پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟ آموزش ساده و کاربردی

احتمالا در سال‌های گذشته زیاد نام پنل خورشیدی را شنیده‌اید و می‌دانید که این پنل‌ها می‌توانند نور خورشید را به برق تبدیل کنند. بااین‌حال، آیا از خودتان پرسیده‌اید که چه طوری نور خورشید به برق تبدیل می‌شود و اساسا پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟
در یک نگاه کلی، پنل‌های خورشیدی از سلول‌های خورشیدی تشکیل‌شده‌اند که قادر هستند تا نور خورشید را جذب کنند. این سلول‌ها با استفاده از نور خورشید و از طریق فرآیندی به نام اثر فتوولتائیک (photovoltaic) می‌توانند برق DC را تولید کنند. البته ازآنجایی‌که اکثر وسایل خانه از برق DC استفاده نمی‌کنند به همین دلیل از یک دستگاه به نام اینورتر استفاده می‌شود تا آن را به برق AC تبدیل کند. بدین ترتیب نور خورشید تبدیل به برقی می‌شود که دستگاه‌های برقی شما و چراغ خانه‌تان رو روشن می‌کند. 
در این مقاله هدف ما این نیست که جزئیات فنی زیادی را مطرح کنیم که باعث سردرگمی شما شود. اگر دوست دارید بیشتر درباره نحوه تولید برق خورشیدی و اینکه پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند بدانید در ادامه مقاله با ما همراه باشید. 

انرژی خورشیدی چیست؟

قبل از اینکه به موضوع پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند بپردازیم بهتر است کمی راجب انرژی خورشیدی بیشتر بدانیم. انرژی خورشیدی همان نور و گرمایی است که از طریق خورشید به سطح زمین منتقل می‌شود. برای درک چگونگی تولید آن باید با کوچک‌ترین واحد انرژی خورشیدی یعنی فوتون آشنا شویم. 

فوتون‌ها به ذرات و موج هایی گفته می‌شوند که در هسته خورشید و از طریق فرآیندی به نام هم‌جوشی هسته‌ای تولید می‌شوند. جالب است بدانید که دمای هسته خورشید می‌تواند به عدد شگفت انگیز 27 میلیون درجه فارنهایت برسد. این دما در کنار فشار شدید باعث می‌شود تا اتم‌های هیدروژن باهم برخورد کرده و هلیم تولید کنند. این واکنش سبب می‌شود تا مقدار انرژی بسیار زیادی به شکل فوتون آزاد شود.
فرآیندی که به آن اشاره کردیم به‌طور پیوسته انجام می‌شود و در هر ثانیه بیش از 500 میلیون تن از اتم‌های هیدروژن به هلیم تبدیل می‌شوند و فوتون‌هایی را برای ما به وجود می‌آورند که منبع انرژی خورشیدی در زمین هستند.

پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟ توضیح فرآیند فوتوولتائیک

به‌صورت خلاصه، پنل‌های خورشیدی زمانی برق تولید می‌کنند که فوتون‌ها (در بخش قبل توضیح دادیم) به سلول‌های خورشیدی برخورد می‌کنند. این فرآیند اثر فتو ولتائیک نام دارد. اثر فتوولتائیک در سال 1839 توسط ادموند برکل کشف شد. این اثر مربوط به ویژگی خاص برخی از مواد (نیمه‌هادی‌ها) می‌شود که باعث می‌شود تا هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید جریان الکتریکی تولید کنند. 
حدود ۹۵٪ از سلول‌های خورشیدی از عنصر سیلیکون ساخته می‌شوند؛ یک نیمه‌هادی غیرفلزی که می‌تواند با استفاده از اثر فتوولتائیک، نور خورشید را جذب کرده و به برق تبدیل کند. نحوه عملکرد آن به این صورت است:

سلول‌های خورشیدی دارای دولایه سیلیکونی هستند که درون هر لایه عناصری مثل فسفر و بور نیز وجود دارد. این عناصر باعث می‌شوند تا سمت منفی و مثبت سلول خورشیدی به وجود آید.

1. زمانی که فوتون‌ها به سلول‌های خورشیدی برخورد می‌کنند در محل تلاقی این دولایه، یک میدان الکتریکی به وجود می‌آید.
2. این میدان الکتریکی باعث می‌شود تا اتم‌های موجود در سلول‌های خورشیدی جدا شده و شروع به حرکت کنند.
3. الکترون‌ها از طریق سلول خورشیدی و از ناحیه اتصال عبور کرده و جریان الکتریکی را ایجاد می‌کنند.
4. صفحات فلزی در دو طرف سلول‌های خورشیدی این جریان الکتریکی را جمع‌آوری کرده و به سیم‌های متصل منتقل می‌کنند.
5. جریان الکتریکی از طریق این سیم‌ها به یک اینورتر خورشیدی (یا چند اینورتر) منتقل می‌شود، که آن را به برق قابل استفاده برای خانه شما تبدیل می‌کند

پنل‌های خورشیدی از چه ساخته‌اند؟

بعدازاینکه در مورد پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند صحبت کردیم احتمالا کنجکاو شده‌اید که بدانید پنل‌های خورشیدی از چه ساخته‌شده‌اند. به صورت کلی یک پنل خورشیدی شامل موارد زیر می‌شود:

•  سلول خورشیدی: به‌صورت کلی دو نوع سلول خورشیدی سیلیکونی وجود دارد که شامل مونوکریستال و پلی کریستال می‌شود. سلول مونو کریستال از یک بلور واحد سیلیکون ساخته‌شده‌اند درحالی‌که سلول پلی کریستال از چندین بلور تشکیل شده است.
• پوشش: این پوشش‌ها از سلول‌ها خورشیدی محافظت می‌کنند.
•  لایه عایق و لایه پشتی: این لایه‌ها زیر پوشش قرار دارند و از اتلاف حرارت و رطوبت درون پنل جلوگیری می‌کنند.
•  پوشش ضد بازتاب: این پوشش‌ها جذب نور را افزایش داده و باعث می‌شود تا سلول‌ها حداکثر نور خورشید را دریافت کنند.
• سیم: برق تولید شده را به اینورتر منتقل می‌کند.

کاربردهای پنل خورشیدی

با آشنا شدن بااینکه پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟ بهتر است کمی در رابطه با کاربردهای پنل خورشیدی نیز صحبت کنیم. پنل خورشیدی برای خانه می‌تواند برق مورد نیاز خانه شما را تامین کند. به کمک این پنل‌ها، مخصوصا در این روزها که برق دائما دچار قطعی می‌شود می‌توانید یک اتصال پایدار به جریان برق داشته باشید. 
علاوه بر این، نیروگاه خورشیدی صنعتی نیز می‌تواند باعث شود تا کارخانه و صنعت بدون نگرانی از قطع شدن برق به کار خود ادامه دهد. البته کاربردهای پنل‌های خورشیدی بسیار مفصل است و در مقاله دیگری به‌صورت کامل به آن می‌پردازیم.

سخن پایانی

در این مقاله سعی کردیم تا شما را با مفهوم اینکه پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟ بیشتر آشنا کنیم. پنل‌های خورشیدی روزبه‌روز در حال پیشرفت هستند و پیش‌بینی‌ها حکایت از این دارد که در آینده، پنل‌های خورشیدی سهم زیادی را در تامین انرژی خواهند داشت.

سوالات متداول
پنل خورشیدی چگونه کار می‌کند؟
پنل خورشیدی از طریق فرآیندی به نام فتوولتائیک کار می‌کند که در مقاله به‌صورت کامل آن را توضیح دادیم.

آیا پنل‌های خورشیدی در شب هم کار می‌کنند؟
خیر. پنل خورشیدی تنها در روز و با دریافت نور خورشید می‌تواند برق تولید کند.

آیا می‌توان به‌صورت 24 ساعته از برق خورشیدی استفاده کرد؟
درصورتی‌که از تجهیزاتی مثل باتری استفاده کنید می‌توان برق خورشیدی را ذخیره نمود تا در همه ساعات شبانه‌روز بتوان از آن استفاده کرد. 

منبع: Energysage