پنل خورشیدی چیست و چگونه کار میکند

صفحه ی خورشیدی یا پنل خورشیدی از مونتاژ سلول‌های خورشیدی به وجود می‌آید. کار پنل خورشیدی این است که صفحه‌های خورشیدی انرژی و نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. صفحات خورشیدی، از ترکیبات نیمه هادی ساخته می شوند که وظیفه آن‌ها تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی می‌باشد. این صفحات با نام فتوولتائیک (PhotoVoltaic) یا سولار (Solar) شناخته نام برده می شود.

پنل های خورشیدی انرژی تجدید پذیر را میگیرند و به الکتریسیته تبدیل میکنند، که با استفاده از این الکتریسیته میتوان مدارهای الکتریکی را شارژ کرد. پنل های خورشیدی شامل چندین سلول خورشیدی اند که هر کدام از لایه های سیلیکونی، لایه های فسفری (برای تولید بار منفی) و لایه های بور ( برای تولید بار مثبت) تشکیل شده اند.

همه چیز درباره پنل های خورشیدی

یک نیمه هادی (به طور معمول سیلیکون) زیر یک شیشه غیرانعکاسی نصب شده است تا از انرژی دریافتی از فوتون‌های نور خورشید برق DC را تولید کند.  پنل‌های خورشیدی به طور معمول در پشت بام‌ها یا جایی که میتوانند نور خورشید را تا حد امکان دریافت کنند، نصب میشوند.

پنل‌های خورشیدی، از ترکیبات نیمه هادی مانند سیلیکون ساخته می‌شوند که وظیفه آنها تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی است. از کنار هم قرار دادن تعدادی سلول خورشیدی (Solar Cell) یک ماژول خورشیدی (Solar Module) ساخته می‌شود. از قرار دادن چند ماژول خورشیدی (Solar Module) در کنار هم یک پنل خورشیدی (Solar Panel) ساخته می‌شود.

عموماً در مصارف بزرگ ردیف‌های زیادی از پنل خورشیدی (Solar Panel) درکنار هم قرار می‌گیرند و یک آرایه خورشیدی (Solar Array) را تشکیل می‌دهند. اما از نظر عملکرد و نوع کارکرد تفاوتی ندارند.

مقاله پیشنهادی: انواع پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی چگونه کار می کنند؟

پنل خورشیدی فتوولتائیک از تجمع چندین سلول خورشیدی ساخته می شود. سلول های خورشیدی از سیلیکون ساخته می شوند مثل نیمه رساناها. ساختار آن ها از یک لایه مثبت و یک لایه منفی تشکیل شده است که با هم یک میدان الکتریکی تشکیل می دهند، مانند میدانی که در باتری است.

پنل های خورشیدی فوتون ها را جذب میکنند و جریان الکتریکی ایجاد میکنند. انرژی تولید شده از فوتون ها به الکترون ها امکان خارج شدن از مدار اتمی خود و رها شدن در میدان الکتریکی تولید شده توسط سلول های خورشیدی را میدهد؛ این میدان الکتریکی الکترون های آزاد را در جریان الکتریکی هدایت میکند. این روند با نام اثر فوتوولتائیک شناخته میشود.

سقف یک خانه متوسط فضای کافی برای نصب پنل های خورشیدی لازم برای تولید انرژی الکتریکی را دارد. همچنین پنل های خورشیدی در طول روز انرژی الکتریکی اضافی تولید میکنند، تا در شب مورد استفاده قرار گیرد.

کنتورها این امکان را به صاحبان پنل های خورشیدی میدهند و در صورتی که سیستم تولید انرژی، انرژی ای بیش از نیاز خانه تولید کند هزینه آن را دریافت کنند.

در تجهیزات آف گرید بانک باتری، کنترل کننده شارژ و معکوس کننده از اعضای ضروری اند. سیستم خورشیدی جریان مستقیم برق را توسط کنترل کننده شارژ به بانک باتری میفرستد.

پس از آن انرژی از بانک باتری به معکوس کننده میرود و جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل میشود و برای دستگاه هایی که با جریان مستقیم کار نمیکنند، مورد استفاده قرار میگیرد.

با توجه به معکوس کننده، سیستم خورشیدی را سایز بندی میکنند تا نیازهای مختلف را برآورده کند. جریان متناوب برای تجهیزات برقی خانه یا مجتمع های تجاری، وسایل نقلیه و قایق ها، کنترل اتاقک ها، کلبه ها، تجهیزات ارتباطی، جریان دیدبانی نفت و گاز و… استفاده میشود.

پنل خورشیدی چگونه تولید برق می کند؟

وقتی فوتون ها به یک سلول خورشیدی برخورد می کند، الکترون ها را از اتم هایشان جدا می کنند. اگر کنداکتور ها به مثبت و منفی سلول وصل شوند، یک مدار الکتریکی را تشکیل می دهند. وقتی الکترون ها در یک مدار شناور می شوند، الکتریسیته تولید می کنند. چند سلول خورشیدی یک پنل خورشیدی را تشکیل می دهند و چند پنل(ماژول) میتوانند از طریق سیم کشی به هم متصل شوند تا یک آرایه خورشیدی را تشکیل دهند. هر چه پنل بیشتری به کار ببرید، انرژی بیشتری تولید خواهد شد.

پنل خورشیدی برق جریان مستقیم یا DC تولید می کنند. با برق DC الکترون ها در یک مسیر اطراف یک مدار شناور می شوند. این مورد نشان می دهد یک باتری، برق یک لامپ را تامین می کند. الکترون ها از سمت منفی باتری ماشین حرکت می کنند. از مسیر لامپ و به سمت مثبت باتری بر می گردند. با برق جریان متناوب یا AC، الکترون ها هول داده شده و کشیده می شوند، مسیر معینی را حفظ می کنند، مثل یک سیلندر موتور ماشین.

همانطور که می دانید برای شبکه برق ایران جریان AC انتخاب شده است، چون برای انتقال در مسافت های زیاد هزینه کمتری در بر دارد. این در حالی است که پنل های خورشیدی برق DC تولید می کنند. حال چطور برق DC را به شبکه AC تزریق کنیم؟

پاسخ واضح و ساده است. از اینورتر های مخصوص سیستم خورشیدی استفاده می کنیم. یعنی در انتهای پنلها، اینورترهای خورشیدی را قرار می دهیم. بسته به ابعاد نیروگاه می توانیم از یک یا چند اینورتر استفاده کنیم. در مطالب آینده به انتخاب تعداد اینورتر و تفاوت های آنها با یکدیگر اشاره خواهیم کرد. برای اطلاع از مطالب آینده پیشنهاد می کنم عضو خبرنامه ی همیار سولار شوید.

منظور از سلول خورشیدی چیست؟

سلول خورشیدی وسیله ای الکترونیکی است که مستقیما نور خورشیدی را به الکتریسیته تبدیل می کند. در اثر تابش، ولتاژ و جریان الکتریکی ایجاد خواهد شد. برای ایجاد این فرایند نیاز به ماده ای است که در اثر جذب نور، الکترون آن یک گذار انجام دهد و سپس در اثر بازگشت الکترون انرژی آن یه صورت یک جریان الکتریکی خارجی ایجاد گردد. تقریبا در تمامی سلول های خورشیدی از مواد نیمرسانا استفاده می شود که پیوند p-n دارند.

ساختار سلول خورشیدی

برخورد فوتون‌ها و ماده نیمه‌هادی یونیزه روی صفحات خورشیدی، باعث می‌شود الکترون‌های خارجی، با شکست پیوندهای اتمی، آزاد شوند. به دلیل ساختار مواد نیمه‌هادی، الکترون‌ها مجبور به ایجاد موجی از جریان الکتریکی در یک جهت می‌شوند.

سلول‌های خورشیدی در نمودار انرژی سلول خورشیدی سیلیکونی کریستالی معمولی، دارای راندمان 100 درصد نیستند. مقداری از طیف نور، منعکس می‌شود. مقداری از آن‌ مانند طیف «مادون قرمز» (infrared) به منظور استفاده برای تولید نور بسیار ضعیف و طیفی مانند «ماوراء بنفش» (ultraviolet) به جای تولید برق، انرژی گرمایی تولید می‌کند. به همین دلیل، می‌توان گفت سلول‌های خورشیدی دارای کارایی 100 درصد نیستند.

برای ساخت یک سلول خورشیدی سیلیکونی کریستالی معمولی، قرص‌های سیلیکونی با خلوص بالا، با میزانی از مواد مختلف با یکدیگر ترکیب می‌شوند. ساختار ایجاد شده، مسیری را برای جریان الکتریکی، داخل و بین سلول‌های خورشیدی به وجود می‌آورد.

تفاوت سلول خورشیدی با صفحه خورشیدی چیست؟

از نظر عملکرد و نوع کارکرد تفاوتی ندارند. از کنار هم قرار دادن تعدادی سلول خورشیدی و یا سولار سل (PV Cell) یک ماژول خورشیدی و جمعی از سلول خورشیدی (PV Module) ساخته می‌شود. از قرار دادن چند ماژول خورشیدی (PV Module) در کنار هم یک صفحه خورشیدی (PV Panel) ساخته می‌شود که عموماً در مصارف بزرگ ردیف‌های زیادی از صفحه خورشیدی (PV Panel) در کنار هم قرار می‌گیرند و یک سری خورشیدی (PV Array) تشکیل می‌دهند.

مزایا و ویژگی های پنل خورشیدی چیست؟

• هنگام استفاده از پنل های خورشیدی از تجهیزات آف گرید استفاده میشود؛ تجهیزات آف گرید تجهیزاتی اند که برای استفاده از آن به جریان اصلی برق احتیاجی نیست.
• با وجود پنل های خورشیدی، دیگر نیازی به پرداخت هزینه های سنگین نصب دکل و کابل کشی نیست. پنل خورشیدی قطعا ارزان تر است و اگر درست نگه داری شود ، تا سه دهه قابلیت تولید انرژی دارد.
• البته بهترین فایده آن این است که از انرژی های پاک و تجدیدپذیر تغذیه میشود. با توجه به تغییرات جهانی آب و هوا و گرم شدن کره زمین، حفظ اتمسفر امری مهم به شمار میرود. پنل های خورشیدی کمترین آلودگی و استهلاک را دارند و تا مدت زیادی سالم میمانند.
• فایده بعدی این است که وقتی برای نصب اولیه پنل هزینه ای را می پردازید، انرژی ای که پنل در ادامه طول عمر خود تولید می کند ( بسته به کیفیت و نوع پنل) به اندازه 15 تا 20 سال است و کاملا رایگان است.
• همچنین از فواید دیگر پنل های خورشیدی این است که اگر انرژی مصرفی از تولیدی پنل بیشتر باشد، انرژی اضافی قابل فروش است (معمولا کمپانی سازنده پنل آن را خریداری می کند.)

کاربرد های پنل خورشیدی چیست؟

از آنجا که یک صفحه خورشیدی مقداری خاص انرژی و آمپر تولید می‌کند، به همین دلیل قطعات و کارخانجات شامل چند صفحهٔ خورشیدی هستند.

1- گرم کردن خانه

یکی از موارد استفاده از سلول های خورشیدی تامین آب گرم برای سیستم های گرمایشی در ساختمان است. لوله های آبی که بر روی سقف نصب شده اند آب را پس از گرم کردن به داخل ساختمان پمپاژ می کنند.

2- تامین انرژی برق برای ساختمان

هر ساختمان برای گردش آب به یک پمپ نیاز دارد. این پمپ را می توان به برق خانه متصل نمود اما استفاده از انرژی خورشیدی برای راه اندازی آن بسیار مقرون بصرفه تر است. انرژی برقی که توسط سلول های خورشیدی تامین می شود می تواند یک پمپ را برای به جریان انداختن آب در ساختمان به کار بیندازد.

علاوه بر آن با استفاده از پانل های خورشیدی می توان برق روشنایی ساختمان را فراهم نمود. پس از آنکه انرژی خورشیدی تبدیل به انرژی برق شد، این جریان برق با استفاده از اینورتر به برق AC تبدیل می شود. انرژی برق تولید شده توسط پانل های خورشیدی با استفاده از وسایل ایمنی و ترانسفر سوئیچ ها قادر به روشن نمودن ساختمان می باشد.

3- انرژی خورشیدی برای شارژ باتری

آیا شما به انرژی خورشیدی برای شارژ باتری ها اندیشیده اید؟ این موضوع می تواند برای راه اندازی پمپ های چاه، پمپ های آب گرم، فن های سقفی درون خانه یا روشنایی های با تغذیه DC استفاده شود. شارژرهای باتری در خانه ها برای شارژ تمامی باتری هایی که برای بازی های ویدیویی و مانند آن به کار می روند استفاده می شوند.

اما به احتمال زیاد، اگر شما یک بانک باتری ذخیره که در روز زمانی که خورشید وجود دارد شارژ می گردد و در ساعات شب مورد استفاده قرار می گیرد دارید، می توانید مزایای بسیار آن را درک کنید.

4- گرم کردن آب استخر با پنل خورشیدی

استخر از جمله تفریحات بسیار عالی به شمار می آید که آب گرم آن در روزهای زمستانی شما را به وجد می آورد و حسی آرامش بخش به شما منتقل می کند. با استفاده از روکش خورشیدی به آسانی می توان آب استخر را گرم نمود و از حضور در آن لذت برد. سیستم گرمایش آب گرم از صفحات گرمایشی که بر روی پشت بام نصب شده تشکیل شده و پس از جذب گرمای خورشید آن را به سمت استخر هدایت می کند.

4- تامین آب گرم مصرفی

به جای استفاده از آب گرمکن های گازی یا برقی می توان از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب ساختمان استفاده نمود. استفاده از پانل های خورشیدی مقرون بصرفه ترین روش برای تامین آب گرم است و نقش موثری در کاهش مصرف انرژی گاز و برق ایفا می کند.

5- سیستم های تهویه مطبوع

با استفاده از فن ها و سیستم های تهویه خورشیدی می توان به میزان قابل توجه مصرف انرژی را بهینه سازی نمود و هزینه های جاری را کاهش داد. دستگاه های تهویه نظیر فن سرویس بهداشتی، آشپزخانه، حمام و دستگاه های تهویه مطبوع که در طول روز کار می کنند مصرف انرژی بالایی دارند، از این رو به منظور کاهش هزینه قبوض و استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی از پانل های خورشیدی برای تامین انرژی مورد نیاز سیستم های تهویه استفاده می گردد.

6- تامین روشنایی فضای باز

با استفاده از صفحات خورشیدی می توان در طول روز باتری ها را شارژ نمود و در شب برای روشن کردن لامپ هایی که در محوطه ساختمان و باغچه ها تعبیه شده اند استفاده کرد. با استفاده از این روش مسیر تردد در شب روشن می شود و ساکنین دچار سردرگمی نخواهند شد.

7- خشک کن خورشیدی

در خشک کن های خورشیدی با استفاده از انرژی خورشیدی به راحتی می توان فرآیند خشک کردن مواد غذایی و البسه را انجام داد.

8- آب شیرین کن خورشیدی

وقتی آب شور توسط حرارت کم خورشید تبخیر شود املاح باقی می ماند و با استفاده از روش های شیرین سازی آب می توان آب تبخیر شده را مجدداً استفاده نمود. از این روش می توان در مناطقی که آب آنها شور بوده و دسترسی به آب شیرین ندارند استفاده کرد.

10- انرژی خورشیدی برای پخت و پز

بله، این یک مورد می تواند به همگی ما ربط داشته باشد. همه ما باید غذا بخوریم. زمانی که انرژی و منابعی که به تنهایی برای پخت و پز مورد استفاده قرار می گیرد را در نظر می گیریم، هزینه های وسایل لازم برای این کار ممکن است شما را شگفت زده کند.

آشپزی با استفاده از انرژی خورشیدی بسیار آسانتر از آن چیزی است که تصور می کنید. ما آن را آشپزی درون یک جعبه می نامیم. تصور کنید که به جای استفاده از فر همیشگی خود در خانه در داخل یک کوره خورشیدی آشپزی کنید.

ساختن یکی از آنها یک دستورالعمل خوب برای یک آشپزی موفقیت آمیز در روزهای آفتابی است! با یک جعبه، قابلمه، فویل آلومینیومی، عایق فوم پلی استایرن، یک ترمومتر و مواد لازم برای آشپزی، در کمترین زمان ممکن غذای خود را آماده خواهید کرد.

مقاله پیشنهادی: راهنمای خرید بهترین پنل خورشیدی خانگی

 روش ساخت سلول خورشیدی سیلیکونی

نحوه نصب سیستم خورشیدی سلول های خورشیدی یا فتوولتاتیک که در تمامی این سلول های خورشیدی چندین میدان الکتریکی وجود دارد که می تواند انرژی خورشیدی را از طریق کریستال های سطح پنل های خورشیدی دریافت و از طریق میدان الکتریکی آنها را به ولتاژ تبدیل نماید.

 مواد لازم برای ساخت پنل خورشیدی

اجزای سیستم برق خورشیدی عبارتند از:

1- پنل خورشیدی

2- شارژ کنترلر

شارژ کنترلر دستگاهی می باشد که بوسیله آن می توان ولتاژ و جریان خروجی از پنل خورشیدی را کنترلر کرد تا باتری ها دچار آسیب نشوند و همچنین مانع بیش از حد شارژ شدن باتری و با تخلیه کامل باتری می شود که این باعث افزایش طول عمر باتری می گردد

3- باتری خورشیدی

هنگام نصب سیستم خورشیدی باتری ها بسیار محبوب هستند تا کنار این سیستم قرار گیرند. بسیاری از صاحبان خانه از باتری ها استفاده میکنند برای اینکه یک برق پشتیبان برای خود داشته باشند و مابقی برق تولیدی را به شبکه برق شهری می دهند و بقیه کسانی که از باتری ها استفاده می کنند چون به شبکه برق متصل نیستند برق را برای مواقعی که نمی توانند از انرژی خورشیدی استفاده کنند ذخیره می کنند تا در این مواقع استفاده کنند.

مکانی که باتری ها در مدار سیستم خورشیدی قرار می گیرند بستگی به نوع باتری و کاربردی که شما می خواهید دارد. بعضی از باتری ها قبل از اینورتر قرار می گیرد و توسط جریان برق DC، برق در آن ها ذخیره می شود اما برخی دیگر بعد از اینورتر قرار می گیرد و از جریان AC برای ذخیره برق استفاده می کنند. باتری ها جزئی محبوب در میان بقیه اجزاء سیستم های خورشیدی هستند اما برای این سیستم لازم و ضروری نیستند. اگر سیستم خورشیدی را متصل به شبکه برق طراحی و نصب کنید به ندرت از قطع برق رنج میبرید البته در شرایطی خاص مانند وقتی که به شبکه برق دسترسی ندارید، باتری ها بسیار کارآمد می باشند.

در خصوص نصب باتری بهتر است کارایی که برایتان مهم است را در نظر بگیرید سپس با شرکت ارائه دهنده سیستم های پنل خورشیدی مشورت کنید تا یک سیستم مناسب برای شرایط شما طراحی کنند.

4- اینورتر

یکی از دستگاه هایی که برای راه اندازی سیستم خورشیدی لازم می باشد اینورتر است. اینورتر باید توسط سیمی به پنل خورشیدی متصل شود و هدف از گذاشتن اینورتر میان پنل خورشیدی و مصرف کننده این است که این دستگاه جریان برق مستقیم (DC) را به جریان برق متناوب (AC) تبدیل می کند و این وسیله برای مصارف خانگی بسیار لازم و ضروری می باشد.

اینورتر پنل خورشیدی چیست؟

یک اینورتر خورشیدی برق dc را از آرایه های خورشیدی می گیرد و از آن برای تشکیل برق AC استفاده می کند. اینورترها مثل مغز سیستم هستند. در کنار تبدیل برق DC به AC، همچنین محافظت خطای زمین و آمار سیستم را فراهم می کنند، شامل ولتاژ و جریان مدارهای AC و DC، تولید انرژی و ردیابی نقطه بیشینه توان.

چگونه خودمان پنل خورشیدی بسازیم؟

ویدئوی زیر روش ساخت پنل خورشیدی خانگی را به وضوح نمایش داده است، تماشای آن را به تمام کسانی که دوست دارن خودشان نحوه ساخت پنل خورشیدی سیلیکونی را یاد بگیرند توصیه می کنیم!

نحوه نصب پنل های خورشیدی چگونه است؟

1. ابتدا پایه ای از نبشی فلزی سوراخ داریا سپری شماره 4 با زاویه 30 درجه از زمین بسازید بطوریکه پائین ترین نقطه اتکائ پنل از زمین حداقل  30 سانتیمتر فاصله داشته باشد. تا از برف و گرد وخاک در امان باشد.
2. پایه را روی پشت بام یا در مکان بلندی که سایه اشیائ دیگر روی آن قرار نگیرد. رو به سمت جنوب شرقی محکم کنید.
3. پنل خورشیدی را  روی آن با پیج  ببندید طوریکه جعبه پشت پنل بالا قرار بگیرد.
4. دو رشته سیم از جعبه بیرون آمده دقت کنید مثبت به  مثبت شارژ کنترلر ومنفی به منفی شارژ کنترلر نصب و از آن به مثبت باطری و منفی نیز به قطب منفی باطری وصل گردد.
5. از باطری می توانید توسط کلید به مصرف کننده 12 ولت وصل کنید. ویا به مبدل 12 ولت به 220 ولت و مصرف کننده. باید توجه داشته باشید  وسایل  دی سی   حتما مثبت و منفی آنها رعایت شود.
6. از طلوع تا غروب آفتاب پنل ها ی خورشدی حتی روزهای ابری هم بمیزان کمتری برق تولید میکنند.
7. پنل ها به تعمیر ونگهداری نیاز ندارند. ولی هر از گاهی آب باطری ها کنترل شود. بهتر است از باتری های یو پی اس UPS یا سیلد خشک یا باتری مخابراتی استفاده کنید زیرا عمر طولانی تر دارند. و باطری را در معرض سرما و آفتاب قرار ندهید. و فاصله آنها با  پنل و مصرف کننده زیاد نباشد.
8. نکته مهم: در هنگام نصب اول باطری را به شارژ کنترل وصل نمائید. و سپس شارژ کنترل را به پنل خورشیدی متصل نمائید. زیرا اگر بالعکس عمل نمائید احتمال صدمه دیدن شارژ کنترل زیاد است. و زمانیکه میخواهید سیستم را باز کنید. اول برق پنل را قطع نمائید.
9. اگر هنگام نصب مثبت و منفی را جا بجا ببندید سیستم  بشدت آسیب می بیند. !!برای این کار از تست لامپ 12 ولت LEDو یا ولت متر دیجیتال کمک بگیرید.
10. اینورتر های متصل به شبکه برق شهری قادر هستند. مستقیما برق 220 ولت را بصورت کاملا اتوماتیک به شبکه برق شهری بالانس و متصل کنند.