پنل خورشیدی

پنل خورشیدی چیست و چرا این روزها این همه درباره آن صحبت می شود؟

هر بار که قبض برق بالا می آید یا خبری از قطعی برق در تابستان منتشر می شود، نام پنل خورشیدی دوباره سر زبان ها می افتد. این قطعه ساده در ظاهر، در واقع یکی از پیشرفته ترین راه های تبدیل نور به انرژی قابل استفاده است و امروز از پشت بام خانه های مسکونی گرفته تا مزارع بزرگ نیروگاهی، جای پای محکمی در تامین انرژی پیدا کرده است.

قبل از هر چیز باید دید این فناوری از کجا شروع شد، چطور به شکل امروزی رسید و چه نوع هایی دارد، تا بشود تصمیم درستی درباره استفاده از آن گرفت.

تاریخچه پنل خورشیدی؛ از یک آزمایش ساده تا فناوری امروز

ماجرا از سال ۱۸۳۹ شروع می شود، جایی که یک فیزیکدان جوان فرانسوی به نام ادموند بکرل، در حین کار با پدرش، متوجه شد وقتی نور خورشید به صفحات فلزی داخل یک محلول شیمیایی می تابد، جریان الکتریکی کوچکی تولید می شود. این پدیده که بعدها اثر فوتوولتائیک نام گرفت، برای چند دهه فقط یک کنجکاوی علمی بود و کاربرد عملی نداشت.

سال ها بعد، در دهه ۱۸۷۰ میلادی، دانشمندانی مانند ویلوبی اسمیت ثابت کردند سلنیوم می تواند نور را به برق تبدیل کند. این کشف راه را برای چارلز فریتس، مخترع آمریکایی، باز کرد تا در سال ۱۸۸۳ اولین سلول خورشیدی جامد جهان را با پوشاندن لایه ای نازک از طلا روی سلنیوم بسازد. بازده این سلول بسیار پایین بود، اما نشان داد تولید برق مستقیم از نور خورشید ممکن است.

جهش واقعی زمانی اتفاق افتاد که آزمایشگاه بل در دهه ۱۹۵۰ سلول های سیلیکونی با بازده به مراتب بالاتر معرفی کرد. از همان زمان، مسیر توسعه پنل خورشیدی با سرعت بیشتری ادامه پیدا کرد؛ ابتدا برای ماهواره ها و پروژه های فضایی، و بعد به تدریج برای مصارف زمینی. کاهش پیوسته هزینه ساخت سلول ها در سه دهه اخیر باعث شد این فناوری از یک گزینه لوکس و آزمایشگاهی، به یک راه حل اقتصادی و در دسترس برای خانه ها و کارخانه ها تبدیل شود.

انواع پنل خورشیدی و تفاوت اصلی آن ها با یکدیگر

وقتی صحبت از پنل خورشیدی می شود، خیلی ها فقط تصویر صفحات آبی رنگ تولید برق را در ذهن دارند. اما در واقعیت، این عنوان به دو خانواده کاملا متفاوت اشاره دارد که کاربرد و ساختار جداگانه ای دارند.

پنل های فتوولتائیک؛ تولید مستقیم برق از نور

پنل فتوولتائیک همان نوعی است که برق مصرفی خانه یا نیروگاه را تامین می کند. این پنل ها از ده ها سلول سیلیکونی کوچک تشکیل شده اند که کنار هم روی یک صفحه قرار گرفته و به هم متصل می شوند. وقتی نور خورشید به این سلول ها می خورد، الکترون ها تحریک شده و یک جریان الکتریکی مستقیم تولید می کنند که بعدا توسط اینورتر به برق قابل استفاده در وسایل خانگی تبدیل می شود.

پنل های حرارتی؛ گرمایش آب به جای تولید برق

خانواده دوم، پنل ها یا کلکتورهای حرارتی هستند که هدف آن ها تولید برق نیست، بلکه گرم کردن آب یا هوا با استفاده از انرژی خورشید است. نمونه رایج آن آبگرمکن خورشیدی است که در بسیاری از خانه ها برای تامین آب گرم مصرفی جایگزین آبگرمکن گازی می شود.

نکته ای که کمتر کسی به آن توجه می کند، نقش عایق در راندمان این سیستم هاست. مخزن ذخیره آب گرم در آبگرمکن های خورشیدی معمولا با یک لایه فوم عایق پوشانده می شود تا گرمای جذب شده در طول روز، در ساعات شب یا هوای ابری هدر نرود. متداول ترین ماده مورد استفاده برای این عایق بندی، فوم پلی اورتان است؛ ماده ای سبک، مقاوم در برابر رطوبت و با ضریب هدایت حرارتی پایین که همین ویژگی ها باعث شده در صنعت تولید پلی اورتان برای عایق کاری مخازن حرارتی، از جمله مخزن آبگرمکن های خورشیدی، به یک انتخاب استاندارد تبدیل شود. به بیان ساده، بدون این عایق، بخش بزرگی از انرژی رایگانی که خورشید در طول روز به مخزن می دهد، به سرعت از دست می رود و راندمان کلی سیستم به شدت افت می کند.

تفاوت اصلی این دو خانواده را می توان در یک جدول ساده خلاصه کرد:

انتخاب بین این دو نوع، کاملا به نیاز واقعی کاربر بستگی دارد؛ کسی که دنبال کاهش قبض برق است باید سراغ پنل فتوولتائیک برود، در حالی که کسی که هدفش کاهش مصرف گاز برای آب گرم مصرفی است، آبگرمکن خورشیدی گزینه منطقی تری است. در بسیاری از پروژه های خانگی، ترکیب هر دو نوع نیز دیده می شود تا هم برق و هم آب گرم مصرفی از انرژی خورشید تامین شود.

نکته دیگری که در هر دو نوع پنل خورشیدی اهمیت دارد، سازه فلزی نگهدارنده است؛ چون این سازه به طور مستقیم و در تمام ساعات روز زیر تابش آفتاب، باران و رطوبت قرار می گیرد. برای همین، اغلب سازندگان باکیفیت به جای رنگ های معمولی، از یک پوشش نهایی مقاوم تر روی این قاب ها استفاده می کنند. رنگ پلی اورتان به دلیل مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش خورشید، رطوبت و خوردگی، یکی از گزینه های رایج برای پوشش دهی قاب و سازه نگهدارنده پنل خورشیدی است؛ چرا که برخلاف رنگ های معمولی، در طول زمان تغییر رنگ یا پوسته پوسته شدن کمتری از خود نشان می دهد و عمر مفید سازه را در برابر شرایط سخت جوی بالا می برد.

نقطه حساس دیگری که در نصب پنل خورشیدی روی پشت بام باید به آن توجه شود، محل عبور پیچ ها و پایه های مهار از سطح پشت بام است؛ همین جای نصب اگر به درستی آب بندی نشود، بعد از مدتی محل نشتی آب می شود. در چنین نقاطی و همچنین برای درزگیری اطراف جعبه اتصالات پشت پنل، معمولا از چسب پلی اورتان استفاده می شود؛ چون هم چسبندگی بالایی به فلز، شیشه و سطوح ساختمانی دارد و هم بعد از خشک شدن، در برابر آفتاب، باران و نوسان دما، انعطاف خود را حفظ کرده و ترک نمی خورد.

اجزای تشکیل دهنده پنل خورشیدی و وظیفه هر بخش

خیلی از کسانی که برای اولین بار قصد خرید پنل خورشیدی دارند، فقط به قیمت و توان تولید برق آن نگاه می کنند و از کیفیت قطعات داخلی آن بی خبرند؛ در حالی که طول عمر و راندمان واقعی یک پنل، به همان قطعات کم توجه شده بستگی دارد.

شیشه محافظ و لایه های میانی

روی هر پنل فتوولتائیک، یک شیشه سکوریت با ضخامت کم اما مقاومت بالا قرار دارد که وظیفه اش عبور دادن حداکثر نور به سمت سلول ها و در عین حال محافظت از آن ها در برابر تگرگ، گرد و غبار و ضربه است. زیر همین شیشه، یک لایه پلیمری شفاف به نام EVA قرار می گیرد که سلول ها را در جای خود ثابت نگه می دارد و از نفوذ رطوبت به داخل پنل جلوگیری می کند.

سلول های خورشیدی، قلب تپنده پنل

سلول های سیلیکونی، همان بخشی هستند که واقعا نور را به برق تبدیل می کنند. کیفیت سیلیکون و نحوه چیدمان این سلول ها کنار هم، تاثیر مستقیمی روی بازده کلی پنل دارد. در پنل های باکیفیت، سلول ها با دقت بالا به هم جوش داده می شوند تا افت انرژی در محل اتصالات به حداقل برسد.

بک شیت، قاب و جعبه اتصالات

پشت پنل، یک لایه محافظ به نام بک شیت قرار دارد که وظیفه اش عایق الکتریکی و محافظت در برابر رطوبت و نور خورشید از پشت پنل است. دور تا دور این مجموعه هم یک قاب آلومینیومی قرار می گیرد که هم استحکام مکانیکی پنل را تامین می کند و هم امکان نصب آن روی سازه نگهدارنده را فراهم می سازد. در گوشه پنل نیز جعبه اتصالات قرار دارد که کابل های خروجی از آن جا به سمت اینورتر یا باتری هدایت می شوند.

نکته ای که معمولا در توضیح جعبه اتصالات نادیده گرفته می شود، واشرها و گلندهای لاستیکی کوچکی هستند که محل خروج کابل از این جعبه را آب بندی می کنند. این قطعات هرچند کوچک به نظر می رسند، اما اگر کیفیت پایینی داشته باشند، همان نقطه ضعفی می شوند که بعد از یک یا دو فصل باران، باعث نفوذ رطوبت به داخل جعبه اتصالات و خرابی زودهنگام پنل می شوند. به همین دلیل، واحدهای معتبر لاستیک سازی صنعتی این واشرها را از موادی مانند سیلیکون یا EPDM با مقاومت بالا در برابر اشعه فرابنفش و نوسان دما تولید می کنند تا آب بندی جعبه اتصالات در طول سال های متمادی نصب پنل روی پشت بام، پایدار باقی بماند.

جمع بندی

پنل خورشیدی دیگر یک فناوری آزمایشگاهی و لوکس نیست؛ مسیری که از کشف یک پدیده ساده فیزیکی در قرن نوزدهم شروع شد، امروز به راه حلی واقعی برای کاهش هزینه برق و آب گرم مصرفی در خانه ها و کارخانه ها تبدیل شده است. انتخاب درست بین پنل فتوولتائیک و پنل حرارتی، و توجه به کیفیت قطعات کوچکی مانند عایق مخزن، پوشش قاب، درزگیر محل نصب و واشر جعبه اتصالات، همان چیزی است که تفاوت یک سیستم کم دردسر و پردوام را با یک سیستم پرهزینه و پرمشکل رقم می زند. در نهایت، هر تصمیمی درباره نوع، برند و روش نصب پنل خورشیدی باید بر اساس نیاز واقعی محل مصرف، شرایط اقلیمی منطقه و مشورت با یک نصاب یا مشاور مجرب گرفته شود، نه صرفا بر اساس قیمت پایین تر.

سوالات متداول درباره پنل خورشیدی

آیا پنل خورشیدی در هوای ابری هم برق تولید می کند؟

بله، اما با راندمان پایین تر. پنل فتوولتائیک حتی در هوای ابری هم بخشی از نور پراکنده را جذب و به برق تبدیل می کند، هرچند میزان تولید نسبت به روزهای آفتابی صاف به طور محسوسی کمتر است.

تفاوت اصلی پنل فتوولتائیک و آبگرمکن خورشیدی چیست؟

پنل فتوولتائیک برای تولید برق طراحی شده، در حالی که آبگرمکن خورشیدی فقط آب یا هوا را گرم می کند و برق تولید نمی کند. انتخاب بین این دو به این بستگی دارد که هدف اصلی کاربر کاهش قبض برق است یا کاهش مصرف گاز برای آب گرم مصرفی.

چه عاملی بیشترین تاثیر را روی طول عمر پنل خورشیدی دارد؟

کیفیت قطعات جانبی مانند عایق بندی، پوشش قاب در برابر خوردگی و آب بندی مناسب محل های اتصال و نصب، نقشی به همان اندازه مهم دارد که کیفیت خود سلول های خورشیدی؛ چون نفوذ رطوبت یا زنگ زدگی سازه، می تواند عمر مفید کل سیستم را به شدت کاهش دهد.

آیا نصب پنل خورشیدی روی هر نوع پشت بامی امکان پذیر است؟

در بیشتر موارد بله، اما جنس، شیب و استحکام پشت بام باید از قبل توسط یک نصاب متخصص بررسی شود تا هم مهار پنل ها ایمن باشد و هم محل عبور پیچ ها و پایه ها به درستی آب بندی شود.