آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که نور خورشید چگونه می‌تواند برق خانه شما را تأمین کند؟ بله، این معجزه‌ای است که پنل های خورشیدی انجام می‌دهند! در دنیای پرشتاب امروز، جستجو برای منابع انرژی پایدار و سبز به یک ضرورت تبدیل شده است و پنل‌ها به عنوان قهرمانان این داستان درخشیده‌اند. اما این قهرمانان از چه موادی ساخته شده‌اند؟
تصور کنید که هر پنل یک پازل پیچیده است که از اجزای مختلف تشکیل شده و هر یک نقش خاص خود را ایفا می‌کند. از سلول های خورشیدی که نور را به انرژی تبدیل می‌کنند تا شیشه‌ای که همچون سپری از آنها محافظت می‌کند، هر جزء داستانی برای گفتن دارد. اگر برای شما هم این سوال بوجود آمده است که پنل خورشیدی از چه اجزایی تشکیل شده است، در این مقاله به دنیای شگفت‌انگیز این ابزار تولید انرژی سفر خواهیم کرد و با هم به بررسی اجزای اصلی آن خواهیم پرداخت. پس آماده‌اید تا با اجزای تشکیل دهنده پنل خورشیدی، این فناوری جذاب و دوستدار طبیعت، آشنا شوید و رازهای نهفته در دل این اختراع شگفت‌انگیز را کشف کنید؟ بیایید شروع کنیم!
1. سلول های خورشیدی (Solar Cells)
سلول های خورشیدی، اصلی‌ترین جزء پنل خورشیدی هستند که انرژی نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. این سلول‌ها معمولاً از سیلیکون ساخته می‌شوند که به دلیل خواص نیمه‌رسانایی‌اش، به طور گسترده‌ای در صنعت انرژی خورشیدی به کار می‌رود. ویفر سیلیکونی به دو نوع مونوکریستال و پلی‌کریستال تقسیم می‌شود. سلول های مونوکریستالی دارای کارایی بالاتری هستند اما هزینه بیشتری دارند. عملکرد سلول‌ها به شدت تحت تأثیر شدت تابش نور خورشید، دما و شرایط جوی قرار دارد. به همین دلیل، انتخاب نوع مناسب سلول خورشیدی بر اساس نیاز و شرایط محلی بسیار مهم است.
علاوه بر این، فناوری‌های نوین در حال توسعه هستند که می‌توانند کارایی و بهره‌وری این سلول‌ها را افزایش دهند. به عنوان مثال، استفاده از مواد جدید مانند پروسکایت‌ها و فناوری‌های ترکیبی می‌تواند به بهبود عملکرد سلول های خورشیدی کمک کند. با توجه به روند رو به رشد استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، سرمایه‌گذاری در فناوری ساخت اجزای تشکیل دهنده سلول خورشیدی می‌تواند به کاهش هزینه‌های انرژی و افزایش استقلال انرژی کشورهای مختلف کمک کند. به همین دلیل، توجه به تحقیق و توسعه در این حوزه، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
بیشتر بخوانید: سلول خورشیدی چیست؟
2. ریبون و باسبار (Ribbon and Busbar)
ریبون و باسبار دو عنصر اساسی در طراحی و ساخت پنل های خورشیدی هستند که نقش مهمی در انتقال انرژی الکتریکی ایفا می‌کنند. باسبارها، نوارهای باریک فلزی از جنس نقره هستند که بر روی سطح سلول های خورشیدی به اصلاح چاپ می‌شوند و وظیفه جمع‌آوری جریان تولید شده توسط سلول‌ها را دارند. این نوارها معمولاً از مس یا آلومینیوم ساخته می‌شوند و به دلیل رسانایی بالا، توانایی انتقال برق را به‌طور مؤثر دارند.
ریبون‌ها نیز به عنوان رساناهای اصلی در پنل عمل کرده و روی باسبارها لحیم می شوند. این جزء تشکیل دهنده پنل که از جنس مس پوشیده شده با قلع و یا سرب است، جریان برق را از باسبارها به جانکشن باکس منتقل می‌کند. طراحی ریبون ها باید به گونه‌ای باشد که کمترین سایه را بر روی سلول های خورشیدی ایجاد کند، زیرا سایه می‌تواند کارایی پنل را کاهش دهد.
به طور کلی، انتخاب مواد مناسب و طراحی بهینه ریبون و باسبارها تأثیر زیادی بر عملکرد کلی پنل دارد. با بهبود این اجزا، می‌توان کارایی و عمر مفید سیستم های انرژی خورشیدی را افزایش داد و در نتیجه بهره‌وری بیشتری از انرژی تجدیدپذیر حاصل کرد.
3. شیشه محافظ (Cover Glass)
شیشه محافظ، لایه‌ای است که بر روی سلول‌های خورشیدی قرار می‌گیرد و از آنها در برابر عوامل محیطی مانند باران، برف و گرد و غبار محافظت می‌کند. این شیشه معمولاً از نوع شیشه‌های حرارت‌دیده و مقاوم به ضربه است تا بتواند در برابر شرایط سخت جوی مقاومت کند. شیشه باید به اندازهای شفاف باشد تا حداکثر نور خورشید به سلول‌ها برسد و همچنین باید خاصیت ضد انعکاسی داشته باشد تا از اتلاف نور جلوگیری کند. انتخاب ضخامت مناسب و کیفیت ساخت شیشه تأثیر زیادی بر کارایی و طول عمر پنل خورشیدی دارد.
4. لایه Encapsulant
لایه Encapsulant یکی از اجزای کلیدی در ساخت پنل های خورشیدی است که نقش حیاتی در حفاظت و کارایی این سیستم‌ها ایفا می‌کند. این لایه معمولاً از مواد پلیمری مانند EVA (Ethylene Vinyl Acetate) ساخته می‌شود و به عنوان یک محافظ عمل می‌کند تا سلول‌های خورشیدی را از آسیب‌های محیطی، رطوبت و گرد و غبار محافظت نماید. از جمله تکنولوژی‌های جدیدتری که برای تولید این لایه به کار می‌رود می‌توان به POE و EPE اشاره کرد.
وظیفه اصلی لایه Encapsulant در پنل فتوولتائیک براساس خاصیت چسبندگی آن است. این لایه به خوبی با شیشه محافظ و فریم و سلول های فتوولتائیک پنل ترکیب می‌شود و یک ساختار یکپارچه و مقاوم ایجاد می‌نماید. این یکپارچگی به پنل کمک می‌کند تا در برابر شرایط جوی سخت، از جمله طوفان، باران و برف، مقاومت کند.
وظیفه دیگر لایه Encapsulant، ایجاد یک محیط امن برای سلول های خورشیدی است. این لایه به خوبی نور خورشید را عبور می‌دهد و در عین حال از نفوذ آب و سایر آلاینده‌ها جلوگیری می‌کند. این امر به افزایش عمر مفید پنل و حفظ کارایی آن در طول زمان کمک می‌کند.
5. فریم (Frame)
فریم پنل خورشیدی معمولاً از آلومینیوم ساخته می‌شود و به عنوان یک ساختار حمایتی عمل می‌کند. وجود فریم به نصب آسان پنل‌ها کمک کرده و آنها را در برابر باد و باران مقاوم می‌سازد. همچنین، فریم آندایز شده و با کیفیت به جلوگیری از آسیب دیدن سلول‌ها در هنگام نصب و حمل و نقل کمک می‌کند. آلومینیوم به دلیل سبکی و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی، انتخاب مناسبی برای این بخش است. طراحی فریم باید به گونه‌ای باشد که بتواند وزن پنل و فشارهای محیطی را تحمل کند.
برند مانا انرژی با طراحی نوآورانه فریم محصولات خود، موفق به کاهش وزن پنلهای خورشیدی به اندازه محسوسی شده است. این ابتکار نه تنها به بهبود کارایی و سهولت نصب پنل‌ها کمک کرده، بلکه به کاهش هزینه‌های حمل و نقل و نصب نیز منجر می‌شود. طراحی منحصر به فرد این فریم، به گونه‌ای است که استحکام و دوام پنل‌ها را حفظ می‌کند. این دستاورد به ثبت ملی رسیده و نشان‌دهنده تعهد مانا انرژی به نوآوری و کیفیت در صنعت انرژی های تجدیدپذیر است.
6. چسب
چسب‌ها در ساختار پنلهای خورشیدی نقش بسیار مهمی ایفا می‌کنند و به عنوان یکی از اجزای کلیدی در فرآیند تولید و مونتاژ این پنل‌ها شناخته می‌شوند. یکی از وظایف اصلی چسب، اتصال مؤثر بین اجزای مختلف پنل، از جمله سلول های خورشیدی، شیشه محافظ و لایه های Encapsulate است. این اتصال نه تنها به استحکام ساختار کمک می‌کند، بلکه مانعی در برابر نفوذ رطوبت و گرد و غبار به داخل پنل است. به عبارتی دیگر، چسب وظیفه اتصال پنل لمینیت شده به فریم آلومینیومی را بر عهده دارد و پنل را آب‌بندی کرده و از نفوذ آلودگی و رطوبت به پنل جلوگیری می‌کند.
چسب‌های مورد استفاده در ساخت پنل خورشیدی به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با شرایط جوی مختلف، از جمله دماهای بالا و پایین، و همچنین اشعه UV مقاوم باشند. این ویژگی‌ها به حفظ کیفیت و کارایی پنل در طول زمان کمک می‌کند.
7. لایه پشتی (Backsheet)
لایه پشتی، جزء مهمی از اجزای تشکیل دهنده پنل خورشیدی است که در قسمت پشتی سلول‌ها قرار می‌گیرد و به افزایش مقاومت و انسجام فیزیکی اجزای پنل و محافظت از آنها در برابر رطوبت و سایر عوامل محیطی کمک می‌کند. این لایه خود از چندین لایه تشکیل شده است و این لایه‌ها معمولاً از مواد پلیمری مختلف ساخته می‌شوند و باید خواص عایق الکتریکی و حرارتی خوبی داشته باشند. انتخاب مواد مناسب برای این لایه‌ها به طول عمر و کارایی پنل خورشیدی تأثیر می‌گذارد. صفحه داخلی Backsheet با رنگ روشن طراحی می‌شود تا با بازتاب نور به داخل پنل، به بهبود کارایی آن کمک کند.
البته این جزء، در تولید پنلهای دوطرفه یا بایفیشیال حذف شده و به جای آن از شیشه برای عبور نور از صفحه پشتی پنل به داخل سلول‌ها استفاده می‌شود.
8. کابل‌ها و اتصالات (Wiring and Connectors)
کابل‌ها و اتصالات، اجزای مهمی هستند که انرژی تولید شده توسط سلول های خورشیدی را به سیستم‌های الکتریکی منتقل می‌کنند. این کابل‌ها معمولاً از مس ساخته می‌شوند و باید دارای عایق‌های مقاوم در برابر UV و حرارت باشند. اتصالات باید به گونه‌ای طراحی شوند که بتوانند جریان الکتریکی را به طور مؤثر منتقل کنند و در عین حال از اتصالات کوتاه و ناپایدار جلوگیری کنند. کیفیت کابل‌ها و اتصالات، تأثیر مستقیم بر کارایی و ایمنی سیستم خورشیدی دارد.
9. جانکشن باکس (Junction Box)
جانکشن باکس یکی از اجزای حیاتی در ساخت پنل های خورشیدی است که نقش مهمی در ایمنی و عملکرد سیستم های انرژی خورشیدی ایفا می‌کند. این جعبه معمولاً در پشت پنل قرار دارد و وظیفه اصلی آن جمع‌آوری و مدیریت جریان برق تولید شده توسط سلول‌های خورشیدی است. با توجه به اینکه پنل‌ها در معرض شرایط جوی مختلف قرار دارند، جانکشن باکس باید به گونه‌ای طراحی شود که در برابر رطوبت، گرد و غبار و سایر عوامل محیطی مقاوم باشد.
یکی از ویژگی‌های کلیدی جانکشن باکس، وجود اتصالات الکتریکی است که به انتقال جریان برق از سلول‌ها به سیستم‌های خارجی کمک می‌کند. این اتصالات معمولاً شامل کانکتورهای مقاوم در برابر آب و هوا هستند که از نفوذ رطوبت جلوگیری کرده و ایمنی سیستم را تضمین می‌کنند. همچنین، جانکشن باکس معمولاً دارای فیوزها و دیودهای ضد بازگشت است که از آسیب به سلول‌ها در صورت بروز مشکلات الکتریکی جلوگیری می‌کند.
10. دیودهای بای پس (Bypass Diodes)
دیودهای بای‌پس، اجزای الکترونیکی هستند که در جانکشن باکس پنل های خورشیدی به کار می‌روند تا از کاهش کارایی در صورت سایه‌افتادگی بر روی برخی از سلول‌ها جلوگیری کنند. این دیودها به طور موازی با سلول‌ها قرار می‌گیرند و در صورت بروز مشکل در یک سلول، جریان را به سلول‌های سالم هدایت می‌کنند. این ویژگی باعث می‌شود که پنل‌ها در شرایط ناپایدار به طور مؤثر عمل کنند و از آسیب دیدن سلول‌ها جلوگیری شود. طراحی و قرارگیری صحیح دیودهای بای‌پس می‌تواند به بهبود کارایی کلی پنل خورشیدی کمک کند.
بیشتر بخوانید: 20کاربرد جالب سلول‌های خورشیدی (بخش دوم)