سامانه پنل خورشیدی Solar panel سامانه‌ای است که می‌تواند انرژی خورشید را دریافت کند و آن را به الکتریسیته تبدیل کند که برای مصرف‌های تجاری و مسکونی قابل استفاده باشد.
صفحه‌ی خورشیدی یا پنل خورشیدی از مونتاژ سلول‌های خورشیدی به وجود می‌آید. کار پنل خورشیدی این است که صفحه‌های خورشیدی انرژی و نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. صفحات خورشیدی، از ترکیبات نیمه هادی ساخته می‌شوند که وظیفه آنها تبدیل انرژی نورانی خورشید به انرژی الکتریکی است. این صفحات با نام فتوولتائیک (PhotoVoltaic) یا سولار (Solar) شناخته می‌شود.
پنل‌های خورشیدی انرژی تجدید پذیر را می‌گیرند و به الکتریسیته تبدیل می‌کنند، که با استفاده از این الکتریسیته می‌توان مدار‌های الکتریکی را شارژ کرد. پنل‌های خورشیدی شامل چندین سلول خورشیدی‌اند که هر کدام از لایه‌های سیلیکونی، لایه‌های فسفری (برای تولید بار منفی) و لایه‌های بور ( برای تولید بار مثبت) تشکیل شده‌اند.
پنل‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟
پنل خورشیدی فتوولتائیک از تجمع چندین سلول خورشیدی ساخته می‌شود. سلول‌های خورشیدی از سیلیکون ساخته می‌شوند مثل نیمه رسانا‌ها. ساختار آنها از یک لایه مثبت و یک لایه منفی تشکیل شده است که با هم یک میدان الکتریکی تشکیل می‌دهند، مانند میدانی که در باتری است.
پنل‌های خورشیدی فوتون‌ها را جذب می‌کنند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. انرژی تولید شده از فوتون‌ها به الکترون‌ها امکان خارج شدن از مدار اتمی خود و رها شدن در میدان الکتریکی تولید شده توسط سلول‌های خورشیدی را می‌دهد؛ این میدان الکتریکی الکترون‌های آزاد را در جریان الکتریکی هدایت می‌کند. این روند با نام اثر فوتوولتائیک شناخته می‌شود.
سقف یک خانه متوسط فضای کافی برای نصب پنل‌های خورشیدی لازم برای تولید انرژی الکتریکی را دارد. همچنین پنل‌های خورشیدی در طول روز انرژی الکتریکی اضافی تولید می‌کنند، تا در شب مورد استفاده قرار گیرد.
کنتور‌ها این امکان را به صاحبان پنل‌های خورشیدی می‌دهند و در صورتی که سیستم تولید انرژی، انرژی ای بیش از نیاز خانه تولید کند هزینه آن را دریافت کنند.
در تجهیزات آف گرید بانک باتری، کنترل کننده شارژ و معکوس کننده از اعضای ضروری‌اند. سیستم خورشیدی جریان مستقیم برق را توسط کنترل کننده شارژ به بانک باتری می‌فرستد.
پس از آن انرژی از بانک باتری به معکوس کننده می‌رود و جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می‌شود و برای دستگاه‌هایی که با جریان مستقیم کار نمی‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
با توجه به معکوس کننده، سیستم خورشیدی را سایز بندی می‌کنند تا نیاز‌های مختلف را برآورده کند. جریان متناوب برای تجهیزات برقی خانه یا مجتمع‌های تجاری، وسایل نقلیه و قایق‌ها، کنترل اتاقک‌ها، کلبه‌ها، تجهیزات ارتباطی، جریان دیدبانی نفت و گاز و غیره استفاده می‌شود.
پنل خورشیدی چگونه تولید برق می‌کند؟
وقتی فوتون‌ها به یک سلول خورشیدی برخورد می‌کند، الکترون‌ها را از اتم‌هایشان جدا می‌کنند. اگر کنداکتور‌ها به مثبت و منفی سلول وصل شوند، یک مدار الکتریکی را تشکیل می‌دهند. وقتی الکترون‌ها در یک مدار شناور می‌شوند، الکتریسیته تولید می‌کنند. چند سلول خورشیدی یک پنل خورشیدی را تشکیل می‌دهند و چند پنل (ماژول) می‌توانند از طریق سیم کشی به هم متصل شوند تا یک آرایه خورشیدی را تشکیل دهند. هر چه پنل بیشتری به کار ببرید، انرژی بیشتری تولید خواهد شد.
پنل خورشیدی برق جریان مستقیم یا DC تولید می‌کنند. با برق DC الکترون‌ها در یک مسیر اطراف یک مدار شناور می‌شوند. این مورد نشان می‌دهد یک باتری، برق یک لامپ را تامین می‌کند. الکترون‌ها از سمت منفی باتری ماشین حرکت می‌کنند. از مسیر لامپ و به سمت مثبت باتری بر می‌گردند. با برق جریان متناوب یا AC، الکترون‌ها هول داده شده و کشیده می‌شوند، مسیر معینی را حفظ می‌کنند، مثل یک سیلندر موتور ماشین.
همانطور که می‌دانید برای شبکه برق ایران جریان AC انتخاب شده است، چون برای انتقال در مسافت‌های زیاد هزینه کمتری در بر دارد. این در حالی است که پنل‌های خورشیدی برق DC تولید می‌کنند. حال چطور برق DC را به شبکه AC تزریق کنیم؟
پاسخ واضح و ساده است. از اینورتر‌های مخصوص سیستم خورشیدی استفاده می‌کنیم. یعنی در انتهای پنل‌ها، اینورتر‌های خورشیدی را قرار می‌دهیم. بسته به ابعاد نیروگاه می‌توانیم از یک یا چند اینورتر استفاده کنیم.
مزایا و ویژگی‌های پنل خورشیدی چیست؟
- هنگام استفاده از پنل‌های خورشیدی از تجهیزات آف گرید استفاده می‌شود؛ تجهیزات آف گرید تجهیزاتی‌اند که برای استفاده از آن به جریان اصلی برق احتیاجی نیست.
- با وجود پنل‌های خورشیدی، دیگر نیازی به پرداخت هزینه‌های سنگین نصب دکل و کابل کشی نیست. پنل خورشیدی قطعا ارزان‌تر است و اگر درست نگه داری شود، تا سه دهه قابلیت تولید انرژی دارد.
- البته بهترین فایده آن این است که از انرژی‌های پاک و تجدیدپذیر تغذیه می‌شود. با توجه به تغییرات جهانی آب و هوا و گرم شدن کره زمین، حفظ اتمسفر امری مهم به شمار می‌رود. پنل‌های خورشیدی کمترین آلودگی و استهلاک را دارند و تا مدت زیادی سالم می‌مانند.
- فایده بعدی این است که وقتی برای نصب اولیه پنل هزینه‌ای را می‌پردازید، انرژی‌ای که پنل در ادامه طول عمر خود تولید می‌کند ( بسته به کیفیت و نوع پنل) به اندازه 15 تا 20 سال است و کاملا رایگان است.
- همچنین از فواید دیگر پنل‌های خورشیدی این است که اگر انرژی مصرفی از تولیدی پنل بیشتر باشد، انرژی اضافی قابل فروش است (معمولا کمپانی سازنده پنل آن را خریداری می‌کند)
کاربرد‌های پنل خورشیدی چیست؟
از آنجا که یک صفحه خورشیدی مقداری خاص انرژی و آمپر تولید می‌کند، به همین دلیل قطعات و کارخانجات شامل چند صفحهٔ خورشیدی هستند.
1- گرم کردن خانه
یکی از موارد استفاده از سلول‌های خورشیدی تامین آب گرم برای سیستم‌های گرمایشی در ساختمان است. لوله‌های آبی که بر روی سقف نصب شده‌اند آب را پس از گرم کردن به داخل ساختمان پمپاژ می‌کنند.
2- تامین انرژی برق برای ساختمان
هر ساختمان برای گردش آب به یک پمپ نیاز دارد. این پمپ را می‌توان به برق خانه متصل نمود اما استفاده از انرژی خورشیدی برای راه اندازی آن بسیار مقرون بصرفه‌تر است. انرژی برقی که توسط سلول‌های خورشیدی تامین می‌شود می‌تواند یک پمپ را برای به جریان انداختن آب در ساختمان به کار بیندازد.
علاوه بر آن با استفاده از پانل‌های خورشیدی می‌توان برق روشنایی ساختمان را فراهم نمود. پس از آنکه انرژی خورشیدی تبدیل به انرژی برق شد، این جریان برق با استفاده از اینورتر به برق AC تبدیل می‌شود. انرژی برق تولید شده توسط پانل‌های خورشیدی با استفاده از وسایل ایمنی و ترانسفر سوئیچ‌ها قادر به روشن نمودن ساختمان است.
3- انرژی خورشیدی برای شارژ باتری
آیا شما به انرژی خورشیدی برای شارژ باتری‌ها اندیشیده‌اید؟ این موضوع می‌تواند برای راه اندازی پمپ‌های چاه، پمپ‌های آب گرم، فن‌های سقفی درون خانه یا روشنایی های با تغذیه DC استفاده شود. شارژر‌های باتری در خانه‌ها برای شارژ تمامی باتری‌هایی که برای بازی‌های ویدیویی و مانند آن به کار می‌روند استفاده می‌شوند.
اما به احتمال زیاد، اگر شما یک بانک باتری ذخیره که در روز زمانی که خورشید وجود دارد شارژ می‌گردد و در ساعات شب مورد استفاده قرار می‌گیرد دارید، می‌توانید مزایای بسیار آن را درک کنید.
4- گرم کردن آب استخر با پنل خورشیدی
استخر از جمله تفریحات بسیار عالی به شمار می‌آید که آب گرم آن در روز‌های زمستانی شما را به وجد می‌آورد و حسی آرامش بخش به شما منتقل می‌کند. با استفاده از روکش خورشیدی به آسانی می‌توان آب استخر را گرم نمود و از حضور در آن لذت برد. سیستم گرمایش آب گرم از صفحات گرمایشی که بر روی پشت بام نصب شده تشکیل شده و پس از جذب گرمای خورشید آن را به سمت استخر هدایت می‌کند.
5-تامین آب گرم مصرفی
به جای استفاده از آب گرمکن‌های گازی یا برقی می‌توان از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب ساختمان استفاده نمود. استفاده از پانل‌های خورشیدی مقرون بصرفه‌ترین روش برای تامین آب گرم است و نقش موثری در کاهش مصرف انرژی گاز و برق ایفا می‌کند.
6- سیستم‌های تهویه مطبوع
با استفاده از فن‌ها و سیستم‌های تهویه خورشیدی می‌توان به میزان قابل توجه مصرف انرژی را بهینه سازی نمود و هزینه‌های جاری را کاهش داد. دستگاه‌های تهویه نظیر فن سرویس بهداشتی، آشپزخانه، حمام و دستگاه‌های تهویه مطبوع که در طول روز کار می‌کنند مصرف انرژی بالایی دارند، از این رو به منظور کاهش هزینه قبوض و استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی از پانل‌های خورشیدی برای تامین انرژی مورد نیاز سیستم‌های تهویه استفاده می‌گردد.
7- تامین روشنایی فضای باز
با استفاده از صفحات خورشیدی می‌توان در طول روز باتری‌ها را شارژ نمود و در شب برای روشن کردن لامپ‌هایی که در محوطه ساختمان و باغچه‌ها تعبیه شده‌اند استفاده کرد. با استفاده از این روش مسیر تردد در شب روشن می‌شود و ساکنین دچار سردرگمی نخواهند شد.
8- خشک کن خورشیدی
در خشک کن‌های خورشیدی با استفاده از انرژی خورشیدی به راحتی می‌توان فرآیند خشک کردن مواد غذایی و البسه را انجام داد.
9- آب شیرین کن خورشیدی
وقتی آب شور توسط حرارت کم خورشید تبخیر شود املاح باقی می‌ماند و با استفاده از روش‌های شیرین سازی آب می‌توان آب تبخیر شده را مجدداً استفاده نمود. از این روش می‌توان در مناطقی که آب آنها شور بوده و دسترسی به آب شیرین ندارند استفاده کرد.
10- انرژی خورشیدی برای پخت و پز
بله، این یک مورد می‌تواند به همگی ما ربط داشته باشد. همه ما باید غذا بخوریم. زمانی که انرژی و منابعی که به تنهایی برای پخت و پز مورد استفاده قرار می‌گیرد را در نظر می‌گیریم، هزینه‌های وسایل لازم برای این کار ممکن است شما را شگفت زده کند.
آشپزی با استفاده از انرژی خورشیدی بسیار آسان‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کنید. ما آن را آشپزی درون یک جعبه می‌نامیم. تصور کنید که به جای استفاده از فر همیشگی خود در خانه در داخل یک کوره خورشیدی آشپزی کنید.
ساختن یکی از آنها یک دستورالعمل خوب برای یک آشپزی موفقیت آمیز در روز‌های آفتابی است! با یک جعبه، قابلمه، فویل آلومینیومی، عایق فوم پلی استایرن، یک ترمومتر و مواد لازم برای آشپزی، در کمترین زمان ممکن غذای خود را آماده خواهید کرد.