کارکرد صفحه خورشیدی

در کارکرد صفحه خورشیدی، پنل های خورشیدی برای جمع آوری انرژی خورشید و تبدیل آنها به برق استفاده می شود و با جذب نور خورشید و تبدیل آن به جریان مستقیم (DC) الکتریسیته کار می کنند. این ولتاژ DC سپس با استفاده از یک اینورتر به جریان متناوب (AC) الکتریسیته تبدیل می‌شود، زیرا از ولتاژ AC در اکثر دستگاه‌ها و لوازم الکترونیکی استفاده می‌ شود. اکنون این برق قابل استفاده یا ذخیره در شبکه است.

در صفحه خورشیدی معمولی ،از سلول های خورشیدی مجزایی تشکیل شده است، و هر کدام از لایه ها از سیلیکون، بور و فسفر ساخته می شوند. لایه های بور و فسفر به ترتیب بارهای مثبت و منفی را تامین می کنند، و ویفر سیلیکون (Silicon Wafer) نیز نقش یک نیمه هادی را ایفا می نماید.

انرژی خورشیدی با خورشید آغاز می شود. ذرات انرژی به نام (فوتون) در صفحات خورشیدی برای تبدیل نور خورشید تشکیل می شود. این ذرات به الکتریکی تبدیل می شود و می تواند برای تأمین بارهای الکتریکی استفاده شود.

فوتون های خورشید به سطح پنل برخورد می کنند. الکترون ها را از ساندویچ سیلیکون خارج می کنند و آنها را وارد میدان الکتریکی تولید شده توسط سلول های خورشیدی می نمایند. در نتیجه یک جریان جهت دار به وجود می آید که در نهایت به یک نیروی قابل استفاده کنترل شده تبدیل می شود.

کل این فرآیند را اثر فتوولتاییک می نامند. به همین دلیل است که صفحه های خورشیدی به پنل های فتوولتاییک یا PV هم معروف هستند. غالباً یک پنل خورشیدی معمولی حاوی 60، 72 یا 90 سلول خورشیدی مجزاست.

نحوه ساخت پنل خورشیدی

از ویفرهای سیلیکونی در سلول های خورشیدی استفاده می شود. این عنصر یک جامد کریستالی سخت و شکننده که دومین عنصر فراوان در پوسته زمین پس از اکسیژن است. پنل خورشیدی یا فتوولتائیک (PV) از مواد نیمه هادی مانند سیلیکون ، گالیم آرسنید و تادورید کادمیوم و غیره تشکیل شده است و نور خورشید را مستقیماً به برق تبدیل می کند.

هنگامی که سلول های خورشیدی نور خورشید را جذب می کنند ، الکترون ها و سوراخ های آزاد در اتصالات مثبت / منفی ایجاد می شوند. پنل های خورشیدی پلی کریستالی نیز سلولهای سیلیکونی هستند ، اما به جای اینکه در یک بلوک بزرگ تشکیل شوند و به ویفرها بریده شوند ، با ذوب کریستالهای سیلیکونی متعدد در کنار هم تولید می شوند. بسیاری از مولکول های سیلیکون ذوب شده است و مجدداً در داخل تابلو ذوب می شود. پنل های خورشیدی را می توان به سلول های نسل اول ، دوم و سوم طبقه بندی کرد.

پنل های خورشیدی نسل اول که به آن سلول های معمولی ، سنتی یا ویفر مبتنی نیز می گویند: از سیلیکون کریستالی ساخته شده و فناوری PV غالب تجاری است که شامل موادی مانند پلی سیلیکون و سیلیکون تک هسته ای است. سیلیکون کریستالی تا کنون ، رایج ترین ماده فله سلول های خورشیدی سیلیکون بلوری (c-Si) است که به سیلیکون درجه خورشیدی نیز معروف است.

داخل پنل خورشیدی

<p>صفحه خورشیدی با اجازه دادن به فوتون ها یا ذرات نور، الکترون های فاقد از اتم ها را می کوبد و جریان برق ایجاد می کند. پنل های خورشیدی در حقیقت بسیاری از واحدهای کوچکتر به نام سلول های فتوولتائیک را تشکیل می دهند. این به یک میدان الکتریکی در محل اتصال بین لایه های سیلیکون اضافه می شود.

تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته

• پنل های خورشیدی از روند خاصی برای تبدیل فوتون ها به الکترون جهت ایجاد جریان استفاده میکنند و در این روند از سلول هایی که با نام فتوولتائیک شناخته میشوند کمک میگیرند. این سلول ها بطور معمول در پنل جلویی ماشین حساب ها و یا ابزار الکترونیکی کوچک پیدا میشوند. وقتی تعداد زیادی از این سلول ها به هم متصل میگردند مجموعه ای با نام پنل خورشیدی تشکیل میدهند.
• از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیکون در سلول های فتوولتائیک استفاده می شود. این مواد نیمه رسانا اشعه های خورشید را جذب میکنند. فتون های موجود در اشعه ی خورشید به برخی از الکترون های این ماده ی نیمه رسانا ضربه می زند و باعث جریان پیدا کردن آنها میشوند.
• بین سلول ها مداری وجود دارد که باعث هدایت این جریان از الکترونها به سمت خاصی میشود. زمانیکه این الکترون ها به ساختار فلزی قرار داده شده در سلول فتوولتائیک برخورد میکنند تبدیل به انرژی قابل استفاده در دستگاه ها میگردند.

موارد تشکیل دهنده پنل های خورشیدی کریستالی

• سلول خورشيدی
• قاب آلومینیوم
• شیشه
• پوشش EVA
• انکپسولانت
• صفحه پشتی
• جعبه اتصالات

سلول خورشیدی:

یک قطعه الکترونیکی است که به کمک اثر فوتوولتاییک، انرژی نور خورشید را مستقیماً به الکتریسیته تبدیل می‌کند و مهم ترین قسمت پنل خورشیدی سلول خورشیدی است. سلول خورشیدی نور خورشید را مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سلول های خورشیدی با استفاده از اتصال دهنده های فلزی که سلول ها را به هم متصل می کنند، به یکدیگر لحیم می شوند. این سلول ها در قالب یک ماتریس تلفیق می شوند. جنس سلول های خورشیدی معمول در بازار از بلور سیلیکون است. با توجه به فناوری های جدید بعضی از سلول های خورشیدی را از ترکیب مواد سیلیکونی و غیر سیلیکونی می سازند. بازده این سلول های خورشیدی کمتر است.

برای محافظت سلول های تلفیق شده از یک سری اجزای دیگر نیز استفاده می کنند. برای محافظت از این مجموعه ماتریس از پوشش EVA، شیشه، قاب آلمینیومی و صفحه ی پشتی استفاده می شود.

پوشش EVA:

در ساختار پنل خورشیدی، پوششی از EVA روی سلول های خورشیدی قرار می گیرد. پوشش EVA مخفف اتیل ونیل استات است. پوشش EVA مانع نفوذ رطوبت و نشستن گرد و غبار روی سلول ها می شود. با پوشاندن دو طرف سلول توسط این لایه، پنل خورشیدی از شوک الکتریکی و برخورد ناگهانی اشیا محافظت می شود. پوشش EVA باید به گونه ای ساخته شود،تا درمقابل درجه حرارت زیاد و رطوبت شدید مقاوم باشد و در نهایت کمترین آسیبی به پنل برسد.

انکپسولانت:

در طولانی مدت از بخش‌های حساس پنل‌های خورشیدی حفاظت می‌کند. این لایه در واقع به عنوان لایه محافظ سلول‌های خورشیدی شکننده و مدارهای پنل در برابر عمل می‌کند.

شیشه:

برای محافظت از سطح بیرونی سلول های حورشیدی از شیشه استفاده می شود. شیشه سطح بیرونی باید استحکام لازم در برابر تگرگ، ضربه، رطوبت، هوا،باران، خاک و … را داشته باشد. ناگفته نماند استفاده از شیشه قسمتی از نور دریافتی را بازتاب می دهد و باعث افزایش تلفات می شود. در این حالت تولید کنندگان از نوعی شیشه ی ضد انعکاس استفاده می کنند. با استفاده از این نوع شیشه ها نور دریافتی بیشتر می شود و درنهایت راندمان سلول خورشیدی نیز بالا می رود.

قاب:

از قاب برای نگهداری لایه ها استفاده می شود که معمولا از جنس آلمینیوم است. به دلیل سبکی و ضد زنگ بودن از آلمینیوم در ساختار پنل خورشیدی استفاده می شود.

صفحه پشتی:

لایه اخر در ساختار پنل خورششیدی استفاده می شود صفحه پشتی می گویند. جنس صفحه پشتی از PET و یا پلیمر های دیگر است. وظیفه ی این صفحه آخر محافظت از سلول های خورشیدی در برابر نفوذ ذرات و گرد و غبار به درون سامنه پنل خورشیدی است.

جعبه اتصالات:

اتصال هایی که بین سلول ها ایجاد می شود، توان الکتریکی را تجمیع کرده و باید از پنل به بیرون کند، لذا نیاز به یک جعبه تقسیم داریم که به لحاظ حفاظتی حداقل IP54 را داشته باشد که خروجی اتصالات به این جعبه متصل بوده و از طریق سیم های خروجی دارای کانکتور می باشند که به خارج از پنل انتقال یابد، همچنین دیود های بایپس در این جعبه قرار می گیرند.

پنل خورشیدی را برای اطمینان از درستی عملکرد در شرایط استاندارد آزمایش می کنند. منظور از شرایط استاندارد دمای ۲۵ درجه سانتی گراد، شاخص کیفیت هوا حدود ۱.۵ و شدت نور ۱۰۰۰ وات بر مترمربع است. پس از درستی این آزمایش ها پنل وارد بازار می شود.

سطح انرژی تولید شده در پنل خورشیدی

ظرفیت یک صفحه خورشیدی با واحد وات اندازه گیری میشود، بیشترین ظرفیت یک پنل خورشیدی در شرایظ ایده آل (یعنی در یک روز آفتابی با آسمان کاملا صاف) مشخص میشود.

جهت گیری مناسب برای پنل های خورشیدی به جنوب است. بازدهی پنل های نصب شده بین (جنوب غربی تا جنوب شرقی ) است که باعث می شود 5 درصد کاهش می یابد. در خارج از این محدوده اتلاف انرژی افزایش مییابد.

توضیحات بیشتر ویدیو در یوتیوپ ببینید 👇