پنل های خورشیدی

پنل خورشيدي اولين جزء تشکيل دهنده سيستم هاي توليد برق خورشيدي هستند . با استفاده از پنل مي توانيم فتون ها نور خورشيد را دريافت کرده و الکترون توليد کنيم . اين پنل ها از کنار هم قرار گرفتن تعدادي سلول خورشيدي سيليکوني تشکيل مي شوند . زماني که فتون هاي نور به سطح سلول سيليکوني برخورد مي کنند الکترون ها در سطح ويفر نازک سيليکوني جاري مي شوند . که مي توان با قرار دادن هادي هايي انها را جمع اوري کرد . هر سلول خورشيدي در حدود نيم ولت (5/0 ولت ) برق (در حالت بي باري ) توليد مي کند . پس در نتيجه با احتساب افت ولتاژ بوجود امده در صورت باردار شدن پنل براي ساخت يک پنل با خروجي ولتاژ تحت بار 12 ولت بايد 36 عدد سلول خورشيدي را بصورت سري به هم متصل کرد . خروجي در حالت بي باري اين 36 سلول خورشيدي در حدود 18 ولت است . اگر ما پنلي با 24 ولت خروجي تحت بار نياز داشتيم بايد 72 عدد سلول را با يکديگر سري کنيم تا بتوانيم به اين عدد برسيم يا مي توانيم دو عدد پنل 12 ولت را با يکديگر سري کنيم (هر پنل 36 عدد سلول دارد و در مجموع 72 عدد ) .

    نکته : بار به معني مصرف کننده است .

با موازي کردن پنل ها ولتاژ ثابت مي ماند و جريان خروجي پنل ها افزايش پيدا مي کند و در نتيجه توان خروجي نيز زياد مي شود و همانطور که گفته شد با سري کردن پنل ها مي توان ولتاژ خروجي را افزايش داد ( 24ولت ، 36 ولت و 000) و جريان را ثابت نگه داشت . افزايش ولتاژ در پنل ها باعث کاهش جريان و در نتيجه کوچک شدن قطر کابل خروجي از پنل ها به سمت شارژ کنترلر و سپس باتري ها مي شود که اين امر خود باعث کمتر کردن هزينه کابل ها مي شود .

پس در کل سري و موازي کردن پنل ها تاثيري بر روي توان توليدي سيستم ندارد ولي باعث تغيير تلفات و سايز کابل ها مي شود .

    نکته :

بازده پنل خورشيدي را معمولاً به درصد بيان مي کنند مثلاً بر روي کاتالوگ پنل نوشته شده بازده 17% يعني اين پنل در تابش مستقيم نور خورشيد ( که 1000 وات بر متر مربع در نظر مي گيرند ) حدود 170 وات توان توليد مي کند . در ضمن تا حدودي مي توان گفت تفاوت عمده انواع پنل ها در ميزان بازده انهاست .

انواع پنل هاي خورشيدي :

پنل هاي مونو کريستال (Monocrystalline) :

اين پنل ها از سلول هاي مونو کريستال ساخته شده اند . سلول هاي مونو کريستال هم همانطور که از پيشوند اسمش پيداست از يک کريستال سيليس براي ساخت سلول استفاده مي کنيم . قطعات سيليکوني بزرگ را به قطعات کوچک تر برش مي دهيم که به انها ويفر يا ديسک مي گوييم .اندازه اين ويفرها معمولاً 0.2 تا 0.4 ميليمتر است که در ساخت سلول استفاده مي شود . اگر تعدادي از اين سلول ها مونو کريستال را کنار هم قرار دهيم و هادي ها را بين انها قرار دهيم يک پنل مونو کريستال ساخته مي شود . سلول هاي مونوکريستال بدليل ساختار يکپارچه و يک تکه از اندازه کوچکتر و همچنين راندمان بالاتري (بين 15 تا 20 درصد ) نسبت به سلول هاي پلي کريستال (بين 12 تا 16 درصد ) بهره مند مي شوند . ولي قيمت انها نسبتاً بيشتر از پلي کريستال هاست .

از اين سلول در مکان هايي که محدوديت فضا دارند استفاده مي شود .

انواع پنل خورشيدي

پنل هاي پلي کريستال (polycrystalline) :

اين پنل ها از سلول ها پلي کريستال ساخته مي شوند . سلول هاي پلي کريستال همانطور که از پيشوند اسمش معلوم است از تجمع چندين کريستال سيليس در يک سلول ساخته مي شوند بر عکس مونو کريستال ها که از يک کريستال سيليس ساخته مي شوند . همانطور که گفته شد تفاوت کاربردي اينها با مونوکريستال ها در اندازه ، راندمان و قيمت انهاست . البته براي در مناطق خيلي گرمسير شايد استفاده از پنلهاي پلي کريستال مناسب تر باشد چون سطح آنها روشنتر است و حرارت کمتري را از انرژي خورشيد جذب مي کنند. به همين دليل ميزان افزايش مقاومت الکتريکي سيستم در اثر گرمتر شدن نيز کمتر بوده در نتيجه افت توان نيز کمتر مي باشد . بازده اين پنل ها بين 13 تا 16 درصد مي باشد .

بيش از 95 درصد پنل هاي استفاده شده در ايران از اين نوع مي باشند زيرا قيمت و کارايي نسبتاً خوبي داند .

سلول خورشيدي فيلم نازک ((Thin-Film Solar Cell (TFSC):

اين سلول ها که سلول فتوولتائيک فيلم نازک نيز ناميده مي‌شود، نسل دوم سلولهاي خورشيدي است که از قرار دادن يک يا چند لايه يا پوشش نازک (TF) از مواد فتوولتائيک مانند سيليکون بر روي لايه‌اي از شيشه، پلاستيک يا فلز درست مي‌شود . به دليل امکان توليد انبوه قيمت اين سلول ها بسيار ارزان است ولي راندمان انها بسيار پايين است (بين 7 تا 13 درصد ). بنابراين مساحت زيادتري نسبت به سلول هاي پلي کريستال يا مونوکريستال براي تامين يک توان مشخص نياز دارد .

سلول خورشيدي

افتادن سايه بر روي پنل خورشيدي :

زماني که مي خواهيد محل قرار گرفتن پنل خورشيدي را انتخاب کنيد بايد به اين نکته توجه داشته باشيد که زمان حداکثري نور خورشيد ( معمولاً 9 صبح تا 4 بعد از ظهر ) نبايد سايه اي بر روي پنل بيافتد زيرا راندمان پنل را کاهش مي دهد يا حتي ممکن است به پنل اسيب برساند . اکثر شرکت ها براي جلوگيري از اين مشکل در هنگام ساخت پنل ها از تعدادي ديود استفاده مي کنند که خود اين ديودها توان را کاهش مي دهند .

در اثر افتادن سايه بر روي پنل در زماني که سايه از روي پنل خارج يا وارد مي شود ميزان نور در لبه ي بين سايه و نور بيشتر مي شود و اين بعلت شکست نور است که به ان اثر لبه مي گوييم .اين ميزان نور بيشتر شده باعث توليد زياد الکتريسيته براي يک لحظه مي شود که مي تواند به سيستم اسيب برساند البته با استفاده از شارژ کنترلر مي تواند جلوي اسيب ديدن سيستم را بگيرد . 
ملاحضات دما و باد در پنل ها :

همانطور که قبلا بحث شد شما بايد پنل را در مکاني نصب کنيد که بيشترين تابش نور خورشيد را داشته باشد تا بيشترين توان را جذب کنيد ولي اين کار يک مشکل دارد و ان هم توليد گرما است . بدليل اينکه هر چقدر دما بيشتر شود کارايي پنل خورشيدي کمتر مي شود . پس بايد در طراحي نصب پنل هاي خورشيدي حفره هايي را براي گردش هوا تعبيه کرد (در صورت استفاده از چند پنل ) . مساله ديگر که با قرار دادن حفره هايي دربين پنل ها تا حدود رفع مي شود مقاومت در برابر باد است. زيرا در بادهاي شديد امکان اسيب رسيدن به پنل وجود دارد. قرار دادن حفره در پنل ها فقط براي زماني است که ما خودمان مي خواهيم يک پنل بسازيم چون بيشتر شرکت هاي سازنده پنل، بدليل بزرگتر شدن پنل و مسائل ديگر حفره اي در پنل قرار نمي دهند.

انواع روش هاي نصب پنل هاي خورشيدي :

پنل هاي ثابت :

اين روش ارزان ترين روش نصب پنل خورشيدي است . در اين روش پنل خورشيدي را در بهترين حالت نصب مي کنيم . بهترين حالت در نيمکره شمالي معمولاً بطرف جنوب است البته جنوب جغرافيايي نه جنوب مغناطيسي
البته اين اعدادي که در قسمت شيب نصب پنل خورشيدي وجود دارد براي دقت زياد است و تا حدودي صرفاً براي دانستن شماست و در عمل استفاده نمي شود چون با تغيير چند زاويه تغييرات زيادي در توان خروجي شاهد نيستيم پس در حالت کلي زاويه نصب پنل هاي خورشيدي ثابت 30 درجه در نظر مي گيريم .

پنل هاي متغيير :

اين پنل ها همانطور که از اسمشان مشخص است زاويه انها نسبت به خورشيد بسته به فصول سال تغيير مي کند . ميانگين بازده اين پنل هايي که به اين روش نصب مي شوند در حدود 20% بيشتر از پنل هاي مکان ثابت است .

پنل هاي دنبال کننده خورشيد :

اين نوع پنل ها خورشيد را در طول روز دنبال مي کنند تا بيشترين تابش خورشيد را جذب کنند . دنبال کننده هاي يک جهته خورشيد ، فقط از شرق به غرب حرکت مي کنند . ولي دنبال کننده هاي دو جهته خورشيد ، علاوه بر تغييرات از شرق به غرب در فصول متفاوت سال هم تغييرات شمالي و جنوبي دارند .

بايد اين را اذعان کرد که پنل هاي دنبال کننده خورشيد بيشترين بازده را دارند بازده اين پنل ها در حدود 15 تا 30 درصد است بيشتر مي شود . ولي با توجه به هزينه نصب اين نوع پنل ها براي مصارف خانگي و صنعتي توجيه اقتصادي ندارد . زيرا براي بيشتر کردن 15 تا 30 درصد توان مي توان از تعداد بيشتر پنل هاي ثابت استفاده کرد که هزينه اين کار حدود 60 درصد ارزانتر تمام مي شود . اين پنل ها معمولاً در مکان هايي که محدوديت هايي فضايي ، وزني و … وجود دارد مانند فضاپيماها نصب مي شود .