پنل خورشیدی ( صفحه خورشیدی فتوولتائیک )

پنل خورشیدی از نور خورشید برای تولید برق استفاده می کند و انواع پنل های خورشیدی از لحاظ فنآوری ساخت سلول های فتوولتائیک موجود می باشد که می توان به سلول های مونو کریستالی ، پلی کریستالی و  فیلم نازک اشاره نمود. در این مقاله به بررسی پنل خورشیدی فتوولتائیک و نوع اتصال آن ها پرداخته می شود. همچنین نوع ترکیب سلول های فتوولتائیک برای تشکیل یک صفحه خورشیدی نیز معرفی می شوند.

گرمایش تابشی لوله ای دو مرحله ای ( کامفورت ) مدل 40UT

مقایسه

0 out of 5

7% تخفیف ویژه

مولد برق گازسوز 30KVA با موتور IVECO و ژنراتور LINZ ایتالیا

قیمت :105,000,000 تومان 97,800,000 تومانقیمت با تخفیف :

مقایسه

0 out of 5

پکیج خورشیدی با امکان سفارشی سازی در توان های مختلف

مقایسه

3.75 out of 5

توان تولید شده توسط این سلول های فتوولتائیک مختلف در معرض نور خورشیدی تقریبا برابر است و این مقدار انرژی الکتریکی تولید شده ، بستگی به مقدار تابش خورشید به لایه های پیوند PN دارد و همچنین بازده یک پنل خورشیدی ، مقدار تابش خورشید نسبت به مقدار تولید برق خورشیدی بیان می شود.

پنل خورشیدی فتوولتائیک چیست

خروجی یک سلول فتوولتائیک با وات بیان می شود و از حاصل ضرب مقدار جریان در ولتاژ سلول محاسبه می شود. به طور معمول ولتاژ عملیاتی یک سلول خورشیدی در بار کامل و دمای 25 درجه در حدود 0.46 ولت می باشد و در خورشیدی کامل نیز جریان حدود 3 آمپر را به بار تحویل می دهد. بنابراین توان خروجی این سلول خورشیدی 1.38 وات می باشد. این توان بسیار کم و ناچیز است و شاید بتواند باتری یک ماشین حساب یا ساعت را شارژ کند. برای تولید یک توان قابل توجه باید سلول های خورشیدی را به یکدیگر متصل کرد.

با اتصال سلول های فتوولتائیک خورشیدی به یکدیگر ، افزایش مقدار توان تولیدی را در بر دارد. اگر اتصال سلول ها به یکدیگر به صورت سری باشد ، به افزایش ولتاژ و اگر اتصال سلول های خورشیدی به یکدیگر به صورت موازی باشد ، به افزایش جریان الکتریکی منجر می شود. بنابراین با انتخاب نوع اتصال سلول های PV به یکدیگر ، پنل خورشیدی تولید جریان الکتریکی یا تامین ولتاژ به دست می آید.

به عنوان مثال، اگر 10 سول خورشیدی به صورت سری به یکدیگر متصل شوند ، ولتاژ خروجی در شرایط معمولی برابر 4.6 ولت می باشد و جریان بار همان 3 آمپر ( مدار سری ) می ماند. بنابراین با این اوصاف ، نوان خروجی 10 برابر شده و برابر 13.8 وات است.” اتصال سلول های فتوولتائیک خورشیدی با یکدیگر یک صفحه خورشیدی بزرگتر یا ماژول خورشیدی تولید می شود که به آن پنل خورشیدی می گویند “. امروزه پنل های خورشیدی 200 وات نیز تولید و ساخته می شوند.  در عمل، برای بهبود کارایی پنل خورشیدی، چندین سلول PV با هم به صورت ترکیب سری یا موازی به منظور تولید ولتاژ یا جریان مورد نیاز و برای خروجی حداکثر توان به هم متصل می شوند.خورشیدی 

پنل خورشیدی با قابلیت نصب آسان

ولتاژ یک سلول خورشیدی

یک سلول فتوولتائیک ولتاژ مدار باز را حدود 0.5 تا 0.6 ولت در 25 درجه سانتیگراد تولید می کند، مهم نیست که هر سلول چقدر بزرگ باشد و این ولتاژ سلولی تا حدودی ثابت است تا زمانی که نور کافی وجود داشته باشد. ولتاژ مدار باز به این معنی است که سلول PV به هیچ یک از بارهای خارجی متصل نیست و بنابراین هیچ جریانی را تولید نمی کند.

هنگامی که پنل خورشیدی به یک بار خارجی، مانند یک لامپ ال ای دی وصل می شود، ولتاژ خروجی  هر سلول فتوولتائیک به حدود 0.46 ولت کاهش می یابد. بدون در نظر گرفتن شدت تابش نور خورشید ، این ولتاژ به مقدار 1 ولت ولتاژ کاهش می یابد تا جریان بیشتری به بار تحویل دهد و به عنوان یک جریان الکتریکی ظاهر می شود. این کاهش در ولتاژ خروجی ناشی از مقاومت و تامین توان بار خروجی توسط سیم های فلزی است که در سطح صفحه خورشیدی قرار دارد.

دما نیز بر ولتاژ خروجی سلول های فتوولتائیک یک پنل خورشیدی تاثیر می گذارد. هر چه درجه حرارت محیط نصب صفحه خورشیدی بالاتر باشد، ولتاژ خروجی سلول فتوولتائیک پایین تر می شود ، زیرا پنل در شرایط گرمای بیشتر بازدهی کمتری دارد. همچنین در خورشید کامل ، ولتاژ خروجی در هر 25 درجه سانتیگراد ، حدود 5 درصد کاهش می یابد. بنابراین پنل های فتوولتائیک خورشیدی برای آب و هوای بسیار گرم توصیه نمی شوند.

جریان یک سلول فتوولتائیک

بر خلاف ولتاژ ، جریان خروجی پنل خورشیدی رابطه مستقیم با مقدار یا شدت نور خورشید ( انرژی فوتون ) دارد. همچنین جریان خروجی به طور مستقیم با مقدار سایز یا سطح صفحه خورشیدی متناسب است و به همان اندازه که سطح سلول های فتوولتائیک یک پنل خورشیدی بزرگتر باشد ، نور و فوتون بیشتری وارد پنل سولار می شود. پنل های خورشیدی با خروجی جریان بالا مطلوب تر هستند، اما خروجی جریان بیشتر به معنی قدرت تولید توان بیشتر است و افزایش هزینه اولیه صفحه خورشیدی را در بر دارد.

ساخت پنل خورشیدی

تعداد سلول های فتوولتائیک برای تکمیل و ساخت یک پنل خورشیدی ، به میزان قدرت مورد نیاز مصرف کننده و به نوع مواد نیمه هادی به کار رفته در ساخت سلول خورشیدی بستگی دارد. پنل های فتوولتائیک در همه اندازه ها و سایز ها برای پاسخ به نیاز های مصرف کننده ساخته می شوند ، اما بیشتر تولید کنندگان پنل های خورشیدی ، صفحه خورشیدی استاندارد با ولتاژ 12 یا 24 ولت را تولید می نمایند و دلیل این استاندارد سازی ، مقدار ولتاژ باتری های استاندار جهان هستند.

در اکثر مواقع نیز پنل های خورشیدی 12 ولت با تعداد 36 سلول سیلیکونی بلوری تولید می شود که می تواند به یک باتری استاندارد 12 ولت متصل شود و باتری خورشیدی را شارژ نماید. همچنین اگر یک پنل خورشیدی 24 ولت نیاز باشد ، 72 سلول جداگانه در یک پنل خورشیدی می تواند این نیاز را تامین کند و یا با استفاده از دو پنل 12 ولت و اتصال آنها به صورت سری با یکدیگر ، می توان یک خروجی 24 ولت را ایجاد کرد.

زاویه پنل خورشیدی برابر است با عرض جغرافیایی منطقه

پنل خورشیدی با اتصال سری ( تامین ولتاژ )

سلول های خورشیدی فتوولتائیک به صورت سری دارای یک جریان عبوری مشترک هستند و مقدار ولتاژ هر سلول با یکدیگر جمع می شوند. پنل خورشیدی یا ماژول خورشیدی از سلول های چندگانه ساخته شده اند که با هم در یک سری از آبشارها قرار می گیرند و در یک محفظه سازگار با محیط زیست قرار می گیرند که یک مولد خورشیدی واحد با خروجی ولتاژ بالاتر از یک سلول PV تک را نشان می دهد.

در شکل بالا 4 سلول خورشیدی به صورت سری با یکدیگر ترکیب می شوند. اگر فرض کنیم که ولتاژ خروجی تولید شده توسط هر سلول در شرایط یکسان محیطی و تابشی ، 0.5 ولت باشد ، ولتاژ خروجی پنل خورشیدی برابر 2 ولت می شود. جریان هر سلول خورشیدی برابر با دیگر سلول ها و در نهایت برابر است با جریان خروجی صفحه خورشیدی است.

یکی از مسائل اصلی در سری کردن سلول های خورشیدی ، یک اثر ناخواسته است که در صورتی که یک سلول در داخل این مدار سری به علت آسیب دیدن ، کار نکند و یا سایه روی این سلول قرار گرفته باشد ، دیگر مدار قطع شده و قدرت توسط پنل تولید نمی شود. و ولتاژ تولیدی از دیگر سلول ها بر روی این سلول ممکن است باعث سوختن این سلول شود.

همچنین ممکن است به دلیل ایجاد جریان زیاد در دیگر سلول ها و توقف آن در یک سلول ، باعث ایجاد گرمای نقطه ای و آتش سوزی شود. به همین دلیل برای جلوگیری از آسیب الکتریکی به سلول ها ، یک دیود بایپس یا دور زن به صورت موازی با هر سلول قرار داده می شود. برای انتخاب دیود نیز ولتاژ شکست بسیار اهمیت دارد. به شکل پایین توجه فرمایید.

دیود بایپس حفاظتی در پنل های سولار

دیود برای حفاظت هر سلول خورشیدی به صورت موازی با آن کاربرد دارد و به منظور عبور جریان در صورت انسداد سلول یا عدم تولید برق سلول ، نصب می شود. ولتاژ شکست دیود باید بیشتر از ولتاژ هر سلول باشد و به سطح عایقی و توان عایقی سلول نیز بستگی دارد. بدین صورت که در صورت عبور جریان از سلول ، جریانی از دیود عبور نکند و انگار مقاومت بالایی دارد و همچنین در صورت انسداد جریانی سلول ، جریان از دیود عبور کند و مدار سری در پنل خورشیدی قطع نشود. در حالت ایده آل نیاز است که برای هر سلول یک دیود حفاظتی یا شاتکی نصب شود اما در عمل یک دیود مرکزی برای هر پنل وجود دارد که هر دیود تعدادی سلول را حفاظت می کند.

پنل های خورشیدی خانگی

صفحه خورشیدی با اتصال موازی ( تامین جریان )

سلول های خورشیدی فتوولتائیک در صورتی به صورت موازی متصل می شوند که هر دو ترمینال هر سلول به ترتیب به هر ترمینال سلول بعدی یا سلول های PV دیگر متصل شوند. بر خلاف پیکربندی اتصال سری ، در مدارهای موازی جریان می تواند بیش از یک مسیر را انجام دهد و به دلیل مسیرهای چندگانه، جریان در تمام نقاط در یک مدار موازی یکسان نیست و با یکدیگر جمع می شوند. با این حال، ولتاژ تولید شده در تمام سلول ها در یک مدار موازی یکسان است. بنابراین ولتاژ مشترک است و یک پنل خورشیدی تامین جریان ساخته می شود.

در مثال بالا 4 سلول خورشیدی فتوولتائیک با یکدیگر به صورت موازی ترکیب می شوند. برای سلول های ترکیب شده به صورت موازی ، ولتاژ  پنل خرشیدی تولید شده همان ولتاژ هر سلول می باشد. اگر فرض کنیم که جریان تولید شده در شرایط معمولی توسط هر سلول در حدود 1 آمپر باشد ، آنگاه جریان خروجی پنل خورشیدی برابر 4 آمپر می شود. بنابراین از سلول های خورشیدی فتوولتائیک موازی برای تامین جریان بار استفاده می شود.

در اتصال سری سلول های خورشیدی ، به علت سایه یا معیوب شدن یک سلول به دیود حفاظتی برای جلوگیری از قطع شدن تولید پنل خورشیدی یا عدم ایجاد گرمای نقطه ای نیاز می شود. در پنل خورشیدی با اتصال موازی ، عدم انطباق در ولتاژ می تواند آسیب های بدتر و شدیدتری به سیستم نیروگاه خورشیدی وارد نماید. با این حال یک سلول که عدم انطباق ولتاژ با دیگر سلول ها به دلیل شدت تابش خورشیدی یا سایه داشته باشد ، با دیگر سلول ها یک اختلاف ولتاژی دارد و این اختلاف ولتاژ باعث عبور جریان حلقه ای یا گردابی در پنل ها می شود و فقط باعث تلفات می شود. بدین صورت که این جریان تا حدی بسیار می تواند مشکل ساز شود و گرمای پنل را بالا ببرد که در نهایت منجر به آتش سوزی بشود.

در اتصال موازی هنگامی که یک سلول معیوب می شود و یا سایه روی آن است ، علاوه بر اینکه قدرت خروجی را کاهش می دهد ، باعث کاهش ولتاژ نیر می شود. درست مانند پنل های خورشیدی با اتصال سری که اثرات ناشی از سایه و معیوبی سلول ها بر روی کل پنل خورشیدی تاثیر می گذارد. بنابراین در پنل های خورشیدی ، سلول های فتوولتائیک را به طور موازی به هم متصل نمی کنند، زیرا بار ها نیاز به ولتاژ استاندارد دارند و به صورت سری این ولتاژ تامین می شود.

پنل خورشیدی 36 سلولی

در بیشتر مواقع پنل خورشیدی فتوولتائیک به صورت یک ماژول 36 سلولی سری با ولتاژ مدار باز در حدود 21 ولت تولید و ساخته می شود. و در بار کامل ولتاژ 16.5 ولت را تامین می نماید. پنل خورشیدی 36 سلولی  برای آب و هوای گرم نیز مناسب می باشد زیر افت ولتاژ در اثر گرما را با ولتاژ بالاتر تامین می نماید. بدین صورت که ولتاژ بار کامل در شرایط عادی 16.5 ولتا در نظر گرفته شده است و در شرایط تابشی و عملی این ولتاژ در حدود 12 ولت تنظیم می شود.

همانطور که در قبل هم ذکر شد ، سلول های خورشیدی ساختار پایه اصلی یک پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک هستند و یکی از مزایای بزرگ ساخت پنل خورشیدی این است که آن ها می توانند ولتاژ دقیق و الزامات فعلی مورد نیاز برای هر پروژه خاصی را با نوع و کمیت سلول های فتوولتائیک تنظیم کنند. سلول های فتوولتائیک می توانند به صورت موازی به منظور دستیابی به جریان مورد نظر و به صورت سری به منظور تامین ولتاژ مورد نظر در یک پوشش شیشه ای قرار داده شوند و به طور انحصاری برای محافظت در مقابل خوردگی ، رطوبت ، آلودگی و هوای محیط نگهداری شوند.

پنل خورشیدی و استراکچر آن با قابلیت ردیاب خورشیدی

پنل فتوولتائیک می تواند به صورت جداگانه یا به صورت موازی با دیگر پانل ها و ماژول های خورشیدی به منظور ایجاد یک آرایه خورشیدی بزرگ با خروجی جریان و ولتاژ بیشتر مورد استفاده قرار گیرد. این آرایه ها می توانند به صورت پنل سقفی ، بر روی سقف ساختمان یا دیوارها تنظیم شود و اغلب می تواند انرژی خورشیدی را مستقیما به یک ساختمان تغذیه کند. با آخرین فن آوری PV ، سلول ها نیز می توانند به کاشی های و نمای ساختمان ها اسپری شوند ( BIPV ). آرایه های PV خورشیدی می توانند با هم ترکیب شوند تا سطوح بالاتری از قدرت ( نیروگاه مگاواتی خورشیدی ) را فراهم کنند.

برداشت و ترجمه از : Alternative Energy Tutorials , Home Power

تحریریه کلینیک ساختمان بیلدینگ پلاس

“برداشت از مطالب با ذکر منبع و لینک سایت بیلدینگ پلاس کاری حرفه ای و اخلاقی است”