انواع پنل های خورشیدی موجود

انواع بسيار متنوعي از سلولهاي خورشيدي به صورت تجاري يا در مراحل آزمايشگاهي وجود دارد که آنها را به شرح زير مي‌توان دسته‌بندي کرد:
1) مونوکريستالي (Mono-Crystalline)
2) پلي کريستالي (Poly-Crystalline)
3) فيلم نازک (Thin Film)
4) پليمري يا ارگانيک (Polymeric/Organic)

1) سلولهاي مونوکريستالي (Mono-Crystalline):
جنس تمامي سلولهاي خورشيدي رايج در سطح توليد تجاري، سيليکون مي باشد که براي افزايش کارايي و بازدهي، مواد ديگري از طريق فرآيند تغليظ (Doping) بدان افزوده مي گردد. فرآيند توليد سلولهاي مونو به اين صورت مي باشد که يک دانه (Seed) اوليه کوچک سيليکون طي يک فرآيند کند و تدريجي به يک شمش (Ingot) بزرگ تا طول 2 متر و وزن صدها کيلوگرم رشد داده مي شود.سپس اين شمش به شکل ويفرهاي بسيار نازک سيليکون با ضخامت چند صد ميکرون به شکلهاي مختلف (عموماً هشت ضلعي يا مربع) برش داده مي شود و شکل آشناي سلولهاي مونو را تشکيل مي دهد.يک پنل سولار مونو به اين صورت ساخته مي شود که ابتدا سلولها به صورت ماتريسي از سلولهاي سري (براي افزايش ولتاژ) و موازي (براي افزايش جريان) به هم متصل مي شوند. سپس داخل يک قاب فلزي مستحکم نصب گرديده و يک پوشش شيشه‌اي شفاف و ضخيم براي حفاظت در برابر ضربات فيزيکي روي سلولها نصب مي شود و خروجي الکتريکال پنل توسط دو کابل با کانکتور قفل‌دار به بيرون هدايت مي گردد. اصلي ترين ويژگي يک پنل توان ماکزيمم آن و سپس ولتاژ و جريان در بار ماکزيمم مي باشد.سلولهاي مونو داراي بالاترين بازده و همچنين بيشترين قيمت بين ساير انواع مي باشند.بازده اين نوع سلولها در انواع خاص در رده کاربري نظامي تا %25 نيز مي رسد. اما انواع رايج در بازار ايران داراي بازدهي بين %16 تا %20 مي‌باشند. (تکنولوژي فعلي سال 2015)
 

2) سلولهاي پلي کريستالي (Poly-Crystalline):
بر خلاف سلولهاي مونوکريستال که از يک شمش با ساختار کريستالي يکنواخت برش مي‌خورند، سلولهاي پلي‌کريستال از برش شمشهايي که داراي ساختار غير يکنواخت هستند بدست مي‌آيند. براي توليد اين نوع سلولها، سيليکون مذاب به جاي شکل گيري دور يک Seed اوليه به صورت يکپارچه، درون يک قالب طي يک فرآيند متالورژي ساده‌تر و سريعتر به شکل نواحي به شکل کاملاً مشخص (Grain) شکل گرفته و سپس به شکل ويفرهاي سيليکوني برش مي خورد. ظاهر پوسته‌پوسته يا فلس (Flake) مانند اين نوع سلولها نيز به سبب همين فرآيند خاص توليد مي باشد.اين فرآيند کم‌هزينه‌تر و سريعتر سبب ارزانتر بودن اين نوع سلولها و در مقابل، پايين‌تر بودن راندمان آنها به نسبت سلولهاي مونو مي باشد.ساختار پنلهاي پلي‌کريستال نيز دقيقاً مانند پنلهاي مونو مي باشد که شامل ماتريسي از سلولها درون يک قاب فلزي و داراي يک پوشش شيشه‌اي است.راندمان سلولهاي پلي‌کريستال تجاري بين %12 تا %16 و در مراحل آزمايشگاهي و تحقيقاتي حدود %19 مي باشد. (تکنولوژي فعلي سال 2015)هر دو نوع سلول فوق، نسل اول پنل خورشيدي  را که بر پايه ويفر سيليکون هستند، تشکيل مي‌دهند که امروزه بيش از %90 بازار سلولهاي خورشيدي را در اختيار دارند.
مزايا:
بازده خوب، پايداري خوب، استحکام فيزيکي خوب، عدم کاهش بازده در کوتاه مدت
معايب:
وزن زياد، ضخامت زياد، انعطاف‌ناپذيري، فرآيند توليد بسيار پرهزينه به دليل نياز به انرژي فراوان در فرآيند توليد
 3) سلولهاي خورشيدي فيلم نازک ( "Thin Film Solar Cell "TFSC):
اين نوع سلولهاي خورشيدي، نسل دوم سلولها را تشکيل مي دهند که تکنولوژي ساخت آنها به چهار گروه زير تقسيم مي‌شود:
1) سيليکون آمورف (a-Si)
2) تلوريد کادميوم/سولفيد کادميوم (CdTe/CdS)
3) سلنيد گاليوم اينيديوم مس (CIGS)
4) ارسنيد گاليوم (GaAs)
فرآيند کلي توليد اين نوع سلولها به صورت رسوب يا نشست (Deposition) يک لايه يا فيلم بسيار نازک از مواد فتوولتاييک با ضخامت چند نانومتر تا چند ميکرون روي بستر (Substrate) با ضخامت کم از جنس شيشه، پلاستيک يا فلز مي باشد. بازده اين نوع سلولها در سطح توليد تجاري بين %10 تا %15 مي باشد. اما بازده سلولهاي بسيار گرانقيمت GaAs حدود %30 مي‌باشد که به دليل سبکي و بازده خوب، براي ساخت پنلهاي خورشيدي فضاپيماها و ماهواره‌ها استفاده مي‌شود که وزن و راندمان، فاکتورهاي مهمتري از هزينه برايشان محسوب مي‌گردد.انعطاف‌پذيري و شفافيت نسبي سلولهاي فيلم نازک، کاربردهايي مانند نصب در نماي ساختمان يا استفاده در نماهاي شيشه‌اي مات را ممکن ساخته است. همچنين، اين نوع سلولها براي رسيدن به توان نامي نيازي به قرارگيري در معرض تابش مستقيم خورشيد ندارند و بنابراين براي استفاده در فضاهاي سرپوشيده مانند تغذيه ماشين‌حسابهاي روميزي نيز مناسب مي باشند.
مزايا:
انعطاف‌پذيري، وزن کم، امکان توليد به صورت نيمه شفاف، فرآيند توليد کم هزينه‌تر، عدم نياز به تابش مستقيم خورشيد
معايب:
بازده و پايداري کمتر نسبت به سلولهاي نسل اول، وابستگي به فلزات سنگين مضر براي محيط زيست (مانند کادميوم Cadmium) يا عناصر کمياب (مانند تلوريوم Tellurium)
سلولهاي خورشيدي پليمري يا ارگانيک (Polymerc/Organic Solar Cells):
به طور کلي، تمام انواع اين نوع از سلولهاي خورشيدي از حل کردن پليمرها در حلالهاي ارگانيک و قراردادن آنها روي بستر (Substrate) از جنس شيشه يا پلاستيک نوع پت (PET: Poly-Ethylene Terephthalate) توسط تکنيکهاي مختلف چاپ يا پوشش مي باشد.
ساختار سلولهاي پليمري از لايه هاي زير تشکيل شده است:
1) لايه فعال (Active Layer):
کارکرد تمامي انواع سلولهاي خورشيدي بر پايه تبديل انرژي فوتونهاي نور براي ايجاد زوج الکترون-حفره يا همان Exciton انجام مي‌پذيرد که اين عمل در همين لايه انجام مي‌گردد.
2) لايه‌هاي انتقال (ETL (Electron Transport Layer و (HTL (Hole Transport Layer:
وظيفه اصلي اين لايه‌ها، ايجاد مسيري براي جلوگيري از پديده بازترکيب (Recombination) زودهنگام الکترونهاي جداشده از حفره ها مي‌باشد که اين پديده يکي از دلايل کاهنده بازده سلولهاي خورشيدي است.
3) الکترودهاي مثبت و منفي:
اين الکترودها، ترمينالهاي الکتريکي سلول براي عبور جريان به سمت مدار خارجي مي باشند.
انواع چيدمان سلولهاي پليمري به صورت نرمال و معکوس (Inverted) مي‌باشد. در نوع نرمال، نور پس از عبور از بستر شفاف شيشه‌اي يا پلاستيکي و الکترود مثبت شفاف و لايه انتقال حفره شفاف (HTL) به لايه فعال مي‌رسد  (مانند شکل پايين). اما در چيدمان معکوس، نور پس از عبور از بستر شيشه‌اي يا پلاستيکي شفاف و الکترود منفي شفاف و لايه انتقال الکترون شفاف (ETL) به لايه فعال مي‌رسد. لايه فعال نيز از دو بخش «دهنده» (Donor) و «پذيرنده» (Acceptor) تشکيل شده است که که وظيفه آن، شکستن پيوند الکترون-حفره (Exciton Bond) و هدايت الکترون به سمت پذيرنده و حفره به سمت دهنده مي باشد. براي جلوگيري از بازترکيب زوج الکترون-حفره که به سرعت انجام مي‌پذيرد، فاصله دهنده و پذيرنده مي‌بايست کمتر از 10 نانومتر باشد.چون در هر لايه فعال بسته به جنس ماده سازنده، فقط طول موجي خاصي از نور خورشيد سبب تحريک الکترونها و ايجاد زوج الکترون-حفره مي گردد و بقيه طيف طول موج به صورت گرما تلف مي‌گردد، جهت افزايش بازده از ساختار متوالي (Tandem) داراي چند لايه فعال استفاده مي‌گردد که تحريک الکترون و ايجاد Exciton در هر لايه توسط فوتونهاي با طول موج متفاوت انجام شده و به زبان ساده، استفاده بيشتري از ميزان ثابت نور ورودي به سلول جهت استخراج انرژي الکتريکي انجام مي‌گردد. بازده اين نوع سلولها در مراحل تجاري بين %6 تا %12 و در مراحل آزمايشگاهي تا %15 مي باشد. (تکنولوژي فعلي سال 2015)
مزايا:
سبک، شفاف، انعطاف‌پذير، هزينه مواد اوليه پايين، هزينه توليد پايين ، قابليت چاپ با رنگها و طرحهاي متنوع با استفاده از تکنيکهاي متداول مانند چاپ رولي (Roll-to-Roll)
معايب:
بازده پايين، پايداري پايين، کاهش بازده به مرور زمان

خدمات و محصولات صنعتی

 الکتروپمپ

 

 

 

تولید و ساخت صنعتی