به بیان ساده، خورشید فراوان ترین منبع انرژی روی زمین است. حدود 173000 تراوات انرژی خورشیدی در هر زمان به زمین برخورد می کند – بیش از 10000 برابر کل انرژی مورد نیاز جهان.
با گرفتن انرژی خورشید و تبدیل آن به برق برای خانه یا محل کار، انرژی خورشیدی یک راه حل کلیدی در مبارزه با بحران آب و هوایی کنونی و کاهش وابستگی ما به سوخت های فسیلی است.
از سال 1954، هنگامی که دانشمندان Bell Telephone دریافتند که سیلیکون – عنصری که در ماسه یافت می شود – هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرد، بار الکتریکی ایجاد می کند، فناوری خورشیدی تکامل یافته و توسط بیش از 2 میلیون خانه در سراسر کشور مورد استفاده قرار گرفته است. امروزه سیستم پنل های خورشیدی به عنوان یک انتخاب انرژی پاک و مقرون به صرفه گزینه بسیار جذابی را برای خانه ها و مشاغل ارائه می دهند.
پنل خورشیدی چیست؟
پنل خورشیدی در واقع مجموعه ای از سلول های خورشیدی (یا فتوولتائیک) است که می توان از آن ها برای تولید برق از طریق اثر فتوولتائیک استفاده کرد. این سلول ها به صورت شبکه ای روی سطح صفحات خورشیدی چیده شده اند.
بنابراین، ممکن است به عنوان مجموعه ای از ماژول های فتوولتائیک، که بر روی سازه پشتیبانی کننده آن نصب شده اند، توصیف شود. ماژول فتوولتائیک (PV) مجموعه ای بسته بندی شده و متصل از سلول های خورشیدی 10*6 است.
وقتی صحبت از ساییدگی و پارگی می شود، این پانل ها بسیار مقاوم هستند. پنل های خورشیدی بسیار کند فرسوده می شوند. در یک سال، اثربخشی آن ها فقط حدود یک تا دو درصد (در برخی مواقع، حتی کم تر) کاهش می یابد.
اکثر پنل های خورشیدی با استفاده از سلول های خورشیدی سیلیکونی کریستالی ساخته شده اند. نصب پنل های خورشیدی در خانه ها به مقابله با انتشار مضر گازهای گلخانه ای و در نتیجه به کاهش گرمایش زمین کمک می کند. پنل های خورشیدی هیچ گونه آلودگی ایجاد نمی کنند و تمیز هستند. آن ها هم چنین وابستگی ما به سوخت های فسیلی (که محدود هستند) و منابع سنتی انرژی را کاهش می دهند.
این روزها از پنل های خورشیدی در تجهیزات الکترونیکی وسیع مانند ماشین حساب استفاده می شود که تا زمانی که نور خورشید در دسترس باشد کار می کنند.
با این حال، تنها اشکال عمده پنل های خورشیدی این است که آن ها بسیار پرهزینه هستند. هم چنین، پنل های خورشیدی در فضای باز نصب می شوند زیرا برای شارژ شدن نیاز به نور خورشید دارند.
انرژی خورشیدی چگونه کار می کند؟
خورشید ما یک راکتور هسته ای طبیعی است. بسته های کوچکی از انرژی به نام فوتون آزاد می کند که 93 میلیون مایل از خورشید تا زمین را در حدود 8.5 دقیقه طی می کند. هر ساعت، فوتون های کافی روی سیاره ما تأثیر می گذارد تا بتواند انرژی خورشیدی کافی را برای تأمین نیازهای انرژی جهانی در یک سال کامل تولید کند.
در حال حاضر قدرت فتوولتائیک تنها پنج دهم یک درصد از انرژی مصرفی در ایالات متحده را تشکیل می دهد. اما فناوری خورشیدی در حال پیشرفت است و هزینه های خورشیدی به سرعت در حال کاهش است، بنابراین توانایی ما در استفاده از فراوانی انرژی خورشید در حال افزایش است.
در سال 2017، آژانس بین المللی انرژی نشان داد که انرژی خورشیدی به سریع ترین منبع رشد جهان تبدیل شده است-این اولین باری است که رشد انرژی خورشیدی از تمام سوخت های دیگر پیشی گرفته است. از آن زمان به بعد خورشید به رشد خود ادامه داده و رکوردها را در سراسر جهان شکست.
آب و هوا چگونه بر انرژی خورشیدی تأثیر می گذارد؟
شرایط آب و هوایی می تواند بر میزان الکتریسیته ای که منظومه شمسی تولید می کند تأثیر بگذارد، اما نه دقیقاً آن طور که شما فکر می کنید.
شرایط مناسب برای تولید انرژی خورشیدی شامل یک روز آفتابی روشن است. اما مانند اکثر وسایل الکترونیکی، پنل های خورشیدی در واقع در هوای سرد کارآمدتر از هوای گرم هستند. این به پنل اجازه می دهد تا در مدت زمان مشابه برق بیش تری تولید کند. با افزایش دما، پنل ولتاژ کم تری تولید می کند و برق کم تری تولید می کند.
آیا برخی ایالت ها انرژی خورشیدی بیش تری نسبت به سایر کشورها دریافت می کنند؟
بدیهی است که برخی از ایالت ها بیش تر از سایرین آفتاب می گیرند. بنابراین سوال واقعی این است: اگر آب و هوا می تواند بر تولید انرژی خورشیدی تأثیر بگذارد، آیا برخی ایالت ها نسبت به بقیه کاندیداهای بهتری برای دریافت انرژی خورشیدی هستند؟ پاسخ کوتاه بله است، اما لزوما به دلیل آب و هوا نیست.
برای مثال ابرها را در نظر بگیرید. هر کسی که در یک روز ابری دچار آفتاب سوختگی شده است می داند که تابش خورشید از طریق ابرها نفوذ می کند. به همین دلیل، پنل های خورشیدی هنوز می توانند در روزهای ابری برق تولید کنند. اما بسته به پوشش ابر و کیفیت پنل های خورشیدی، بازده تولید برق پنل های خورشیدی معمولاً در مقایسه با یک روز آفتابی از 10 تا 25 درصد یا بیش تر کاهش می یابد.
به عبارت دیگر، انرژی خورشیدی هنوز می تواند در مکان های معمولاً ابری و سرد به خوبی کار کند. نیویورک، سان فرانسیسکو، میلواکی، بوستون، سیاتل – همه این شهرها آب و هوای نامساعدی را تجربه می کنند، از باران و مه تا کولاک، با این حال آن ها هم چنین شهرهایی هستند که مردم با استفاده از انرژی خورشیدی صرفه جویی هنگفتی را در آن ها مشاهده می کنند.
صرف نظر از محل زندگی شما، انرژی خورشیدی می تواند یک سرمایه گذاری عالی و راهی عالی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی باشد. این که چقدر صرفه جویی می کنید – و با چه سرعتی سرمایه گذاری خود را در یک ایالت خاص مشاهده می کنید – به عوامل زیادی بستگی دارد، مانند هزینه برق، مشوق های خورشیدی موجود، اندازه گیری خالص و کیفیت صفحات خورشیدی شما.
پنل های خورشیدی چگونه کار می کنند؟
وقتی فوتون ها به سلول خورشیدی برخورد می کنند، الکترون ها را از اتم های خود جدا می کنند. اگر رساناها به دو طرف مثبت و منفی یک سلول متصل شوند، یک مدار الکتریکی ایجاد می کند. هنگامی که الکترون ها از چنین مدار عبور می کنند، الکتریسیته تولید می کنند. سلول های متعدد یک پنل خورشیدی را تشکیل می دهند و چندین صفحه (ماژول) را می توان با هم وصل کرد و یک آرایه خورشیدی را تشکیل داد. هرچه تعداد صفحات بیش تری را به کار بگیرید، می توانید انتظار تولید انرژی بیش تری را داشته باشید.
پنل های خورشیدی از چه چیزی ساخته شده اند؟
پنل های خورشیدی فتوولتائیک (PV) از تعداد زیادی سلول خورشیدی تشکیل شده است. سلول های خورشیدی مانند نیمه هادی ها از سیلیکون ساخته شده اند. آن ها با یک لایه مثبت و یک لایه منفی ساخته شده اند که با هم یک میدان الکتریکی درست مانند یک باتری ایجاد می کنند.
پنل های خورشیدی PV برق مستقیم (DC) تولید می کنند. با برق DC، الکترون ها در یک جهت در اطراف یک مدار جریان می یابند. این مثال نشان می دهد که یک باتری یک لامپ را روشن می کند. الکترون ها از سمت منفی باتری، از طریق لامپ حرکت کرده و به سمت مثبت باتری برمی گردند.
با برق AC (جریان متناوب)، الکترون ها تحت فشار قرار گرفته و کشیده می شوند و به طور دوره ای جهت معکوس می کنند، درست مانند سیلندر موتور خودرو. هنگامی که سیم پیچ در کنار آهن ربا می چرخد، ژنراتورها برق AC ایجاد می کنند. بسیاری از منابع مختلف انرژی می توانند “دسته” این ژنراتور را بچرخانند، مانند گاز یا سوخت دیزل، برق آبی، هسته ای، زغال سنگ، باد یا خورشیدی.
برق AC برای شبکه برق ایالات متحده انتخاب شد، در درجه اول به این دلیل که هزینه انتقال آن در مسافت های طولانی کم تر است. با این حال، پنل های خورشیدی برق DC ایجاد می کنند. چگونه برق DC را وارد شبکه AC کنیم؟ می توان از اینورتر استفاده کرد.
اینورتر خورشیدی چه کار می کند؟
اینورتر خورشیدی برق DC را از آرایه خورشیدی گرفته و از آن برای ایجاد برق AC استفاده می کند. اینورترها مانند مغز سیستم هستند. آن ها علاوه بر ولتاژ DC به برق AC، حفاظت از خطای زمین و آمار سیستم، از جمله ولتاژ و جریان در مدارهای AC و DC، تولید انرژی و ردیابی حداکثر نقطه قدرت را ارائه می دهند.
اینورترهای مرکزی از ابتدا بر صنعت خورشیدی مسلط بوده اند. معرفی اینورترهای میکرو یکی از بزرگ ترین تغییرات فناوری در صنعت PV است. اینورترهای میکرو برای هر پنل خورشیدی جداگانه و نه برای کل منظومه شمسی، مانند اینورترهای مرکزی بهینه سازی شده است.
این باعث می شود که هر پنل خورشیدی با حداکثر پتانسیل کار کند. هنگامی که از اینورتر مرکزی استفاده می شود، مشکل در یک پنل خورشیدی (شاید در سایه باشد یا کثیف شده باشد) می تواند عملکرد کل آرایه خورشیدی را پایین بیاورد. میکرو اینورترها، مانند سیستم خورشیدی خانگی SunPower Equinox، این مسئله را غیرقابل توجه می کند. اگر یک پنل خورشیدی مشکلی داشته باشد، بقیه آرایه های خورشیدی هم چنان کارآمد عمل می کند.
سیستم پنل خورشیدی چگونه کار می کند؟
در این جا مثالی از نحوه عملکرد نصب انرژی خورشیدی در خانه آورده شده است. ابتدا نور خورشید به یک پنل خورشیدی روی سقف برخورد می کند. پنل ها انرژی را به جریان DC تبدیل می کنند که به اینورتر جریان می یابد. اینورتر برق را از DC به AC تبدیل می کند که می توانید از آن برای تغذیه خانه خود استفاده کنید. این بسیار ساده و تمیز است، و همیشه کارآمدتر و مقرون به صرفه تر می شود.
با این حال، اگر در خانه نباشید تا از برق مورد استفاده پنل های خورشیدی خود در هر روز آفتابی استفاده کنید، چه اتفاقی می افتد؟ و در شب چه اتفاقی می افتد که منظومه شمسی شما در زمان واقعی برق تولید نمی کند؟ نگران نباشید، ممکن است هنوز از طریق سیستمی به نام “net metering” سود ببرید.
یک سیستم PV معمولی متصل به شبکه، در ساعات اوج نور روز، غالباً بیش از نیاز مشتری به تولید انرژی می پردازد، به طوری که انرژی اضافی برای استفاده در جاهای دیگر به شبکه بازگردانده می شود. مشتریانی که واجد شرایط اندازه گیری خالص هستند، ممکن است برای انرژی اضافی تولید شده اعتبار دریافت کنند و می توانند از این اعتبارات برای شبانه یا روزهای ابری از شبکه استفاده کنند. یک متر سنج انرژی ارسال شده را در مقایسه با انرژی دریافتی از شبکه ثبت می کند.
افزودن فضای ذخیره سازی به منظومه شمسی مزایای آن را بیش تر می کند. با استفاده از سیستم ذخیره سازی خورشیدی، مشتریان می توانند انرژی خود را در محل ذخیره کرده و وابستگی خود به برق شبکه را بیش تر کاهش داده و توانایی برق رسانی به خانه خود را در صورت قطع برق حفظ کنند. اگر سیستم ذخیره سازی شامل نظارت نرم افزاری باشد، این نرم افزار بر تولید خورشیدی، میزان مصرف انرژی در خانه و میزان مصرف دستگاه نظارت می کند تا تعیین کند که از کدام منبع انرژی در طول روز استفاده کند – حداکثر استفاده از انرژی خورشیدی، امکان کاهش هزینه شارژ در زمان اوج مشتری، و توانایی ذخیره انرژی برای استفاده بعدی در هنگام قطع برق.
اگر می خواهید ببینید چقدر خانه یا محل کار شما می تواند پس انداز کند، زمانی را برای ما تعیین کنید تا یک طرح شخصی و نقل قول پس انداز احتمالی ایجاد کنیم.
انواع پنل های خورشیدی
انواع مختلف پنل های خورشیدی نیازها و اهداف متفاوتی را ارائه می دهند.
با توجه به این که نور خورشید چه در زمین و چه در فضا می تواند متفاوت مورد استفاده قرار گیرد نشان می دهد که مکان، خود عامل مهمی در انتخاب یکی از انواع پنل های خورشیدی بر دیگری است.
تمایز بین انواع مختلف پنل های خورشیدی اغلب به معنای تمایز بین پنل های خورشیدی تک پیوندی و چند پیوندی-یا نسل اول، دوم یا سوم است. اتصالات تک پیوندی و چند پیوندی در تعداد لایه های پنل خورشیدی که نور خورشید را مشاهده می کنند متفاوت است، در حالی که طبقه بندی بر اساس نسل بر مواد و کارایی انواع مختلف پنل های خورشیدی متمرکز است.
نسل اول پنل های خورشیدی
این ها انواع سنتی پنل های خورشیدی هستند که از سیلیکون تک بلوری یا پلی سیلیکون ساخته شده اند و بیش تر در محیط های معمولی استفاده می شوند.
پنل های خورشیدی تک بلوری (Mono-SI)
پنل های خورشیدی مونوکریستالی (Mono-SI) این نوع پنل های خورشیدی (ساخته شده از سیلیکون تک کریستالی) خالص ترین آن ها هستند. شما به راحتی می توانید آن ها را از ظاهر یکنواخت تیره و لبه های گرد تشخیص دهید. خلوص بالای سیلیکون باعث می شود که این نوع صفحات خورشیدی دارای یکی از بالاترین نرخ بهره وری باشند و جدیدترین آن ها به بالای 20 درصد می رسد.
پنل های تک کریستالی دارای قدرت خروجی بالایی هستند، فضای کم تری را اشغال می کنند و طولانی ترین طول عمر را دارند. البته، این بدان معناست که آن ها گران ترین دسته هستند. مزیت دیگری که باید در نظر گرفته شود این است که در مقایسه با صفحات پلی کریستالی، دمای بالا کمی کم تر تحت تاثیر قرار می گیرد.
صفحات خورشیدی پلی کریستالی (Poly-SI)
شما می توانید به سرعت این صفحات را تشخیص دهید زیرا این نوع صفحات خورشیدی دارای مربع هستند، زاویه های آن بریده نشده و ظاهری آبی و خال دار دارد. آن ها با ذوب سیلیکون خام ساخته می شوند، که فرایندی سریع تر و ارزان تر از آن چه در صفحات تک کریستالی استفاده می شود، می باشد.
این امر منجر به قیمت نهایی پایین تر اما بازدهی کم تر (حدود 15)، راندمان فضا کم تر و طول عمر کوتاه تری می شود، زیرا تحت تأثیر درجه حرارت گرم به میزان بیش تری قرار می گیرند. با این حال، تفاوت بین انواع پنل های خورشیدی تک و چند بلوری چندان مهم نیست و انتخاب به شدت به موقعیت خاص شما بستگی دارد. گزینه اول کارایی کمی بالاتر را با قیمت کمی بالاتر ارائه می دهد، اما خروجی های قدرت اساساً یکسان هستند.
نسل دوم پنل های خورشیدی
این سلول ها انواع مختلفی از سلول های خورشیدی فیلم نازک هستند و عمدتا برای نیروگاه های فتوولتائیک استفاده می شوند که در ساختمان ها یا سیستم های خورشیدی کوچک تر ادغام شده اند.
اگر به دنبال گزینه کم هزینه تری هستید، ممکن است بخواهید به فیلم نازک نگاه کنید. پانل های خورشیدی فیلم نازک با قرار دادن یک یا چند فیلم از مواد فتوولتائیک (مانند سیلیکون، کادمیوم یا مس) بر روی یک بستر تولید می شوند. این نوع پنل های خورشیدی به راحتی تولید می شوند و صرفه جویی در مقیاس آن ها را ارزان تر از جایگزین ها می کند، زیرا مواد کم تری برای تولید آن مورد نیاز است.
آن ها هم چنین انعطاف پذیر هستند – که فرصت های زیادی را برای برنامه های جایگزین باز می کند – و کم تر تحت تأثیر درجه حرارت بالا قرار می گیرد. مسئله اصلی این است که آن ها فضای زیادی را اشغال می کنند و به طور کلی آن ها را برای تأسیسات مسکونی نامناسب می کند. علاوه بر این، آن ها دارای کوتاه ترین ضمانت هستند زیرا طول عمر آن ها کوتاه تر از انواع پنل های خورشیدی تک و چند بلوری است. با این حال، آن ها می توانند گزینه مناسبی برای انتخاب بین انواع مختلف پنل های خورشیدی باشند که در آن فضای زیادی در دسترس است.
نسل سوم پنل های خورشیدی
نسل سوم صفحات خورشیدی شامل انواع فناوری های فیلم نازک است، اما اکثر آن ها هنوز در مرحله تحقیق یا توسعه هستند. برخی از آن ها با استفاده از مواد آلی برق تولید می کنند، برخی دیگر از مواد معدنی (به عنوان مثال CdTe) استفاده می کنند.
سلول خورشیدی بیوهیبرید
سلول خورشیدی بیوهیبرید یکی از انواع پنل های خورشیدی است که هنوز در مرحله تحقیق است. این توسط یک تیم متخصص در دانشگاه وندربیلت کشف شده است. ایده پشت فناوری جدید این است که از سیستم فتوسیستم 1 استفاده کرده و در نتیجه از فرایند طبیعی فتوسنتز الگوبرداری کنید. بسیاری از موادی که در این سلول استفاده می شود شبیه روش های سنتی است، اما تنها با ترکیب چند لایه فتوسیستم 1، تبدیل از انرژی شیمیایی به انرژی الکتریکی بسیار موثرتر می شود (تا 1000 برابر کارآمدتر از انواع نسل اول پنل های خورشیدی).
سلول خورشیدی کادمیوم تلورید (CdTe)
در میان مجموعه ای از انواع مختلف پنل های خورشیدی، این تکنیک فتوولتائیک از کادمیوم تلوراید استفاده می کند که تولید سلول های خورشیدی را با هزینه نسبتاً کم و در نتیجه زمان بازپرداخت کوتاه تر (کم تر از یک سال) امکان پذیر می کند. از بین همه فن آوری های انرژی خورشیدی، این فناوری است که برای تولید نیاز به کم ترین مقدار آب دارد. با در نظر گرفتن زمان بازپرداخت انرژی کوتاه، سلول های خورشیدی CdTe ردپای کربن شما را تا حد ممکن پایین نگه می دارند. تنها عیب استفاده از کادمیوم تلوراید، ویژگی سمی بودن آن در صورت بلع یا استنشاق است. به ویژه در اروپا، این یکی از بزرگ ترین موانعی است که باید بر آن غلبه کرد، زیرا بسیاری از مردم نگران استفاده از فناوری پشت این نوع پنل های خورشیدی هستند.
سلول PV متمرکز (CVP و HCVP)
سلولهای PV متمرکز انرژی الکتریکی را درست مانند سیستم های فتوولتائیک معمولی تولید می کنند. آن دسته از پنل های خورشیدی چندمنظوره دارای راندمان تا 41 درصد هستند که در بین تمام سیستم های فتوولتائیک، بالاترین میزان تا کنون است.
نام چنین سلول های CVP به دلیل کارآیی آن ها در مقایسه با انواع دیگر صفحات خورشیدی است: سطوح منحنی آینه، لنزها و گاهی حتی سیستم های خنک کننده برای جمع آوری اشعه خورشید و در نتیجه افزایش کارایی آن ها استفاده می شود.
به این ترتیب، سلول های CVP با عملکرد و کارایی بالا تا 41 one به یکی از کارآمدترین پنل های خورشیدی تبدیل شده اند. آن چه باقی می ماند این واقعیت است که چنین پنل های خورشیدی CVP تنها در صورتی می توانند کارآمد باشند که با زاویه کامل به خورشید نگاه کنند. به منظور دستیابی به چنین نرخ های بهره وری بالا، یک ردیاب خورشیدی در داخل پنل خورشیدی مسئول پیگیری خورشید است.
ما را در تلگرام دنبال کنید.
