پنل خورشیدی چگونه برق تولید میکند؟ پنل خورشیدی با استفاده از سلولهای فتوولتائیک خود نور خورشید را به برق تبدیل میکند. در این مقاله از ان سولار، به زبانی ساده و علمی توضیح میدهیم که نحوه کار پنل خورشیدی چگونه است و برق از کجا و چگونه در دل این صفحات شیشهای متولد میشود.
فهرست مطالب
مقدمهای بر سلول خورشیدی
برای اینکه بفهمیم پنل خورشیدی چگونه برق تولید میکند، باید ابتدا با قلب تپنده آن یعنی سلول خورشیدی آشنا شویم. سلول خورشیدی، کوچکترین واحد تشکیلدهنده پنل است و وظیفهی اصلیاش تبدیل نور خورشید به انرژی الکتریکی است. در واقع، نحوه کار پنل خورشیدی از همین نقطه آغاز میشود؛ جایی که نور خورشید به سطح سلول میتابد و واکنشی فیزیکی الکتریکی به نام اثر فتوولتائیک (Photovoltaic Effect) رخ میدهد.
سلولهای خورشیدی معمولا از مادهای به نام سیلیسیوم ساخته میشوند؛ همان عنصری که در ساخت تراشههای الکترونیکی هم به کار میرود. سیلیسیوم به دلیل خاصیت نیمههادی خود، قادر است وقتی نور به آن برخورد میکند، الکترونهای خود را آزاد کند و این الکترونهای آزاد، پایه تولید جریان الکتریکی هستند. هرچه تابش خورشید قویتر و سطح پنل تمیزتر باشد، این واکنش کارآمدتر انجام میشود.
البته تولید برق در پنل تنها به سلول وابسته نیست، اما همه چیز از همین نقطه شروع میشود؛ جایی که انرژی خورشید مستقیما به برق تبدیل میشود، بدون آنکه نیازی به سوختهای فسیلی یا حرکت مکانیکی باشد. به همین دلیل است که انرژی خورشیدی به عنوان یکی از پاکترین و آیندهدارترین منابع انرژی در دنیا شناخته میشود و حتی در ایران هم به سرعت در حال گسترش است.
برای خرید پنل خورشیدی کلیک کنید.
مراحل گام به گام تولید جریان مستقیم (DC)
حال زمان آن رسیده که نحوه کار پنل خورشیدی را تا مرحله تولید برق DC توضیح دهیم تا فرآیند تولید برق از پنل خورشیدی برای شما قابل درک شود.
1. جذب نور و آزادسازی بار
فوتونهای خورشید به سلول فتوولتائیک میرسند و در نیمه هادی (عمدتا سیلیسیوم) جذب میشوند. انرژی فوتون، الکترونهای را آزاد میکند و جفتهای الکترون_حفره پدید میآیند.
2. نقش اتصال p_n و میدان داخلی
سلول از دو لایهی p و n تشکیل شده است. میدان الکتریکی ذاتیِ این اتصال، الکترونهای آزاد را به سمت لایه n و حفرهها را به سمت لایه p هدایت میکند؛ به این ترتیب جداسازی بار به طور خودکار انجام میشود.
3. ایجاد اختلاف پتانسیل و شکلگیری جریان DC
به محض اتصال پایانههای فلزیِ رو و پشت سلول به یک مدار خارجی، الکترونها از پایانه n به بار مصرفی و سپس به پایانه p میروند و جریان مستقیم (DC) پیوسته تشکیل میشود.
4. جمعآوری درونی و خروجی گرفتن از سلول
شبکه فلزی ریز (finger/busbar) روی سلول، بارهای جدا شده را جمع میکند و از طریق لایههای هادی پشتی به ترمینالهای سلول تحویل میدهد. در سطح ماژول، دیودها و مسیرهای هادی، خروجی هر سلول را به صورت پایدار به ترمینالهای مثبت و منفی پنل میرسانند.
5. سری یا موازیکردن سلولها برای ولتاژ و جریان مناسب
چندین سلول در یک ماژول به صورت سری (برای افزایش ولتاژ DC) و ماژولها گاهی موازی (برای افزایش جریان DC) آرایش مییابند؛ خروجی نهایی پنل، برق DC یکنواخت و قابل هدایت به اینورتر یا شارژکنترلر است.
6. وابستگی شدت DC به نور و ماده
مقدار جریان DC به شدت تابش، طیف نور و ویژگیهای ماده (مثل بندگپ سیلیسیوم) وابسته است؛ هرچه تطابق طیفی و کیفیت سلول بهتر باشد، جریان بیشتری تولید میشود.
بیشتر بخوانید: آیا پنل خورشیدی در شب کار میکند؟
نحوه تبدیل برق مستقیم (DC) پنل خورشیدی به برق متناوب (AC)
بعد از اینکه پنل خورشیدی برق مستقیم (DC) تولید کرد، نوبت به تبدیل این برق میرسد تا بتوان از آن برای وسایل برقی خانه استفاده کرد. دلیلش ساده است: تقریبا تمام وسایل برقی مثل یخچال، تلویزیون یا کولر با برق متناوب (AC) کار میکنند، نه برق مستقیم.
در این مرحله، دستگاهی به نام اینورتر خورشیدی وارد عمل میشود. در واقع اینورتر مغز سیستم خورشیدی است؛ برق DC تولیدشده توسط پنلها وارد این دستگاه میشود و اینورتر با استفاده از مدارهای الکترونیکی مخصوص، جهت جریان را با سرعت بالا تغییر میدهد تا شکل موج سینوسی شبیه برق شهری ساخته شود. به زبان سادهتر، اینورتر باعث میشود برقی که از خورشید به دست آمده، دقیقا مانند برقی شود که از پریز خانه میگیریم.
در کشور ما ایران، این برق باید ولتاژی حدود 230 ولت و فرکانس 50 هرتز داشته باشد تا بتواند با شبکه سراسری هماهنگ شود. همچنین اینورتر نقش مهمی در ایمنی و پایداری سیستم دارد؛ اگر مشکلی در ولتاژ یا جریان به وجود بیاید، به صورت خودکار سیستم را قطع میکند تا از آسیب به تجهیزات جلوگیری شود.
در نیروگاههای خورشیدی بزرگ یا سیستمهای خانگی متصل به شبکه، اینورتر علاوه بر تبدیل برق، آن را با شبکه سراسری برق کشور همزمان (Synchronize) میکند تا برق خورشیدی و برق شهری بدون اختلال در کنار هم کار کنند.
به این ترتیب، مسیر تبدیل انرژی خورشید به برق مصرفی کامل میشود:
از نور خورشید ← جریان DC در پنل ← تبدیل به AC در اینورتر ← برق قابلاستفاده در خانه یا شبکه
بیشتر بخوانید: پنل خورشیدی برای خانه چقدر هزینه دارد؟
سخن پایانی
حالا دیگر میدانیم پنل خورشیدی چگونه برق تولید میکند و چطور از تابش ساده خورشید، انرژی پاک و کاربردی برای خانه و زندگیمان به دست میآید. از لحظهای که نور خورشید روی سلولهای فتوولتائیک میتابد، تا زمانی که اینورتر خورشیدی برق مستقیم (DC) را به برق متناوب (AC) قابل استفاده تبدیل میکند، همه چیز در یک چرخه علمی و دقیق اما در عین حال طبیعی و آرام اتفاق میافتد.
انرژی خورشیدی امروز فقط یک فناوری نیست؛ بلکه قدمی است به سوی آیندهای سبزتر، اقتصادیتر و مستقلتر از سوختهای فسیلی. چه در خانههای کوچک و چه در نیروگاههای بزرگ، این فناوری در ایران هم در حال رشد است و سهم بزرگی در کاهش هزینه برق و حفظ محیطزیست دارد.
اگر تصمیم دارید در این مسیر قدم بگذارید، بهتر است قبل از هر چیز با انواع پنل خورشیدی، استراکچر پنل خورشیدی و تجهیزات مرتبط آشنا شوید تا بتوانید با آگاهی و اطمینان، خرید پنل خورشیدی و خرید اینورتر خورشیدی را انجام دهید.
بیشتر بخوانید: آیا پنل خورشیدی با نور لامپ کار میکند؟
سوالات متداول
پنل خورشیدی چگونه برق تولید میکند؟
پنلهای خورشیدی با جذب نور خورشید در سلولهای فتوولتائیک، انرژی نور را به برق مستقیم (DC) تبدیل میکنند؛ سپس این برق توسط اینورتر خورشیدی به برق متناوب (AC) تبدیل میشود تا بتوان از آن برای وسایل برقی خانگی استفاده کرد.
آیا پنل خورشیدی در روزهای ابری هم برق تولید میکند؟
بله، حتی در روزهای ابری هم نور خورشید تا حدی به پنل میرسد و برق تولید میشود، اما مقدار آن کمتر از روزهای آفتابی است. با این حال، سیستمهای خورشیدی مدرن طوری طراحی شدهاند که در شرایط نوری ضعیف هم کارایی قابل قبولی داشته باشند.
منبع: