انواع پنل‌های خورشیدی و نحوه عملکرد آنها

پنل خورشیدی چیست؟

پنل‌های خورشیدی که با نام‌های پنل‌های فتوولتائیک یا سلول‌های خورشیدی نیز شناخته می‌شوند، تجهیزاتی فناورانه هستند که برای تبدیل انرژی خورشید به انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. انرژی خورشیدی یکی از کارآمدترین، مقرون‌به‌صرفه‌ترین و پاک‌ترین منابع انرژی تجدیدپذیر است.ایران با داشتن میانگین ۳۰۰ روز آفتابی در سال، پتانسیل بسیار بالایی برای بهره‌برداری از این انرژی دارد. آیا علاقه‌مند به استفاده از این انرژی تجدیدپذیر در خانه یا محل کار خود هستید؟ آیا می‌خواهید درباره مزایا و انرژی خورشیدی بیشتر بدانید؟ در ادامه با انواع مختلف پنل‌های خورشیدی و نکاتی که باید هنگام انتخاب بهترین گزینه مد نظر داشته باشید، آشنا خواهید شد.

مواد تشکیل‌دهنده پنل‌های خورشیدی: اکثر پنل‌های خورشیدی از «سیلیکون کریستالی» ساخته می‌شوند؛ ماده‌ای که هم فراوان است و هم کارایی بالایی دارد و به دو شکل «مونوکریستال» (تک‌کریستالی) و «پلی‌کریستال» (چندکریستالی) موجود است. این سیلیکون بین لایه‌هایی از شیشه و پلیمرهای محافظ قرار می‌گیرد تا دوام و مقاومت آن در برابر شرایط جوی تضمین شود؛ همچنین یک قاب آلومینیومی برای ایجاد استحکام در اطراف آن تعبیه می‌گردد. علاوه بر این، از فلزات رسانا مانند نقره یا مس برای تسهیل انتقال الکتریسیته تولید شده استفاده می‌شود. از سوی دیگر، سلول‌های «لایه نازک» (Thin-film) از مواد جایگزینی مانند سیلیکون آمورف، تلورید کادمیوم (CdTe) یا ترکیبات مس، ایندیم، گالیوم و سلناید (CIGS) بهره می‌برند. این ماژول‌ها که به صورت لایه‌های بسیار نازک روی بسترهایی مانند شیشه، فولاد یا حتی صفحات انعطاف‌پذیر قرار می‌گیرند، به دلیل سبکی و قابلیت انطباق با سطوح مختلف متمایز هستند. اگرچه بازدهی آن‌ها معمولاً کمتر از پنل‌های سیلیکونی کریستالی است، اما در کاربردهای خاصی که وزن و انعطاف‌پذیری اهمیت دارد، مزایایی را ارائه می‌دهند.

انواع پنل‌های خورشیدی: پنل‌های خورشیدی به ما این امکان را می‌دهند که از منبعی پایان‌ناپذیر و رایگان، یعنی نور خورشید، نهایت استفاده را ببریم و آن را طی فرآیندی صددرصد پاک و بدون تولید دی‌اکسید کربن، به انرژی تبدیل کنیم. به طور کلی سه نوع اصلی پنل خورشیدی وجود دارد: ۱. پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک (Photovoltaic) ۲. کلکتورهای حرارتی یا گرمایی (Thermal Collectors) ۳. پنل‌های خورشیدی هیبریدی (Hybrid)

۱. پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک

این پنل‌ها از سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک تشکیل شده‌اند. زمانی که تابش خورشید به این سلول‌ها برخورد می‌کند، یونیزه شده و الکترون‌هایی آزاد می‌کنند که برهم‌کنش آن‌ها منجر به تولید انرژی الکتریکی می‌شود.

• مونوکریستال (Monocrystalline): از آنجایی که این پنل‌ها از سیلیکون با خلوص بسیار بالا ساخته می‌شوند، بالاترین نرخ بازدهی موجود در بازار (بین ۱۵ تا ۲۰ درصد) را ارائه می‌دهند. مزایای اصلی: تولید توان بالا، طول عمر زیاد و اندازه مناسب که آن‌ها را برای مصارف خانگی ایده‌آل می‌سازد.

• پلی‌کریستال (Polycrystalline): این پنل‌ها که به دلیل رنگ آبی‌شان به راحتی قابل تشخیص هستند، از سیلیکون خام ساخته می‌شوند. آن‌ها ارزان‌تر از پنل‌های مونوکریستال هستند، اما بازدهی کمتری دارند (حدود ۱۵ درصد)، اگرچه توان تولیدی آن‌ها مشابه است. این پنل‌ها فضای بیشتری اشغال می‌کنند و نسبت به دماهای بالا حساس‌تر هستند، بنابراین برای مناطق بسیار گرم توصیه نمی‌شوند.

• آمورف یا لایه نازک (Amorphous): این نوع پنل‌ها از موادی مانند سیلیکون آمورف، تلورید کادمیوم یا گالیوم با خواص فتوولتائیک استفاده می‌کنند. به همین دلیل، امکان ساخت پنل‌های منعطف و سبک فراهم می‌شود. بازدهی آن‌ها به اندازه پنل‌های فتوولتائیک معمول نیست (بین ۷ تا ۱۰ درصد کمتر)، طول عمر کوتاه‌تری دارند و فضای بسیار بیشتری نیاز دارند. با این حال، به دلیل قیمت پایین‌تر، معمولاً در پروژه‌های بزرگ مانند صنایع یا تأسیسات عمومی استفاده می‌شوند.

۲. پنل‌های خورشیدی حرارتی (آبگرمکن‌های خورشیدی)

این سیستم‌ها دارای یک صفحه برای جذب نور خورشید و یک مخزن یا کلکتور هستند که در آن سیالی با قابلیت انتقال حرارت، گرما را به سیستم‌های گرمایش خانگی و آب گرم منتقل می‌کند. پنل‌ها مدار سیال انتقال‌دهنده را گرم می‌کنند و این سیال به مبدل حرارتی در مخزن ذخیره می‌رود تا آب را گرم کند. برخی از انواع پنل‌های حرارتی، مانند پنل‌های متمرکزکننده، این گرما را به بخار تبدیل می‌کنند تا برای مثال توربین‌های یک ژنراتور را به حرکت درآورند.

• کلکتورهای دما پایین: این کلکتورها به دمایی تا ۵۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسند و معمولاً برای تأمین انرژی سیستم‌های گرمایشی و آب گرم مصرفی در خانه‌ها یا کسب‌وکارها استفاده می‌شوند.

• کلکتورهای دما متوسط: عملکردی مشابه دارند اما دارای پوششی شفاف برای جلوگیری از اتلاف گرما هستند و می‌توانند تا دمای ۹۰ درجه سانتی‌گراد برسند.

• کلکتورهای دما بالا: این پنل‌ها دارای دو لایه پوشش هستند که خلاء ایجاد می‌کنند و امکان عملکرد در دماهای تا ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد را فراهم می‌سازند. از این نوع کلکتورها برای تولید برق در نیروگاه‌های حرارتی استفاده می‌شود.

۳. پنل‌های خورشیدی هیبریدی

پنل‌های هیبریدی قادرند نور خورشید را همزمان به الکتریسیته و گرما تبدیل کنند که این امر عملکرد سلول‌های فتوولتائیک را تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهد. علاوه بر این، این سیستم‌ها می‌توانند با سایر انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی بادی ترکیب شوند تا سهم انرژی تولیدی بیشتری حاصل گردد.

پنل‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟

اصول عملکرد پنل خورشیدی بر پایه «اثر فتوولتائیک» است. زمانی که نور خورشید به سلول‌های خورشیدی برخورد می‌کند، فوتون‌ها باعث آزادسازی الکترون‌ها در ماده نیمه‌رسانا (معمولاً سیلیکون) می‌شوند. این حرکت الکترون‌ها جریان الکتریکی مستقیم (DC) را تولید می‌کند که پایه انرژی تولید شده است.

برای اینکه بتوان از این الکتریسیته در خانه‌ها، کسب‌وکارها یا صنایع استفاده کرد، جریان به یک «اینورتر» (مبدل) متصل می‌شود. وظیفه اینورتر تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) است که اکثر دستگاه‌های الکتریکی با آن کار می‌کنند. در نهایت، انرژی برای خودمصرفی توزیع می‌شود، در باتری‌ها ذخیره می‌گردد یا به شبکه برق تزریق می‌شود و بدین ترتیب به ایجاد یک سیستم انرژی پایدارتر کمک می‌کند.

فناوری‌های نوین در پنل‌های خورشیدی

علاوه بر انواع ذکر شده، صنعت خورشیدی همچنان به نوآوری برای دستیابی به راهکارهای انرژی کارآمدتر ادامه می‌دهد؛ از جمله فتوولتائیک متمرکز (CPV)، پنل‌های دوطرفه (Bifacial)، سلول‌های کروی و سلول‌های هتروجانکشن. با آگاهی از ارزش این منبع طبیعی بی‌پایان، انرژی خورشیدی یکی از ارکان اصلی استراتژی‌های نوین انرژی محسوب می‌شود.