انواع صفحات خورشیدی نیاز به نور روزانه و نور مستقیم خورشید برای بازدهی بیشتر و تولید برق خورشیدی بیشتر دارند، بدین معنا که آن ها حتی می توانند برق خورشیدی را در روزهای ابری تولید کنند و مقدار تولید توان الکتریکی بستگی به نوع سلول های فتوولتائیک استفاده شده در پنل های سولار دارد. در این مقاله به انواع پنل خورشیدی از نظر تکنولوژی ساخت ، بازدهی و کارایی پرداخته می شود.
انواع پنل های سولار خانگی
صفحات خورشیدی خانگی
پنل خورشیدی خانگی استاندارد دارای راندمان تبدیل بسیار پایین است. بازده تبدیل سلول های فتوولتائیک خانگی در حدود ۸٪ می باشد. برای بالا بردن این بازدهی موارد بسیاری تاثیر گذار هستند که می توان بازدهی را به ۲۵ درصد رساند. بیشتر نور خورشید که به سطح صفحات خورشیدی خانگی برخورد می کند ، بازتاب می شود بنابراین با استفاده از آینه ها و لنز های تمرکزی می توان بازدهی پنل فتوولتائیک را به ۴۰ درصد افزایش داد.
انرژی خورشیدی اضافی که به برق تبدیل نمی شود به عنوان انرژی گرمایی در سلول باقی می ماند. اثر گرما در پنل سولار باعث می شود که حداکثر کارایی یک سلول خورشیدی فتوولتائیک در نور خورشید بسیار کم باشد. متوسط تولید برق از یک صفحه خورشیدی استاندارد نیز به کاربرد، مقدار تابش خورشید و اندازه پنل خانگی بستگی دارد.
اجزای سیستم برق خورشیدی
انواع پنل های سیلیکونی
انواع مختلفی از صفحات خورشیدی فتوولتائیک برای خرید وجود دارد، اما اکثرا از ماده سیلیکون ( Si ) تولید می شوند که دومین عنصر فراوان در پوسته زمین (پس از اکسیژن) است. سیلیکون همان ماده ای است که از شن و ماسه ساخته می شود و به تنهایی بسیار خالص نیست. بنابراین باید قبل از استفاده از آن به عنوان یک ماده نیمه هادی ، خلوص ماده را تا ۹۹٫۹۹٪ افزایش داد. سیلیکون در بسیاری از انواع سلول های فتوولتائیک ، ترانزیستورها و یا تجهیزات دیجیتال استفاده می شود.
دو نوع اصلی از موادی که در صفحات خورشیدی استفاده می شوند عبارتند از سیلیکون بلورین و رسوبات فیلم نازک ( Thin Film ) که از لحاظ بازده جذب نور ، بازده تبدیل انرژی ، تکنولوژی تولید و هزینه تولید متفاوت می باشند. سلول های خورشیدی سیلیکون بلورین شایع ترین نوع هستند که امروزه بسیار استفاده می شوند. سه نوع کلی پنل های ساخته شده از سیلیکون عبارتند از:
سیلیکون مونو کریستالی – همچنین به عنوان سیلیکون تک کریستالی شناخته می شود
سیلیکون پلی کریستالی – همچنین به عنوان سیلیکون چند کریستالی شناخته می شود
سیلیکون فیلم نازک
قیمت سیستم خورشیدی خانگی
پنل سولار نصب بر روی پشت بام خانه
پنل سولار نصب بر روی پشت بام خانه
پنل فتوولتائیک سیلیسیم بلوری (c-Si)
از رایج ترین فن آوری برای تولید صفحات خورشیدی که امروزه حدود ۹۰٪ از بازار را شامل می شوند ، سلول های فتوولتائیک ساخته شده از جنس سیلیکون بلوری می باشند که به صورت شمش خالص قالب بندی می شود. تکه های نازک سیلیکون به نام ویفر از یک کریستال تک سیلیکون (مونو کریستال) یا از یک بلوک از بلورهای سیلیکونی (پلی کریستالی) برداشته می شود تا سلول های فتوولتائیک را ایجاد کنند. بازده تبدیل برای این نوع از پنل ها بین ۱۰٪ تا ۲۰٪ است.
استفاده از نور خورشید در صحرا ها
پنل خورشیدی سیلیکون مونو کریستالی
سیلیکون مونو بلوری یک نوع ماده ساخت سلول های خورشیدی می باشدکه از یک ساختار سیلیکونی تک کریستالی ساخته و به شکل یکنواخت در کل پنل های فتوولتائیک توزیع شده است. سیلیکون خالص را در قالب سلول خورشیدی ذوب می کنند و به صورت یکنواخت شکل قالب صفحه خورشیدی را به خود می گیرد.
با حرارت به شمش سیلیکون خالص ، ماده سیلیکون تک کریستالی به صورت مایع از شمش جدا می شود و بعد از سرد شدن دوباره آن را به ورقه های نازک فتوولتائیک برش می زنند و پس از جلا دادن و سیقلی کردن به صورت پنل یا ماژول خورشیدی مونتاژ می شود. این نوع سلول های فتوولتائیک نیز به طور گسترده ای در ساخت صفحات خورشیدی استفاده می شوند.
سلول خورشیدی سیلیکون تک کریستالی در مقایسه با سلول خورشیدی پلی کریستالی ، ساختار مولکولی یکپارچه از ویفر سیلیکون دارد که آن را برای انتقال الکترون های آزاد از طریق ماده ای که منجر به بازده تبدیل انرژی بالا می شود، ایده آل می کند. بازده تبدیل انرژی برای پنل های مونو کریستالی بین ۱۵ تا ۲۰ درصد است.
بازدهی بهتر در نیروگاه های خورشیدی
صفحات خورشیدی سیلیکون پلی کریستالی
سیلیکون پلی کریستالی که همچنین به عنوان سیلیکون چند بلوری شناخته می شود، برای ساخت آن ها از یک شمش سیلیکون استفاده می شود. ساختار مولکولی سیلیکون شامل چندین گروه کوچکتر یا دانه های کریستال است که بین آن ها مرزهایی وجود دارد. سلول های خورشیدی پلی کریستالی بازده تبدیل انرژی کمتری را نسبت به سلول های خورشیدی مونو کریستالی قبلی دارند، زیرا مرزهای بین عناصر پلی کریستالی ، جریان الکترون ها را محدود می کنند و باعث جذب الکترون های آزاد با حفره های مثبت می شوند که درنتیجه باعث کاهش قدرت خروجی و بازدهی کمتر سلول خورشیدی می شود. بازده تبدیل انرژی برای صفحات خورشیدی مونو کریستالی بین ۱۰ تا ۱۴ درصد است. با این حال، این نوع از سلول های فتوولتائیک بسیار پرکاربرد هستند زیرا هزینه های تولید آن ها نسبت به پنل های دیگر بسیار پایین تر است.
پنل خورشیدی فیلم نازک
یکی دیگر از انواع پنل های سولار ، سلول های خورشیدی فیلم نازک هستند که در ابتدا برای کاربرد های فضایی و تامین توان ماهواره ها استفاده می شد و نسبت تبدیل توان به سایز و وزن نسبت به نوع سیلیکونی بهتر و کارآمدتر می باشد. مواد نیمه هادی فیلم نازک به صورت چاپ سطحی یا اسپری بر روی یک بستر شیشه ای ، فلزی یا پلاستیکی مونتاژ می شوند. با استفاده از این تکنولوژی ساخت ، ضخامت کلی هر یک از سلول های خورشیدی به طور قابل توجهی کوچکتر از یک سلول بلورین معمولی می شود ، از این رو به آن فیلم نازک قابل انعطاف می گویند. از آنجایی که مواد فتوولتائیک در پنل های فیلم نازک به طور مستقیم بر روی یک شیشه یا فلز ، اسپری می شوند، بنابراین فرایند تولید سریع تر و ارزان تر است. تکنولوژی فتوولتائیک فیلم نازک برای استفاده در نیروگاه برق خورشیدی باعث کوتاه تر شدن زمان بازگشت سرمایه نیروگاه خورشیدی می شود.
اگرچه مواد فیلم نازک جذب نور بیشتری نسبت به مواد کریستال سیلیکونی دارند اما سلول های خورشیدی فیلم نازک برای تولید برق خورشیدی کارایی ضعیف تری دارند که نیاز به ساختار و سلول بزرگتری می باشد. مواد نیمه هادی مورد استفاده برای انواع فیلم نازک عبارتند از :
کادیوم تلوراید (Cd-Te)
سیلیکون آمورف (A-Si)
پلی کریستال مس ، ایندیوم و سلنیم (CIS)
پلی کریستال CIS به همراه گالیم ( پلی کربنات CIGS )
پنل خورشیدی نمای ساختمان BPIV
پنل های خورشیدی فیلم نازک از جنس کادیوم تلراید (Cd-Te)
کادمیوم تلوراید (Cd-Te) یک ماده نیمه هادی پلی کریستالی ساخته شده از کادمیوم و تلوریم است. کادمیوم تلوراید فیلم نازک دارای جذب سطحی بالای نور است و همچنین مقدار Cd-Te مورد نیاز می تواند بسیار کم باشد. در حدود یک میکرون کادیوم تلوراید برای جذب نور بیشتر در پنل ضروری است.
اگر چه فرآیند اسپری کردن یا چاپ کردن فیلم نازک آسان و ارزان قیمت است اما ماده اصلی، کادمیوم یک فلز سنگین است. اگر سلول به هر دلیلی آسیب دیده یا شکسته شود، محیط را آلوده می کند. یکی دیگر از معایب این سلول های خورشیدی این است که بازده تبدیل انرژی خورشیدی به برق کمتر از ۱۰ درصد می باشد.
پنل خورشیدی نمای ساختمان BPIV
پنل فیلم نازک از جنس سیلیکون آمورف (A-Si)
یک فرم غیر سایزبندی سیلیکون است که به طور گسترده ای در ماشین حساب ها، لوازم الکترونیکی مصرفی و چراغ های خیابانی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد که این تجهیزات نیاز به جریان کم در ولتاژ پایین دارند. از انواع مختلف سلول های فتوولتائیک موجود ، سیلیکون آمورف دارای بیشترین جذب نور ( تا ۴۰ برابر بیشتر ) هستند. مزیت دیگر این نوع سلول های فیلم نازک از مواد سیلیکون آمورف کاهش هزینه های تولید و ساخت است.
سلول های سیلیکون آمورف دارای مزایا و معایب مختلف هستند. پنل فتوولتائیک سیلیکون آمورف در انواع مختلفی از صفحات و سقف ها می تواند اسپری شود. یکی از کاربرد های عمده پنل فیلم نازک در نمای ساختمان خورشیدی ( BIPV ) می باشد و بر روی پلیمر ، شیشه و پلاستیک قرار می گیرد. عیب اصلی صفحه خورشیدی فیلم نازک با جنس سیلیکون آمورف بازدهی کم پنل می باشد که در حدود ۷ تا ۹ درصد می باشد و بعد از چند ماه که در معرض نور خورشید باشد ، بازدهی پنل آمورف به کمتر از ۵ درصد می رسد.
پنل های خورشیدی سیلیکون پلی کریستالی
سلول فیلم نازک از جنس پلی کریستال CIS
پلی کریستال فیلم نازک CIS ، نوعی دیگر از مواد نیمه هادی می باشد که از مس ، ایندیوم و سلنیوم تشکیل شده است و همچنین سلول های CIS یکی از ترکیب های نیمه هادی جذب کننده نور هستند که تا ۹۰ درصد طیف خورشیدی را جذب می کنند.
اگر چه ترکیبات مسی بسیار کارآمد هستند اما پیچیدگی فرمولاسیون ترکیب نیمه هادی باعث می شود آنها را برای تولید ، گران و دشوار کند. همچنین، ایندیوم نسبتا گران است زیرا علاوه بر منابع محدود ، دسترسی به فلز ایندیوم محدودیت های زیست محیطی دارد. همچنین مسائل مربوط به ایمنی سلنیوم نیز باعث کاهش تولید این نوع سلول خورشیدی شده است زیرا سلنید هیدروژن یک گاز بسیار سمی است.
کاربرد پنل های خورشیدی فیلم نازک
صفحه خورشیدی فیلم نازک از جنس پلی کربنات CIGS
پنل فیلم نازک CIGS یکی دیگر از سلول های فتوولتائیک است که یک پلیمر نازک نیز به صورت پلی کربنات به پلی کریستال CIS اضافه شده است. اضافه کردن مقدار کمی گالیم (Ga) در ترکیب سلول های خورشیدی فتوولتائیک باعث بهره وری بیشتر ار ۱۲ درصد با همان مقدار نور خورشید می شود که ولتاژ مدار باز ۰٫۷ ولت می باشد. این به این دلیل است که گالیم که مایع شبیه جیوه در دمای اتاق است، باند جذب نور سلول خورشیدی را افزایش می دهد و در نتیجه هدایت آن را بهبود می بخشد که اجازه می دهد الکترون ها آزادانه از طریق سلول به الکترود حرکت کنند .
پنل های خورشیدی ۲۲۰ ولت مستقل از شبکه
انواع دیگر پنل های خورشیدی
انواع پنل های که در بالا ذکر شدند ، بیش از ۹۵ درصد بازار را به خود اختصاص داده اند ، اما انواع دیگری از سلول های خورشیدی فتوولتائیک نیز وجود دارند که در حال تحقیق و توسعه می باشند. در ادامه به شرح و توزیع هر یک به صورت مجزا می پردازیم که عبارتند از :
صفحه خورشیدی چند منظوره
سلول های PV حساس به نور
پنل فتوولتائیک سه بعدی (۳D)
سلول های خورشیدی چند منظوره
پنل های خورشیدی چند منظوره
پنل های سولار چند منظوره
این نوع سلول های فتوولتائیک خورشیدی که برای به حداکثر رساندن بازدهی تبدیل انرژی و کارایی بیشتر پانل خورشیدی استفاده می شوند ، به صورت طرح چند لایه ای که در آن دو یا چند اتصال مجدد PV بین لایه های مختلف پنل فتوولتائیک ایجاد می شود و با عبور نور از هر لایه ، لایه های بعدی جذب نور را انجام می دهند.
مزیت تکنولوژی پنل چند منظوره این است که هر لایه از پنل سولار برای طیف خاصی از فوتون های نوری تعریف شده اند که این لایه بندی باعث افزایش کارایی کلی ، بازدهی بیشتر تبدیل انرژی و کاهش تخریب در کارایی می شود. پنل های چند منظوره با سلول های سیلیکونی آمورف استاندارد قابل تولید می باشند.
پنل های خورشیدی چند منظوره
سلول های خورشیدی حساس به نور
نسل سوم فناوری پنل های خورشیدی به سلول های فتوولتائیک حساس به نور تعلق دارد که به جای استفاده از اتصال PN به صورت جامد ، از اتصال حالت مایع برای تولید سلول های PV استفاده می شود. به این سلول های فتوولتائیک حساس به نور ، سلول الکتروشیمیایی یا الکترولیت PV می گویند. این نوع سلول خورشیدی با استفاده از مولکول میکروسکوپی رنگ حساس به نور بر روی یک فیلم نانو کریستال یا پلیمر تولید می شود.
انرژی نور فوتونی که توسط رنگ جذب می شود، الکترون ها را هدایت می کند و موجب جریان برق از طریق نیمه هادی ها می شود. مزیت یک سلول فوتوولتائیک الکتروشیمیایی نانوکریستال حساس به رنگ ، این است که رنگ را می توان بر روی هر سطحی تولید کرد که میزان بازده تبدیل حدود ۱۰ درصد است. مزیت این نوع تکنولوژی این است که بر روی هرسطحی با قیمت کم می توان یک تولید برق خانگی راه اندازی کرد.
سلول های خورشیدی فتوولتائیک
پنل های خورشیدی سه بعدی یا ۳D
این نوع سلول فتوولتائیک از یک ساختار سه بعدی منحصر به فرد برای جذب بیشتر انرژی خورشید در همه جهات استفاده می کند و به پنل های سه بعدی معروف هستند. این سلول از یک آرایه ۳ بعدی از ساختارهای مولکولی مینیاتوری تشکیل شده است که نور خورشید را تا حد ممکن جذب می کند و باعث افزایش بهره وری و خروجی ولتاژ می شود. پنل سه بعدی اندازه، وزن و پیچیدگی کمتری نسبت به انواع دیگر صفحات دارد.
پنل های فتوولتائیک (PV) با تبدیل نور به برق خورشیدی بدون ایجاد مشکلات محیط زیستی مانند آلودگی و زباله ، از نور خورشید استفاده بهینه می کنند. سلول های خورشیدی فوتوولتائیک (PV) از مواد ویژه به نام نیمه هادی سیلیکون (Si) ساخته می شوند که در حال حاضر بیشترین استفاده و کاربرد را دارند. سیلیکون بلورین در طول دو دهه گذشته ماده اصلی سلول های PV بوده و در واقع بیش از ۹۵٪ از پنل های خورشیدی تولید شده در سراسر جهان از سیلیکون بلوری تشکیل شده است. با این حال، پیشرفت های اخیر در فن آوری سلول های خورشیدی، سلول های فیلم نازک و دیگر انواع سلول های فتوولتائیک با کارایی بیشتر در حال توسعه و تولید می باشند.
برداشت و ترجمه از : Alternative Energy Tutorials , Home Power