سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی‌کریستال به عنوان یکی از فناوری ­های پرکاربرد در بین انواع سلول های خورشیدی نسل اول شناخته می ­شدند. این سلول‌ها اگرچه دارای ساختار کریستالی چندجهتی هستند و به همین دلیل نسبت به سلول های مونوکریستال راندمان پایین­تری در تبدیل انرژی خورشیدی به برق دارند، اما به دلیل قیمت مناسب و قابلیت تولید انبوه، به گزینه‌ای ایده‌آل برای تأمین انرژی پاک در چند دهه قبل تبدیل شدند. در این مقاله، به بررسی ویژگی‌ها، مزایا و چالش‌های این نوع سلول خورشیدی خواهیم پرداخت و نقش آنها را در آینده انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی تحلیل خواهیم کرد. با ما همراه باشید تا با بخشی از دنیای جذاب و پویای انرژی خورشیدی آشنا شویم.

 1. تکنولوژی ساخت سلول خورشیدی سیلیکونی پلی­ کریستال

سلول های خورشیدی پلی کریستال نیز مانند سلول های خورشیدی مونوکریستال، از بلورهای سیلیکون ساخته می ­شوند. تفاوت تکنولوژی ساخت این دو نوع سلول در این است که فرآیند تولید سلول­ های مونوکریستال شامل ذوب کردن پلی­ سیلیکون در دماهای بالا و سپس شکل­ دهی و رشد آن به شکل بلورهای منظم تک جهتی است.

اما در فرآیند تولید سلول های پلی کریستال، پلی سیلیکون ذوب شده در دمای بالا به جای اینکه به صورت یک بلور منظم تک جهتی رشد داده شود، درون قالب­ های بزرگی خود به خود خنک شده و به شکل مکعب های متشکل از بلورهای چندجهتی در می­ آید. به عبارتی دیگر، این بلوک­ های مکعبی از بلورهای متعدد سیلیکون تشکیل شده‌اند که به صورت تصادفی کنار هم قرار گرفته‌اند. در مقابل، شمش ­های مونوکریستال تنها از یک بلور واحد ساخته می ­شوند.

در مرحله بعد، بلوک­ های مکعبی پلی ­کریستالی به صورت ورقه ­های بسیار نازک برش داده می­ شوند که به آنها ویفر گفته می ­شود. در نهایت، این ویفرها به عنوان ماده اولیه تولید سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال به کار می ­روند. یکی از تفاوت های فرآیند ساخت سلول های مونوکریستال و پلی کریستال این است که ویفرهای سیلیکونی پلی کریستال نسبت به ویفرهای سلول های مونوکریستال ضخامت بیشتری دارند.

در مراحل بعدی از فرآیند تولید سلول‌های خورشیدی، مجموعه‌ای از اقدامات تخصصی و متنوع بر روی سطح ویفرها انجام می‌شود. این فرآیندها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که ویفرها را به سلول خورشیدی تبدیل کنند، به طوری که قادر باشند نور خورشید را به برق تبدیل نمایند.

2. راندمان و کارایی این سلول­ ها

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی‌کریستالی در سال های گذشته به عنوان یکی از گزینه‌های پرکاربرد در بازار انرژی خورشیدی شناخته شده ­اند. راندمان این سلول‌ها معمولاً بین 17 تا 19 درصد است، که اگرچه کمتر از سلول‌های مونوکریستالی است، اما با توجه به قیمت مقرون به صرفه ­ای که دارند هنوز هم به صورت محدود تولید شده و در برخی پروژه ­ها به کار می روند.

یکی از عوامل تاثیرگذار بر راندمان سلول‌های پلی‌کریستالی، ساختار بلوری آن‌هاست. همانطور که اشاره شد در این نوع سلول‌ها، بلورهای سیلیکون به صورت غیرمنظم کنار هم قرار می‌گیرند، که باعث می‌شود حرکت الکترون‌ها را داخل ساختار سلول تحت تاثیر قرار دهد. این امر می‌تواند به کاهش کارایی در تبدیل انرژی نور خورشید به برق منجر گردد.

با این حال، سلول‌های پلی‌کریستالی مزایای خاص خود را نیز دارند. فرآیند تولید آن‌ها نسبت به سلول‌های مونوکریستالی ساده‌تر و کم‌هزینه‌تر است. این ویژگی باعث می‌شود که قیمت نهایی این سلول‌ها کمتر باشد.

3. مزایا و معایب استفاده از سلول خورشیدی پلی کریستال

سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی‌کریستالی به عنوان یکی از گزینه‌های رایج در صنعت انرژی‌های تجدیدپذیر، مزایای خود را دارند. نخستین مزیت آن‌ها هزینه پایین تولید است که به دلیل فرآیند ساده‌تر ساخت این سلول‌ها به دست می‌آید. این ویژگی باعث می‌شود که پنل‌های پلی‌کریستالی برای پروژه‌هایی که محدودیت بودجه دارند قابل دسترس­ تر باشند و امکان نصب آن‌ها در مکان‌های مختلف را فراهم می‌کند.

با این حال، استفاده از سلول‌های خورشیدی پلی‌کریستالی با چالش‌هایی نیز همراه است. یکی از مهم‌ترین چالش‌ها، راندمان پایین‌تر این سلول‌ها نسبت به سلول‌های مونوکریستالی است. این موضوع موجب می‌شود که برای تولید همان مقدار انرژی، نیاز به فضای بیشتری باشد. همچنین، سلول‌های پلی‌کریستال در شرایط نوری کم یا سایه‌دار عملکرد ضعیف تری دارند، که می‌تواند در مناطقی با تابش غیر یکنواخت نور خورشید به یک مشکل تبدیل شود. این عوامل ممکن است بر تصمیم‌گیری در انتخاب نوع سلول تأثیر بگذارد. در سال ­های گذشته با توجه به مزایای اقتصادی و محیط‌زیستی آن‌ها، این سلول‌ها  نقش مهمی در گسترش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و کاهش وابستگی به منابع سوخت فسیلی ایفا کرده ­اند.

4. کاربردهای سلول خورشیدی سیلیکونی پلی ­کریستال

اگر چه سلول های مونوکریستال آینده بازار خورشیدی را از آن خود کرده اند اما با توجه به قیمت مناسب سلول‌های خورشیدی سیلیکونی پلی‌کریستالی، بسیاری از کشورهای در حال توسعه همچنان از این نوع فناوری برای تأمین انرژی پایدار و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی استفاده می­ کنند. این سلول‌ها به ویژه در مناطقی که فضای کافی برای نصب پنل‌های خورشیدی وجود داشته و با محدودیت بودجه روبه رو هستند، به دلیل قیمت پایین، کاربرد دارند.

5. تأثیر شرایط جوی بر عملکرد این سلول­ ها

شرایط جوی تأثیر قابل توجهی بر عملکرد سلول‌های سیلیکونی پلی‌کریستالی دارند و می‌توانند به طور مستقیم بر راندمان تولید انرژی آن‌ها تأثیر بگذارند. یکی از عوامل مهم، دما است. سلول‌های خورشیدی در دماهای بالا معمولاً راندمان کمتری دارند؛ زیرا افزایش دما باعث کاهش ولتاژ خروجی می‌شود. این پدیده به ویژه در مناطق گرم و خشک مشهود است، جایی که دما می‌تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد و در نتیجه کارایی سیستم‌های خورشیدی را تحت تأثیر قرار دهد.

علاوه بر دما، وجود ابرها و شرایط نوری نیز بر عملکرد این سلول‌ها تأثیر دارد. در روزهای ابری، نور خورشید به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد و این موضوع به ویژه برای سلول‌های پلی‌کریستالی که به نور مستقیم خورشید حساس‌تر هستند، می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. این سلول‌ها معمولاً در شرایط نوری کم، عملکرد ضعیف­تری نسبت به سلول‌های مونوکریستالی دارند و بنابراین در روزهای ابری یا بارانی، تولید انرژی آن‌ها به شدت کاهش می‌یابد.

بارش باران و برف می‌توانند تاثیر متفاوتی بر عملکرد این سلول‌ها بگذارند. در حالی که باران می‌تواند به تمیز کردن سطح پنل‌ها کمک کند و در نتیجه بهبود عملکرد را در روزهای بعد به همراه داشته باشد، اما برف می‌تواند مانع از دریافت نور خورشید شده و در نتیجه تولید انرژی را کاهش دهد. به همین دلیل، مدیریت و نگهداری منظم سلول‌های خورشیدی در شرایط جوی مختلف ضروری است تا از حداکثر کارایی آن‌ها بهره‌برداری شود.

6. تفاوت سلول سیلیکونی مونوکریستال و پلی کریستال

اگر چه در طول این مقاله به صورت پراکنده به تفاوت سلول­ های خورشیدی سیلیکونی پلی­ کریستال و مونوکریستال اشاره کرده ­ایم، اما  جمع ­بندی زیر می­ تواند برای مقایسه این دو نوع سلول از نسل اول بیان گردد:

• سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال و مونوکریستال هر دو از سیلیکون ساخته شده ­اند، اما تفاوت ­های اساسی در ساختار، عملکرد و هزینه­ ها دارند که بر انتخاب آنها تأثیر می­ گذارد.
• سلول­ های مونوکریستال از یک بلور یکنواخت سیلیکونی تشکیل شده ­اند. این ساختار یکنواخت باعث افزایش کارایی آنها می ­شود و همانطور که اشاره شد راندمان بالایی دارند. از طرفی، به دلیل فرآیند تولید پیچیده ­تر و نیاز به مواد اولیه با کیفیت بالا، هزینه تولید این سلول ­ها بیشتر است. با این حال، به دلیل کارایی بالاتر، فضای کمتری برای نصب نیاز دارند و در شرایط نوری کم نیز عملکرد بهتری از خود نشان می ­دهند. در مقابل، سلول های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستال از چندین بلور سیلیکونی تشکیل شده ­اند که به صورت تصادفی در کنار هم قرار گرفته­ اند. این ساختار باعث کاهش کارایی آنها می­ شود. فرآیند تولید این سلول­ ها ساده ­تر است و هزینه کمتری نسبت به مونوکریستال­ ها دارد. این ویژگی آنها را به گزینه­ ای مناسب برای پروژه ­های با محدودیت بودجه تبدیل کرده است.
• همچنین، سلول های خورشیدی سیلیکونی مونوکریستال به دلیل طراحی و ساختار خاص خود، در شرایط دمای بالا عملکرد بهتری دارند، در حالی که نوع پلی‌کریستال ممکن است در دماهای بالا دچار افت کارایی شوند.
• اگرچه لحاظ کردن تفاوت ظاهری سلول­ ها برای تشخیص نوع تکنولوژی ساخت آنها صحیح و علمی نمی ­باشد، اما تفاوت­ های ظاهری سلول های پلی کریستال و مونوکریستال در بازار خورشیدی زیاد به کار می­ رود. سلول­ های سیلیکونی مونوکریستال (شکل سمت راست) معمولاً رنگ تیره‌تری دارند و به‌صورت یکدست و با رنگی یکنواخت به نظر می­رسند در حالی که سلول­ های پلی‌کریستال (شکل سمت چپ) دارای رنگ آبی روشن تری هستند و الگوی بلوری مشخصی ندارند.