بررسی فنی و بازار تولید پنل‌های خورشیدی​

1- تببین مسئله

انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تجدید پذیر است؛ اما دلایل متعددی ازجمله مسائل اقتصادی، پایداری زیست‌محیطی انرژی خورشیدی، عدم احتیاج به استفاده از شبکه برق‌رسانی شهری، استفاده بهینه و مفید از زمین‌های بلااستفاده برای تولید انرژی، کاهش مصرف برق، داشتن امنیت شبکه برقی، ایجاد اشتغال و رشد اقتصادی کشور، باعث شده که جهان به سمت استفاده هرچه بیشتر از این صنعت سوق پیدا کند. از منظر ایجاد اشتغال مطابق جدول 1، این صنعت بعد از صنعت بایومس بیشترین ایجاد اشتغال به ازای سرمایه‌گذاری ثابت را دارا است. ازآنجایی‌که فناوری‌های انرژي خورشيدي در بسياري موارد به‌ دور از مراكز پرجمعیت شهري احداث می‌شوند، بيشتر مشاغل بهره‌برداری از افراد محلی خواهند بود. چنين جوامعی معمولاً با نرخ‌های بيكاري بالا، دست‌به‌گریبان هستند كه از متوسط ملی بسيار بيشتر است، بنابراين باعث افزايش تنوع و پايداري اقتصاد محلی خواهد شد.

جدول 1- شغل ایجادشده منابع انرژی‌های متفاوت به ازای هر یک میلیون دلار سرمایه‌گذاری

منبع انرژی

ایجاد شغل به‌صورت مستقیم

ایجاد شغل به‌صورت غیرمستقیم

شغل ایجادشده در کل

نفت و گاز طبیعی

0.8

2.9

3.7

زغال‌سنگ

1.9

3

4.9

باد

4.6

4.9

9.5

خورشیدی

5.4

4.4

9.8

بایومس

7.4

5

12.4

همان‌طور که در شکل 1 و شکل 2 نیز مشاهده می‌شود، می‌توان دریافت که صنعت پنل‌های خورشیدی به‌صورت پایایی در حال رشد می‌باشد.

شکل ‏1‑1- رشد جهانی پنل‌های فتوولتائیک

شکل ‏1‑2- نمودار ظرفیت انرژی

رشد جهانی استفاده از انرژی خورشیدی بیانگر اهمیت موضوع استفاده از این صنعت می‌باشد. کشور ایران نیز برای حفظ جایگاه خود در صنعت انرژی‌های تجدید پذیر و تأمین برق، نیازمند توسعه این صنعت می‌باشد. مطابق شکل 2، پیش‌بینی می‌شود میزان تولید انرژی خورشیدی حداکثر تا سال 2030 با میزان انرژی ناشی از سوزاندن زغال‌سنگ و حداکثر تا سال 2033 این مقدار با میزان انرژی تولیدی از سوزاندن گاز طبیعی برابری خواهد کرد. درنهایت امید است با توجه به شیب پیشرفت این صنعت، پنل‌های خورشیدی در درازمدت به‌جایگاه واقعی خود برسد.

2- کاربرد پنل‌های خورشیدی

به‌طورکلی انرژی خورشیدی از نور خورشید به دست می‌آید. پنل خورشیدی (اثر فتوولتائیک[1]) با تبدیل نور خورشید، فوتون‌ها (ذرات انرژی‌دار) را به الکتریسیته تبدیل می‌کند که با استفاده از این الکتریسیته می‌توان مدارهای الکتریکی را شارژ کرد. پنل‌های خورشیدی شامل چندین سلول خورشیدی هستند.

پنل‌های خورشیدی استفاده‌های گسترده‌ای دارد که در زیر به بخشی از آن‌ها اشاره شده است.

2-1- مزارع خورشیدی

چند هکتارهای پنل فتوولتائیک می توانند در مقیاس کم، برقی معادل ده ها مگاوات تا بیش از یک گیگاوات را تأمین کنند. این سیستم های بزرگ، با استفاده از پنل های ثابت یا پنل های دنبال کننده خورشید ، برق را به شبکه های شهری یا منطقه ای می رسانند.

2-2- مسافت های راه دور

گسترش خطوط برق به مکانهایی که برق مورد نیاز است همیشه مقرون به صرفه ، راحت نبوده و حتی گاهی ممکن نیست. پنل فتوولتائیک می تواند یک راه حل برای خانه های روستایی ، روستاهای کشورهای در حال توسعه ، فانوس دریایی ، سیستم عامل های نفتی دریایی ، واحدهای شیرین سازی و کلینیک های بهداشتی باشد.

2-3- کاربرد فضایی

از ابتدا، پنل فتوولتائیک منبع اصلی برق برای ماهواره های مدار زمین بوده است. پنل فتوولتائیک با راندمان بالا، نه تنها نیرو را برای مشارکتهایی مانند ایستگاه فضایی بین المللی و مریخ نوردهای سطح در ماه و مریخ تأمین کرده است؛ بلکه همچنان بخشی جدایی ناپذیر از فضا و اکتشافات سیاره ای خواهد بود.

2-4- ساختمان

در ساختمان ها ، پنل های فتوولتائیک نصب شده بر روی سقف ها یا زمین می توانند برق را تأمین کنند. مواد فتوولتائیک همچنین می توانند به عنوان پنجره ها ، کاشی های سقف یا روکش ها در ساختار ساختمان ادغام شوند تا هدف دوگانه داشته باشند. علاوه بر این ، سایبان ها و سازه های پارکینگ می توانند با فتوولتائیک پوشانده شوند تا سایه و قدرت ایجاد کنند.

2-5- نظامی

ماژول های فیلم نازک با انعطاف پذیری سبک ، انعطاف پذیر می تواند کاربردهایی را به همراه داشته باشد که قابلیت حمل یا ناهمواری در آنها بسیار مهم است. سربازان می توانند فتوولتائیک سبک برای شارژ تجهیزات الکترونیکی در مزرعه یا پایگاه های از راه دور حمل کنند.

2-6- حمل و نقل

فتوولتائیک می تواند نیروی کمکی برای وسایل نقلیه مانند اتومبیل و قایق فراهم کند. سانروف های اتومبیل می توانند شامل فتوولتائیک برای نیاز به انرژی داخلی یا باتری های قابل شارژ باشند. فتوولتائیک سبک نیز می تواند به شکل بال هواپیما باشد تا به هواپیماهای با ارتفاع بالا کمک کند.

2-7- روشنایی

روشنایی عمومی، از طریق سیستم های فتوولتائیک، به عنوان یکی از اقتصادی ترین راه حل ها برای روشن کردن ورودی شهرها، محل اتصال جاده ها، مناطق استراحت و غیره ارائه می‌شود.

2-8- کاربردهای کشاورزی

یکی دیگر از کاربردهای پنل های خورشیدی، استفاده در صنایع کشاورزی به عنوان نیروی موردنیاز برای راه اندازی پمپ ها و… میباشد.

3- بررسی فنی

مطابق شکل ۴ ﻳﻚ ﭘﻨﻞ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺗﺮﻛﻴﺒﻲ از سلول‌های ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ ﺷﺪه اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﻴﻦ ﻳﻚ ﭘﻮﺷﺶ ﺿﺪ آب (ﻣﻌﻤﻮﻻً ﺷﻴﺸﻪ) و روﻛﺶ ﭘﺸﺖ (ﻣﻌﻤﻮﻻً ﻳﻚ ورﻗﻪ ﭘﻼﺳﺘﻴﻜﻲ) ﻣﺤﻔﻮظ ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﭘﻨﻞ ﻳﻚ ﻳﺎ ﭼﻨﺪ دﻳﻮد ﺟاﻨﺒﻲ نیز دارد. ترمینال‌های ﺧﺮوﺟﻲ در ﻳﻚ ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل ﻳﺎ ﺑﻪ ﺷﻜﻞ کابل‌های ﺧﺮوﺟﻲ، در ﭘﺸﺖ ﻗﺮار ﺧﻮاﻫﻨﺪ ﮔﺮﻓﺖ. ﺑﻴﺸﺘﺮ ﭘﻨﻞ‌ﻫﺎ ﻗﺎب نیز دارﻧﺪ.

شکل ‏4‑1- اجزای تشکیل‌دهنده‌ی یک پنل فتوولتائیک

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی پنل در ادامه توضیح داده شده است.

3-1- قاب

ﻗﺎب ﻳﻚ ﻗﺴﻤﺖ ﻣﻬﻢ در ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي اﺳﺖ ﻛﻪ کاربردهای ﻣﺘﻔﺎوﺗﻲ از ﺣﻔﺎﻇﺖ ﺗﺎ زﻳﺒﺎﻳﻲ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن را در برمی‌گیرد. ﻗﺎب مورداستفاده ﺑﺎﻳﺪ اﺳﺘﺤﻜﺎم ﻛﺎﻓﻲ ﺑﺮاي ﻧﮕﻬﺪاري ورق و ﺣﻔﺎﻇﺖ آن در ﻣﻘﺎﺑﻞ اﺛﺮات ﺧﺎرﺟﻲ را داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ و ﺑﻪ ﻧﺼﺐ ﭘﻨﻞ ﻧﻴﺰ ﻛﻤﻚ ﻛﻨﺪ. مهم‌ترین ﻣﻮاد ﺑﺮاي ﻗﺎب ﭘﻨﻞ، آﻟﻮﻣﻴﻨﻴﻮم می‌باشد ﻛﻪ ﻣﺤﻜﻢ اﺳﺖ و به‌راحتی ﺧﻮرده نمی‌شود اﻣﺎ ﻣﺎده ﺳﺒﻜﻲ اﺳﺖ. گاهی از مواد پلیمری در تولید قاب نیز استفاده می‌شود.

3-2- شیشه

ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ساخته‌شده از ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن وقتی‌که در ﻣﻌﺮض ﺗﺸﻌﺸﻌﺎت ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﻗﺮار می‌گیرد، اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﻴﺘﻪ ﺗﻮﻟﻴﺪ می‌کند. ﭘﻨﻞ‌ﻫﺎي ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺑﺮاي ﻣﺼﺎرف ﻣﺴﻜﻮﻧﻲ روي سقف‌ها ﻛﻪ در آﻧﺠﺎ اﻣﻜﺎن ﺗﺠﻤﻊ اشعه‌های ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺑﻴﺸﺘﺮ از ﺟﺎﻫﺎي دﻳﮕﺮ وﺟﻮد دارد، ﻧﺼﺐ می‌شوند. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﭘﻨﻞﻫﺎ ﻋﻤﺪﺗﺎً در ﻣﻌﺮض ﺑﺎد و ﺑﺎران ﻫﺴﺘﻨﺪ و ﻧﻴﺰ ﺷﺮاﻳﻂ آب و ﻫﻮاﻳﻲ ﮔﺎﻫﻲ اوﻗﺎت ﻫﻤﺮاه ﺑﺎ ﺗﮕﺮگ، گردوغبار، ﺷﻦ و ﺳﻨﮕﺮﻳﺰه اﺳﺖ. به‌این‌علت، ﭘﻨﻞﻫﺎي ﺧﻮرﺷﻴﺪي به‌منظور ﺣﻔﺎﻇﺖ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن، ﻏﺎﻟﺒﺎً ﺑﺎ ﺷﻴﺸﻪ ﭘﻮﺷﻴﺪه می‌شوند. ﺑﺮاي ﺗﻮﻟﻴﺪ اﻧﺮژي ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ، ﻣﻘﺪار زﻳﺎدي از اشعه‌های ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺑﺎﻳﺪ از ﻃﺮﻳﻖ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺟﻤﻊ ﺷﻮﻧﺪ. ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ ﻧﻴﺎز اﺳﺖ شیشه‌های ﭘﻮﺷﺸﻲ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺧﻮاص ﻋﺒﻮر ﻧﻮري ﺑﺎﻻ و اﻧﻌﻜﺎس ﻛﻢ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ.

3-3- لایه‌ی اتیلن وینیل استات (EVA)

ﺑﺮاي ﺣﻔﺎﻇﺖ ﺳﻠﻮل ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ از ﺷﺮاﻳﻂ ﻣﺤﻴﻄﻲ، سلول‌های ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺑﻴﻦ ﻳﻚ ﺷﻴﺸﻪ ﻓﻮق اﺷﺒﺎع و EVA ﻗﺮار می‌گیرد. EVA ﻧﺎم ﺗﺠﺎري ﻣﻮاد محافظت‌کننده اﺗﻴﻠﻴﻦ وﻳﻨﻴﻞ اﺳﺘﺎت ﺑﺮاي ﭘﻨﻞﻫﺎي خورشیدی اﺳﺖ ﻛﻪ ﺑﺎ ﻣﻨﺎﺑﻊ ﺗﻜﻨﻮﻟﻮژي ویژه‌ای ﺳﺎﺧﺘﻪ می‌شود. EVA ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺷﺎﻣﻞ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎت ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﻣﺨﺘﻠﻒ موردنیاز ﺑﺮاي ﻣﻮاد ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي اﺳﺖ. EVA ﺑﺎ اﺳﺘﺤﻜﺎم ﻣﻜﺎﻧﻴﻜﻲ ﻛﺎﻓﻲ و ﻗﺪرت ﻋﺒﻮر زﻳﺎد ﻧﻮر ﺧﻮرﺷﻴﺪ از ﭘﻨﻞ ﻣﺤﺎﻓﻈﺖ می‌کند. ﻣﺸﺨﺼﺎﺗﻲ ﻛﻪ در EVA ﺑﺎﻳﺪ در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد ﺷﺎﻣﻞ اﺳﺘﺤﻜﺎم ﻛﺸﺸﻲ ﻧﻬﺎﻳﻲ، ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻃﻮل ﻧﻬﺎﻳﻲ، ﺳﺨﺘﻲ، ﻣﺪول ﻳﺎﻧﮓ، درﺻﺪ ﻋﺒﻮر ﻧﻮر، ﺷﺎﺧﺺ ﺷﻜﺴﺖ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻋﺎﻳﻖ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺣﺠﻤﻲ، طول‌موج ﻓﻮق ﺑﻨﻔﺶ ﻗﻄﻊ ﺟﺮﻳﺎن و چسبندگی ﺑﻪ ﺷﻴﺸﻪ می‌باشد.

3-4- سلول خورشیدی

ﺳﻠﻮل فتوولتائیک کوچک‌ترین ﺟﺰء اﺻﻠﻲ ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي اﺳﺖ ﻛﻪ وﻇﻴﻔﻪ ﺗﺒﺪﻳﻞ فوتون‌های ﻧﻮر ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺑﻪ اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﻴﺘﻪ را بر عهده دارد. سلول‌های ﻓﺘوﻮﻟﺘﺎﺋﻴﻚ از ﻣﻮاد نیمه‌هادی ساخته‌شده‌اند ﻛﻪ همان‌طور که در شکل 6 نیز مشاهده می‌شود ﺑﻪ چهار دسته کلی تقسیم می‌شوند که البته فقط بعضی از آن‌ها به مرحله تجاری‌سازی به‌صورت انبوه رسیده و بقیه در مرحله تحقیق و توسعه قرار دارند و یا درصد کوچکی از بازار را شامل می‌شوند.

شکل ‏4‑2- نمودار درختی انواع سلول‌های خورشیدی

در ادامه سه مورد از سلول‌های خورشیدی که بیشتر از 90 درصد بازار را در برگرفته‌اند، به‌صورت اجمالی شرح و مقایسه شده‌اند.

3-4-1- سیلیکون مونوکریستالی

سلول‌های ﺳﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ رایج‌ترین ﻧﻮع در ﺻﻨﻌﺖ ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﻫﺴﺘﻨد. ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﻮﻟﻜﻮﻟﻲ ﻳﻜﻨﻮاﺧﺖ دارد. ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺑﺎ ﻣﻮاد ﻏﻴﺮ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ، ﻳﻜﻨﻮاﺧﺘﻲ ﺑﺎﻻي آن ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ راﻧﺪﻣﺎن ﺗﺒﺪﻳﻞ اﻧﺮژي ﺑﺎﻻﺗﺮ می‌شود. راﻧﺪﻣﺎن ﺗﺒﺪﻳﻞ ﺑﺎﻻﺗﺮ ﻳﻚ ﺳﻠﻮل ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﻣﻮﺟﺐ می‌شود ﻛﻪ اﻟﻜﺘﺮﻳﺴﻴﺘﻪ ﺑﻴﺸﺘﺮي ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺳﻄﺤﻲ ﻛﻪ در ﻣﻌﺮض ﻧﻮر ﺧﻮرﺷﻴﺪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﻛﻨﺪ.

شکل 7 نشانگر یک پنل خورشیدی مونوکریستالی می‌باشد.

شکل ‏4‑3- پنل خورشیدی مونوکریستال

3-4-2- سیلیکون پلی‌کریستالی

سلول‌های ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭼﻨﺪ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﺷﺎﻣﻞ دانه‌های ﻛﻮﭼﻜﻲ از ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ اﺳﺖ. سلول‌های ﻓﺘوﻮﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﭼﻨد ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ راﻧﺪﻣﺎن ﺗﺒﺪﻳﻞ اﻧﺮژي ﻛﻤﺘﺮي ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ سلول‌های ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ دارﻧﺪ. ﻣﺮزﻫﺎي داﻧﻪ در ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭼﻨﺪ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﻣﺎﻧﻊ ﺟﺮﻳﺎن الکترون‌ها و ﻛﺎﻫﺶ اﻧﺮژي ﺧﺮوﺟﻲ ﺳﻠﻮل می‌شوند. در ﻣﻘﺎﻳﺴﻪ ﺑﺎ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ، ﻣﻮاد ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﭼﻨﺪ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ مقاوم‌تر ﻫﺴﺘﻨﺪ و می‌توانند ﺑﻪ یک‌سوم ﺿﺨﺎﻣﺖ ﻣﻮاد ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﺑﺮﻳﺪه ﺷﻮﻧﺪ. اﻳﻦ ﻣﻮرد ﻫﺰﻳﻨﻪ وﻳﻔﺮ ﺳﺎزي و ﻧﻴﺎز ﺑﻪ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﺧﻴﻠﻲ وﻳﮋه ﺟﻬﺖ رﺷﺪ را اﻧﺪﻛﻲ ﻛﺎﻫﺶ می‌دهد.

شکل ۴-۴ نشانگر یک پنل خورشیدی پلی‌کریستالی می‌باشد.

شکل ‏4‑4- پنل خورشیدی پلی‌کریستال

3-4-3- سیلیکون لایه‌نازک

اﻳﻦ سلول‌ها از رﺳﻮب لایه‌نازکی از ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن دوپ ﺷﺪه و ﭘﻮﺷﺶ ﺿﺪ اﻧﻌﻜﺎس ﺑﺮ روي ﺷﻴﺸﻪ ﺳﺎﺧﺘﻪ می‌شود. رﺳﻮب ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺑﻌﺪاً ﻃﻲ ﻓﺮاﻳﻨﺪ آﻧﻴﻞ در دﻣﺎي 600 ﺗﺎ 400 درﺟﻪ سانتی‌گراد ﺑﻪ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﺗﺒﺪﻳﻞ می‌شوند. ﻓﺮاﻳﻨﺪ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﺳﺎده و راﻧﺪﻣﺎن ﺧﻂ ﺗﻮﻟﻴﺪ 90% ﺷﺪه اﺳﺖ. راندمان سلول تولیدشده در این روش در بهترین حالت 8% اعلام شده است و تحقیقات برای بهبود و ارتقا راندمان سلول‌های سیلیکون لایه‌نازک در حال انجام است.

3-5- ورق پشت

ورق ﭘﺸﺘﻲ، ﻳﻚ ﻓﻴﻠﻢ چندلایه ﻣﺨﺼﻮص ﭘﻨﻞﻫﺎي ﻓﺘﻮوﻟﺘﺎﺋﻴﻚ می‌باشد. اﻳﻦ ورق ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﻳﻚ ﺳﺪ ﺣﻔﺎﻇﺘﻲ ﻣﻘﺎوم ﺑﺮاي ﭘﻨﻞﻫﺎ ﻋﻤﻞ ﻛﺮده و ﮔﺮﻣﺎ و ﺧﻸ ﻣﻮﺟﻮد را ﺗﺤﻤﻞ می‌کند. اﺟﺰاء ورق ﭘﺸﺘﻲ به‌طور داﺋﻤﻲ ﺑﺎ ﻳﻚ ﭼﺴﺐ پلی‌استر اﺗﺼﺎل ﻋﺮﺿﻲ ﺑﻪ ﻫﻢ ﻣﺘﺼﻞ شده‌اند. ﻫﺮ ﺟﺰء در ﻳﻚ ورق چندلایه، ﻣﺰاﻳﺎي ﺧﻮدش را دارد. ﺑﺮاي ﻣﺜﺎل ﭘﻠﻲ وﻳﻨﻴﻞ ﻓﻠﻮراﻳﺪ ﺗﻮاﻧﺎﻳﻲ ﻋﻤﻠﻜﺮدي ﺧﻴﻠﻲ ﺧﻮب در ﺷﺮاﻳﻂ ﻣﺨﺘﻠﻒ آب و ﻫﻮاﻳﻲ را ﻋﺮﺿﻪ می‌کند، درحالی‌که پلی‌استر ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ و ﻋﺎﻳﻘﻲ ﺧﻮب را ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه دارد. لایه‌ای ﻛﻪ EVA را ﺗﺸﻜﻴﻞ می‌دهد، ﻳﻚ ﭘﻴﻮﻧﺪ موکولی واﻗﻌﻲ ﺑﻴﻦ ورق ﭘﺸﺘﻲ و ﻣﺤﺎﻓﻆ اﻳﺠﺎد می‌کند و ﺑﻌﺪ از اﻋﻤﺎل ﺧﻸ، اﺳﺘﺤﻜﺎم ﭘﻴﻮﻧﺪ قوی‌تر می‌شود.

3-6- جعبه اتصال

ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل ﻳﻜﻲ از مهم‌ترین اﺟﺰاء ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي اﺳﺖ و ﻣﺤﻠﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ ﺟﺮﻳﺎن تولیدشده ﺗﻮﺳﻂ ﺳﻠﻮل ﺧﻮرﺷﻴﺪي در آن ﺟﻤﻊ می‌شود و ﺑﻪ ﺧﺎرج راه می‌یابد. ﺑﺪون ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل، ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﻗﺎدر ﺑﻪ ﻋﻤﻠﻜﺮد ﺻﺤﻴﺢ نمی‌باشد. ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل ﺑﺎﻳﺪ از ﭘﻼﺳﺘﻴﻚ بادوام ﺳﺎﺧﺘﻪ ﺷﻮد ﻛﻪ ﻗﺎدر ﺑﺎﺷﺪ در ﺷﺮاﻳﻂ آب‌وهوای آزاد ﺗﺎ 20 ﺳﺎل ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻛﻨﺪ. ﻳﻚ ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل ﺑﺎﻳﺪ ﺣﺪاﻗﻞ ﺳﻪ دﻳﻮد ﺟﺎﻧﺒﻲ به‌منظور ﻣﻘﺎﺑﻠﻪ ﺑﺎ اﺛﺮات سایه‌های ﺟﺰﺋﻲ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ و ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ژل ﺳﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ ﺑﻪ ﭘﺸﺖ ﭘﻨﻞ ﻧﺼﺐ ﺷﻮد. ﺟﻌﺒﻪ اﺗﺼﺎل ﻳﻚ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﻨﻌﻄﻒ و ﺳﻴﺴﺘﻢ ﺑﺎز می‌باشد ﻛﻪ اﺟﺎزه می‌دهد اﺗﺼﺎﻻت ﺳﺮي و ﻣﻮازي از ﻃﺮﻳﻖ ﺳﻴﻢ ﻣﺴﺘﻘﻴﻢ ﻳﺎ اتصال‌گرهای ﺟﺪاﮔﺎﻧﻪ، ﻣﺘﺼﻞ ﺷﻮﻧﺪ. کابل‌های ﻧﺮ و ﻣﺎده ﻛﻮﭘﻞ ﻛﻨﻨﺪه ﺑﺮاي وﻟﺘﺎژ ﺑﺎﻻ و ﻇﺮﻓﻴﺖ ﺑﺎﻻي اﻧﺘﻘﺎل ﺟﺮﻳﺎن طراحی‌شده‌اند.

3-7- معرفی روش‌های تولید پنل‌های خورشیدی

ﻣﺤﺼﻮل اﺻﻠﻲ و ﻧﻬﺎﻳﻲ ﺧﻂ ﺗﻮﻟﻴﺪ ﭘﻨﻞ ﺧﻮرﺷﻴﺪي ﺳﻴﻠﻴﻜﻮﻧﻲ اﺳﺖ ﻛﻪ از ﻣﺎده اوﻟﻴﻪ ﺳﻴﻠﻴﺲ ﺳﺎﺧﺘﻪ می‌شود. ﺳﻴﻠﻴﺲ ﻃﻲ ﭼﻨﺪ ﻓﺮاﻳﻨﺪ ﻣﺘﺎﻟﻮرژﻳﻜﻲ و ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ ﺑﻪ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺧﻠﻮص ﺑﺎﻻ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮاي ﺳﺎﺧﺖ سلول‌های خورشیدی و سپس به سلول و پنل‌های خورشیدی تبدیل می‌شود. نظر به متفاوت بودن فرایندهای تولید و محصولات هر مرحله از تولید به‌طور جداگانه تشریح می‌شود.

در حال حاضر دو فناوری نسل اول و نسل دوم در ساخت سلول‌های خورشیدی غالب است.

3-7-1- فناوری نسل اول

فناوری نسل اول بر پایه ویفرهای سیلیکونی باضخامت 400 – 300 میکرومتر است که ساختار کریستالی یا پلی‌کریستالی دارد که عموماً یا از بریدن شمش به‌دست‌آمده و یا با کمک خاصیت مویینگی رشد داده می‌شود.

در شکل 9 زنجیره کلی تولید ماژول‌های فتوولتاییک ارائه شده است.

شکل ‏4‑5- زنجیره کلی تولید ماژول‌های فتوولتاییک

همان‌طور که در شکل 9 نیز مشاهده می‌شود، سیلیکون پلی‌کریستال یا “پلی سیلیکون” ماده اولیه‌ای است که برای تولید شمش‌های سیلیکون مونوکریستال یا پلی‌کریستالی استفاده می‌شود. (پلی سیلیکون مورداستفاده در این فرایند از کوارتز که یکی از کانی‌های پرمصرف صنعت است و در اقصی نقاط کشور به‌وفور یافت می‌شود، استفاده می‌شود.) برای این منظور ابتدا ﭘﻠﻲ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺧﻠﻮص ﺑﺎﻻ در ﺑﻮﺗﻪ ﻛﻮارﺗﺰ ذوب می‌شود. فناوری تولید شمش، برای سیلیکون مونوکریستال و پلی‌کریستال متفاوت است.

یک‌دانه ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ مطابق شکل 10 در ﻣﺬاب ﭘﻠﻲ ﺳﻴﻠﻴﻜﻮن غوطه‌ور می‌شود. همچنان‌که داﻧﻪ در مذاب ﺑﻪ آﻫﺴﺘﮕﻲ ﻛﺸﻴﺪه می‌شود، ﻳﻚ ﺷﻤﺶ استوانه‌ای ﺗﻚ ﻛﺮﻳﺴﺘﺎﻟﻲ ﺷﻜﻞ می‌گیرد. شمش‌ها ﺳﭙﺲ ﺑﻪ ویفرهای ﻧﺎزك باضخامت ﺣﺪود 200 ﻣﻴﻜﺮوﻣﺘﺮ ﺑﺮﻳﺪه می‌شوند.

این ویفرهای بسیار نازک ﺳﭙﺲ ﭘﻮﻟﻴﺶ زده شده، دوپ می‌شوند، ﭘﻮﺷﺶ دﻫﻲ می‌شوند، به هم ﻣﺘﺼﻞ شده و در ﭘﻨﻠﻬﺎ و آرایه‌ها ﻣﻮﻧﺘﺎژ می‌شوند.

شکل ‏4‑6- فرایند تولید سیلیکون ویفرهای مونوکریستال

اما سیلیکون‌های پلی‌کریستال پس از ذوب شدن مطابق شکل 11 به‌صورت مکعب مستطیل شکل‌گرفته و سپس به کمک جت آب به قطعات کوچک‌تر برش خورده تا ویفرهای پلی‌کریستال شکل بگیرد.

شکل ‏4‑7- فرایند تولید سیلیکون ویفرهای پلی‌کریستال

3-7-2- فناوری نسل دوم

فناوری نسل دوم یا تکنولوژی لایه‌نازک، بر اساس لایه نشانی نیمه‌هادی روی بسترهای شیشه‌ای، فلزی و یا پلیمری، در ضخامت‌های 5 – 3 میلی‌متر است.

اولین لازمه موادی که باید در قطعه مبدل انرژی فتوولتائیک خورشیدی به کار روند، گاف انرژی مناسب و نیز داشتن قابلیت تحرک بالا و طول عمر زیاد حامل‌ها می‌باشد. نیمه‌هادی‌های ساخته‌شده توسط مواد گروه سوم و پنجم علی‌رغم هزینه‌های بالای استحصال و ساخت، با موفقیت زیادی در کاربردهای فضایی که در آن‌ها هزینه، فاکتور مهمی نیست. مورداستفاده قرارگرفته‌اند سلول‌های خورشیدی ساخته‌شده مبتنی بر لایه‌نازک به‌عنوان نسل دوم سلول‌های خورشیدی نام‌گذاری می‌شود. سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک دارای انواع مختلفی ازجمله: سلول‌های خورشیدی مبتنی بر گالیم آرسنید (Ga-As)، کادمیم تلورید (Cd-Te) و مس ایندیوم گالیم سلنید (CIGS) می‌باشد.

این فرایند به نسبت کمترین بازار تجاری را در اختیار دارد.

3-7-3- مقایسه روش‌های تولید پنل‌های خورشیدی و انتخاب روش مناسب

در جدول 7 مقایسه‌ای بین 3 فرایند اصلی و عمده‌ی تولید سلول‌های خورشیدی صورت گرفته است.

جدول 7- مقایسه فناوری‌های تولید پنل‌های خورشیدی

بررسی

نام روش

مزایا

معایب

مونوکریستالی

·  راندمان بالا (20%)

·  نیاز به فضای کمتر

·  بالاترین طول عمر

·  هزینه بیشتر

·  شکنندگی بیشتر

پلی‌کریستالی

·  هزینه کمتر

·  مقاومت بالاتر

·  کمتر بودن ضایعات تولیدی فرایند

·  راندمان متوسط (13%)

·  تحمل دمایی کمتر

·  نیاز به فضای نسبتاً بزرگ

فیلم نازک

·  قابل‌حمل و انعطاف‌پذیر

·  تولید انبوه ساده

·  کمترین هزینه

·  راندمان پایین (8%)

·  نیاز به فضای خیلی بزرگ

[1] Photovoltaics

یک دیدگاه ارسال کنید

ایده خود را ارسال کنید

Fill in the form below to book a 30 min no-obligation consulting session.

I will reply within 24 hours.