مقدار نور خورشید که در عرض یک ساعت و نیم به سطح زمین برخورد می‌کند، برای مصرف انرژی کل جهان به مدت یک سال کامل کافی است! فناوری‌های خورشیدی، نور خورشید را از طریق پنل‌های فتوولتائیک (PV) و از طریق آینه‌هایی که تشعشعات خورشیدی را متمرکز می‌کنند، به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. فتوولتائیک پدیده‌ای است که طی آن نور خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود. این انرژی می‌تواند برای تولید برق استفاده شود یا در باتری‌ها یا منابع حرارتی ذخیره شود. در این مقاله از صناپ، توضیح می‌دهیم که پنل خورشیدی چیست، چه اجزایی دارد و چگونه کار می‌کند.
پنل خورشیدی یعنی چه؟
پنل خورشیدی یا ماژول خورشیدی یکی از اجزای یک سیستم فتوولتائیک در نیروگاه‌های خورشیدی مانند نیروگاه خورشیدی فولاد مبارکه اصفهان است. آنها از یک سری سلول های فتوولتائیک که در یک پنل مرتب شده‌اند ساخته شده‌اند. این سلول‌ها در اشکال مختلف مستطیلی هستند و به صورت ترکیبی برای تولید برق نصب می شوند. پنل‌های خورشیدی که گاهی اوقات فتوولتائیک نیز نامیده می‌شوند، انرژی خورشید را به شکل نور خورشید جمع‌آوری می‌کنند و آن را به برق تبدیل می‌کنند که می‌تواند برای تامین انرژی خانه‌ها یا مشاغل مورد استفاده قرار گیرد. از این پنل‌ها می‌توان برای تکمیل برق ساختمان یا تامین برق در مکان‌های دور استفاده کرد.
علاوه بر مصارف مسکونی و تجاری، امکان استفاده صنعتی یا کاربردی در مقیاس بزرگ نیز از انرژی خورشیدی وجود دارد. در این مورد، هزاران یا حتی میلیون‌ها پنل خورشیدی در یک چینش وسیع یا به صورت مزرعه خورشیدی چیده شده‌اند که برق را برای جمعیت‌های بزرگ شهری فراهم می‌کند.
پنل خورشیدی از چه چیزهایی تشکیل شده است؟
جزء اصلی هر پنل خورشیدی یک سلول خورشیدی است. به طور خاص، تعدادی سلول خورشیدی برای ساخت یک پنل خورشیدی استفاده می‌شود. این سلول‌ها بخشی از دستگاهی هستند که نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. اکثر پنل‌های خورشیدی از سلول‌های خورشیدی سیلیکونی کریستالی ساخته شده اند. این سلول‌ها از لایه‌های سیلیکون، فسفر و بور تشکیل شده‌اند (اگرچه چندین نوع مختلف سلول فتوولتائیک وجود دارد). این سلول‌ها، پس از تولید، به صورت یک الگوی شبکه‌ای قرار می گیرند. تعداد این سلول‌های مورد استفاده تا حد زیادی به اندازه پنل در حال ایجاد بستگی دارد.
هنگامی که سلول ها چیده شدند، خود پنل برای محافظت از سلول‌های داخلی مهر و موم شده و با یک شیشه غیر بازتابنده پوشانده می‌شود. این شیشه از سلول‌های خورشیدی در برابر آسیب خارجی محافظت می‌کند و برای اطمینان از اینکه نور خورشید همچنان می‌تواند به سلول‌ها برسد، غیر بازتابنده است. این پنل پس از مهر و موم شدن، در یک قاب فلزی سفت و سخت قرار می گیرد. این قاب برای جلوگیری از تغییر شکل طراحی شده است و دارای یک سوراخ زهکشی برای جلوگیری از تجمع آب روی پنل است. زیرا تجمع آب می‌تواند کارایی پنل را کاهش دهد. علاوه بر این، پشت پنل نیز برای جلوگیری از آسیب، به خوبی درزگیری شده است.
نحوه‌ی عملکرد پنل خورشیدی
پنل‌های خورشیدی در واقع به عنوان بستری برای نصب یک سری سلول‌های خورشیدی عمل می‌کنند تا از خواص منحصر به فرد آن سلول‌ها برای تولید برق استفاده شود. سلول‌های منفرد، پرتوهای نور خورشید را جذب می‌کنند که منجر به تولید جریان الکتریکی در سلول از طریق پدیده‌ای به نام اثر فتوولتائیک می‌شود. از یک دستگاه مبدل برق برای تبدیل جریان مستقیم تولید شده توسط پنل خورشیدی به جریان متناوب استفاده می‌شود. ترکیب این دو فن‌آوری یک سیستم فتوولتائیک ایجاد می کند. هنگام نصب پنل خورشیدی، جهت گیری مناسب به گونه ای انتخاب می‌شود که برای کاربرد خاص آن پنل مناسب‌تر باشد. این امر اغلب برای تولید حداکثر انرژی سالانه کاربرد دارد.
سنجش پنل‌های خورشیدی
ظرفیت مجاز یک پنل خورشیدی میزان انرژی است که یک پنل تحت شرایط تست استاندارد، تولید می‌کند. این ظرفیت مجموعه ای از شرایط ثابت است که برای مقایسه پنل‌های خورشیدی مختلف استفاده می‌شود که می‌تواند به عنوان شرایط عملیاتی ایده آل در نظر گرفته شود.
این ظرفیت با وات (W) اندازه‌گیری می‌شود. در ۱کیلووات، ۱۰۰۰ وات وجود دارد.
تحت شرایط تست استاندارد، یک پنل خورشیدی جدید با توان ۳۵۰ وات، ۳۵۰ وات برق تولید می‌کند. اما توان واقعی تولید شده معمولا کمتر از این است و به موارد زیر بستگی دارد:
- منطقه اقلیمی
- شرایط آب و هوایی
- زمان روز و فصل
- محل قرارگیری
- شیب پنل
- جهت قرار دادن پنل
- وجود خاک، زباله یا سایه روی پنل
- و سایر عوامل
توانایی تولید انرژی در پنل‌های خورشیدی با گذشت زمان اندکی کاهش می‌یابد. به این اتفاق، فرسایش (degradation) می‌گویند. حداکثر فرسایش یک پنل به ضمانت عملکرد آن بستگی دارد.
الکتریسیته تولیدی توسط پنل خورشیدی
الکتریسیته (یا انرژی الکتریکی) تولید شده توسط پنل‌های خورشیدی بر حسب وات ساعت (Wh) یا کیلووات ساعت (kWh) اندازه گیری می‌شود.
تحت شرایط تست استاندارد، بیشترین برقی که ۱کیلووات پنل خورشیدی در ۱ ساعت تولید می کند، ۱ کیلووات ساعت برق است.
به طور متوسط در طول یک سال، بیشترین برقی که ۱ کیلووات پنل‌های خورشیدی می‌تواند در استرالیا تولید کند بین ۳.۵ کیلووات ساعت تا ۵ کیلووات ساعت در روز است (بسته به میزان آفتابی بودن مکان، شیب پنل‌ها، جهت آنها و سایر عوامل).
اندازه پنل خورشیدی
ظرفیت مجاز یک پنل خورشیدی (بر حسب وات) به ابعاد فیزیکی و بازده آن بستگی دارد. بازده به درصد انرژی نوری اشاره دارد که پنل به برق تبدیل می‌کند.
به طور معمول، پنل‌های مورد استفاده برای مصارف خانگی حدود ۱ متر عرض و ۱.۷ متر طول دارند، اما پنل‌های بزرگ‌تر نیز در دسترس هستند. سیستم‌های تجاری بزرگ‌تر معمولا از پنل‌هایی با عرض ۱ متر در طول ۲ متر استفاده می‌کنند، که حتی می‌توانند بزرگ‌تر باشند.
برای پنل‌های هم اندازه، بازده بیشتر به معنای ظرفیت مجاز بالاتر است. دلیل این امر این است که اگرچه همان مقدار نور خورشید بر روی پنل‌های با اندازه مساوی می‌افتد، اما یک پنل با بازده بیشتر، درصد بیشتری از نور را به الکتریسیته تبدیل می‌کند. حداکثر بازده پنل‌های خورشیدی جدید به تدریج با پیشرفت فناوری افزایش می‌یابد. پنل‌های پربازده‌تر می‌توانند به در مناطقی که کمبود مکان مناسب وجود دارد، می‌توانند انرژی بیشتری تولید کنند.
کلام آخر
تقاضا برای پنل‌های خورشیدی در طول سال‌های اخیر زیاد شده است. به لطف فناوری بهبود یافته و آگاهی عمومی، استفاده از انرژی خورشیدی که دارای مزایای زیادی از جمله کاهش هزینه‌ها، مستقل بودن منبع انرژی، نیاز کم به نگهداری و تعمیر و سازگاری با محیط زیست است، رو به افزایش است. در کشور ما نیز نیروگاه‌های خورشیدی مانند نیروگاه آفتاب شرق که توسط شرکت صنایع نیرو و انرژی پاک فولاد (صناپ) راه‌اندازی شده به عنوان یکی از پیشرفته‌ترین نیروگاه‌های خورشیدی کشور روزبه‌روز به مرحله بهره‌برداری نزدیکتر می‌شود تا آینده‌ای سبز و روشن را برای ایران رقم بزند.
