از ابتدا تاکنون، انرژی خورشیدی به‌عنوان یکی از پرمخاطب‌ترین و موردتوجه‌ترین منابع انرژی تجدید پذیر در جهان شناخته‌شده است. با توجه به رشد پایدار و پویایی نیازهای انرژی در سراسر جوامع جهانی، پیشرفت‌های چشمگیری در فناوری‌های تولید و بهره‌برداری از انرژی خورشیدی به وجود آمده است. در تاریخ بشر، داستان پنل خورشیدی به‌عنوان داستانی از کنجکاوی علمی، پیشرفت تکنولوژی و پیگیری انرژی پاک ظاهر می‌شود.
پنل‌های خورشیدی به‌عنوان یکی از ابزارهای این فرآیند، نه تنها به تولید انرژی از منابع تجدید پذیر کمک می‌کنند، بلکه منجر به کاهش آلودگی‌های محیطی و وابستگی به منابع سوخت فسیلی نیز می‌شود.
مطالبی که در این مقاله می‌خوانید
تاریخچه پنل خورشیدی
همه چیز با مشاهدات اولیه تمدن‌های باستان آغاز شد که از قدرت عظیم خورشید و توانایی آن در پرورش حیات بر روی زمین شگفت‌زده شدند. در قرن نوزدهم دانشمند فرانسوی ادموند بکرل عمیق‌تر به پدیده اثر فتوولتائیک پرداخت. در سال 1839، او کشف کرد که مواد خاصی هنگام قرار گرفتن در معرض نور، جریان‌های الکتریکی کوچکی تولید می‌کنند.
در اواخر قرن نوزدهم، مخترعانی مانند چارلز فریتس با سلنیوم و طلا، یک ماده فوتوالکتریک، آزمایش کردند تا اولین سلول‌های خورشیدی واقعی را ایجاد کنند. فریتس لایه‌نازکی از سلنیوم را روی فلز پوشانده تا در مواجهه با نور برق تولید کند. بااین‌حال، این سلول‌های خورشیدی اولیه تقریباً ناکارآمد بودند و پیشرفت آنها کند بود.
پیشرفت واقعی در سال 1954 زمانی رخ داد که سه دانشمند آمریکایی، جرالد پیرسون، داریل چاپین و کالوین فولر، که در آزمایشگاه‌های بِل کار می‌کردند، اولین سلول خورشیدی سیلیکونی عملی و کارآمد را اختراع کردند. پس‌ازآن، پنل های خورشیدی به‌صورت گسترده در فضاپیماها و ماهواره‌ها استفاده شدند و همچنین به‌مرور در ساختمان و… مورد بهره‌برداری قرار گرفتند.
پنل خورشیدی چیست؟
پنل خورشیدی (ماژول خورشیدی) وسیله‌ای است که از مواد نیمه‌رسانا ساخته‌شده. از آزاد شدن انرژی فوتون‌های نور خورشید بر سطح پنل‌ها، انرژی به‌دست می‌آید و به‌صورت انرژی الکتریکی در اختیار ما قرار می‌گیرد. زمانی که پنل خورشیدی در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد الکترون‌های آزادشده را به سمت یک جریان الکتریکی و تولید الکتریسیته هدایت می‌کند.
با تبدیل نور خورشید به الکتریسیته که به آن اثر فتوولتائیک می‌گویند این فرایندها طی می‌شود، درواقع اثر فتوولتائیک تنها در نیمه‌رساناها ایجادشده که طبق فرایند شیمیایی خاصی در ساخت صفحات خورشیدی باعث ایجاد جریان الکتریکی به‌وسیله‌ی گذر نور از این نیمه‌هادی‌ها می‌شود. این نیمه‌هادی‌ها به لایه‌های بسیار نازک تبدیل می‌شوند که عنصر سازنده سلول‌های خورشیدی است و پنل خورشیدی نیز از همین سلول‌های خورشیدی تشکیل‌شده است. انرژی تولیدشده این سلول‌ها، موجب ایجاد جریان مستقیم DC می‌شود. جنس سلول‌های خورشیدی به‌کاررفته در پنل خورشیدی عموماً از آلیاژهای سیلیکون است.
دسته‌بندی پنل‌های خورشیدی
پنل‌های خورشیدی بر اساس نوآوری در ساخت و بازده تولیدی آنها به سه بخش کلی تقسیم می‌شوند:
پنل خورشیدی نسل اول
پنل‌های خورشیدی این نسل انعطاف زیادی نداشته و از سیلیکون خالص به شکل کریستال ساخته می‌شوند و در حال حاضر بالاترین بازده را بین پنل‌های خورشیدی تجاری شده دارند و به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند؛
پنل خورشیدی مونو کریستال
این نوع پنل خورشیدی از سیلیکون تک کریستال و خالص تشکیل‌شده است و فناوری ساخت آن تقریباً مشابه ریزپردازنده‌های سخت‌افزاری است و ظاهری یکنواخت و یکدست دارد و به دلیل داشتن ساختار همگن، دارای بازده بالاتر و عمر طولانی‌تری نسبت به سایر انواع پنل‌های خورشیدی هست. چون این پنل‌ها کارایی بالاتری در تبدیل نور به انرژی دارند بنابراین می‌توانند در مساحت کمتر، مقدار انرژی بیشتری تولید کنند. این پنل‌ها علاوه بر بازده بالا، ظاهری زیبا و جذاب دارند و می‌توانند به تزیین فضای موردنظر و بهینه‌سازی انرژی‌های تجدید پذیر در محیط‌های مختلف کمک کنند.
پنل خورشیدی پلی کریستال
این پنل از سیلیکون چند کریستالی تشکیل‌شده است و فرآیند ساخت متفاوتی نیز دارد و به دلیل نحوه‌ی فرآیند ساختشان میزان خلوص سیلیکون کمتری نسبت به پنل‌های خورشیدی مونو کریستال دارند که این مورد باعث کاهش بازده این قبیل از پنل‌ها شده است؛ همچنین به این خاطر ازنظر هزینه قیمت این پنل‌ها نسبت به پنل‌های مونو کریستال ارزان‌تر هستند.
پنل‌های پلی کریستالی ظاهری موزاییکی دارند به‌طوری‌که ساختارهای کریستالی مختلف روی سطح آنها قابل‌مشاهده است که منجر به‌ظاهر یکنواخت کمتری در مقایسه بارنگ سیاه ثابت پنل‌های مونو کریستال می‌شود. پنل‌های پلی کریستال در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته کارایی کمتری دارند، بنابراین برای تولید همان مقدار الکتریسیته به‌اندازه پنل‌های تک کریستالی به مساحت بزرگ‌تری نیاز دارند.
پنل خورشیدی نسل دوم
پنل‌های خورشیدی نسل دوم با پیدایش سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک ایجاد شد. پنل‌های خورشیدی لایه‌نازک، همان‌طور که از نام آن پیداست، با مشخصات بسیار باریک خود مشخص می‌شوند. این سلول‌ها ویژگی‌های منحصربه‌فردی نسبت به پنل‌های خورشیدی نسل اول دارند از مهم‌ترین ویژگی‌های آن می‌توان به قابلیت انعطاف‌پذیری، تولید توان با شدت نور کم (حتی با نور کم قادر به تولید انرژی هستند)، سبک و کم‌وزن، عملکرد بهتر در شرایط نامناسب و ظاهری زیباتر اشاره نمود.
آنها با استفاده از انواع مواد نیمه‌هادی که در لایه‌های بسیار نازک روی بسترهایی مانند شیشه، پلاستیک یا فلز قرارگرفته‌اند ساخته می‌شوند. این لایه‌ها وظیفه جذب نور خورشید و تبدیل آن به الکتریسیته را بر عهده‌دارند. رایج‌ترین مواد نیمه‌هادی مورداستفاده در پنل‌های لایه‌نازک عبارت‌اند از کادمیوم تلوراید (CdTe)، مس ایندیوم گالیوم سلناید (CIGS) و سیلیکون آمورف (a-Si).
پنل خورشیدی نسل سوم
نسل سوم پنل های خورشیدی جهشی قابل‌توجه در استفاده از نیروی خورشید برای تولید انرژی پاک و پایدار است. با تکیه‌بر پیشرفت‌های نسل‌های قبلی، این پنل‌های پیشرفته برای به حداکثر رساندن کارایی، دوام و تطبیق‌پذیری در عین به حداقل رساندن هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی طراحی‌شده‌اند.
سومین نسل از پنل‌های خورشیدی شامل انواع فناوری‌های لایه‌نازک است که البته بیشتر آنها در مرحله‌ی تحقیق یا توسعه به سر می‌برند و اغلب تجاری‌سازی نشده‌اند. برخی از آنها از مواد آلی و برخی دیگر از مواد معدنی تشکیل‌شده (برای مثال ماده‌ی CdTe) برای تولید الکتریسیته ساخته می‌شوند. نسل سوم پنل‌های خورشیدی نشان‌دهنده گامی عظیم به سمت دستیابی به آینده انرژی پایدار است. این پنل‌ها با ویژگی‌هایی مانند یکپارچه‌سازی پروسکایت، شفافیت، و افزایش بهره‌وری نقاط کوانتومی، جذب انرژی را به حداکثر می‌رسانند.
مقایسه نسل‌های مختلف پنل خورشیدی
نسل اول
مزایا
✓ به‌عنوان تکنولوژی قدیمی‌تر، به‌راحتی در دسترس بوده و قیمت مناسب‌تری دارند.
✓ بازدهی قابل‌قبول باقدرت تولید انرژی مناسب
✓ عمر طولانی بالا (بیش از 25 سال) با تضمین‌های طولانی‌مدت
✓ ساختار معمولی و ثابت، که منجر به پایداری بالا و کاهش خرابی‌ها می‌شود
✓ مناسب برای انواع کاربردهای تجاری
معایب
× اندازه و وزن بالا، که می‌تواند محدودیت‌های نصب را ایجاد کند
× افت کارایی در دماهای بالا
× انتخاب‌های طراحی محدودتر در مقایسه با پنل‌های نسل‌های جدیدتر
نسل دوم
مزایا
✓ وزن سبک‌تر و نصب آسان‌تر با امکان نصب بر روی سطوح مختلف
✓ مقاومت به افت کارایی در دماهای بالا بهتر از نسل اول
✓ کارایی بهتر در شرایط نور کم و حتی درصورتی‌که نور غیرمستقیم وجود داشته باشد
✓ انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی و مکان‌یابی
معایب
× بازدهی کمتر نسبت به پنل‌های نسل اول
× قیمت نسبتاً بالاتری در مقایسه با نسل اول دارد
× کاهش تدریجی کارایی در طول زمان
× عمر مفید کمتر نسبت به پنل‌های نسل اول
× احتمال بیشتری از تخریب در محیط‌های خشک و گرم
نسل سوم
مزایا
✓ پتانسیل بالای بهبود کارایی در شرایط نور کم
✓ انعطاف‌پذیری بیشتر در طراحی و نصب
معایب
× هنوز در مراحل آزمایشی و تجربی قرار دارند و تجاری نشده‌اند
× هزینه توسعه و تولید بالا در مقایسه با نسل‌های قبلی
× ضمانت‌های طولانی‌مدت مشکل‌تر است و هنوز در طول مدت طولانی آزمایش نشده‌اند
درنهایت، برای انتخاب بهترین نسل از پنل‌های خورشیدی، بهترین راهکار این است که نیازها، محدودیت‌ها، بودجه و اهداف خود را در نظر گرفته و انتخابی مناسب انجام دهید و با مشاوره افراد متخصص درزمینهٔ انرژی خورشیدی، تصمیمی آگاهانه بگیرید.
