![]() |
|
انواع پنل خورشیدی؛ معرفی فناوریها، مزایا و معایب - نسخه قابل چاپ +- تالار گفتمان انجمن علمی انرژی خورشیدی ایران (https://irses.org/forum) +-- انجمن: تجهیزات سیستم خورشیدی (https://irses.org/forum/forumdisplay.php?fid=19) +--- انجمن: پنل خورشیدی (https://irses.org/forum/forumdisplay.php?fid=20) +---- انجمن: انواع پنل خورشیدی (https://irses.org/forum/forumdisplay.php?fid=21) +---- موضوع: انواع پنل خورشیدی؛ معرفی فناوریها، مزایا و معایب (/showthread.php?tid=78) |
انواع پنل خورشیدی؛ معرفی فناوریها، مزایا و معایب - riazat - ۱۴۰۵/۴/۲۷ انواع پنل خورشیدی؛ معرفی فناوریها، مزایا و معایب مقدمه پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک، وسیلهای است که انرژی نور خورشید را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. این تبدیل به کمک سلولهای خورشیدی و بر اساس «اثر فتوولتائیک» انجام میشود. سلولهای خورشیدی معمولاً از مواد نیمهرسانا، بهویژه سیلیسیم، ساخته میشوند. پنلهای خورشیدی از نظر فناوری ساخت، جنس ماده فتوولتائیک، ساختار سلول، تعداد لایهها، قابلیت جذب نور از یک یا دو طرف و نوع کاربرد، دستهبندیهای مختلفی دارند. به همین دلیل، اصطلاحاتی مانند مونوکریستال، پلیکریستال، لایهنازک، PERC، TOPCon، HJT، IBC، دوطرفه و نیمسلولی در بازار پنلهای خورشیدی به کار میروند؛ اما همه این اصطلاحات به یک سطح از دستهبندی مربوط نیستند. برای مثال:
پنل خورشیدی چگونه کار میکند؟ سلول خورشیدی از ماده نیمهرسانا ساخته میشود. وقتی نور خورشید به سطح سلول برخورد میکند، فوتونهای نور انرژی خود را به الکترونهای ماده نیمهرسانا منتقل میکنند. در نتیجه، الکترونها آزاد میشوند و در اثر میدان الکتریکی داخلی سلول به حرکت درمیآیند. حرکت این الکترونها جریان مستقیم یا DC تولید میکند. چندین سلول در کنار هم قرار میگیرند و یک ماژول خورشیدی را تشکیل میدهند. سپس چند ماژول با هم یک آرایه خورشیدی ایجاد میکنند. برق خروجی پنلها معمولاً از نوع DC است. برای استفاده در وسایل خانگی یا اتصال به شبکه برق، این انرژی باید توسط اینورتر به برق متناوب یا AC تبدیل شود. دستهبندی اصلی پنلهای خورشیدی بهطور کلی، پنلهای خورشیدی را میتوان در گروههای زیر بررسی کرد:
۱. پنلهای مونوکریستال تعریف پنل مونوکریستال یا تکبلوری از سلولهایی ساخته میشود که ماده اصلی آنها از یک ساختار کریستالی منظم تشکیل شده است. در این روش، شمش سیلیسیم با ساختار تکبلوری تولید و سپس به ویفرهای نازک برش داده میشود. پنلهای مونوکریستال در سالهای اخیر سهم بسیار بزرگی از بازار پنلهای سیلیکونی را به خود اختصاص دادهاند. ویژگی ظاهری این پنلها معمولاً ویژگیهای زیر را دارند:
بازدهی بالاتر پنلهای مونوکریستال معمولاً در مقایسه با پنلهای پلیکریستال، بازدهی بالاتری دارند. بازدهی پنلهای تجاری به مدل، فناوری سلول و شرایط بازار وابسته است و نباید برای همه محصولات یک عدد ثابت در نظر گرفت. نیاز کمتر به فضا چون توان تولیدی آنها در واحد سطح بیشتر است، برای ساختمانها یا زمینهایی که فضای محدودی دارند مناسب هستند. عملکرد مناسب در نور کم در شرایطی مانند صبح، عصر یا هوای نیمهابری، پنل مونوکریستال ممکن است عملکرد مناسبی داشته باشد؛ البته تولید آن در این شرایط همچنان به شدت تابش وابسته است. طول عمر مناسب پنلهای باکیفیت مونوکریستال معمولاً برای دورههای طولانی طراحی میشوند و سازندگان برای آنها ضمانت محصول و ضمانت کاهش تدریجی توان ارائه میکنند. معایب پنل مونوکریستال
۲. پنلهای پلیکریستال تعریف پنل پلیکریستال یا چندبلوری از سیلیسیمی ساخته میشود که هنگام سردشدن، چندین ناحیه کریستالی در آن شکل میگیرد. فرآیند تولید این نوع سیلیسیم معمولاً سادهتر از تولید سیلیسیم تکبلوری است. ویژگی ظاهری پنلهای پلیکریستال معمولاً:
در گذشته، مقایسه مونوکریستال و پلیکریستال یکی از موضوعات اصلی خرید پنل بود. با توسعه فناوریهای جدید، پنلهای مونوکریستال با فناوریهایی مانند PERC، TOPCon و HJT سهم بیشتری از بازار پیدا کردهاند و تولید پنل پلیکریستال در بسیاری از بازارها کاهش یافته است. ۳. پنلهای لایهنازک تعریف در پنلهای لایهنازک، ماده فتوولتائیک بهصورت یک یا چند لایه بسیار نازک روی بستری مانند شیشه، فلز یا پلاستیک قرار میگیرد. برخلاف پنلهای سیلیکونی معمولی که از ویفرهای ضخیمتر استفاده میکنند، در این فناوری مقدار بسیار کمتری از ماده فتوولتائیک به کار میرود. انواع مهم پنلهای لایهنازک الف) سیلیکون آمورف در این نوع، سیلیسیم ساختار بلوری منظم ندارد. پنلهای سیلیکون آمورف میتوانند سبک و نسبتاً انعطافپذیر باشند. ب) کادمیوم تلوراید کادمیوم تلوراید یا CdTe یکی از فناوریهای مهم لایهنازک است و در برخی نیروگاههای بزرگ استفاده میشود. ج) مس، ایندیوم، گالیوم و سلنید این فناوری که با نام CIGS شناخته میشود، میتواند روی بسترهای انعطافپذیر تولید شود و در کاربردهای خاص اهمیت دارد. مزایای پنلهای لایهنازک
۴. پنلهای تکوجهی و دوطرفه پنل تکوجهی پنل تکوجهی یا Monofacial عمدتاً نور را از سطح جلویی دریافت میکند. بیشتر پنلهای سنتی در این گروه قرار میگیرند. پنل دوطرفه پنل دوطرفه یا Bifacial میتواند علاوه بر نور مستقیم تابیدهشده به سطح جلو، بخشی از نور بازتابشده از پشت را نیز جذب کند. در این نوع پنلها معمولاً سلولها و ساختار پشتی بهگونهای طراحی میشوند که امکان ورود نور از پشت وجود داشته باشد. پنلهای دوطرفه ممکن است در ساختار شیشه-شیشه یا برخی ساختارهای شیشه-لایه پشتی تولید شوند. عوامل مؤثر بر تولید پشت پنل میزان انرژی اضافی پنل دوطرفه به عوامل زیر بستگی دارد:
مزایای پنل دوطرفه
۵. پنلهای سلول کامل و نیمسلولی پنل سلول کامل در پنلهای سنتی، سلولها به شکل کامل در ماژول قرار میگیرند. این ساختار ساده است، اما جریان عبوری در مسیرهای داخلی میتواند باعث ایجاد بخشی از تلفات مقاومتی شود. پنل نیمسلولی در پنل نیمسلولی، سلولهای کامل به دو قسمت تقسیم میشوند و در دو بخش مستقل پنل قرار میگیرند. این کار باعث کاهش جریان عبوری از هر بخش و کاهش برخی تلفات الکتریکی میشود. مزایای پنل نیمسلولی
۶. پنلهای PERC PERC چیست؟ PERC مخفف Passivated Emitter and Rear Cell است. در این فناوری، یک لایه غیرفعالساز یا Passivation در قسمت پشتی سلول اضافه میشود. این لایه میتواند:
یکی از چالشهای شناختهشده برخی سلولهای PERC، احتمال تخریب ناشی از نور یا LID و برخی پدیدههای تخریب مرتبط با شرایط عملیاتی است. تولیدکنندگان با اصلاح مواد و فرآیند ساخت تلاش میکنند این مشکلات را کاهش دهند. در بسیاری از محصولات جدید، فناوریهایی مانند TOPCon و HJT در حال جایگزینشدن یا رقابت با PERC هستند. ۷. پنلهای TOPCon TOPCon چیست؟ TOPCon مخفف Tunnel Oxide Passivated Contact است. این فناوری از یک لایه اکسیدی بسیار نازک و یک لایه تماس غیرفعالشده در ساختار سلول استفاده میکند. هدف TOPCon کاهش تلفات ناشی از بازترکیب حاملهای بار و بهبود استخراج الکترونهاست. مزایای TOPCon
۸. پنلهای HJT HJT چیست؟ HJT مخفف Heterojunction Technology است. در این فناوری، لایههایی از سیلیکون بلوری با لایههای سیلیکون آمورف ترکیب میشوند. این ترکیب باعث ایجاد ساختاری میشود که میتواند تلفات الکتریکی را کاهش دهد و عملکرد سلول را بهبود ببخشد. مزایای پنل HJT
۹. پنلهای IBC IBC چیست؟ IBC مخفف Interdigitated Back Contact است. در این ساختار، اتصالات الکتریکی اصلی در پشت سلول قرار میگیرند و سطح جلویی سلول تا حد زیادی آزاد میماند. مزایای پنل IBC
۱۰. پنلهای انعطافپذیر پنلهای انعطافپذیر معمولاً از فناوری لایهنازک یا سلولهای سبک با بسترهای قابلانعطاف ساخته میشوند. ویژگیها
۱۱. پنلهای قابلحمل و تاشو پنلهای قابلحمل معمولاً برای شارژ باتری، تجهیزات کمپینگ، چراغها، تلفن همراه و وسایل کوچک استفاده میشوند. این پنلها ممکن است از سلولهای مونوکریستال یا لایهنازک ساخته شوند. مزایا
۱۲. پنلهای خورشیدی شفاف و نیمهشفاف پنلهای شفاف یا نیمهشفاف با هدف استفاده همزمان از نور و تولید برق طراحی میشوند. در برخی مدلها، بخشی از سطح برای عبور نور باقی میماند. کاربردها
هرچه شفافیت بیشتر شود، معمولاً ماده فعال کمتری برای جذب نور وجود خواهد داشت و توان تولیدی سطح کاهش مییابد. بنابراین انتخاب این پنلها به تعادل میان نور عبوری، زیبایی و تولید برق وابسته است. ۱۳. فناوریهای نوظهور: پروسکایت پروسکایتها گروهی از مواد هستند که در سالهای اخیر در پژوهشهای فتوولتائیک بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. این مواد میتوانند با روشهای مختلف و روی بسترهای متنوع ساخته شوند. مزایای بالقوه
۱۴. سلولهای Tandem سلولهای Tandem از دو یا چند لایه فتوولتائیک با ویژگیهای جذب نوری متفاوت تشکیل میشوند. هر لایه بخشی از طیف نور خورشید را جذب میکند. برای مثال، ترکیب یک لایه پروسکایت با سیلیکون میتواند امکان استفاده بهتر از نور خورشید را فراهم کند؛ زیرا هر ماده در محدوده متفاوتی از طیف نوری عملکرد بهتری دارد. مزایای احتمالی
مقایسه انواع اصلی پنلهای خورشیدی نوع پنل ماده یا فناوری اصلی بازدهی نسبی مزیت مهم محدودیت اصلیمونوکریستال سیلیسیم تکبلوری بالا توان بیشتر در واحد سطح هزینه بالاتر در برخی مدلها پلیکریستال سیلیسیم چندبلوری متوسط تولید سادهتر و اقتصادیتر نیاز به فضای بیشتر لایهنازک CdTe، CIGS، سیلیکون آمورف و غیره کم تا متوسط وزن کم و کاربردهای خاص سطح موردنیاز بیشتر PERC سلول سیلیکونی غیرفعالشده بالا فناوری جاافتاده و بهبود جذب نور رقابت با فناوریهای جدید TOPCon تماس غیرفعالشده با اکسید تونلی بالا بازدهی و عملکرد حرارتی مناسب فرآیند ساخت دقیقتر HJT اتصال سیلیکون بلوری و آمورف بسیار بالا در برخی مدلها عملکرد مناسب در دمای بالا هزینه و پیچیدگی تولید IBC اتصالات پشت سلول بسیار بالا در برخی مدلها ظاهر زیبا و کاهش سایه جلویی هزینه ساخت بیشتر دوطرفه جذب نور از جلو و پشت وابسته به نصب تولید بیشتر در محیط مناسب وابستگی به بازتاب سطح زمین نیمسلولی تقسیم سلولها به دو بخش بالا کاهش تلفات و عملکرد بهتر در سایه جزئی طراحی داخلی پیچیدهتر انعطافپذیر لایهنازک یا بستر سبک کم تا متوسط وزن کم و قابلیت خمشدن دوام و توان کمتر در برخی مدلها توجه کنید که «بازدهی» به نوع فناوری، محصول شرکت سازنده، شرایط آزمایش و سال تولید بستگی دارد. بنابراین مقادیر جدول صرفاً مقایسهای هستند و برای انتخاب نهایی باید دیتاشیت محصول مطالعه شود. تفاوت پنلهای مختلف از نظر عملکرد عملکرد در دمای بالا تمام پنلها با افزایش دمای سلول، معمولاً با کاهش ولتاژ مواجه میشوند. مقدار این کاهش با «ضریب دمایی توان» در دیتاشیت مشخص میشود. پنلی که ضریب دمایی بهتری داشته باشد، در مناطق گرم ممکن است انرژی بیشتری در طول سال تولید کند. فناوریهای TOPCon و HJT در بسیاری از محصولات جدید، عملکرد حرارتی مناسبی ارائه میکنند؛ اما مقایسه باید بر اساس مشخصات واقعی هر مدل انجام شود. عملکرد در نور کم در نور کم، جریان تولیدی کاهش مییابد. ادعای عملکرد بهتر در نور کم باید با بررسی منحنیهای جریان-ولتاژ، دادههای سازنده و شرایط واقعی بررسی شود. هیچ پنلی در شب یا در نبود نور قابلاستفاده، توان قابلتوجهی تولید نمیکند. عملکرد در سایه سایه میتواند تولید رشتهای از سلولها را کاهش دهد. دیودهای بایپس، طراحی نیمسلولی، بهینهسازهای توان و میکرواینورترها میتوانند اثر سایه را کاهش دهند، اما معمولاً آن را بهطور کامل حذف نمیکنند. اثر گردوغبار آلودگی سطح پنل مقدار نور ورودی را کم میکند. شدت این اثر به مقدار گردوغبار، زاویه نصب، بارندگی، باد و نوع آلودگی بستگی دارد. در مناطق خشک و بیابانی، برنامه شستوشو و نگهداری اهمیت بیشتری دارد. کدام پنل برای چه کاربردی مناسب است؟ سیستم مسکونی با فضای محدود پنلهای مونوکریستال با بازدهی بالا، TOPCon، HJT یا IBC میتوانند گزینههای مناسبی باشند. در این کاربرد، مساحت سقف و ظاهر پنل اهمیت زیادی دارد. نیروگاه زمینی پنلهای مونوکریستال نیمسلولی و دوطرفه، بهویژه در طراحیهایی با سطح زمین مناسب و بازتاب کافی، کاربرد گستردهای دارند. انتخاب نهایی به هزینه، زمین، سازه، اقلیم و مدل مالی پروژه بستگی دارد. سیستم آفگرید برای سیستمهای مستقل، علاوه بر نوع پنل باید به قابلیت اطمینان، سازگاری با کنترلر شارژ، ولتاژ کاری و ظرفیت باتری توجه کرد. پنل پرتوان بدون طراحی صحیح باتری و کنترلر، بهتنهایی مشکل سیستم را حل نمیکند. سطح منحنی یا سبک پنلهای انعطافپذیر یا لایهنازک میتوانند مناسب باشند، بهخصوص زمانی که وزن یا قابلیت خمشدن مهمتر از بیشینهکردن توان در واحد سطح است. سایهبان و نیروگاه کشاورزی پنلهای دوطرفه و نیمهشفاف میتوانند در سایهبانها و برخی پروژههای کشاورزی مورد استفاده قرار گیرند. ارتفاع، فاصله ردیفها و میزان نور موردنیاز زیر پنل باید در طراحی بررسی شود. پروژههای اقتصادی با فضای کافی در گذشته پنلهای پلیکریستال گزینه اقتصادی متداولی بودند. امروزه باید قیمت واقعی هر وات، هزینه سازه، کابلکشی، زمین، نصب و تولید سالانه با پنلهای جدید مقایسه شود؛ زیرا ارزانتر بودن پنل بهتنهایی به معنی اقتصادیتر بودن کل پروژه نیست. معیارهای مهم هنگام انتخاب پنل توان نامی توان اسمی پنل معمولاً بر حسب واتپیک یا Wp بیان میشود. این مقدار در شرایط آزمون استاندارد اندازهگیری میشود و تولید واقعی میتواند با آن متفاوت باشد. بازدهی بازدهی نشان میدهد چه مقدار از انرژی تابشی دریافتی به برق تبدیل میشود. بازدهی بالاتر برای فضاهای محدود اهمیت بیشتری دارد. ضریب دمایی توان این مشخصه نشان میدهد توان پنل با افزایش دما چگونه تغییر میکند. در مناطق گرم، این پارامتر بسیار مهم است. ولتاژ و جریان ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، ولتاژ نقطه بیشینه توان و جریان نقطه بیشینه توان باید با اینورتر یا کنترلر شارژ سازگار باشند. ضمانت محصول ضمانت محصول، نقصهای ساخت و مواد را پوشش میدهد. ضمانت توان خطی نیز کاهش تدریجی توان پنل را در طول سالها مشخص میکند. این دو نوع ضمانت باید از یکدیگر تفکیک شوند. مقاومت مکانیکی مقاومت در برابر فشار باد، وزن برف، تگرگ و ضربه برای مناطق مختلف اهمیت دارد. مقاومت در برابر شرایط محیطی استاندارد حفاظتی جعبه اتصال، کیفیت کانکتورها، مقاومت در برابر رطوبت، نمک، آمونیاک و محیطهای خورنده باید بررسی شود. گارانتی و خدمات پس از فروش اصالت محصول، امکان پیگیری گارانتی، تأمین قطعات و سابقه شرکت سازنده اهمیت زیادی دارد. قیمت هر وات برای مقایسه پنلها، قیمت کل را بر توان نامی تقسیم کنید؛ اما این معیار باید همراه با بازدهی، طول عمر، افت توان، هزینه نصب و تولید سالانه بررسی شود. نگهداری پنل خورشیدی پنلهای خورشیدی قطعه متحرک ندارند و نگهداری آنها نسبتاً ساده است، اما بررسی دورهای لازم است. مهمترین اقدامات عبارتاند از:
طول عمر و افت توان پنلها پنلهای باکیفیت معمولاً برای چند دهه کار طراحی میشوند. توان پنل در طول زمان بهتدریج کاهش مییابد. میزان افت به فناوری، کیفیت ساخت، شرایط محیطی و نوع ضمانت شرکت سازنده وابسته است. عوامل مؤثر بر افت توان عبارتاند از:
جمعبندی پنلهای خورشیدی فناوری یکسانی ندارند و بر اساس ماده، ساختار سلول، روش تولید و نوع کاربرد به گروههای مختلف تقسیم میشوند.
منابع منابع زیر برای تدوین و بررسی مفاهیم این مقاله استفاده شدهاند:
نقل قول:نکته: بازدهی، قیمت، طول عمر و میزان افت توان به مدل، سازنده، شرایط نصب و تاریخ تولید پنل بستگی دارد. بنابراین برای خرید یا طراحی نهایی باید همیشه به دیتاشیت رسمی همان محصول و استانداردهای معتبر مراجعه شود. |