۲۱ فروردین ۱۳۹۹
بازدیدها: 141
بدون نظر

امروزه استفاده از پنل های خورشیدی به دلایل محیطی و اقتصادی افزایش یافته است. پنل های خورشیدی بصورت مزرعه های بادی در مقیاس بزرگ و بصورت جزیره های کوچک تولید انرژی در مکانهای تجاری و خانگی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع مختلفی از مواد نیمه هادی می‌توانند در ساخت پنل‌های خورشیدی استفاده شوند اما برای دستیابی به بقای تجاری پنل ها باید دارای عملکرد خیلی خوب توام با پایدرای در بهره برداری و قیمت کم باشند. بازار فعلی پنل‌های خورشیدی تخت توسط پنل‌های سیلیکون کریستالی در دو نوع مونوکریستال و پلی کریستال تسخیر شده است. ۹۱ درصد از پنل‌های خورشیدی در سال ۲۰۱۴  از سیلیکون کریستالی ساخته شدند که ۵۵ درصد این مقدار متعلق به سیلیکون پلی کریستالی بود. سایز تکنولوژی های پنل‌های تخت شامل تلورید کادمیم، ترکیب دی سلنید گالیوم ایندویم مس و نانو کریستالها می باشد. در سالهای اخیر نیز توسعه سلول های پلیمری و ارگانیکی پیشرفت چشمگیری داشته است اگر چه هنور بطور تجاری وارد بازار نشده اند. برحسب عملکرد پنل‌های خورشیدی، بارزترین تفاوت بین پنل‌های مختلف مربوط به میزان راندمان تبدیل انرژی است که با نسبت توان الکتریکی خروجی سیستم نسبت به میزان تابش دریافت شده از خورشید در یک شرایط بهره برداری معین می باشد. با این وجود، اختلافاتی در ولتاژ و جریان در پنل‌های مختلف وجود دارد. بعنوان مثال، ولتاژ هر سلول در پنل‌های تلورید کادمیم بالاتر از ولتاژ هر سلول در پنل‌های سیلیکونی است. در ادامه به معرفی سه نوع سلول خورشیدی پرکاربرد در سیستم های فتوولتاییک یعنی سیلیکون مونوکریستالی، پلی کریستالی و فیلم نازک پرداخته می‌شود

ساختار نیروگاه های خورشیدی

هر یک از سه نوع سلول خورشیدی سیلیکون کریستالی، مونوکریستالی و فیلم نازک دارای ویژگی های مخصوص به خود می باشند که در جدول زیر بر حسب مزایا و معایبی که دارند مقایسه شده اند.

مقایسه انواع پنل های خورشیدی

اساس کار سلول های خورشیدی تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی می باشد که این تبدیل با در نظر گرفتن خاصیت نیمه هادی سلول های خورشیدی انجام می‌شود. هر دو نوع سلولهای خورشیدی مونوکریستالی و پلی کریستالی دارای ویفرهای سیلکونی هستند. برای ساخت پنل‌های مونوکریستالی یا پلی کریستالی، این ویفرهای سیلیکونی بصورت ردیفی و ستونی در کنار یکدگیر قرار می گیرند تا به فرم یک چهارگوش در آیند و سپس روی آنها یک ورق نازک شیشه ای قرار می گیرد. در حالیکه هر دو پنل مونوکریستالی و پلی کریستالی از سیلیکون ساخته می شوند، این پنل ها برحسب ترکیب خود سیلیکون متفاوت هستند. سلول خورشیدی مونوکریستالی از یک کریستال سیلیکون خالص ساخته می‌شود در حالیکه سلولهای خورشیدی پلی کریستالی از تکه های سیلیکون ذوب شده که باهم ترکیب می شوند و سپس یک ویفر سیلیکونی را تشکیل می دهند ساخته می شوند. نمای ظاهری این دو سلول خورشیدی در شکل زیر نشان داده شده است.

نمای ظاهری سلول خورشیدی مونوکریستالی و پلی کریستالی

برخلاف پنل‌های خورشیدی مونوکریستالی و پلی کریستالی، پنل‌های فیلم نازک از مواد مختلفی ساخته می شوند. معمولترین نوع پنل خورشیدی فیلم نازک از تلورید کادمیم ساخته می‌شود. برای ساخت چنین پنل خورشیدی، سازندگان یک لایه تلورید کادمیم را بین لایه های شفافی قرار می دهند که به جذب نور خورشید کمک می کنند. همچنین برای حفاظت بیشتر از فیلم نازک، یک لایه نازک شیشه نیز در لایه بالای قرار می گیرد. پنل‌های خورشیدی فیلم نازک همچنین از سیلیکون بی نظم نیز ساخته می شوند که بسیار شبیه به ترکیب پنل‌های مونوکریستالی و پلی کریستالی می باشد. اگرچه این فیلم های نازک از سیلیکون ساخته می شوند، آنها از ویفرهای سیلیکون خالص ساخته نمی شوند بلکه از ترکیب سیلیکون نانو کریستالی، پلاستیک و فلز ساخته می شوند. در نهایت یک نوع دیگر از پنل‌های خورشیدی فیلم نازک از دی سلنید گالیوم ایندویم مس یا CIGS ساخته می‌شود. در پنل‌های خورشیدی CIGS، هر چهار عنصر در بین دو لایه رسانا مانند شیشه، پلاستیک، آلومینیوم یا فلز قرار می گیرند و الکترودها در جلو و پشت مواد قرار می گیرند تا جریان های الکتریکی تولیدی را جذب کنند.

تفاوت در نوع مواد و نحوه تولید سلولهای خورشیدی باعث ایجاد تمایز ظاهری بین آنها می‌شود که در ادامه تشریح می شوند.

  • پنل خورشیدی مونوکریستالی: اگر پنل خورشیدی با سلولهای سیاه ببینید، این به احتمال زیاد یک پنل خورشیدی مونوکریستالی می باشد. این سلولها به دلیل برخورد نور به سیلیکون خالص به رنگ سیاه دیده می شوند. در حالیکه خود سلولهای خورشیدی سیاه هستند، پنل‌های خورشیدی مونوکریستالی تنوع رنگ زیادی در صفحه پشت آنها و قابشان دارند. صفحه پشت این نوع پنلهای خورشیدی معمولا سیاه، نقره ای یا سفید می باشد، ولی قاب آنها معمولا سفید یا نقره ای است.
  • پنل خورشیدی پلی کریستالی: این پنل‌های خورشیدی بر خلاف نوع مونوکریستالی به دلیل انعکاس نور در تکه های سیلیکون درون سلول دارای رنگ آبی تیره می باشند. همچنین این پنل ها نیز می‌توانند دارای رنگ های مختلفی در صفحه پشت و قابشان باشند.

 

انواع سلول خورشیدی

 

  • پنل خورشیدی فیلم نازک: زمانی که تکنولوژی روز و ظاهر زیبای پنل خورشیدی مطرح می‌شود، همه توجهات به سمت پنل خورشیدی فیلم نازک می رود. این پنل ها مشابه پنل‌های خورشیدی مرسوم می باشند با این تفاوت که قطر هر سلول آنها ۳۵۰ برابر نازکتر شده است. این نکته قابل ذکر است که اگرچه سلولهای فیلم نازک در مقایسه با سلولهای خورشیدی مرسوم نازکتر هستند، ولی کل ساختار پنل مشابه ساختار پنل‌های مونوکریستالی و پلی کریستالی می باشد اگر ضخامت قاب آنها زیاد باشد. پنل‌های خورشیدی فیلم نازک چسبنده ای وجود دارند که بر روی سطح بام نصب می شوند و در مقایسه با پنل خورشیدی فیلم نازکی که بر روی یک صفحه با ضخامت ۵۰ میلیمتر نصب می شوند مقاومتر هستند.

با توجه به تکنولوژیهای ساخت سلولهای خورشیدی، آمار کلی از آینده تکنولوژی فتوولتاییک در دسترس نیست. موانع غیر فنی که بر سر راه پیشرفت هر چه سریعتر این تکنولوژی وجود دارند شامل عمر طولانی نیروگاه های برق سنتی مبتنی بر سوخت های فسیلی، قوانین قیمت گذاری نامطلوب، تامین مواد خام، دسترسی به زمین و قیود جغرافیایی می باشند. با توجه به شرایط زیست محیطی حاضر در جهان و نگرانی ها مرتبط با سوخت های فسیلی چهار فاکتور اصلی وجود دارند که در رونق بیشتر نیروگاه های خورشیدی موثر هستند. این فاکتورها عبارتند از: کاهش قیمت سیستم های فتوولتاییک، افزایش راندمان، یکپارچه سازی در ساختمان ها و فناوریهای مرتبط با سیستم های ذخیره کننده انرژی. محققان پیش بینی کرده اند با حضور موانع ذکر شده در بالا و همچنین سایر موانع مانند مسائل اقتصادی مربوط به بازگشت سرمایه، نصب سیستم های فتوولتاییک بطور چشمگیری افزایش می یابد و میزان برق تولید شده از انرژی خورشید تا سال ۲۰۵۰ به ۹۰۰۰ گیگاوات خواهد رسید