مجله آموزشی: فتوولتائیک و پنل خورشیدی

مبانی انرژی حرارتی خورشیدی متمرکز:

سیستم‌های انرژی حرارتی خورشیدی متمرکز (CSP) از آینه‌ها برای بازتاب و تمرکز نور خورشید روی گیرنده‌هایی استفاده می‌کنند که انرژی خورشیدی را جمع‌آوری کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کنند. سپس می‌توان از آن‌ها برای تولید برق استفاده شود و یا برای استفاده بعدی ذخیره شود.

از این فناوری در درجه‌ی اول در نیروگاه‌های بسیار بزرگ استفاده می‌شود.

طراحی پنل‌های خورشیدی چگونه است؟

صفحه‌ی خورشیدی (همچنین به عنوان ماژول خورشیدی شناخته می‌شود) تشکیل گردیده از یک لایه‌ از سلول‌های سیلیکونی، یک قاب فلزی، یک قسمت پوشش شیشه‌ای و سیم‌کشی برای انتقال جریان الکتریکی از سیلیکون‌ها است.

سیلیکون، نافلزی با خاصیت رسانایی است که به آن این قابلیت را می‌دهد تا نور خورشید را جذب کرده و آن را به جریان برق مصرفی تبدیل کند. وقتی نور خورشید به سلول سیلیکونی می‌تابد، باعث می‌شود که الکترون‌های سیلیکون به حرکت درآیند و جریان الکتریکی را آغاز کنند. این فرایند را «اثر فتوولتائیک» می‌نامند و عملکرد کلی فناوری پنل خورشیدی را توصیف می‌کند.

فرایند فتوولتائیک (PV) طبق مسیر زیر عمل می‌کند:

• سلول فتوولتائیک سیلیکونی امواج نور خورشید را جذب می‌کنند.
• برخورد نور خورشید با سطح سلول سیلیکونی، موجب حرکت الکترون‌ها گردیده و جریان مستقیم الکتریکی به‌وجود می‌آید.
• سیم‌ها این جریان مستقیم (DC) الکتریسیته را می‌گیرند و به یک مبدل خورشیدی می‌رسانند تا به برق جریان متناوب (AC) تبدیل گردد.

ماژول‌های فتوولتائیکی، مکانی هستند که الکتریسیته در آن‌ها تولید می‌شود اما این ماژول‌ها تنها بخشی از سیستم کامل فتوولتائیک را شامل می‌شوند. برای اینکه الکتریسیته‌ی تولیدی برای مصارف خانگی و یا مشاغل مفید واقع شود و مورد استفاده قرار گیرد، نیازمند به فناوری‌های دیگری نیز هستیم.

سازه‌های نصب:

سری‌های فتوولتائیک (pv) باید بر روی یک ساختار پایدار و بادوام نصب شوند که بتواند سری را پشتیبانی کند و در طول دراز مدت در برابر آسیب‌های محیطی ازجمله باد، باران، طوفان، خوردگی و … مقاومت کند.

این سازه‌ها سری (pv) را در یک زاویه ثابت که توسط عرض جغرافیایی محلی، جهت سازه و الزامات بار الکتریکی تعیین می‌شود، کج می‌کنند. برای به دست آوردن بالاترین خروجی انرژی سالانه، ماژول‌ها در نیم‌کره شمالی به سمت جنوب و با زاویه‌ای برابر با عرض جغرافیایی محلی متمایل می‌شوند.

نصب در قفسه در حال حاضر رایج‌ترین روش است چرا که بادوام، همه کاره و آسان برای ساخت و نصب است. برای سری‌های فتوولتائیک که روی زمین نصب شده‌اند، مکانیسم‌های ردیابی به‌طور خودکار پنل‌ها را به دنبال خورشید در سراسر آسمان حرکت می‌دهند، که انرژی بیشتر و بازده سرمایه‌گذاری بیشتری را فراهم می‌کند.

ردیاب‌های تک‌محوری معمولا برای ردیابی خورشید از شرق به غرب طراحی می‌شوند. ردیاب‌های دو محوره به ماژول‌ها اجازه می‌دهند تا در طول روز مستقیما به سمت خورشید باشند. به طور طبیعی، سیستم‌های مجهز به ردیابی مستلزم هزینه‌های اولیه بیشتری است و سیستم‌های پیچیده گران‌تر هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند.

دیگر کاربرد‌های انرژی خورشیدی

تولید نمک و آب آشامیدنی:

در برخی از کشور‌ها انرژی خورشیدی در مقیاس کوچکتر برای موارد دیگری نیز به کار می‌رود. برای مثال، در برخی مناطق برای تولید نمک از تبخیر آب دریاها از انرژی خورشیدی استفاده می‌شود. به طوری که واحدهای نمک‌زدایی با تبدیل انرژی خورشید به گرما، به طور مستقیم یا غیرمستقیم، آب نمک را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کنند.

تولید هیدروژن و اکسیژن:

انرژی خورشیدی همچنین برای تولید هیدروژن به صورت پاک و تجدیدپذیر به عنوان یک منبع انرژی جایگزین پدیدار آمده است. برگ‌های مصنوعی با تقلید از فرآیند فتوسنتز، سیستم‌هایی مبتنی بر سیلیکون هستند که از انرژی خورشیدی برای شکستن پیوند آب و تقسیم آن به هیدروژن و اکسیژن استفاده می‌کنند و عملا هیچ آلاینده‌ای باقی نمی‌گذارند.