جستجو
این کادر جستجو را ببندید.
نحوه تولید برق با پنل خورشیدی

نحوه تولید برق با پنل خورشیدی

با توجه به چالش روزافزون برق شبکه و قطعی آن ، استفاده از پنل های خورشیدی به عبارتی دیگر انرژی های تجدیدپذیر، به عنوان راهکاری موثر و پایدار مطرح می شود. با توجه به تابش فراوان خورشید در بیشتر نقاط کشور، استفاده از تولید برق با پنل خورشیدی گزینه ای مناسب و اقتصادی به شمار می رود . اگرچه استفاده از سیستم برق اضطراری با سوخت­های فسیلی یکی از راهکارهای برون رفت از این معضل است. اما مسئله اینجا حاد می­شود که این سوخت­ها نیز بدلایل مختلف در کشور ما نایاب شده و استفاده از آن بدون مجوز جریمه­ای گزاف دارد و همین مواردی سبب می­شود تا استفاده از انرژی سیستم­های خورشیدی و یا انرژی بادی و در مجموع استفاده از انرژی­های تجدید خودنمایی کند. که با توجه به ستون هوا در اکثر نقاط کشور استفاده از انرژی خورشیدی موجه­تر بنظر می­رسد.

سیستم­ انرژی خورشیدی چیست؟

سیستم­های انرژی خورشیدی یکی از روش­های تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر هستند، که نور خورشید را برای تولید برق و یا گرما استفاده می­کنند، این سیستم­ها به دودسته تقسیم می­شوند: سیستم فتوولتائیک ( (PV) Photovoltaic) و سیستم حرارتی (Solar Termal) که در این مقاله به بررسی سیستم فتوولتائیک می­پردازیم.

اجزای اصلی سیستم انرژی خورشیدی

اجزای اصلی یک سیستم انرژی خورشیدی (فتوولتائیک) عبارتند از:

  • پنل­های خورشیدی (Solar Panels)
  • اینورتر ( Inverter)
  • باتری­ها ( Batteries) (اختیاری)

آگاهی دقیق از مشخصات فنی و ویژگی­ها پنل­های خورشیدی کمک مهمی در مقدار و نحوه  استفاده از این سیستم را فراهم می­کند لذا در ادامه به بررسی جامع و دقیق پنل خورشیدی فتوولتائیک می­پردازیم.

پنل‌های خورشیدی

پنل‌های خورشیدی (Solar Panels) نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این پنل‌ها از سلول‌های فتوولتائیک تشکیل شده‌اند که معمولاً از سیلیکون ساخته می‌شوند.

تولید برق با پنل خورشیدی

 

تولید برق با پنل خورشیدی

 

سلول فتوولتائیک چیست

سلول‌های فتوولتائیک(PV)  اجزای اصلی پنل‌های خورشیدی هستند که وظیفه تبدیل انرژی نورانی خورشید به برق را بر عهده دارند. وقتی فوتون‌های نور خورشید به سطح سلول برخورد می‌کنند، انرژی آن‌ها به الکترون‌های موجود در سیلیکون منتقل می‌شود. این انرژی اضافی باعث می‌شود الکترون‌ها از اتم‌هایشان آزاد شوند. میدان الکتریکی موجود در اتصال pn، این الکترون‌ها را به سمت الکترودها هدایت کرده و جریان الکتریکی ایجاد می‌کند.در ادامه جزئیات این سلول‌ها ارائه شده است

ساختار سلول‌های فتوولتائیک

به طور کلی سلولهای فتوولتائیک شامل چهار بخش به شرح زیر می‌باشند:

  1. ماده نیمه رسانا
  2. لایه های سلول
  3. الکترودها
  4. پوشش محافظ

در ادامه هر کدام از این بخش ها را به اختصار شرح میدهیم.

ماده نیمه‌رسانا
سیلیکون به دلیل خواص عالی، ماده اصلی سلول‌های فتوولتائیک است. سه نوع سیلیکون رایج عبارت‌اند از:

  • سیلیکون تک‌کریستالی :(Monocrystalline) بازدهی بالا اما هزینه بالاتر.
  • سیلیکون چندکریستالی :(Polycrystalline) مقرون‌به‌صرفه‌تر اما با بازدهی کمتر.
  • سیلیکون آمورف :(Amorphous Silicon) انعطاف‌پذیر، مناسب برای شرایط نور کم، اما بازدهی پایین‌تر.

لایه‌های سلول PV

لایه های سلول فتوولتائیک به شرح زیر است:

  • لایه: n-type دارای الکترون‌های آزاد.
  • لایه: p-type حاوی حفره‌های مثبت.
  • اتصال: pn میدان الکتریکی ایجادشده در محل تماس این لایه‌ها، بارهای الکتریکی را جدا می‌کند.

الکترودها (Electrodes)
الکترودهای فلزی روی سطح سلول، الکترون‌های تولیدشده را جمع‌آوری می‌کنند.

پوشش محافظ

یک لایه شفاف از شیشه یا پلاستیک که از سلول‌ها در برابر عوامل محیطی مانند آب، گرد و غبار و اشعه UV محافظت می‌کند.

ویژگی‌های کلیدی سلول‌های فتوولتائیک

سلول‌های فتوولتائیک دارای 4 ویژگی اصلی به شرح زیر هستند که در انتخاب آنها به عنوان بهترین روش تولید برق از انرژی خورشیدی اثرگذار است:

  1. بازدهی (Efficiency)
    نسبت انرژی الکتریکی تولیدی به انرژی نور خورشید دریافتی، معمولاً بین 15% تا 20% است.
  2. دما
    با افزایش دما، بازدهی سلول‌ها کاهش می‌یابد.
  3. طول عمر

سلول‌های PV با کیفیت، عمری بیش از 25 سال دارند.

  1. هزینه
    شامل هزینه تولید، نصب و نگهداری که بر انتخاب نوع سلول تأثیر می‌گذارد.

آینده سلول‌های فتوولتائیک

تحقیقات در حال پیشرفت، با هدف افزایش بازدهی، کاهش هزینه‌ها و بهبود پایداری محیط‌زیستی این سلول‌ها ادامه دارد. فناوری‌های جدید مانند سلول‌های چندلایه (Tandem) و استفاده از مواد نوآورانه نوید آینده‌ای روشن‌تر برای سیستم‌های خورشیدی می‌دهند.

قبل از ادامه و بررسی ویژگی­های پانل خورشیدی به دو موضوع مهم یک بررسی شرایط آزمایشگاهی STC و همچنین بدست آوردن توان انرژی خورشید در طول روز از سایت ناسا (NASA) می­پردازیم.

شرایط استاندارد STC جهت بررسی عملکرد پنل خورشیدی

شرایط آزمایشی استانداردSTC (Standard Test Conditions)، یک معیار جهانی برای ارزیابی و مقایسه عملکرد پنل‌های خورشیدی است. این شرایط به‌منظور شبیه‌سازی وضعیت‌های ایده‌آل و یکسان برای تمامی پنل‌ها تعریف شده‌اند. این شرایط عبارتند از:

  1. شدت نور

۱۰۰۰ وات بر متر مربع، که معادل تابش مستقیم خورشید در ساعات اوج تابش در یک روز آفتابی است.

  1. دمای پنل

۲۵ درجه سانتی‌گراد، که به دمای سطح پنل (و نه دمای محیط) اشاره دارد.

  1. زاویه تابش نور

پرتوهای خورشید به صورت عمود بر سطح پنل می‌تابند، که حداکثر انرژی ممکن را به پنل منتقل می‌کند.

  1. دمای محیط و فشار هوا

دمای محیط ۲۵ درجه سانتی‌گراد و فشار هوا معادل سطح دریا (یک اتمسفر).

  1. طیف نور خورشید

استفاده از تابشی با طیف مشخصی به نام AM 1.5 (Air Mass 1.5)، که نشان‌دهنده نسبت تابش نور خورشید به جو زمین در سطح دریاست.

به دلایل زیر اهمیت STC مورد توجه سازندگان مختلف می­باشد.

  • مقایسه عملکرد: این شرایط استاندارد امکان مقایسه پنل‌های مختلف را تحت شرایط یکسان فراهم می‌کند.
  • ارزیابی قدرت تولیدی: توان تولیدی و راندمان پنل‌ها (Efficiency) تحت این شرایط مشخص می‌شود.
  • معیار طراحی: داده‌های به‌دست‌آمده از تست‌های STC، پایه‌ای برای طراحی سیستم‌های خورشیدی و محاسبات بازدهی است.

چگونه شدت نورخورشید را در یک نقطه مورد نظر از سایت ناسا بدست آوریم؟

سایت NASA POWER یک سایت با پوشش جهانی است که امکان دسترسی به داده به دست آمده از ماهواره­های ناسا با دقت بالا، تابش خورشید در هر نقطه را فراهم می­­کند این داده­ها رایگان بوده و در فرمت­های مختلف در دسترس هستند.

برای به‌دست‌آوردن توان انرژی خورشیدی در طول روز از سایت ناسا پاور (NASA POWER) و دریافت فایل اکسل داده‌ها، می‌توانید از مراحل زیر استفاده کنید: وارد سایت رسمی NASA POWER شوید:

https://power.larc.nasa.gov

  1. انتخاب نوع داده مورد نیاز
  1. منطقه جغرافیایی موردنظر خود را انتخاب کنید (با وارد کردن مختصات جغرافیایی یا کلیک روی نقشه).
  2. نوع داده مورد نیاز را مشخص کنید. برای محاسبه توان انرژی خورشیدی، پارامترهای مرتبط با تابش خورشیدی مانند   Solar Irradiance (GHI, DNI, یا DHI) و Daily Solar Radiation را انتخاب کنید.
  1. تنظیم بازه زمانی
  • بازه زمانی دلخواه خود را انتخاب کنید (روزانه، ماهانه، یا سالانه).
  • برای محاسبه توان خورشیدی در طول روز، داده‌های روزانه مناسب‌تر هستند.
  1. دریافت داده‌ها
  • پس از انتخاب پارامترها و بازه زمانی، گزینه  Download را انتخاب کنید.
  • فرمت خروجی فایل را به  Excel (CSV) تنظیم کنید.
  1. تحلیل داده‌ها
  • فایل اکسل دانلودشده شامل ستون‌هایی از داده‌های مختلف مانند تاریخ، تابش خورشیدی (kWh/m²/day) و دیگر متغیرها خواهد بود.
  • از داده‌های تابش خورشیدی روزانه (Solar Radiation) می‌توانید برای محاسبه انرژی تولیدی استفاده کنید.

در زیر یک نمونه فایل اکسل که شدت نور را در محدوده شرکت نیکسا ( تهران – سیدخندان) نمایش می­دهد برای روز 1/12/2024 را آورده­ایم.

  1. محاسبه توان خورشیدی

برای محاسبه توان انرژی خورشیدی، فرمول محاسبه انرژی خورشیدی  E=H×A×η است که هر کدام از پارامترها به شرح زیر است:

  • Hمیانگین تابش خورشیدی روزانه (kWh/m²/day) از داده‌های ناسا.
  • Aمساحت پنل خورشیدی (m²).
  • η راندمان پنل خورشیدی (مثلاً ۰.۱۵ برای بازدهی ۱۵٪).

با جایگذاری مقادیر به‌دست‌آمده از فایل اکسل، می‌توانید توان خورشیدی قابل تولید را در طول روز محاسبه کنید.

اطلاعات دریافتی ار سایت ناسا به شرح زیر می‌باشد.

اطلاعات تابش خورشید سایت ناسا پاور

میزان تابش خورشید در طول یک شبانه روز

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *