اصول پنل خورشیدی (از نصب تا عوامل موثر بر کارایی پنل های خورشیدی)

اصل کار پنل خورشیدی

در یک کریستال سیلیکون خالص، اتم ها یک شبکه تشکیل می دهند. این اتم ها مانند سایر اتم ها دارای هسته ای حاوی پروتون های با بار مثبت هستند، در حالی که در اطراف هسته الکترون هایی با بار منفی در یک لایه یا پوسته قرار دارند. پوسته الکترونی پر نیست، بنابراین اتم های همسایه الکترون های مشترک دارند و یکدیگر را در کریستال نگه می دارند. این الکترون ها محکم در جای خود نگه داشته می شوند و به راحتی جابه جا نمی شوند.

با این حال، کریستال های سیلیکون خالص را می توان با عناصر مختلف دوپ کرد، یعنی مقدار کمی ناخالصی اضافه کرد. اگر در پوسته عنصر مورد استفاده در دوپینگ الکترون‌های بیشتری نسبت به سیلیکون وجود داشته باشد، الکترون‌هایی با بار منفی وجود خواهند داشت که می‌توانند آزادانه حرکت کنند که به آن سیلیکون نوع N می‌گویند. این ماده الکتریسیته را بسیار بهتر از سیلیکون خالص هدایت می کند زیرا این الکترون های اضافی آزادانه تر به اطراف حرکت می کنند.

با این حال، کریستال به عنوان یک کل دارای بار منفی نیست، زیرا الکترون های منفی هنوز توسط پروتون های مثبت در هسته متعادل می شوند. برعکس، اگر سیلیکون با عناصری با الکترون های کمتر در پوسته اش دوپ شود، کمبود الکترون کلی وجود خواهد داشت و ماده سیلیکون نوع P خواهد بود. نواحی کوچکی که الکترون‌ها در آن‌ها به طور مؤثر از دست می‌روند، حفره نامیده می‌شوند و این حفره‌ها نیز می‌توانند آزادانه حرکت کنند.

در یک پنل خورشیدی، سیلیکون نوع N و سیلیکون نوع P با یکدیگر تماس دارند. الکترون به حفره ای نزدیک جذب می شود و در محل اتصال از نوع N به نوع P حرکت می کند. هنگامی که این اتفاق در محل اتصال رخ می دهد، منطقه به عنوان یک مانع عمل می کند و از حرکت بیشتر الکترون جلوگیری می کند و یک میدان الکتریکی در محل اتصال وجود دارد. اگر انرژی نور توسط سلول جذب شود، انرژی الکترون‌ها را از طریق اتصال عبور می‌دهد و اگر مداری بین دو نوع سیلیکونی تشکیل شود، الکترون‌ها از طریق آن جریان می‌یابند، به جایی که از آن آمده‌اند، و به این کار ادامه می‌دهند.

جریان می تواند در راه کار کند و باتری را شارژ کند. این نوع سلول می تواند 15 تا 20 درصد کارایی داشته باشد، تا حدی به این دلیل که ویفرهای سیلیکونی تمام انرژی نور را جذب نمی کنند. نوع پیچیده‌تری از باتری، به نام باتری چند اتصالی، ممکن است دارای جفت‌های تراشه‌های بیشتری در بالا یا پایین باشد که از مواد شیمیایی مختلف دوپینگ استفاده می‌کنند که هر کدام قادر به جذب طول موج متفاوتی از نور هستند.

انواع سلول های خورشیدی

3 نوع سلول خورشیدی داریم که در اینجا به تعریف آن ها می پردازیم.

1- تک کریستالی سلول

سلول های تک کریستالی از سیلیکون تک کریستالی بریده می شوند. آنها برش هایی از یک کریستال هستند. از بیرون بافت صافی دارد و ضخامت برش ها را می توانید ببینید. اینها کارآمدترین و گرانترین برای تولید هستند. آنها همچنین سفت و سخت هستند و برای محافظت از آنها باید در یک قاب سفت نصب شوند.

2- سلول پلی کریستالی

سلول پلی کریستالی (یا پلی کریستالی) برشی است که از یک بلوک سیلیکونی بریده شده و از تعداد زیادی کریستال تشکیل شده است. ظاهری انعکاسی دارند. این سلول ها نسبت به سلول های تک کریستالی کمی کارآمدتر و هزینه کمتری دارند و به طور مشابه باید در یک قاب سخت نصب شوند.

3- سلول آمورف

سلول های آمورف با قرار دادن یک لایه نازک از سیلیکون آمورف بر روی سطوح مختلف ساخته می شوند. آنها کمترین بهره وری و کم هزینه را از این سه نوع دارند. به دلیل ماهیت آمورف لایه نازک، انعطاف پذیر است و اگر روی سطح انعطاف پذیر ساخته شود، کل پنل خورشیدی می تواند انعطاف پذیر باشد. یکی از ویژگی‌های سلول‌های خورشیدی آمورف این است که توان خروجی آن‌ها در طول زمان کاهش می‌یابد، به خصوص در ماه‌های اول که پس از آن پایدار هستند.

چگونه پنل های خورشیدی را نصب کنیم؟

3 مرحله از نصب پنل های خورشیدی که باید انجام شود شامل:

1- جهت باید رو به رو باشد.

اگر در نیمکره شمالی هستید، آنها باید رو به سمت جنوب باشند و اگر در نیمکره جنوبی هستید، آنها باید به سمت شمال باشند. اگر نمی‌توانید از تپه‌ها یا درختان بلند و غیره که جلوی نور خورشید را در پایان روز می‌گیرند دوری کنید، ممکن است لازم باشد این را کمی تغییر دهید. اگر تپه ای به سمت غرب باعث می شود نور خورشید در اوایل عصر را از دست بدهید، بنا به صلاحدید خود پانل را کمی به سمت شرق بگیرید. خورشید صبح زود در آسمان کم است و بنابراین ارزش کمی دارد.

2- زاویه نسبت به صفحه افقی

زاویه پنل خورشیدی نسبت به صفحه افقی باید همان عرض جغرافیایی در بهار و پاییز، 15 درجه کمتر در تابستان و 15 درجه بیشتر در زمستان باشد. در صورت امکان، Angle پانل خود را حداقل 4 بار در سال تغییر دهید. اگر باید آنها را ثابت نصب کنید، زاویه ای را انتخاب کنید که با عرض جغرافیایی شما یکسان است. البته، ممکن است بخواهید بسته به اینکه کدام دوره از سال نیاز شما بیشتر است، این را تغییر دهید.

3- ردیاب را نصب کنید.

اگر پنل های خورشیدی همیشه رو به خورشید بودند، در تولید برق کارآمدتر بودند. ردیاب را می توان به عنوان یک پانل نصب کرد و به سمت خورشید اشاره کرد. ردیاب غیرفعال از سیستمی استفاده می کند که در آن مایع با گرم شدن توسط خورشید حرکت می کند و برای حرکت پانل استفاده می شود و صبح به طور خودکار به موقعیت صحیح باز می گردد. این نوع احتمالا ارزان ترین است، مشکلات زیادی ندارد و طبق گزارش ها می تواند نتایج رضایت بخشی را ارائه دهد.

ردیاب‌های فعال معمولاً از موتورهای سروو الکتریکی برای تنظیم زاویه پانل استفاده می‌کنند، و این می‌تواند توسط حسگرهای نوری که موقعیت خورشید را حس می‌کنند کنترل شود، یا تا زمانی که پانل به موقعیت از پیش تعیین‌شده منتقل شود، قابل کنترل است. افزایش تولید برق از استفاده از ردیاب ها در تابستان بیشتر از زمستان است زیرا خورشید در تابستان بیشتر در آسمان قوس می کند.

چگونه پنل های خورشیدی را سیم کشی کنیم؟

اگر پنل شما 24 ولت است و کنترل کننده شارژ خورشیدی و باتری 24 ولت است، پس باید پانل را به صورت موازی وصل کنید. تمام الکترودهای مثبت را به هم وصل کنید و تمام الکترودهای منفی را جداگانه وصل کنید.

می توانید چندین جفت پنل را به صورت سری وصل کنید، ترمینال مثبت یک پنل را به ترمینال منفی پانل بعدی وصل کنید تا ولتاژ افزایش یابد. هنگام در نظر گرفتن سیم کشی سری، تأثیر پوشش جزئی بر بازده کلی باید در نظر گرفته شود. از آنجایی که نمی دانید سیستم شما در آینده چگونه تکامل می یابد، بهتر است تعداد پنل های زوج را خریداری کنید تا اگر می خواهید ولتاژ را از 24 ولت به 24 ولت تغییر دهید، به راحتی بتوانید آنها را به صورت سری جفت کنید.

موضوع بعدی که باید در نظر گرفت نوع سیم مورد استفاده است. ما معمولاً فکر می کنیم که جریان می تواند آزادانه از طریق کابل عبور کند، اما کابل مقاومتی دارد که تمایل دارد جریان را به یک درجه کوچک اما بالقوه زیاد محدود کند. این مقاومت متناسب با طول کابل (هرچه کابل بلندتر باشد، مقاومت بیشتر است) و با سطح مقطع نسبت عکس دارد (هرچه کابل ضخیم تر باشد، مقاومت کمتر است).

اتصال به زمین پنل فتوولتائیک

بسته به جایی که هستید، ممکن است لازم باشد قاب پانل را زمین کنید که مطمئناً مطلوب است. یک قاب زمین نشده ممکن است ولتاژ القایی ایجاد کند یا ممکن است به طور تصادفی با یک هادی برق تماس بگیرد. به دلیل اکسیداسیون طبیعی آلومینیوم، برقراری ارتباط مناسب بین سیم زمین مسی و قاب آلومینیومی پنل فتوولتائیک کار آسانی نیست و هر دستورالعملی از سازنده باید رعایت شود. در برخی موارد، مدار DC نیز باید به زمین متصل شود و مدار AC نیز باید طبق دستورالعمل سازنده به زمین متصل شود.

کارایی پنل خورشیدی

وقتی صحبت از کارایی یک پنل خورشیدی می شود، معمولاً روی خروجی یک منطقه معین تمرکز می کنیم. بنابراین، یک پنل کارآمدتر نسبت به یک پنل با کارایی کمتر، توان بیشتر یا کمتری را ارائه می دهد. اما این بدان معنا نیست که پانل های کارآمدتر اقتصادی تر هستند. نصب پانل های کارآمدتر ممکن است آسان تر باشد، به خصوص اگر فضا محدود باشد یا از سیستم ردیابی استفاده شود.

پنل‌های خورشیدی کنونی با استفاده از سلول‌های چند اتصالی که هر کدام برای گرفتن نور با فرکانس متفاوت تنظیم شده‌اند، بازدهی حدود 40 درصد در تبدیل نور به الکتریسیته دارند. سیلیکون یک ماده نورانی طبیعی است و باتری با یک لایه غیر بازتابنده پوشانده شده است تا اطمینان حاصل شود که تا حد امکان نور وارد باتری می شود. سلول های مورد استفاده در پنل های فتوولتائیک برای تولید برق معمولاً تک اتصالی هستند و بازدهی حدود 15 درصد دارند.

عوامل موثر بر کارایی پنل های خورشیدی

• ساخت پنل خورشیدی: پنل های خورشیدی معمولا دارای یک لایه شیشه ای (محافظ باتری) هستند که نور قبل از ورود به باتری باید از آن عبور کند. می تواند نور منعکس شده توسط شیشه را کاهش دهد و همچنین می تواند نوری را که به پانل 90 درجه نمی تابد را جذب کند.
• تاثیر دما: خروجی پنل های خورشیدی و اینورترهای خورشیدی تحت تأثیر دمای آنها قرار می گیرد. به ازای هر درجه سانتیگراد افزایش دما، توان خروجی 0.25٪ (سلولهای آمورف) به 0.5٪ (بیشتر سلولهای کریستالی) کاهش می یابد. دمای پانل ها در آب و هوای گرم در تابستان می تواند به راحتی به 50 درجه سانتیگراد برسد و در نتیجه 12٪ کاهش در خروجی در مقایسه با خروجی درجه بندی شده در 25 درجه سانتیگراد ایجاد می کند. اگر تقاضای برق شما در تابستان زیاد است، این کاهش راندمان ممکن است برای شما مهم باشد.
• سایه محلی: پنل های خورشیدی در صورت مبهم بودن انرژی کمتری تولید می کنند و در حالت ایده آل باید در جایی قرار گیرند که هرگز سایه ای وجود نداشته باشد. در برخی موارد، ممکن است این امر قابل اجتناب نباشد، بنابراین باید اثر پوشش جزئی را در نظر گرفت. نه تنها باتری مسدود شده انرژی کمتری تولید می کند، بلکه از آنجایی که باتری های داخل پنل معمولاً به صورت سری هستند، باتری مسدود شده بر جریان کل پنل تأثیر می گذارد. اگر پانل آسیب دیده با سایر پانل ها سری باشد، خروجی همه این پانل ها تحت تأثیر سایه جزئی یک پانل قرار می گیرد. بنابراین، در مواردی که نمی توان از پوشاندن جزئی اجتناب کرد، ممکن است مواردی وجود داشته باشد که پانل ها به صورت سری به هم متصل نشده اند تا ولتاژهای بالاتری تولید کنند که می توان با برخی از اینورترها از آن استفاده کرد.