پنل خورشیدی از چه چیزی ساخته می شود؟

در سال های اخیر، استفاده از پنل های خورشیدی به یکی از مؤثرترین راهکارهای تولید انرژی پاک و تجدیدپذیر تبدیل شده است. این فناوری با تبدیل نور خورشید به برق، نقش کلیدی در کاهش وابستگی بشر به سوخت های فسیلی ایفا می کند. اما پرسش مهمی که برای بسیاری از علاقه مندان به انرژی خورشیدی مطرح است، این است که پنل خورشیدی از چه چیزی ساخته می شود؟

برای درک بهتر عملکرد این سامانه ها، لازم است ابتدا بدانیم هر پنل از چه موادی تشکیل شده، فرآیند ساخت آن چگونه است و چرا ترکیبات خاصی مانند سیلیکون در آن نقش محوری دارند. ساختار هر پنل در نگاه اول ساده به نظر می رسد، اما در واقع حاصل ده ها فرآیند دقیق فیزیکی و شیمیایی است که هدف آن افزایش راندمان جذب نور و تبدیل آن به انرژی الکتریکی است.

مواد تشکیل دهنده پنل خورشیدی چیست؟

هر  پنل خورشیدی در اصل مجموعه ای از سلول های خورشیدی است که در کنار هم قرار می گیرند تا نور خورشید را به جریان الکتریکی تبدیل کنند. مواد تشکیل دهنده ی این سلول ها با دقت بسیار بالا انتخاب می شوند، زیرا کوچک ترین ناخالصی می تواند بازده کل سامانه را کاهش دهد.

در قلب هر پنل خورشیدی، سیلیکون کریستالی (Silicon) وجود دارد. این عنصر نیمه رسانا، اصلی ترین ماده ای است که توانایی تبدیل انرژی نور به الکتریسیته را دارد. بسته به نوع ساختار کریستالی، سلول ها به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: سیلیکون مونوکریستالی و پلی کریستالی. نوع اول بازده بالاتری دارد اما هزینه ی تولید آن نیز بیشتر است.

در کنار سیلیکون، چند لایه ی دیگر نیز نقش مکمل دارند. شیشه  محافظ در قسمت بالایی پنل از سلول ها در برابر باران، باد و اشعه ی ماورای بنفش محافظت می کند. ورق پشتی (Backsheet) معمولاً از پلیمرهای مقاوم ساخته می شود تا عایق الکتریکی و حرارتی ایجاد کند. فریم آلومینیومی نیز به عنوان ساختار نگهدارنده، وظیفه ی تثبیت و محافظت مکانیکی از پنل را بر عهده دارد.

در داخل پنل، لایه ی EVA (اتیلن وینیل استات) قرار دارد که سلول ها را به شیشه و ورق پشتی می چسباند و مانع نفوذ رطوبت می شود. سیم های فلزی از جنس نقره و مس وظیفه ی جمع آوری الکترون ها و هدایت جریان برق را دارند. در نهایت، این ترکیب چندلایه در قالبی فشرده و شفاف پرس می شود تا ساختار نهایی پنل خورشیدی شکل گیرد.

مواد تشکیل دهنده پنل خورشیدی چیست؟

پنل خورشیدی چگونه ساخته می شود

فرآیند ساخت پنل خورشیدی پنل خورشیدی DAH ترکیبی از فناوری های پیشرفته در زمینه ی نیمه هادی ها، مهندسی مواد و طراحی مکانیکی است. تولید از جایی آغاز می شود که سیلیکون خام از شن کوارتز استخراج می گردد. این سیلیکون پس از خالص سازی تا ۹۹.۹۹۹ درصد، به شکل شمش های استوانه ای ذوب و کریستالیزه می شود. سپس این شمش ها با دستگاه های مخصوص به ویفرهای نازک و یکنواخت بریده می شوند.

در گام بعدی سطح ویفرها با موادی همچون فسفر و بور دوپ شده تا خاصیت نیمه رسانایی داشته باشند. این فرایند سبب شده تا دو ناحیه مثبت و منفی در سلول ایجاد شود. با تابش نور خورشید، الکترون های موجود بر روی این سطح از قطب منفی به سمت ناحیه مثبت حرکت می کنند و از این طریق، جریان الکتریکی برقرار می شود.

پس از آماده سازی سلول ها، آن ها در یک شبکه ی دقیق قرار گرفته و با خطوط نازک فلزی به هم متصل می شوند. سپس مجموعه ی سلول ها بین دو لایه ی EVA  قرار می گیرد و با استفاده از دستگاه لمینیتور در دمای بالا پرس می شود. در پایان، لایه ی شیشه ای و ورق پشتی نصب و قاب آلومینیومی اطراف آن اضافه می گردد. در نهایت کابل های خروجی و جعبه ی اتصال در پشت پنل نصب می شوند تا امکان انتقال انرژی فراهم گردد.

این فرآیند در ظاهر مکانیکی به نظر می رسد، اما هر مرحله از آن نیازمند کنترل دقیق حرارت، فشار، خلوص مواد و هم ترازی نوری است تا بازده نهایی پنل در بالاترین سطح ممکن قرار گیرد.

محصولات مرتبط: باطری خورشیدی

ساخت پنل خورشیدی با آلومینیوم

در نگاه اول، شاید نقش آلومینیوم در پنل خورشیدی صرفاً به عنوان قاب بیرونی به نظر برسد، اما در واقع این فلز نقشی حیاتی در دوام، انتقال حرارت و وزن کلی پنل ایفا می کند. آلومینیوم به دلیل چگالی پایین، مقاومت بالا در برابر زنگ زدگی و رسانایی حرارتی مناسب، یکی از بهترین انتخاب ها برای ساخت سازه ی نگهدارنده ی پنل هاست.

قاب آلومینیومی از سلول ها در مقابل ضربه و فشار محافظت کرده و شرایطی فراهم می کند تا حرارت در کل پنل به صورت یکنواخت پخش شود. در اقلیم هایی مانند ایران که تابش شدید خورشید می تواند دمای سطح پنل را تا بیش از ۷۰ درجه سانتی گراد افزایش دهد، این ویژگی اهمیت زیادی دارد.

در برخی طراحی های مدرن، از آلومینیوم آنودایز شده استفاده می شود که لایه ای محافظ اکسیدی روی سطح آن تشکیل شده و در برابر رطوبت، نمک و شرایط جوی نامطلوب بسیار مقاوم است. همچنین استفاده از آلیاژهای آلومینیوم منیزیم باعث کاهش وزن پنل و افزایش دوام ساختار مکانیکی می شود.

در بسیاری از کارخانه ها، قاب آلومینیومی به صورت جداگانه تولید و در مرحله ی نهایی با پنل لمینیت شده مونتاژ می گردد. این فرایند به افزایش دقت در عایق کاری و جلوگیری از آسیب به شیشه ی بالایی کمک می کند.

ساخت پنل خورشیدی با آینه

در برخی از انواع خاص پنل های خورشیدی، همانند پنل خورشیدی TONGWEI به ویژه در سیستم های حرارتی خورشیدی (Solar Thermal Systems) از آینه ها برای متمرکز کردن نور استفاده می شود. در این فناوری، آینه ها به جای تولید مستقیم الکتریسیته، پرتوهای خورشید را روی یک لوله یا سطح جاذب متمرکز می کنند تا حرارت تولید شود. این حرارت سپس به بخار یا مایع انتقال حرارت داده می شود تا انرژی مکانیکی یا الکتریکی تولید کند.

در طراحی های جدید، آینه ها معمولاً از شیشه های بازتابنده ی نقره ای ساخته می شوند که با لایه ای از آلومینیوم یا تیتانیوم محافظت می شوند. استفاده از این آینه ها باعث افزایش راندمان جذب انرژی می شود زیرا تمرکز نور چند برابر مقدار تابش مستقیم خورشید است.

البته در پنل های فتوولتائیک سنتی نیز از شیشه های بازتابی کم انعکاس استفاده می شود تا اتلاف نور کاهش یابد. در واقع شیشه ی رویی پنل، به گونه ای طراحی می شود که بخشی از نور تابیده شده را منعکس نکرده و به درون سلول هدایت کند. این پوشش ها معمولاً از مواد نانویی ضدبازتاب ساخته می شوند تا جذب نور تا ۹۵ درصد افزایش یابد.

بنابراین می توان گفت مفهوم «آینه» در حوزه ی انرژی خورشیدی دو کارکرد دارد: یکی در سیستم های حرارتی برای تمرکز نور، و دیگری در سیستم های الکتریکی برای کاهش بازتاب و افزایش کارایی جذب انرژی.

چرا از سیلیکون در سلول های خورشیدی استفاده می شود؟

سیلیکون ستون فقرات فناوری انرژی خورشیدی است. دلیل اصلی استفاده از سیلیکون در سلول های خورشیدی، خواص الکترونیکی بی نظیر آن است. این عنصر در گروه چهارم جدول تناوبی قرار دارد و با چهار الکترون ظرفیت خود می تواند شبکه ای منظم و پایدار ایجاد کند. هنگامی که نور خورشید بر سطح سلول می تابد، فوتون ها با الکترون های سیلیکون برخورد کرده و باعث تحریک آن ها می شوند. این تحریک، حرکت الکترون ها را ایجاد کرده و جریان الکتریکی تولید می کند.

سیلیکون علاوه بر توانایی تولید الکتریسیته، از نظر صنعتی نیز بسیار در دسترس است. این ماده از ماسه ی کوارتز استخراج می شود که یکی از فراوان ترین منابع طبیعی زمین است. در عین حال، ساختار بلوری سیلیکون امکان کنترل دقیق ناخالصی ها را فراهم می کند و به همین دلیل در صنعت نیمه هادی ها و میکروچیپ ها نیز به کار می رود.

دو نوع اصلی سیلیکون در سلول های خورشیدی استفاده می شود: سیلیکون مونوکریستالی که از یک کریستال واحد ساخته شده و بازدهی بالایی دارد، و سیلیکون پلی کریستالی که از ذوب چند کریستال به دست می آید و ارزان تر اما کمی کم بازده تر است. تفاوت میان این دو نوع را می توان در جدول زیر مشاهده کرد:

سیلیکون همچنین مقاوم به حرارت، پایدار در برابر اشعه UV و دارای طول عمر بالا است. پنل هایی که از سلول های سیلیکونی ساخته می شوند معمولاً بیش از ۲۵ سال دوام دارند و در طول این مدت، راندمان آن ها به تدریج و آهسته کاهش می یابد. همین دوام بالا، دلیل اصلی انتخاب سیلیکون به عنوان قلب تپنده ی صنعت انرژی خورشیدی است.

چرا از سیلیکون در سلول های خورشیدی استفاده می شود؟

جمع بندی

در پاسخ به این پرسش که پنل خورشیدی از چه چیزی ساخته می شود، باید گفت که ترکیبی از مهندسی مواد و فناوری دقیق در کار است. از سیلیکون خالص در قلب سلول ها گرفته تا شیشه ی مقاوم، EVA، ورق پشتی و قاب آلومینیومی، هر جزء نقش مشخصی در عملکرد نهایی دارد. کیفیت هر یک از این اجزا تعیین کننده ی راندمان، طول عمر و قیمت نهایی پنل است.

در حالی که نوآوری های جدیدی مانند سلول های فیلم نازک، سلول های پریوفسکایتی و ساختارهای دوطرفه در حال گسترش اند، سیلیکون همچنان استاندارد طلایی صنعت محسوب می شود. ترکیب فناوری های مدرن با مواد کلاسیک مانند آلومینیوم و شیشه، پنل هایی تولید کرده که می توانند دهه ها انرژی پاک و پایدار را در اختیار مصرف کنندگان قرار دهند.

سوالات متداول درمورد پنل خورشیدی از چه چیزی ساخته می شود؟

1. آیا تمام پنل های خورشیدی از سیلیکون ساخته می شوند؟
   اکثر پنل های خورشیدی موجود در بازار از سیلیکون کریستالی ساخته شده اند، اما در سال های اخیر فناوری های جدیدی مانند سلول های فیلم نازک (Thin Film) با مواد کادمیم تلوراید و گالیم آرسناید نیز توسعه یافته اند. با این حال، سهم سیلیکون همچنان بیش از ۸۰ درصد بازار را تشکیل می دهد.
2. آیا قاب آلومینیومی قابل بازیافت است؟
   بله. یکی از مزایای بزرگ پنل های خورشیدی، قابلیت بازیافت بالای آن هاست. قاب های آلومینیومی می توانند به صورت کامل ذوب و دوباره استفاده شوند، که این امر به کاهش ضایعات صنعتی کمک می کند.
3. تفاوت پنل با شیشه ی معمولی چیست؟
   شیشه ی مورد استفاده در پنل خورشیدی از نوع سکوریت حرارتی و مقاوم در برابر اشعه UV است. این شیشه دارای پوشش ضدبازتاب است تا بیشترین میزان نور وارد سلول ها شود، در حالی که شیشه های معمولی چنین خاصیتی ندارند.
4. چرا از نقره در سلول های خورشیدی استفاده می شود؟
   نقره رسانایی الکتریکی بالایی دارد و برای ساخت خطوط جمع کننده ی جریان در سطح سلول ها به کار می رود. هرچند مقدار آن کم است، اما نقش آن در بهبود بازده پنل بسیار حیاتی است.