انرژی خورشیدی به عنوان ارزان‌ترین منبع انرژی جهان وارد جریان اصلی شده است و بسیاری از مردم را متعجب می‌کند که چگونه سلول‌های فتوولتائیک خورشیدی می‌تواند تا این حد کارآمد و ارزان باشد در حالی که هنوز انرژی تجدیدپذیر را ارائه می‌کند. پاسخ به این سوال به معنای درک چگونگی کارکرد انرژی خورشیدی، نحوه تولید پنل های خورشیدی و قطعات پنل خورشیدی است.

در این مقاله روش های مختلف ساخت سلول های خورشیدی و قطعات مورد نیاز برای ساخت پنل خورشیدی را توضیح خواهیم داد.

پنل های خورشیدی از چه چیزی ساخته شده اند؟

سیلیکون یکی از مهم ترین مواد مورد استفاده در پنل های خورشیدی است که نیمه هایی را تشکیل می دهد که در واقع از انرژی خورشیدی الکتریسیته تولید می کنند. با این حال، مواد مورد استفاده برای ساخت سلول های پانل های خورشیدی تنها بخشی از خود پنل خورشیدی است. فرآیند تولید پنل خورشیدی شش جزء مختلف را برای ایجاد یک پنل خورشیدی کارآمد گرد هم می آورد.

قطعات:

این قطعات شامل سلول های خورشیدی سیلیکونی، اسکلت فلزی، ورق شیشه ای، سیم استاندارد 12 ولت و سیم باس می باشد. اگر به DIY فکر می کنید و در مورد مواد پنل خورشیدی کنجکاو هستید، حتی ممکن است این سوال باشد که بخواهید یک لیست فرضی “مواد تشکیل دهنده” برای تولید آن به تنهایی وجود داشته باشد. در اینجا قسمت های متداول یک پنل خورشیدی توضیح داده شده است:

سلول های خورشیدی سیلیکونی

سلول های خورشیدی سیلیکونی با استفاده از اثر فتوولتائیک نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند. سلول های سیلیکونی که در ساختاری ماتریسی مانند بین پانل های شیشه ای به یکدیگر لحیم شده اند، با ورق شیشه ای نازک ویفر در تعامل بوده و بار الکتریکی ایجاد می کنند.

فریم فلزی (معمولاً آلومینیومی)

قاب فلزی پنل خورشیدی به دلایل زیادی مفید است. محافظت در برابر شرایط آب و هوایی نامناسب یا سناریوهای خطرناک دیگر و کمک به نصب پنل خورشیدی در زاویه دلخواه.

ورق شیشه ای

ورق شیشه ای معمولاً 6 تا 7 میلی متر ضخامت دارد و اگرچه نازک است، اما نقش زیادی در محافظت از سلول های خورشیدی سیلیکونی داخل آن دارد. علاوه بر خود سلول‌های خورشیدی، یک پنل خورشیدی استاندارد شامل یک محفظه شیشه‌ای در جلوی پانل است تا دوام و محافظت از سلول‌های فتوولتائیک سیلیکونی (PV) را افزایش دهد.

در زیر شیشه بیرونی، پانل دارای یک پوشش برای عایق و یک صفحه پشتی محافظ است که به محدود کردن اتلاف گرما و رطوبت در داخل پانل کمک می کند. عایق از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا افزایش دما منجر به کاهش بازده و در نتیجه خروجی کمتر پنل خورشیدی می شود . بنابراین، تولیدکنندگان PV خورشیدی باید تلاش بیشتری کنند تا مطمئن شوند که نور بدون گرم شدن بیش از حد فناوری جذب می شود.

سیم استاندارد 12 ولت

یک سیم 12 ولت به تنظیم میزان انرژی منتقل شده به اینورتر شما کمک می کند و به پایداری و کارایی ماژول خورشیدی کمک می کند.

سیم باس

از سیم های باس برای اتصال موازی سلول های خورشیدی سیلیکونی استفاده می شود. سیم های باس در یک لایه نازک برای لحیم کاری آسان پوشیده شده اند و به اندازه کافی ضخیم هستند تا جریان های الکتریکی را حمل کنند.

پنل های خورشیدی چگونه ساخته می شوند؟

پانل های خورشیدی از سلول های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی یا پلی کریستالی ساخته شده اند که به یکدیگر لحیم شده و زیر یک پوشش شیشه ای ضد انعکاس مهر و موم شده اند. هنگامی که نور به سلول های خورشیدی برخورد می کند، اثر فتوولتائیک شروع می شود و برق ایجاد می شود. پنج مرحله کلیدی در ساخت پنل خورشیدی عبارتند از:

1. سلول های خورشیدی را تولید کنید

2. سلول های خورشیدی را به یکدیگر لحیم کنید تا یک پنل ایجاد کنید

3. یک صفحه پشتی، لایه شیشه ای جلو و قاب را نصب کنید

4. جعبه اتصال را نصب کنید

5. تست کیفیت

1. ساخت سلول های خورشیدی

اجزای اصلی یک پنل خورشیدی سلول های خورشیدی آن هستند . سلول های خورشیدی نوع P یا نوع n ترکیبی از سیلیکون کریستالی و گالیم یا بور برای ایجاد شمش سیلیکون هستند. هنگامی که فسفر به مخلوط اضافه می شود، سلول ها قادر به هدایت الکتریسیته هستند. سپس شمش سیلیکون به ورقه های نازک بریده می شود و با یک لایه ضد انعکاس پوشانده می شود. سپس، شکاف های نازکی در سلول ها بریده می شود تا جریان الکتریسیته قیف شود.

2. سلول های خورشیدی را به یکدیگر لحیم کنید تا یک پنل ایجاد کنید

پس از اینکه فسفر به ویفرهای سیلیکونی بار الکتریکی می دهد، اتصال دهنده های فلزی هر سلول خورشیدی را در فرآیندی به نام لحیم کاری به هم متصل می کنند. تعداد سلول هایی که به طور همزمان به یکدیگر لحیم شده اند بستگی به بزرگی پنل خورشیدی در حال ساخت دارد. به عنوان مرجع، 60 پانل سلولی اندازه استاندارد هستند و پانل های 72 سلولی معمولا برای پروژه های تجاری استفاده می شوند.

3. یک صفحه پشتی، لایه شیشه ای جلو و قاب را نصب کنید

یک صفحه پشتی برای محافظت در پایین سلول های خورشیدی نصب می شود که معمولاً از مواد پلاستیکی فوق العاده بادوام ساخته می شود. سپس یک ورق شیشه ای نازک در بالای سلول های خورشیدی نصب می شود تا نور خورشید را به سلول های خورشیدی فیلتر کند. این قطعات توسط چسبی به نام اتیلن وینیل استات (EVA) به هم متصل می شوند. تمام این اجزا توسط یک قاب فلزی که به گیره های نصب روی سقف شما می چسبد محدود می شوند.

4. جعبه اتصال را نصب کنید

جعبه اتصال از سیم‌کشی پنل خورشیدی در برابر آسیب محافظت می‌کند تا جریان برق را از پانل به اینورتر خود در حرکت نگه دارد و از برگشت جهت برق جلوگیری می‌کند. این عملکرد برای مواقعی که یک پنل خورشیدی برق تولید نمی کند مهم است، زیرا آن پنل سعی می کند انرژی را مصرف کند. جعبه اتصال اجازه نمی دهد جریان الکتریکی معکوس شود، بنابراین پانل های خورشیدی شما می توانند به درستی کار کنند.

5. تست کیفیت

هر پنل خورشیدی که وارد بازار می‌شود، تحت شرایط تست استاندارد (STC) آزمایش می‌شود تا اطمینان حاصل شود که پنل‌ها با خروجی‌های پیش‌بینی‌شده، کارایی و هر چیز دیگری که سازنده در برگه مشخصات فنی خود وعده داده است، مطابقت دارد. پانل ها در یک تستر فلاش قرار می گیرند که در آن شرایط “استاندارد” شبیه سازی شده است: تابش 1000 وات بر متر مربع، دمای سلول 25 درجه سانتی گراد و جرم هوا 1.5 گرم. در صورت عبور، پنل خورشیدی آماده ارسال و نصب است.

پنل های خورشیدی چگونه کار می کنند

فتوولتائیک های خورشیدی با تعدادی قطعات ساخته می شوند که مهمترین آنها  سلول های سیلیکونی است . سیلیکون، عدد اتمی 14 در جدول تناوبی، یک نافلز با خواص رسانایی است که به آن توانایی تبدیل نور خورشید به الکتریسیته را می دهد. هنگامی که نور با یک سلول سیلیکونی برهمکنش می کند، باعث می شود الکترون ها به حرکت درآیند که جریان الکتریسیته را آغاز می کند. این به عنوان “اثر فتوولتائیک” شناخته می شود.

با این حال، سلول های سیلیکونی به تنهایی نمی توانند برق خانه شما را تامین کنند. آنها با یک محفظه فلزی و سیم‌کشی جفت شده‌اند که به الکترون‌های سلول خورشیدی اجازه می‌دهد تا از آن خارج شده و انرژی مفیدی را تامین کنند. سیلیکون در تعدادی ساختار سلولی مختلف وجود دارد : تک سلولی (تک کریستالی)، چند بلوری یا آمورف، که معمولاً با صفحات خورشیدی لایه نازک مرتبط است . 

فرآیند ساخت پنل خورشیدی و انواع پنل های خورشیدی

پنل های خورشیدی تک کریستالی از یک بلوک سیلیکونی بزرگ تولید می شوند و در فرمت های ویفر سیلیکونی تولید می شوند. فرآیند تولید شامل برش ویفرهای سیلیکونی جداگانه است که می توان آنها را روی یک پنل خورشیدی چسباند. سلول های سیلیکونی مونو کریستالی کارایی بیشتری نسبت به سلول های خورشیدی پلی کریستالی یا آمورف دارند. تولید ویفرهای تک کریستالی به صورت انفرادی کار فشرده‌تری دارد و در نتیجه، ساخت آن‌ها نیز از سلول‌های پلی کریستالی گران‌تر است. سلول های تک کریستالی زیبایی مشکی مشخصی دارند و اغلب با ظاهر براق پانل های ممتاز SunPower همراه هستند .

سلول های خورشیدی پلی کریستالی نیز سلول های سیلیکونی هستند، اما به جای اینکه در یک بلوک بزرگ شکل بگیرند و به صورت ویفری بریده شوند، از ذوب چندین کریستال سیلیکونی با هم تولید می شوند. بسیاری از مولکول های سیلیکون ذوب می شوند و سپس دوباره با هم در خود پانل ذوب می شوند. سلول های پلی کریستال کارایی کمتری نسبت به سلول های تک کریستالی دارند، اما هزینه کمتری نیز دارند. آنها رنگ مایل به آبی دارند که اغلب با زیبایی پانل های خورشیدی SolarWorld مرتبط است .

در نهایت،  سلول‌های سیلیکونی آمورف، مواد پانل خورشیدی انعطاف‌پذیری را ایجاد می‌کنند که اغلب در پانل‌های خورشیدی لایه نازک استفاده می‌شوند. سلول های سیلیکونی آمورف غیر کریستالی هستند و در عوض به زیرلایه ای مانند شیشه، پلاستیک یا فلز متصل می شوند. به همین دلیل، پانل های خورشیدی لایه نازک به نام خود صادق هستند: آنها بر خلاف پنل های استاندارد، نازک و قابل خم شدن هستند. اگرچه سلول های خورشیدی آمورف یک مورد ایده آل برای تطبیق پذیری هستند، در مقایسه با سلول های مونو یا پلی کریستالی بسیار ناکارآمد هستند. First Solar بیشتر به دلیل تولید پانل های لایه نازک در ایالات متحده شناخته شده است

پس از ساخته شدن نوع منحصربفرد سلول خورشیدی، سازندگان پنل های خورشیدی این فرآیند را با اتصال سیستم های الکتریکی، افزودن یک پوشش ضد انعکاس به سلول ها و قرار دادن کل سیستم در یک محفظه فلزی و شیشه ای به پایان می رسانند.

برای اطلاعات بیشتر این مطالب را نیز بخوانید: