پنل‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟

همه ما می‌دانیم که پنل‌ فتوولتائیک خورشیدی (PV) نور خورشید را به برق قابل استفاده تبدیل می‌کنند، اما تعداد کمی از مردم چگونگی این فرآیند را می‌دانند. در این نوشتار می‌خواهیم به علم ریز و درشت ِپس زمینه انرژی خورشیدی بپردازیم. ممکن است پیچیده به نظر برسد، اما همه اینها به اثر فتوولتائیک خلاصه می‌شود: یعنی توانایی ماده برای گسیل الکترون، هنگام غوطه ور شدن در نور.

قبل از رسیدن به سطح مولکولی، اجازه بدهید نگاهی در سطح بالا به جریان اصلی تولید برق بیندازیم.

مراحل اساسی در تولید و انتقال انرژی خورشیدی

• نور خورشید به صفحات خورشیدی برخورد و میدان الکتریکی ایجاد می‌کند.
• الکتریسیته تولید شده به لبه پنل می‌رسد و در یک سیم رسانا جریان می‌یابد.
• سیم رسانا، الکتریسیته را به اینورتر می‌آورد، جایی که برق مستقیم به جریان متناوب تبدیل می‌گردد که برای تامین انرژی ساختمان‌ها استفاده می‌شود.
• سیم دیگری برق متناوب را از اینورتر به تابلوی برق موجود در مِلک (که جعبه تقسیم یا جعبه مدار هم نامیده می‌شود) منتقل می‌کند، که در صورت نیاز برق را در سراسر ساختمان توزیع می‌کند.
• هر برقی که در زمان تولید مورد نیاز نباشد از طریق کنتور برق، به درون شبکه برق شهری جریان می‌یابد. همانطور که برق از داخل کنتور جریان می یابد، باعث می‌شود که کنتور به سمت عقب حرکت کند و به پنل سیستم شما برای تولید اضافی اعتبار می‌دهد.
• اکنون که ما یک ایده اولیه از تولید و جریان برق خورشیدی داریم، بیایید عمیق‌تر به علم پشت پنل فتوولتائیک خورشیدی بپردازیم.

در سلول‌های PV خورشیدی چه می‌گذرد

پنل‌های خورشیدی PV از سلول‌های فتوولتائیک کوچک زیادی تشکیل شده‌اند؛ فتوولتائیک به این معناست که می توانند نور خورشید را به برق تبدیل کنند. این سلول‌ها از مواد نیمه رسانا (اغلب سیلیکون) ساخته شده اند یعنی ماده‌ای که بتواند الکتریسیته را هدایت کند و در عین حال عدم تعادل الکتریکی لازم برای ایجاد میدان الکتریکی را حفظ نماید.

وقتی که نور خورشید به نیمه هادی سلول PV خورشیدی برخورد می‌کند (مرحله ا)، انرژی نور به شکل فوتون جذب می‌شود و تعدادی از الکترون‌ها را رها می‌کند که بعد آزادانه در سلول حرکت می‌کنند. سلول خورشیدی به طور خاص با نیمه هادی‌هایی با بار مثبت و منفی طراحی شده که در کنار هم قرار گرفته‌اند تا یک میدان الکتریکی ایجاد کنند (شکل زیر).

این میدان الکتریکی، الکترون‌های در حال حرکت را مجبور می‌کند تا در جهت خاصی به سمت صفحات فلزی رسانایی که سلول را می‌پوشانند، جریان پیدا کنند. این جریان به عنوان جریان انرژی شناخته می‌شود و قدرت آن تعیین می‌کند که هر سلول چقدر برق می‌تواند تولید کند. وقتی که الکترون‌های آزاد به صفحات فلزی برخورد می‌کنند، جریان به سیم‌ها هدایت می‌شود و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد مانند هر منبع تولید برق دیگری جریان پیدا کنند (مرحله ۲).

همانطور که پنل خورشیدی جریان الکتریکی تولید می‌کند، انرژی از طریق یک سری سیم به یک اینورتر جریان می‌یابد (مرحله ۳). در حالی که پنل‌های خورشیدی برق جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند، اکثر مصرف کنندگان برق برای تامین برق ساختمان‌های خود به برق جریان متناوب (AC) نیاز دارند. عملکرد اینورتر تبدیل برق از حالت مستقیم به حالت متناوب است که آن را برای استفاده روزمره قابل دسترس می‌کند.

بعد از اینکه الکتریسیته به حالت قابل استفاده (برق مستقیم) تبدیل شد، از اینورتر به تابلوی برق (جعبه تقسیم) [مرحله ۴] فرستاده  و در صورت نیاز در سراسر ساختمان توزیع می‌شود. الکتریسیته اکنون به آسانی برای برق رسانی به چراغ‌ها، وسایل برقی و سایر وسایل الکتریکی به وسیله انرژی خورشیدی در دسترس است.

هر برقی که از طریق جعبه تقسیم مصرف نمی‌شود از طریق کنتور برق به شبکه برق ارسال می‌شود. در واقع،‌ کنتور برق‌، جریان برق را از شبکه به ملک شما و بالعکس اندازه‌گیری می‌کند.

زمانی که سیستم انرژی خورشیدی شما بیشتر از آنچه در محل استفاده می‌کنید برق تولید می‌کند، این کنتور در واقع به عقب کار می‌کند و برای برق مازاد تولید شده از طریق فرآیند اندازه‌گیری خالص به شما اعتبار داده می‌شود. زمانی که از برق بیشتری نسبت به تولید آرایه خورشیدی خود استفاده می‌کنید، برق اضافی را از طریق این کنتور از شبکه می‌کشید که باعث می‌شود دستگاه کنتور به طور عادی کار کند. مگر اینکه از طریق راه حل ذخیره‌سازی کاملاً از شبکه خارج شده باشید، که در این صورت باید مقداری انرژی از شبکه بکشید، به خصوص در شب، زمانی که آرایه خورشیدی شما تولید نمی‌کند. با این حال، بیشتر این انرژی شبکه‌ای از انرژی خورشیدی مازادی که در طول روز و در دوره‌های مصرف کمتر تولید می‌کنید، جبران می‌شود.

در حالی که جزئیات پس زمینه انرژی خورشیدی بسیار علمی‌ست ، نیازی به حضور یک دانشمند نیست تا مزایایی را که یک تاسیسات خورشیدی می‌تواند برای کسب و کارها یا صاحبان ملک به ارمغان بیاورد، بیان کند. یک توسعه‌دهنده خورشیدی ِبا تجربه می‌تواند شما را در زمینه این مزایا راهنمایی کند و به شما کمک کند تا بررسی کنید که آیا راه‌حل خورشیدی برای کسب‌وکار شما مناسب هست یا خیر!

منبع: Solect