از پنل های خورشیدی برای تولید برق از انرژی تجدیدپذیر و پاک خورشید، یکی از راه های کاهش مصرف انرژی های فسیلی و کاهش آلودگی محیط زیست است. اما آیا استفاده از پنل های خورشیدی به صرفه است؟
این سوال به عوامل مختلفی بستگی دارد، مانند نوع و کیفیت پنل های خورشیدی، مقدار نور خورشید در منطقه نصب، هزینه نصب و نگهداری، قیمت برق شبکه، سود و یارانه های دولت و … .

به طور کلی، می توان گفت که استفاده از پنل های خورشیدی در مناطق دورافتاده یا بدون شبکه برق، به صرفه تر از استفاده از سوخت های فسیلی است. همچنین در مناطق با نور خورشید زیاد و قیمت برق شبکه بالا، استفاده از پنل های خورشیدی ممکن است سرمایه گذاری بازده داشته باشد.
اما در مناطق با نور خورشید کم و قیمت برق شبکه پایین، استفاده از پنل های خورشیدی ممکن است به صرفه نباشد. در این حالت، باید هزینه بازگشت سرمایه را با عمر مفید پنل ها مقایسه کرد. علاوه بر این، بعضی از پنل های خورشیدی ممکن است تأثیرات زیست محیطی منفی داشته باشند.
بنابراین، قبل از تصمیم گیری برای استفاده از پنل های خورشیدی، لازم است تحقیقات لازم را انجام داد و مزایا و معایب آن را با توجه به شرایط خود بسنجید.
در این زمینه، ممکن است برخی از انسان ها بگویند که استفاده از پنل های خورشیدی به صرفه است، زیرا کمک می کند به حفظ منابع طبیعی، کاهش هزینه های برق و افزایش استقلال انرژی. اما برخی دیگر ممکن است بگویند که استفاده از پنل های خورشیدی به صرفه نیست، زیرا نیاز به سرمایه اولیه زیاد، نگهداری و تعمیرات دارد و عملکرد آن تحت تأثیر شرایط جوی قرار می گیرد.

چگونگی عملکرد پنل های خورشیدی:

پنل های خورشیدی انرژی نورانی خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. عملکرد پنل های خورشیدی به این گونه است:

ساختار پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی از تعدادی سلول خورشیدی (Solar Cell) تشکیل شده اند که معمولا از سیلیکون کریستالی ساخته می شوند.
سلول های خورشیدی دارای دو لایه نیمه هادی با قطبیت مخالف هستند: لایه P و لایه N.
لایه P دارای الکترون های کمتر و حفره های بیشتر است و لایه N دارای الکترون های بیشتر و حفره های کمتر است.
بین دو لایه، یک میدان الکتریکی ایجاد می شود که جریان الکترون ها را در یک جهت محدود می کند.

تبدیل نور به برق

وقتی نور خورشید به سلول خورشیدی برخورد می کند، فوتون های نور با الکترون های لایه N برخورد می کنند و آنها را از اتم ها جدا می کنند.
الکترون های آزاد شده به سمت میدان الکتریکی حرکت می کنند و به لایه P منتقل می شوند.
این حرکت الکترون ها باعث ایجاد جریان الکتریسیته در سلول خورشیدی می شود.
جریان الکتریسیته تولید شده در سلول خورشید، گیره های فلزات را به گیره های فلزات در سلول خورشید بعد از آن متصل مي كند.
این روش باعث افزایش جريان و ولتاژ توليدي در پنل خورشيدي مي شود.

تبدیل برق DC به AC

برق تولید شده توسط پنل های خورشید، برق مستقيم (DC) است که نمي تواند به طور مستقيم در دستگاه هاي برقي استفاده شود.
برای استفاده از برق خورشید، نياز به يك دستگاه تبديل كننده يا اینورتر (Inverter) است كه برق DC را به برق AC تبديل كند.
برق AC قابل استفاده در شبكه ي عمومي يا دستگاه هاي برقي است.

پنل های خورشیدی و انواع آن، بسته به نیاز، بودجه، فضا و شرایط محل نصب، می توانند گزینه های مناسب برای تولید برق خورشیدی باشند. پنل های خورشیدی تک کرستال، بازده بالاتر، عمر طولانی تر و فضای کمتر را ارائه می دهند، اما قیمت بالاتر و ضایعات زیادتر دارند. پنل های خورشیدی پلی کرستال، قابل قبول تر، قابل دسترس تر و ضایعات کمتر دارند، اما بازده پایین تر، عمر کوتاه تر و فضای زیادتری را اشغال میکند.

ممکن است به این مطالب نیز علاقه مند باشید: