پنل خورشیدی چیست و چگونه برق تولید می کند؟

به گزارش فرتاک نیوز؛ پنل خورشیدی یکی از روش های تولید برق از انرژی خورشید است که بدون استفاده از قطعات متحرک، تابش خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. نحوه کار پنل خورشیدی در نگاه اول ممکن است سخت به نظر برسد، اما با بررسی مراحل تولید برق، از برخورد نور با سلول تا تبدیل جریان و مصرف آن، عملکرد این سیستم قابل درک تر می شود. . در این مقاله ابتدا توضیح می دهیم پنل خورشیدی چیست و سلول های آن چگونه با استفاده از اثر فتوولتائیک برق تولید می کنند، سپس با انواع پنل ها، میزان توان تولیدی، کاربردها، مزایا و معایب و نکات مهم خرید و نصب آشنا می شویم. 

 پنل خورشیدی چیست؟

 پنل خورشیدی، صفحه‌ای است که از تعداد زیادی سلول خورشیدی کوچک تشکیل شده و این سلول‌ها به صورت سری و موازی به هم متصل شده‌اند. وظیفه اصلی پنل خورشیدی، جذب تابش خورشید و تبدیل آن به جریان الکتریکی قابل استفاده است.

با پنل خورشیدی چگونه برق تولید می‌شود؟

تولید برق در پنل خورشیدی بر پایه پدیده ای به نام اثر فتوولتائیک انجام می شود. سلول خورشیدی از مواد نیمه رسانا مانند سیلیکون ساخته شده و در ساختار آن نواحی با ویژگی های الکتریکی متفاوت ایجاد می شود. زمانی که نور خورشید به سلول می رسد، انرژی فوتون ها باعث آزاد شدن حامل های بار در ماده نیمه رسانا می شود و در ادامه، جریان الکتریکی شکل می گیرد. 

1- جذب نور خورشید

نور خورشید از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده است. وقتی فوتون ها به ماده نیمه رسانای سلول برخورد می کنند، بخشی از انرژی آنها به ماده منتقل می شود. مقدار نور دریافتی یکی از عوامل مهم در میزان برق تولیدی است. به همین دلیل، عواملی مانند شدت تابش خورشید، وجود سایه، زاویه نصب و شرایط آب و هوایی روی عملکرد پنل تاثیر می گذارند. 

 2-ایجاد حامل های بار

انرژی دریافت شده از فوتون ها می تواند باعث ایجاد زوج الکترون حفره در ماده نیمه رسانا شود و این حامل های بار در ادامه در فرآیند تولید جریان الکتریکی نقش دارند. 

3-جداسازی حامل های بار

در سلول خورشیدی، ناحیه ای به نام پیوند PN وجود دارد که در آن یک میدان الکتریکی داخلی شکل می گیرد. این میدان به جداسازی الکترون ها و حفره ها کمک می کند و باعث می شود حامل های بار در مسیرهای مشخصی حرکت کنند.

4-ایجاد جریان الکتریکی

 الکترون ها از طریق کنتاکت ها و مسیرهای رسانای موجود در سلول جمع آوری می شوند. حرکت منظم حامل های بار در مدار خارجی باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. هر سلول خورشیدی مقدار مشخصی ولتاژ و جریان تولید می کند. با اتصال چندین سلول به یکدیگر، می توان ولتاژ و جریان مورد نیاز برای ساخت یک پنل با توان بالاتر را به دست آورد.

5- تبدیل DC به AC با اینورتر

در سیستم هایی که قرار است برق تولیدشده برای وسایل معمول خانگی یا شبکه برق استفاده شود، جریان DC پنل توسط اینورتر به جریان متناوب یا AC تبدیل می شود. اینورتر علاوه بر تبدیل جریان، در بسیاری از سیستم های خورشیدی وظیفه مدیریت توان و کنترل نقطه عملکرد پنل را نیز بر عهده دارد. فناوری MPPT به اینورتر کمک می کند تا نقطه ای از عملکرد پنل را انتخاب کند که در شرایط لحظه ای، بیشترین توان قابل دریافت باشد. 

6- مصرف، ذخیره در باتری یا تزریق به شبکه

بعد از تبدیل به برق AC، انرژی تولیدشده مستقیما برای مصرف وسایل برقی استفاده می شود. در سیستم های مجهز به باتری، انرژی اضافه در باتری ذخیره می شود تا در زمان کاهش تولید پنل، مانند شب یا ساعات کم تابش، مورد استفاده قرار گیرد. در سیستم های متصل به شبکه نیز، بسته به نوع قرارداد و مقررات مربوط به اتصال، امکان انتقال برق مازاد به شبکه وجود دارد. 

 انواع پنل خورشیدی و تفاوت آنها

پنل های خورشیدی از نظر فناوری ساخت سلول و نوع ماده نیمه رسانا با یکدیگر تفاوت دارند. در گذشته مونوکریستالی و پلی کریستالی دو نوع بسیار رایج بودند، اما امروزه فناوری های جدیدتری مانند TOPCon و HJT نیز در بازار وجود دارند. 

مونوکریستالی

پنل های مونوکریستالی از سلول هایی ساخته می شوند که ماده اصلی آنها از ساختار کریستالی یکنواخت سیلیکون تشکیل شده است. این پنل ها راندمان بالایی دارند و در فضایی که مساحت نصب محدود است، می توانند گزینه مناسبی باشند. ظاهر بیشتر پنل های مونوکریستالی تیره و یکنواخت است و به دلیل توان و راندمان مناسب، در سیستم های خانگی و تجاری کاربرد زیادی دارند. 

پلی کریستالی

در پنل های پلی کریستالی، سلول ها از ساختارهای چندکریستالی سیلیکون ساخته می شوند. این فناوری در گذشته به دلیل هزینه ساخت مناسب، کاربرد زیادی داشت، اما در بسیاری از پروژه های جدید، پنل های مونوکریستالی و فناوری های جدیدتر جایگزین آن شده اند. 

 پنل های TOPCon و HJT

HJT و TOPCon از فناوری های جدیدتر سلول خورشیدی هستند که برای دستیابی به راندمان بالاتر و تولید توان بیشتر در فضای مشابه توسعه پیدا کرده اند. این فناوری ها در مقایسه با بسیاری از پنل های قدیمی تر می توانند توان بیشتری را در فضای مشابه تولید کنند و در پروژه هایی که راندمان و استفاده بهینه از فضای نصب اهمیت دارد، مورد توجه قرار گرفته اند.

 هر پنل چند وات تولید می کند؟

توان پنل های خورشیدی با واحد وات (W) یا کیلووات (kW) بیان می شود. این عدد نشان می دهد پنل در شرایط مشخص آزمایشگاهی چه توان لحظه ای می تواند تولید کند. برای مثال، یک پنل 550 واتی در شرایط استاندارد تست می تواند حداکثر توان نامی نزدیک به 550 وات داشته باشد، اما توان پنل با میزان انرژی تولیدشده در طول روز یکسان نیست. مقدار انرژی تولیدی به عواملی مانند شدت تابش، مدت زمان تابش موثر، دمای محیط و پنل، زاویه نصب، جهت قرارگیری پنل، وجود سایه و راندمان تجهیزات سیستم بستگی دارد.

شرایط استاندارد تست یا STC یک شرایط مرجع برای مقایسه مشخصات پنل هاست و عملکرد واقعی پنل در محل نصب می تواند با این اعداد متفاوت باشد. بنابراین برای محاسبه میزان برق تولیدی یک سیستم خورشیدی، نمی توان فقط توان پنل را در تعداد ساعت های روشنایی روز ضرب کرد و انتظار داشت همان مقدار انرژی به دست بیاید. شرایط واقعی محل نصب و تلفات سیستم نیز باید در محاسبات در نظر گرفته شود. در کنار آشنایی با مشخصات فنی پنل ها، یادگیری نحوه انتخاب، نصب و راه اندازی تجهیزات نیز برای ورود حرفه ای به این حوزه اهمیت دارد، موضوعی که در دوره جامع فنی حرفه ای نصب پنل خورشیدی به صورت تخصصی آموزش داده می شود. 

کاربردهای پنل خورشیدی

 در بخش خانگی، پنل‌های نصب‌شده روی سقف برق مورد نیاز یخچال، تلویزیون و حتی کولر خانه را تامین می کنند. در بخش صنعتی از پنل خورشیدی برای تامین روشنایی، تهویه، پمپاژ و تابلوهای تبلیغاتی استفاده می‌شود. در کشاورزی، پنل‌های خورشیدی برای راه‌اندازی پمپ آب، سیستم آبیاری قطره‌ای و تامین برق گلخانه‌ها به کار می‌روند. 

اجزای اصلی یک سیستم خورشیدی چیست؟

یک سیستم خورشیدی فقط از پنل تشکیل نمی شود و برای تولید، مدیریت و استفاده از برق به تجهیزات دیگری نیز نیاز دارد. نوع تجهیزات به این بستگی دارد که سیستم به شبکه برق متصل باشد، از باتری استفاده کند یا به صورت مستقل کار کند. 

 پنل خورشیدی

پنل وظیفه دریافت تابش خورشید و تبدیل انرژی نورانی به جریان مستقیم DC را بر عهده دارد. 

 اینورتر

اینورتر جریان مستقیم تولیدشده توسط پنل را در سیستم های مورد نیاز به جریان متناوب AC تبدیل می کند.

 باتری

در سیستم های مجهز به ذخیره ساز، باتری انرژی الکتریکی اضافه را ذخیره می کند تا بتوان از آن در زمان کاهش یا قطع تولید پنل استفاده کرد. 

کنترلر شارژ

در برخی سیستم های خورشیدی، کنترلر شارژ بین پنل و باتری قرار می گیرد و روند شارژ باتری را مدیریت می کند.

 تجهیزات حفاظتی و تابلو برق

فیوزها، کلیدها، تجهیزات حفاظت در برابر اضافه جریان و سایر تجهیزات حفاظتی برای ایمنی و کنترل مدار استفاده می شوند.

سازه نصب

پنل ها باید روی سازه ای مناسب و مقاوم نصب شوند تا زاویه و جهت مناسب نسبت به تابش خورشید حفظ شود و پنل در برابر شرایط محیطی مقاومت کافی داشته باشد. 

سخن پایانی

 پنل خورشیدی با استفاده از اثر فتوولتائیک، انرژی تابش خورشید را به جریان مستقیم تبدیل می کند و اینورتر در ادامه برق تولیدشده را برای استفاده در تجهیزات الکتریکی به جریان متناوب تبدیل می کند. میزان برق تولیدی پنل فقط به توان نامی آن بستگی ندارد و عواملی مانند شدت تابش، دما، زاویه نصب، سایه و تلفات تجهیزات نیز بر مقدار انرژی تولیدشده تاثیر می گذارند.