همه چیز درباره پنل های خورشیدی:
در این متن قصد داریم همه چیز درباره پنل های خورشیدی را برای شما همراهان عزیز بررسی کنیم. روز به روز با توسعه جوامع و کشور ها نیاز به انرژی رشد یافته است و بودجه های کالنی صرف تهیه دستگاه های مولد انرژی می شود. با این وجود انرژی های سازگار با محیط زیست از دیگر انواع انرژی ها محبوب تر بوده و دانشمندان تالش می کنند با تولید مبدل های ارزان قیمت از این نوع ، استفاده از نوع انرژی را رواج دهند. اولین سلول خورشیدی کاربردی در سال 1954 در آزمایشگاه بِل توسط سه نفر به نامهای Chapin Daryl ، Fuller Souther Calvin ، Pearson Gerald ساخته شد. بازده این مبدل در حدود شش درصد بود و درمقایسه با مبدل های قبلی اش که درصد تبدیل حدود یک درصد و حتی کمتر داشتند، پیش رفت چشم گیری به حساب می آمد. اگرچه بازده مبدل های خورشیدی بهبود یافته بود ،ولی قیمت تمام شده تولید انبوه این مبدل ها هم چنان به عنوان چالشی در برابر دانشمندان و مهندسان قرار داشت. برای مثال : قیمت تولید یک وات انرژی برای اولین مبدل کاربردی ساخته شده در آزمایشگاه بِل دویست وپنجاه دالر بود و این در مقایسه با قیمت دو یا سه دالری زغال سنگ بسیار زیاد بود. امروز با توسعه روش های تولید ارزان قیمت مبدل های خورشیدی توسط دانشمندان مختلف در سرتاسر جهان این نوع انرژی جای خود را در زندگی مردم باز کرده است و می توان به جرآت گفت تا االن به خوبی توانسته به نیاز های مردم پاسخ مناسبی دهد. قیمت تمام شده متوسط برای تولید یک وات انرژی الکتریکی توسط این مبدل ها به یک یا دو دالر رسیده است که موجب جذب سرمایه گذاران دولتی و غیر دولتی مختلف شده است و در نتیجه این بخش با پیشرفت چشم گیری در حال توسعه هست.مبدل های خورشیدی عمدتا از سه بخش اصلی :پنل خورشیدی ، باطری و مبدل تشکیل می شوند. انرژی تابیده شده به پنل های خورشیدی توسط سلول های حساس به نور به ولتاژ الکتریکی تبدیل می شود و سپس این انرژی در یک انبارنده انرژی ذخیره می شود تا تغییراتی که در نور تابیده شده به پنل خورشیدی بوجود می آید به بار متصل به سیستم منتقل نگردد. در نهایت برای استفاده از سیستم خورشیدی الزم است تا برای بارهای الکتریکی مورد استفاده شرایط نامی آنها را ایجاد کرد و بر همین اساس برای بارهایAC یک اینورتر AC-DC وبرای بارهای DC یک اینورتر DC-DC الزم خواهد بود. در برخی از سیستم ها برای حفاظت باطری ها و همچنین پنل های خورشیدی از یک شارژکنترل نیز استفاده میشود که وظیفه آن جلوگیری از شارژ اضافی باطری توسط پنل و همچنین جلوگیری از تخلیه باطری ها در مواقعی که تولید برق توسط پنل ها وجود ندارد ، خواهد بود. برای تعیین مشخصات یک سیستم خورشیدی ابتدا باید مشخصات بار هایی که قرار است بهسیستم متصل گردند تهیه شود و بر حسب توان مصرفی و آمپراژ بارهای مورد استفاده و دیگرپارامترهای الزم ، نسبت به ساخت مبدل خورشیدی اقدام نمود. در این مقاله همه چیز درباره پنل های خورشیدی بررسی شده است پس تا انتهای متن همراه ما باشید.
همه چیز درباره پنل های خورشیدی
انواع سلول های خورشیدی:
سلول های خورشیدی به انواع مختلفی تقسیم بندی می شوند که هر کدام به طریقه ی ساخت خودشان مربوط می شوند ، سلول های از نوع silicon amorphous , polycrystalline, monocrystalline را می توان در بازار ایران به قیمت های مناسبی تهیه نمود. سلول های پولی کریستال در ساختار کریستالی خود وضعیت نا همگونی دارند و این به دلیل تبلورسریع مواد سیلیکونی در هنگام خارج نمودن این سلول ها از کوره های مخصوص دیفیوژن می باشد. بر خالف این سلولها، سلول هایمونو کریستال دارای ساختار یکنواختی می باشند و در هنگام خنک نمودن آنها از ترفند های مخصوصی استفاده می شود که به همین دلیل باعث گران تر شدن آنها نسبت به پولی کریستال ها می شود. سلول های نوع amorphous دارای ساختار کربنی می باشند و بارز ترین ویژگی آنها تولید الکتریسیته در وضعیت های آب و هوایی نامناسب بارانی و ابری هست که به همین علت ، از این سلول ها در مناطقی که آب وهوای غیر آفتابی دارد بیشتر استفاده می شود. اگر بخواهیم سه نوع سلول را از نظر بازده مقایسه کنیم ،سلول مونو دارای بیشترین بازده در حدود 91 درصد و سلول های پولی دارای بازده حدود 92 درصد و سلول های amorphous حدود ده درصد ،خواهندبود. ولی باید در نظر داشته باشیم که سلول های پولی و مونو در صورتی که مانعی باعث عدم تابش نور به سطح آنها شود، منجر به کاهش شدید ولتاژ خروجی و در نتیجه توان خروجی خواهد شد. پس در استفاده از این نوع باید همواره سطح آنها رو به سمت خورشید بوده و عاری از وجود گرد و غبار باشد.
ساختار فیزیکی سلول های خورشیدی:
با اتصال یک نیمه هادی نوع p به یک نیمه هادی نوع n ، الکترونها از ناحیه n به ناحیه p و حفرهها از ناحیه p به ناحیه n منتقل میشوند. با انتقال هر الکترون به ناحیهp ، یک یون مثبت در ناحیه n و با انتقال هر حفره به ناحیهn ، یک یون منفی در ناحیه p باقی میماند. یونهای مثبت و منفی میدان الکتریکی داخلی ایجاد میکنند که جهت آن از ناحیه n به ناحیه p است. این میدان با انتقال بیشتر باربرها )الکترونها و حفرهها(، قویتر و قویتر شده تا جایی که انتقال خالص باربرها به صفر میرسد. در این شرایط ترازهای فرمی دو ناحیه با یکدیگر هم سطح شده اند و یک میدان الکتریکی داخلی نیز شکل گرفته است. اگر در چنین شرایطی، نور خورشید به پیوند
بتابد، فوتونهایی که انرژی آنها از انرژی شکاف نیمه هادی بیشتر است، زوج الکترون-حفره تولید کرده و زوجهایی که در ناحیه تهی یا حوالی آن تولید شده اند، شانس زیادی دارند که قبل ازترکیب، توسط میدان داخلی پیوند از هم جدا شوند.میدان الکتریکی، الکترونها را به ناحیه n و حفرهها را به ناحیه p سوق میدهد. به این ترتیب تراکم بار منفی در ناحیه n و تراکم بار مثبت در ناحیه p زیاد میشود. این تراکم بار، به شکل ولتاژی در دو سر پیوند قابل اندازه گیری است. اگر دو سر پیوند با یک سیم، به یکدیگر اتصال کوتاه شود، الکترونهای اضافی ناحیهn ، از طریق سیم به ناحیه p رفته و جریان اتصال کوتاهی را شکل میدهند. اگر به جای سیم از یک مصرف کننده استفاده شود، عبور جریان از مصرف کننده، به آن انرژی میدهد. به این ترتیب انرژی فوتونهای نور خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل میشود.هر چه میدان الکتریکی درون پیوند قویتر باشد، ولتاژ مدار باز بزرگتری بدست میآید. برای دست یافتن به یک میدان الکتریکی بزرگ، باید اختالف ترازهای فرمی دو ماده p و n از یکدیگر زیاد باشد. برای این منظور باید انرژی شکاف نیمه هادی بزرگ انتخاب شود. بنابراین ولتاژ مدار باز یک سلول خورشیدی با انرژی شکاف آن افزایش مییابد. اما افزایش انرژی شکاف سبب میشود، فوتونهای کمتری توانایی تولید زوج الکترون-حفره داشته باشند و بنابراین جریان اتصال کوتاه کمتری نیز تولید شود. بنابراین افزایش انرژی شکاف، روی ولتاژ مدار باز و جریان اتصال کوتاه سلول دو اثر متفاوت دارد.
ولتاژی که یک سلول در برابر شدت نور نامی تولید می کند در حدود نیم ولت و جریان اتصال کوتاه آن می تواند از محدوده میلی آمپر تا چندین آمپر تغییر کند. حداکثر توان تولیدی یک سلول برابر حاصل ضرب ولتاژ مدار باز در جریان اتصال کوتاه می باشد که با این حساب توان تولیدی نامی سلول مشخص می شود. بنابراین توان تولیدی یک سلول نوعی از محدوده ی چند میلی وات تا چند وات تغییر خواهد کرد.یکی از عواملی که در توان تولیدی سلول تاثیر گذار هست، اندازه سطح سلول می باشد و هر چه مساحت سلول بیشتر باشد ، توان تولیدی نیز بیشتر خواهد بود.توان تولیدی عالوه بر سطح به شدت نور نیز بستگی دارد و با افزایش شدت نور ،توان تولیدی افزایش می یابد. دمای سلول باعث کاهش ولتاژ پیوند دیودی سلول شده و باعث کاهش توان تولیدی می گردد ولی تاثیر آن ، شدید نبوده و گاهی قابل اعماض نیز هست.
همه چیز درباره پنل های خورشیدی
پنل خورشیدی:
برای بدست آوردن ولتاژ مناسب برای مصارف روزانه معموال از چندین سلول خورشیدی به جای یک سلول استفاده می کنند و بدین ترتیب توان تولیدی نیز ، بیشتر می شود . ایده این کار از سری کردن چندین سلول خورشیدی تشکیل می شود و بعد از سری شدن سلول ها با هم ولتاژ خروجی از رابطه زیر بدست می آید.
ولتاژ خروجی = تعداد سلول های سری شده *5.0 ولت
برای مثال یک پنل خورشیدی که برای چراغ های پیاده رو ها استفاده می شود از 21 عدد سلول تشکیل شده است و بنابراین ولتاژ خروجی 92 ولت خواهد بود که می تواند یک باطری 92 ولتی را شارژ نماید. در هنگام تعیین پنل خورشیدی برای یک سیستم باید به میزان توان تولیدی آن دقت کرد و همچنین بسته به نوع سلول های سازنده بهره وری پنل نیز متغیر خواهد بود.پنل های موجود در بازار ایران اکثرا از نوع پولی کریستالین بوده و به قیمت های مناسبی قابل تهیه می باشد.
نحوه ساخت پنل خورشیدی 222 واتی:
پنل های خورشیدی عموما از چندین جزء تشکیل می گردند که عبارتند از : شیشه مخصوص پنل، جعبه اتصال ، آرایه سلول های سری شده، محافظ پالستیکی مخصوص ، دیود های محافظ ، ریبون های مخصوص برای اتصال سلول های خورشیدی ، فریم محافظ پنل ، کابل های مخصوص خروجی برای ساخت یک پنل خورشیدی 211 واتی نیاز به تهیه 11 سلول خورشیدی 5 واتی داریم. با این حساب هر سلول می تواند تا ده آمپر جریان تولید نماید. در هنگام تهیه سلول ها به کیفیت سلول ها و مقاومت آنها توجه نمایید و در زمان حمل آنها از هرگونه ضربه و تکان خودداری نمایید زیرا که به شدت شکننده می باشند وسلول های آسیب دیده توان کمتری نسبت به سلول های سالم تولید می کنند.اگر در ساخت پنل تجربه ای ندارید از پنل های کوچکتری در رنج 91 وات و پایین تر شروع کنید.
برای شروع ساخت پنل ابتدا سلول ها را به وسیله ی ریبون مخصوص خودش به هم دیگر متصل نمایید و آرایه ی کاملی از سلول ها را بسازید. این کار نیاز به حوصله و دقت فراوانی دارد زیرا که در صورت تکان شدید ، سلول ها آسیب خواهند دید. سپس با انتقال آرایه سلول ها به فریم و قرار گرفتن شیشه مخصوص پنل در جلو و محافظ پالستیکی در پشت آرایه سلول ها ، بدنه پنل تکمیل می گردد و در نهایت باید با نصب جعبه اتصال و دیود های محافظ پنل تکمیل می گردد. دیود های محافظ برای جلوگیری از دشارژ باطری روی پنل مورد استفاده قرار می گیرند به این خاطر که در هنگام شب پنل توانی تولید نمی کند و مثل یک بار مقاومتی معمولی رفتار می کند و در صورت نبود دیود ها باعث خالی شدن باطری می گردد. نکته ای درباره شیشه مخصوص پنل وجود دارد این است که این شیشه نور خورشید با فرکانس معینی را که انرژی ای در اندازه مقدار مورد نیازگپ بین الیه واالنس و الیه الکترون های پر شده دارد را عبور داده و فرکانس های دیگر را بلوکه می کند تا مانع داغ شدن پنل و افت توان گردد.
مبدل های الکترونیکی قدرت DC – AC:
یکی از انواع مبدل های الکترونیکی قدرت مبدل های DC – AC می باشد که دارای ساختار های متفاوت و مدار های متنوعی می باشد . از المان های یکسو ساز مختلفی مثل دیود ها ، ترایاک و …. برای ساخت این مدارات استفاده می گردد و ساده ترین نوع آن هم شاید مدار آداپتور حاوی ترانس باشد که از یک ترانس کاهنده و پل یکسو ساز و خازن برای تولید یک ولتاژ DC استفاده می شود. ولتاژ DC تولیدی می بایست بسته به نوع بار متصل شده ، دارای ریپل معینی روی خود
باشد و این پارامتر در بار های حساس به ولتاژ تغذیه بسیار مورد توجه می باشد. این نوع مبدل ها در سیستم های انتقال انرژی HVDC وظیفه ی تبدیل ولتاژ تولیدی نیروگاه به ولتاژ DC را بر عهده دارند تا بعد از تبدیل از طریق خطوط ولتاژ DC ولتاژ باال به سمت مقصد ارسال گردد.
همه چیز درباره پنل های خورشیدی
مبدل های الکترونیکی قدرت DC – DC:
مبدل های DC –DC در دو نوع کاهنده و افزاینده طراحی می شوند.این مبدل ها امروزه پرکاربرد ترین مبدل ها در صنعت ساخت آیسی های دیجیتال و آنالوگ محسوب می شوند و روز به روز براهمیت آنها افزوده می شود.این مبدل ها در ساخت منابع تغذیه سوییچنگ بسیار مورد استفاده قرار می گیرند ، طوری که گاهی نیاز هست برای تغذیه یک بخش از مدار از ولتاژ 3.3 استفاده کرد در حالی که تنها ولتاژ موجود ما ولتاژ 5 ولت می باشد و الجرم نیاز به تبدیل ولتاژ می باشد.
وسعت مدارات بسیار وسیع می باشد و تا کنون هفتمین نسل مبدل های DC –DC توسعه پیداکرده است و هر روز مقاالت جدید تری در این بخش ارایه می گردد. در بازار آیسی های متنوعی برای این مبدل ها ساخته شده است که به سادگی از روی دیتاشیت آن قابل ساخت می باشد. در مبدل های از نوع سویچینگ ، یک المان مانند ترانزیستور وظیفه سوییچ کردن را بر عهده می گیرد و از این طریق باعث می شود تا المان های اصلی مدار که خازن ها و سلف ها هستند ، شارژ
و دشارژ شوند . بسته به نوع طراحی مدار ولتاژ خروجی می تواند کاهش یا افزایش یابد ولی در هر صورت این مدار ها به صورت فیدبک بسته می شوند تا در برابر نویز و دما و اعمال بار ،خروجی مدار تغییر داده نشود.
باطری:
باطری یک وسیله ی ذخیره کننده ی انرژی الکتریکی می باشد و کاربرد های فراوانی دارد. باطری های اولیه به این صورت ساخته می شدند که یک ماده شیمیایی و الکترولیت به همراه کمی آب مقطر در قسمت های جداگانه داخل باطری قرار می گرفتند و در صورت کاهش این مواد نیاز به تزریق دوباره پیدا می کرد. امروزه باطری ها به صورت کامال بسته در اختیار کاربر قرار می گیرد و امکان استفاده دوباره از آنها وجود ندارد و در عوض نیاز به رسیدگی دوره ای وحفاظت باطری
بسیار کاهش می یابد. باطری های مخصوص سلول های خورشیدی با باطری های مخصوص اتومبیل ها متفاوت می باشد. این باطری ها دارای چرخه پر و خالی شدن بسیار بوده و بر خالف باطری های معمولی ، در برابر پر وخالی شدن به دفعات زیاد مقاومند. باطری ها در هر حال نیاز به نظارت ماهانه دارند و در صورت عدم رسیدگی امکان فاسد شدن آنها نیز وجود دارد پس هنگام تهیه باطری ها به تاریخ مصرف آنها دقت نمایید .یکی از مشحصات باطری ها میزان بار ذخیره شده درآن هست که با واحد آمپر ساعت سنجیده می شود.مثال یک باطری 91 آمپر ساعت میتواند تا دو ساعت بار مورد نیاز جریان 21 آمپری را تولید نموده و به شبکه بار تحویل دهد. هرچقدر آمپرساعت زیاد باشد امکان ذخیره ی بار بیشتری وجود دارد. با توجه به ولتاژ خروجی پنل خورشیدی ولتاژ باطری مورد نیاز نیز تعیین می گردد. اگر خروجی پنل ولتاژ 92 ولت باشد از یک باطری 92ولتی استفاده خواهیم کرد. باطری های 92 ولتی در بازار به راحتی یافت می شوند. در صورت استفاده از پنل خورشیدی 21 ولتی از دو عدد باطری سری شده 92 ولتی استفاده می نماییم .اگر پنل خورشیدی 92 ولت در خروجی تولید کند و توان آن نیز زیاد باشد می توان از
دوعدد باطری 92 موازی شده استفاده کرد. در هنگام اتصال کوتاه دو سر باطری امکان تولید جرقه وجود دارد که می تواند در صورت وجود مواد آتش زا ، باعث آتش سوزی شود فلذا هنگام کار موارد ایمنی را رعایت نمایید.