14
شهریور

پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی از سلول های خورشيدی ساخته شده اند که نور خورشيد را به صورت مستقيم به انرژی الکتريسيته تبديل می کند. سلول های خورشيدی از مواد نيمه رسانای حالت جامد تشکيل شده اند.
سلولهای خورشیدی که از يک اتصال P-N ساخته شده اند، بدون هيچ آلودگی نور خورشيد را مستقيماً به الکتريسيته تبديل می کنند. اصول توليد الکتریسیته از سلولهای خورشیدی در شکل زير نشان داده شده است.

سلول خورشیدی

در واقع ، وقتی که نور خورشيد به سطح سلول خورشیدی برخورد می کند، فوتون ها توسط اتمهای نيمه هادی، الکترون های آزاد لايه ی منفی، جذب می شوند. اين الکترون های آزاد از طريق مدار خارجی مسير خود را به سمت لايه ی مثبت پيدا کرده و در نتيجه جريان الکتريکی از لايه ی مثبت به منفی جاری می شود.

پنل های خورشیدی تجاری موجود در حال توسعه را میتوان در سه گروه : تکنولوژی کریستال ، تکنولوژی فیلم نازک و تکنولوژی فتوولتائیک نو ظهور و جدید دسته بندی کرد که از لحاظ راندمان جذب نور، راندمان تبديل انرژی، تکنولوژی ساخت و هزينه های توليد با هم متفاوت هستند.

مقایسه ظاهری سلول های خورشیدی مونو کریستال ، پلی کریستال و فیلم نازک

سلول خورشیدی

تکنولوژی کریستالی

ماده اصلی بکار رفته در ساخت سلول های خورشيدی ، سيليس يا سيليکون است. سيليس ماده ای است که قسمت عمده پوسته زمين از آن تشکيل شده ولی اين ماده عمدتاً به صورت ترکيب اکسيد سليسيم يا سيليکا (SiO2) يافت می شود که در اصطلاح غير علمی به آن ماسه میگويند. سلول های سيليکونی به خاطر فرآيند ساخت و خالص سازی سيليکون ، قيمت بالايی دارند.
تکنولوژی کريستالی در سه فرم :
سیلیکون تک کریستالی، سیلیکون چند کریستالی و آرسنیک- گالیم مورد استفاده قرار می گيرد.

۱ . سیلیکون تک کریستالی- مونو کریستال Single (Mono) – Crystal Silicon

سلول خورشیدی

سيليکون تک کريستالی که به طور گسترده در ساخت پنل های خورشيدی استفاده می شود از يک کريستال بزرگ سيليس توليد می شود . رايج بودن سيليکون تک کريستالی به دليل پايداری خوب، خواص الکتريکی، فيزيکی و شيمايی مرغوب سيليکون است.
سيليکون تک کريستالی دارای ساختار مولکولی يکنواخت است که در مقايسه با مواد غير کريستالی ، ساختار يکنواخت آن منجر به راندمان تبديل انرژی بالا می شود. راندمان پنل خورشیدی از نوع سيليکون تک کريستالی در حدود % ۲۰ – ۱۴ است اما به دليل گران بودن سيليکون تک کريستالی قيمت آنها کمی بالا می باشد.

۲ . سیلیکون چند کریستالی Poly (Multi) – Crystalline Silicon

سلول خورشیدی

متشکل از دانه های کوچک سيليکون های تک کريستالی است که در مقايسه با سلول های تک کريستالی دارای راندمان انرژی و هزينه ساخت کمتری هستند. راندمان تبديل انرژی پنل خورشیدی از نوع سيليکون چند کريستالی در حدود % ۱۴ – ۱۰ است.

     ۳ . آرسنیک گالیم Gallium Arsenide (GaAs)

 

سلول خورشیدی

اين نيمه هادی مرکب ، از دو عنصر گاليم (Ga) و آرسنيک (As) ساخته شده است. GaAs دارای ساختار کريستالی و سطح بالای جذب نور است و نسبت به سيليکون کريستالی دارای راندمان تبديل انرژی بالاتری، در حدود % ۳۰ – ۲۵ است.
سمی بودن آرسنيک و هزينه بالا نسبت به سيليکون تک کريستالی از معايب سلول های GaAs است . به دليل مقاومت بالای آن در برابر گرما در سيستم های متمرکز که درجه حرارت سلول های خورشیدی زياد است و همچنين در کاربردهای فضايی که نياز به مقاومت بالا در برابر آسيب تشعشع و راندمان بالای سلول است، مورد استفاده قرار می گيرند.

تکنولوژی فیلم نازک

 

سلول خورشیدی

در يک سلول خورشیدی فيلم نازک، لايه های مواد نيمه هادی با ضخامت ۲ – ۰٫۳ ميلی متر روی شيشه، پلاستيک، استيل ضد زنگ و ديگر مواد زير لايه ای قرار می گيرند.
از آنجا که مواد فيلم نازک نسبت به مواد کريستالی دارای ضريب جذب بالايی هستند، لايه رسوبی آن، مواد فتوولتائيک بسيار نازک در نظر گرفته می شوند که اين منجر به کاهش هزينه سلول می شود. با اين حال پنل های خورشیدی فيلم نازک دارای راندمان تبديل کمی هستند.
انواع تکنولوژی های فيلم نازک عبارتند از: سیلیکون آمورفوس، تلورید کادمیم، CIGS

۱ . سیلیکون آمورفوس Amorphous Silicon (A – Si)

اين ماده دارای مزيت ضريب جذب بالا، در حدود ۴۰ برابر کريستال سيليکونی است. تنها يک لايه نازک برای جذب نور مورد نياز است که اين منجر به کاهش هزينه مواد می شود . با اين حال دارای راندمان تبديل انرژی پايين در حدود % ۹ – ۵ است.
سيليکون آمورفوس به طور گسترده ای در کالاهای مصرفی کوچک مانند ساعت و ماشين حساب استفاده می شود.

۲ . تلورید کادمیم Cadmium Telluride (CdTe)

تلوريد کادميم دارای ضريب جذب بالايی است. تنها با ضخامت در حدود يک ميلیمتر میتواند ۹۰ % طيف خورشيد را جذب کند و دارای کمترين هزينه توليد در ميان تکنولوژی های فيلم نازک است.
راندمان ماژو لهای تجاری CdTe در حدود % ۷ است. بی ثباتی عملکرد سلول های خورشیدی و پنل های خورشیدی از اشکالات عمده ی سلو لهای CdTe است،
همچنين کادميم يک عنصر سمی است.

۳ . مس، ایندیم، گالیم، سلنید و سولفید Copper – Indium- [Gallium] – Selenide – Sulphide (CI[G]S)

CIGS يک نيمه هادی با قدرت جذب بالاست که می تواند با ضخامت ۰٫۵ ميلیمتر % ۹۰ طيف خورشيد را جذب کند و دارای بالاترين راندمان در ميان تکنولوژی پنل های خورشیدی فيلم نازک است.
CIGS يک ماده موثر و پيچيده است که اين پيچيدگی موجب دشواری ساخت آن می شود. توليد سلنيد هيدروژن که يک گاز بسيار سمی است از نگرانی های موجود در فرآيند ساخت این نوع سلول خورشیدی است.
در سال ۲۰۱۴ در آزمايشگاه EMPA به رکورد ۲۰٫۴ درصد راندمان تبديل انرژی برای سلول های خورشيدی CIGS لايه نازک روی زير لايه های پليمری انعطاف پذير دست پيدا کرده بودند.

تکنولوژی نوظهور و جدید

سلول خورشیدی

فناوری های این نسل از پنل های خورشیدی در مرحله پیش از تجاری سازی به سر می برند.

تکنولوژی نوظهور و جدید به دسته های زیر تقسیم می شوند :

۱ . سلول های خورشیدی متمرکز CPV (Concentrating PV)
۲ . سلول های خورشیدی ارگانیک Organic PV
۳ . سلول های خورشیدی حساس به رنگ
۴ . سلول های خورشیدی پلیمری
۵ . سلول های خورشیدی مبتنی بر کریستال های مایع
۶ . فیلم های نازک پیشرفته Advanced thin films

برای تهیه پکیج جامع آموزش طراحی نیروگاه های خورشیدی به لینک زیر مراجعه نمائید.

پکیج جامع آموزش طراحی نیروگاه خورشیدی به همراه آموزش جامع نرم افزار pvsyst