انواع پنل های خورشیدی و مزایا و معایب آن ها

سیلیکون کریستالین (c – Si) برای فن آوری فتوولتائیک:

سیلیکون کریستالین (c – Si) یک شکل بلوری از سیلیکون (Si) است که به طور گسترده در فرآیند ساخت پنل های خورشیدی بلورین (پلی و مونو کریستالین) در تکنولوژی فتوولتائیک بکار می رود. تقریبا ۹۰ درصد از تکنولوژی فتوولتائیک، مبتنی بر سیلیکون است که عمدتا در پنل های خورشیدی سیلیکون کریستالین استفاده می شود.

عوامل زیادی برای استفاده از سیلیکون در تکنولوژی فتوولتائیک وجود دارد، اما مهم ترین آن ها خلوص سیلیکون است، به این معنی که هر چه خلوص سیلیکون بیشتر باشد، توانایی پنل خورشیدی برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته به عنوان قدرت خروجی بیشتر می شود.

سیلیکون کریستالین (c – Si) مبنای سلول های پلی و مونو کریستالین سیلیکون را تشکیل می دهد، که در ادامه با جزییات مورد بحث قرار خواهد گرفت.

پنل های خورشیدی مونو کریستالین

“مونو” به معنی “واحد” است، و همانطور که از نام آن پیداست، سلول های پنل های خورشیدی مونو کریستالین از یک بلور سیلیکون خالص تشکیل شده اند. دلیل دیگر نام مونو کریستالین این است که یک بلور تکی برای ایجاد آرایه استفاده شده است که باعث خلوص فتوولتائیک و ظاهر یکنواخت در ماژول فتوولتائیک می شود.

پنل های خورشیدی مونو کریستالین (سلول های فتوولتائیک) به شکل گرد هستند و میله های بلور سیلیکون در کل ماژول فتوولتائیک به شکل استوانه ای هستند.

خوب است بدانید: فرق بین پنل های فتوولتائیک پلی کریستالین و مونو کریستالین این است که سلول های خورشیدی مونو کریستالین به شکل استوانه ای با لبه های گرد به نظر می رسند.

مزایا

کارایی پنل های خورشیدی پلی کریستالین ۱۵ تا ۲۰ درصد است در حالی که آخرین پنل های خورشیدی مونو کریستالین به بازده ۲۵ درصد در آزمایشگاه ها دست یافته اند و ۲۱ درصد کارایی تایید شده آن ها است. در ایالات متحده، کارایی سری E20 حدود ۲۰ درصد و سری X از مجموعه SunPower PV ۲۱.۵ درصد بازده را فراهم می کند.

پنل های خورشیدی و فوتوولتایی مونو کریستالین به کم ترین مقدار فضا نیاز دارند و یک ناحیه کوچک روی سقف را اشغال می کند.
متوسط عمر پنل های خورشیدی مونو کریستالین حدود ۲۵ سال است در حالی که دیگر تولید کنندگان پنل های فتوولتائیک ۲۵ تا ۳۰ سال عمر را برای محصولاتشان پیش بینی می کنند.

عملکرد آن نسبت به پلی کریستالین در شرایط نوری یک سان بهتر است. علاوه بر این، پنل های خورشیدی مونو کریستالین در مقایسه با صفحات خورشیدی لایه نازک تا چهار برابر مقدار انرژی الکتریکی بیشتری تولید می کنند.
به طور خلاصه، پنل های خورشیدی مونو کریستالین کارآمد ترین ماژول های فتوولتائیک موجود هستند، محبوب ترین فن آوری موجود در بازار را دارند، عموما در دسترس هستند، حداقل مقدار مساحت روی سقف را اشغال کرده و استفاده و جایگزینی آن ها آسان است.

 

معایب

پنل های خورشیدی مونو کریستالین هزینه بر هستند. هزینه اولیه پنل های فتوولتائیک مونو کریستالین در مقایسه با ماژول های خورشیدی لایه نازک یا پنل های خورشیدی پلی کریستالین بیش از حد بالا و گران است.
از آن جا که از یک بلور سیلیکون ساخته شده است، اگر یک ناحیه از پنل خورشیدی با برف، خاک و یا سایه پوشانده شود ممکن است کل مدار فتوولتائیک را از کار
بیاندازد.

مقدار زیادی از سیلیکون خالص به هدر می رود. برای ساخت ویفر ها و آرایه های سیلیکون به شکل استوانه ای بزرگ (در یک فرآیند به نام Czochralski برای ایجاد مونو کریستالین سیلیکون)، چهار گوشه سلول های فتوولتائیک از شمش ها بریده می شوند،‌ که باعث هدر رفتن مقدار زیادی سیلیکون خالص می شود.
وقتی دما بالا می رود کارآیی بیشتری دارد و در آب و هوای گرم و آفتاب کامل بهتر عمل می کند، اما این یک راهکار قابل توجه برای اغلب صاحبخانه ها نیست.

سلول های خورشیدی روبان رشته ای

فرآیندی که در آن چندین نوار و فویل کریستالین سیلیکون برای تکنولوژی فتوولتائیک تولید می شوند. در این فرآیند، سیم های مقاومت با دمای بالا درون سیلیکون مذاب کشیده می شوند تا روبان های نازک چند کریستالی از کریستال های سیلیکون ساخته شود. این روبان های بسیار نازک به فواصل مختلف تقسیم می شوند تا سلول های خورشیدی و فتوولتائیک را شکل دهند.

پنل های خورشیدی که با تکنولوژی روبان رشته ای ساخته شده اند شبیه پنل های فتوولتائیک پلی کریستالین سنتی هستند. این فرآیند برای اولین بار در دهه ۱۹۷۰ توسط Mobil-Tyco معرفی شد. Solar Energy Corp و The Evergreen Solar مهم ترین تولید کننده هایی بودند که از تکنولوژی روبان رشته ای برای ساخت سلول های خورشیدی استفاده می کردند. توجه داشته باشید که پنل های فتوولتائیک روبان رشته ای نیز از سیلیکون پلی کریستالین ساخته شده اند.

مزایا:

هزینه تولید پایین، استفاده ساده و آسان.
بهره وری پنل های خورشیدی روبان رشته ای در حدود ۱۳ تا ۱۴ درصد است (در حالی که در آزمایشگاه ها، محققان به ۱۸ تا ۱۹ درصد بهره وری دست یافته اند)

معایب:

تولید آن نیازمند انرژی بیشتری است
پایین ترین میزان بهره وری از فضا

پنل خورشیدی پلی کریستالین

“پلی” به معنای “بسیار یا چند” است. همانطور که از نام آن پیدا است، از تعدادی کریستال سیلیکون خالص تشکیل شده است که با هم ترکیب شده اند تا یک سلول خورشیدی یا فتوولتایی تشکیل دهند. شکل این سلول ها مستطیلی هستند و به سیلیکون کمتری نسبت به پنل های خورشیدی مونو کریستالین نیاز دارند که آن ها را ارزان تر می کند، اما بازده آن ها نسبت به سلول های فتوولتایی مونو کریستالین کم تر است (تقریبا ۱۳.۵ – ۱۷ درصد). همچنین با نام های پولی سیلیکون و سیلیکون مولتی کریستالین شناخته می شود و اولین بار در سال ۱۹۸۱ به بازار معرفی شد.

برای ساختن سلول های فتوولتایی پلی کریستالین، سیلیکون خام خالص ذوب می شود و در یک قالب مربعی ریخته می شود که خنک شده و به شکل ویفر ها و آرایه های کاملا مربعی بریده می شود. به دلیل آرایش کریستالی تصادفی در پنل های خورشیدی پلی کریستالین برخی از نور منعکس می شود، به همین دلیل کمی آبی تر به نظر می رسد. امروزه، قیمت صفحه های خورشیدی پلی کریستالین پایین آمده است و دوباره در ایالات متحده، بریتانیا، استرالیا و دیگر بازارهای محلی محبوبیت پیدا کرده است.

مزایا

پنل های خورشیدی پلی کریستالین تحمل گرمای کمتری دارند (که به این معنی است که عملکرد آن ها در دماهای بالا نسبت به ماژول های فتوولتایی مونو کریستالین کم تر است، چون گرما ممکن است پنل های خورشیدی را مختل کند و عمر آن ها را کاهش دهد). با این حال، این موضوع برای اکثر صاحبخانه ها و خریداران پنل خورشیدی مهم نیست و آن را هنگام طراحی چیدمان نصب پنل خورشیدی در نظر نمی گیرند.
فرآیند تولید پلی کریستالین سیلیکون با هزینه و پیچیدگی کم تر همراه است.

به طور خلاصه، تولید آن مقرون به صرفه است، کارایی خوبی دارد، یک ناحیه کوچک را روی سقف اشغال می کند، عموما در دسترس بوده و جایگزینی و استفاده آن آسان است.

معایب

بازده صفحات خورشیدی پلی کریستالین تقریبا ۱۷- ۱۳.۵ درصد است. این به معنی این است که اگر ۱۰۰ وات از انرژی پتانسیل خورشیدی به پنل های خورشیدی بتابد، انرژی خورشیدی تولید شده خروجی در حدود ۱۳.۵ تا ۱۷ وات خواهد بود. از این رو، از پنل های خورشیدی مونو کریستالین بازده نسبتا کمتری دارد.
سطح یکسانی از ماژول های فتوولتایی پلی کریستالین قدرت کمتری را نسبت به پنل های خورشیدی مونو کریستالین تولید می کند (اما این موضوع همیشه درست نیست).

در مقایسه با پنل خورشیدی لایه نازک و مونو کریستالین زیبایی کمتری دارد زیرا ظاهر آن یکدست نیست، و دارای رنگ های آبی تصادفی در جاهای مختلف است.

سلول های خورشیدی لایه نازک (TFSC) یا (TFPV)

سلول های خورشیدی لایه نازک (TFSC) به عنوان سلول های فتوولتایی لایه نازک (TFPV)یا ماژول های فتوولتایی نامنظم نیز شناخته می شوند. ادغام یک یا چند لایه باریک از مواد فتوولتایی یا لایه نازک در یک زیر لایه، به عنوان مثال فلز، شیشه، پلاستیک و غیره فرآیند اصلی ایجاد پنل های خورشیدی لایه نازک است و این یک سلول خورشیدی نسل دوم است. ضخامت لایه از چند نانومتر تا ده ها میکرومترتغییر می کند در حالی که هر روزه لایه های با نازکی بسیار کم تر تولید می شوند. اولین نسل سلول خورشیدی سیلیکون کریستالین (c-SI) از ویفر های سیلیکونی حداکثر ۲۰۰ میکرومتری استفاده می کرد.

در ادامه زیر شاخه هایی از انواع پنل های خورشیدی لایه نازک را خواهید دید که در آن ها مواد فتوولتایی روی یک زیر لایه ادغام می شوند.

سیلیکون نامنظم (a-Si/TF-Si)
ایندیم گالیم سلنیوم مس (CIGS/ CIS)
کادمیوم تلورید (CdTe)

این هم لیست نسل سوم سلول های خورشیدی لایه نازک است، که به صورت تجاری در دسترس نیستند اما محققان امیدوارند که این رویا تحقق یابد.

سلول های فتوولتایی ارگانیک (OPC / OPC)
سلولهای خورشیدی حساس ‌شده به رنگ
سلول های خورشیدی پلیمر
سلول های خورشیدی نقطه کوانتومی
سلول های خورشیدی مس روی قلع سولفید
سلول های خورشیدی نانو کریستال
سلول های خورشیدی Perovskite

پنل های خورشیدی لایه نازک ارزان تر هستند، اما از فن آوری سنتی سلول خورشیدی کریستالین سیلیکون (c-SI) بازده کمتری دارند. با این حال، پیشرفت های اخیر در فن آوری تایید کرده است که بازده آزمایشگاهی کادمیوم تلورید (CdTe) و ایندیم گالیم سلنیوم مس (CIGS/ CIS) به ۲۰ درصد رسیده است.

مزایا

تولید پنل های خورشیدی لایه نازک در مقیاس بزرگ، نسبت به سلول های فتوولتایی مبتنی بر کریستالین از پیچیدگی کمتری برخوردار است.
آن ها در مقایسه با دیگر پنل های فتوولتایی / خورشیدی مونو کریستالین ارزان تر هستند.
ظاهر یکنواخت صفحات خورشیدی لایه نازک، جذاب تر است و می تواند برای اهداف زیباسازی مورد استفاده قرار گیرد.
همچنین می تواند به شکلی انعطاف پذیر تولید شود که ممکن است برای اهداف و کاربردهای زیادی مورد استفاده قرار گیرد و استفاده از آن در جایی که فضا یک مساله نیست، منطقی به نظر می رسد.
مقاومت دمای آن بالا است، یعنی دمای بالا و سایه تاثیر کمتری بر پنل های خورشیدی لایه نازک دارند.

معایب

به فضای زیادی نیاز دارد. به طور معمول برای خانه های شخصی مفید نیستند.
ساختار پشتیبانی اضافی، کابل ها، تعمیر و نگهداری و غیره برای نصب پنل خورشیدی لایه نازک آن را تبدیل به یک سیستم هزینه بر می کند.
طول عمر کلی صفحات خورشیدی لایه نازک کم تر از پنل های خورشیدی پلی و مونو کریستالین است.

منبع:سایت مهندسیار