بهترین نوع پنل خورشیدی کدام است ؟ مونو کریستال ، پلی کریستال یا تین فیلم ؟
ممکن است شما به خرید پنل خورشیدی فکر کنید اما اغلب هنگامی که می خواهید نوع پنلتان را مشخص کنید با سردرگمی مواجه خواهید شد و نمی دانید کدام بهترین انتخاب پنل برای شما کدام است ؟ پارامتر های بی شماری وجود دارد که باید در هنگام خرید پنل خورشیدی مد نظر قرار دهید تا بتوانید برای سیستم فتوولتاییکتان یک انتخاب شایسته داشته باشید.
در این مقاله آنچه را که باید در مورد انواع مختلف پنل ها برای پروژه های مسکونی بدانید ، گفته خواهد شد. ( مونو کریستال ، پلی کریستال ، تین فیلم )
انواع مختلف پنل های خورشیدی که در بازار موجود است ، نقطه آغاز ما برای بررسی است و مزایا و معایب هر کدام از پنل ها در ادامه تشریح خواهد شدو سپس چند سناریو عمومی برای استفاده منازل مطرح و پنلی که برای آن سناریو گزینه بهتری است معرفی خواهد شد. همواره برای هر پروژه نوع خاصی از پنل خورشیدی بیشترین کارآیی را خواهد داشت و هرکدام از انواع پنل ها مزایا و معایب خاص خود را به همراه خواهند داشت.
سلول های خورشیدی بر پایه سیلیکون کریستالی
در حال حاضر بیش از ۹۰ % از سلول های فتوولتاییک از انواع مختلف سیلیکون ساخته می شوند. در سال ۲۰۱۱ حدود ۹۵ % از پنل هایی که برای اجرای سیستم های فتوولتاییک خانگی در ایالات متحده فروخته شده است از نوع سیلیکون کریستالی بوده است.
از سیلیکون برای ساخت سیستم های فتوولتاییک به شکل های مختلف استفاده می شود. مهم ترین تفاوت در خلوص سیلیکون مورد استفاده است.
اما خلوص سیلیکون واقعا به چه معناست ؟ هرچه مولکول های سیلیکون منظم تر در کنار هم قرار گیرند سلول خورشیدی بهتری برای تبدیل نور خورشید به الکتریسیته خواهیم داشت.(اثر فتوولتاییک)
بازده پنل های خورشیدی رابطه ی مستقیمی با خلوص سیلیکون دارد اما فرآیند افزایش خلوص سیلیکون بسیار هزینه بر و گران است و بر این اساس بازدهی پنل نباید برای شما اولویت اول محسوب شود چرا که اغلب عواملی مانند هزینه و فضای مورد نیاز برای مشتریان مهم تر است.
سیلیکون کریستالی پایه و اساس سلول های خورشیدی مونو کریستال و پلی کریستال است.
سلول های خورشیدی مونو کریستال
سلول های خورشیدی که از سیلیکون مونو کریستال ( mono-Si ) ساخته می شوند و گاها تک کریستالی نیز نامیده می شوند به سادگی از طریق رنگ یکپارچه و ظاهر سلول ها قابل شناسایی هستند که این رنگ یکپارچه اشاره بر خلوص بالای سیلیکون مورد استفاده دارد. در تصویر زیر شما می توانید چند پنل مونو کریستال را مشاهده نمایید.
سلول های خورشیدی مونو کریستال از شمش سیلیکون ساخته می شوند که در ابتدا به شکل یک استوانه هستند. برای بهینه سازی عملکرد و کاهش هزینه ، برای تولید ویفر سیلیکون ، چهار ضلع از شمش استوانه ای سیلیکون بریده می شود تا به شکل مربع درآید اما برای بهینه کردن برش و کاهش تلفات ، در نهایت یک مربع با گوشه های گرد پدید می آید و شکل ظاهری خاص پنل های مونو کریستال بدین دلیل است.
یک راه خوب برای تشخیص نوع پنل خورشیدی شکل ظاهری سلول ها است که در پنل های پلی کریستال سلول ها کاملا به شکل مستطیل و بدون گوشه های گرد در کنار هم قرار گرفته اند اما در پنل های مونو کریستال مربع ها دارای گوشه های گرد هستند.
مزایای سلول های مونو کریستال :
- از آنجا که پنل های مونو کریستال از سیلیکون با کیفیت بالا ساخته می شود ، بالاترین بهره عملکرد را دارند به گونه ای که راندمان پنل های خورشیدی مونوکریستال معمولا بین ۱۵ الی ۲۰ درصد می باشد.
- شرکت SunPower در ایالات متحده برترین پنل های مونوکریستال از نظر راندمان را تولید می کند به گونه ای که در محصولات تجاری این شرکت در سال های قبل از ۲۰۱۱ ، پنل های خورشیدی سری E20 دارای بازده ۲۰/۱ % بوده است و در سال ۲۰۱۳ سری جدیدی از این پنل ها را تحت عنوان سری X روانه بازار نموده که دارای بازدهی ۲۱/۵ % می باشد.
- پنل های مونو کریستال در بهره برداری از فضا راندمان بیشتری دارند و فضای کمتری برای نصب نیاز دارند. از آنجا که پنل های خورشیدی مونو کریستال در واحد سطح یکسان بالاترین توان الکتریکی را در خروجی ایجاد می نمایند ، به فضای کمتری نیاز دارند. پنل های مونوکریستال در سطح یکسان ۴ برابر پنل های خورشیدی تین فیلم برق تولید می نمایند.
- بالاترین عمر در بین پنل های خورشیدی مربوط به پنل های مونوکریستال است و به همین علت اکثر کارخانه های سازنده ، پنل های خورشیدی مونوکریستال را تا ۲۵ سال گارانتی می کنند.
- پنل های مونوکریستال در شرایط نور کم در مقایسه با پنل های پلی کریستال عملکرد و بازده بهتری دارند.
معایب پنل های خورشیدی مونوکریستال
- پنل های خورشیدی مونوکریستال ،گران ترین نوع پنل خورشیدی موجود در بازار هستند. از دیدگاه مالی یک پنل خورشیدی که از سیلیکون پلی کریستال ساخته شده است ( در برخی شرایط تین فیلم ) می تواند برای مشتریان بخش خانگی انتخاب مطلوب تری باشد.
- در صورتی که بر روی قسمتی از پنل سایه بیفتد ، کثیف یا غبار آلود شود یا زیر برف برود می تواند باعث از کار افتادن کل سیستم شود. اگر فکر می کنید سیستم شما ممکن است توسط عوامل ذکر شده در معرض خطر قرار گیرد ، به جای استفاده از اینورتر مرکزی از میکرواینورتر ها استفاده نمایید. استفاده از چند میکرواینورتر به شما کمک می کند تا مطمئن شوید با افتادن سایه یا سایر موارد روی یکی از پنل ها ، کل سیستم شما از کار نمی افتد.
- فرآیندی تحت عنوان Czochralski برای تولید سیلیکون مونوکریستال مورد استفاده قرار می گیردکه در نهایت موجب ایجاد یک شمش استوانه ای می گردد سپس چهار گوشه از شمش سیلیکون بریده می شود تا ویفر های سیلیکون ساخته شوند که این امر موجب می شود تا مقدار قابل توجهی از سیلیکون اصلی به صورت ضایعات در آید.
- پنل های مونو کریستال در آب و هوای گرم بازدهی بیشتری دارند ، عملکرد این پنل ها با افزایش دما افت می کند اما معمولا مقدار کاهش آن از پنل های پلی کریستال کمتر است که معمولا برای اغلب مشتریان درجه حرارت اهمیت چندانی نخواهد داشت.
سلول های خورشیدی پلی کریستال ( سیلیکون چند کریستالی )
اولین پنل های خورشیدی بر پایه سیلیکون چند کریستالی ساخته شدند ، که به عنوان پلی سیلیکون ( P-Si ) یا سیلیکون مولتی کریستال ( mc-Si ) نیز شناخته می شوند. این نوع پنل ها در سال ۱۹۸۱ وارد بازار شدند.
بر خلاف پنل های خورشیدی مونوکریستال ، تولید پنل های پلی کریستال به فرآیند خالص سازی Czochralski نیازی ندارد.در ابتدا سیلیکون خام ذوب و در یک قالب مستطیل شکل ریخته می شود و پس از سرد شدن به شکل ویفر های کاملا مستطیل برش می خورد.در تصویر زیر میتوان پنل خورشیدی پلی کریستال را مشاهده نمود.
مزایای پنل های خورشیدی پلی کریستال :
- فرآیند تولید سیلیکون پلی کریستال ساده تر و کم هزینه تر است. میزان ضایعات سیلیکون در مقایسه با تولید سیلیکون مونوکریستال کمتر است.
- پنل های خورشیدی پلی کریستال از نظر تحمل دما در مقایسه با پنل های مونوکریستال تحمل دمایی کمتری دارند. به لحاظ فنی این بدان معناست که در دمای بالا بازدهیشان کمتر از پنل های مونوکریستال است.حرارت می تواند بر عملکرد پنل های خورشیدی تاثیر منفی بگذارد و طول عمر پنل های خورشیدی را کم کند. با این حال این تاثیرات در حد اندک است و اغلب مشتریان برای استفاده خانگی نیازی به در نظر گرفتن این پارامتر نخواهند داشت.
معایب پنل های خورشیدی پلی کریستال :
- راندمان پنل های خورشیدی پلی کریستال عموما بین ۱۳ الی ۱۶ % است.به علت خلوص کمتر سیلیکون مورد استفاده در ساخت پنل های پلی کریستال ، این نوع پنل ها بازدهی پنل های خورشیدی مونوکریستال را ندارند.
- راندمان کمتر در بهره برداری از فضا : شما عموما برای تامین یک توان ثابت ، نسبت به پنل های مونوکریستال به صفحات بزرگتری از جنس سیلیکون پلی کریستال نیاز خواهید داشت. با این حال این بدان معنی نیست که هر پنل مونوکریستالی بازدهی و عملکرد بهتری نسبت به پنل های پلی کریستال دارد.
- پنل های خورشیدی مونوکریستال و تین فیلم ( Thin Film ) به لحاظ داشتن سلول های یکرنگ در مقایسه با پنل های پلی کریستال با رنگ آبی خالدار ( بلور های ریز و درشت ) دارای زیبایی بیشتری هستند.
سلول خورشیدی String Ribbon
سلول خورشیدی رشته ای از سیلیکون پلی کریستال ساخته می شود. رشته روبان یا String Ribbon نام یک تکنولوژی است که جهت تولید یک شکل خاص از سیلیکون پلی کریستال به کار می رود. در این روش سیم های مقاوم در برابر حرارت وارد سیلیکون مذاب می شوند ، بین این سیم ها یک روبان نازک از جنس سیلیکون پلی کریستال تشکیل می شود و از سوی دیگر به صورت روبان خارج می شود. پنل های خورشیدی که با این روش ساخته می شوند شباهت زیادی به پنل های خورشیدی پلی کریستال دارند.
کارخانه Ever Green Solar اصلی ترین تولید کننده پنل های خورشیدی بر پایه تکنولوژی String Ribbon است. این شرکت سال ۲۰۱۱ ورشکسته شده است با این وجود آینده پنل های خورشیدی String Ribbon قابل پیش بینی نیست.
مزایای پنل های خورشیدی String Ribbon :
- تولید پنل های رشته ای String Ribbon به میزان نصف پنل های مونوکریستال به سیلیکون نیاز دارد. این عامل باعث کاهش هزینه ها می گردد.
معایب پنل های خورشیدی String Ribbon :
- تولید پنل های فتوولتاییک String Ribbon به مصرف انرژی بیشتری نیاز دارد و این امر باعث افزایش هزینه ها می گردد.
- راندمان این پنل ها در بهترین شرایط ۱۳-۱۴ % است. در تحقیقات آزمایشگاهی ، محققین توانسته اند راندمان این سلول ها را به ۱۸/۳ % ارتقا دهند اما هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده است.
- پنل های خورشیدی String Ribbon کمترین راندمان استفاده از فضا را در بین پنل های فتوولتاییک کریستالی دارند.
سلول های خورشیدی تین فیلم (Thin Film)(TFSC)
به بیان ساده تین فیلم ( Thin Film ) یک روش تولید سلول خورشیدی است که طی آن یک یا چند لایه نازک از ماده فتوولتاییک روی یک بستر قرار می دهند. این سلول ها تحت عنوان Thin Film Photo Voltaic Cells )TFPV) نیز شناخته می شوند. انواع مختلف سلول های تین فیلم را می توان بر اساس ماده ی فتوولتاییک مورد استفاده در آنها طبقه بندی نمود.
- Amorphous Silicon (a-Si)
- Cadmium Telluride (CdTe)
- Copper Indium Gallium Selenide (CIS/CIGS)
- Organic Photovoltaic Cells (OPC)
با توجه تکنولوژی به کار رفته ، نمونه های آزمایشی پیش ساخته شده ( Prototype ) سلول های تین فیلم دارای راندمان ۷ الی ۱۳ % بوده و مدل های تجاری فعلی با راندمان حدود ۹ % عمل می نمایند. انتظار می رود در آینده ماژول های خورشیدی تین فیلم تجاری ( Thin Film ) به راندمانی بین ۱۰ الی ۱۶ % برسند. بازار ماژول های فتوولتاییک تین فیلم در سال های ۲۰۰۲ تا ۲۰۰۷ حدود ۶۰ % رشد داشته است ، به گونه ای که در سال۲۰۱۱ در ایالات متحده پنل های تین فیلم خریداری شده برای پروژه های مسکونی چیزی حدود ۵ % کل پنل های خورشیدی فروخته شده را تشکیل داده است.
مزایای سلول های خورشیدی تین فیلم :
- تولید انبوه ساده : این سلول ها را می توان با هزینه ی کمتری نسبت به سلول های خورشیدی بر پایه سیلیکون کریستالی تولید نمود.
- ساختمان ظاهری هم شکل و رنگ یکپارچه به این سلول ها جذابیت بیشتری می بخشد.
- ماژول های تین فیلم را می توان به صورت انعطاف پذیر تولید نمود که این ویژگی باعث ایجاد پتانسیل های کاربردی بسیاری می گردد.
- دمای بالا و سایه کمترین تاثیر را بر روی عملکرد این پنل ها دارد.
- در بعضی مواقع که از نظر میزان فضا محدودیتی نداشته باشیم می توانیم از این نوع پنل ها استفاده نماییم.
معایب سلول های خورشیدی تین فیلم :
- پنل های خورشیدی تین فیلم اغلب برای پروژه های خانگی انتخاب مناسبی نیستند. با اینکه از نظر قیمت ، به صرفه هستند و قیمت پایینی دارند اما فضای زیادی برای نصب نیاز دارند. پنل های مونوکریستال شرکت Sun Power در مساحت یکسان می توانند بیش از ۴ برابر پنل های تین فیلم برق تولید کنند.
- راندمان پایین در بهره برداری از فضا به این معنی که هزینه تجهیزان فتوولتاییک مانند سازه و کابل ها افزایش خواهد یافت.
- معمولا پنل های تین فیلم در قیاس با پنل های خورشیدی مونوکریستال و پلی کریستال سریعتر دچار افت بازدهی می شوند و به همین علت معمولا مدت گارانتی این نوع پنل های خورشیدی ، کمتر از انواع کریستالی است.
در حال حاضر تنها پنل های تین فیلمی که می توان در بازار یافت به شرح زیر است:
- پنل های سیلیکون غیر متبلور
- پنل های کادمیم تلراید
- مس ایندیم گالیم سلناید
سلول های خورشیدی بر پایه سیلیکون غیر متبلور ( a-Si )
به علت اینکه توان الکتریکی کمی در خروجی سلول های سیلیکونی غیر بلوری ظاهر می شود ، استفاده از این سلول ها فقط در کاربرد های ریزمقیاس مانند ماشین حساب های جیبی مرسوم است. با این حال نوآوری های صورت گرفته این پنل ها را برای استفاده در مقیاس های بزرگتر نیز حذاب نموده است.
با یک تکنولوژی تولید به نام “Stacking” یا پشته سازی ( روی هم چینی ) چندین لایه سلول سیلیکونی می توانند با هم ادغام شوند که باعث می شود سلول ها بازدهی بالاتری داشته باشند ( در حدود ۶ الی ۸ درصد )
تنها یک درصد از سیلیکون به کار رفته در سلول های خورشیدی کریستالی برای ساخت سلول خورشیدی غیر بلوری سیلیکون کافی است اما در مقابل فرآیند پشته سازی “Stacking” ، فرآیندی پر هزینه است.
تصویر پنل خورشیدی بر پایه سیلیکون غیر بلوری یا Amorphous Silicon
سلول های خورشیدی کادمیم تلوراید ( CdTe )
پنل های خورشیدی کادمیم تلوراید تنها پنل های تین فیلمی هستند که در مقایسه با پنل های کریستال سیلیکون ، از نظر هزینه مرقوم به صرفه ترند و در عین حال سهم قابل توجهی از بازار سیستم های برق تجدید پذیر چند کیلوواتی دارند.
بهره عملکرد سلول های خورشیدی بر پایه کادمیم تلوراید معمولا بین ۹ الی ۱۱ درصد است.
شرکت First Solar بیش از ۵ گیگاوات سلول خورشیدی تین فیلم کادمیم تلوراید ( CdTe ) در سراسر جهان نصب و راه اندازی نموده ، همچنین این شرکت توانسته رکورد ۱۴/۴ % را به عنوان بالاترین بهره عملکرد این نوع پنل خورشیدی به ثبت برساند.
در تصویر فوق یک عدد ماژول خورشیدی کادمیم تلوراید مشاهده می شود
سلول های خورشیدی مس ایندیوم گالیوم سلناید ( CIS/ CIGS )
در مقایسه با سایر سلول های تین فیلم که قبلا ذکر شد ، سلول های CIGS نشان داده اند که بیشترین پتانسیل را در بهره عملکرد دارند.این سلول های خورشیدی در مقایسه با سلول های کادمیم تلوراید که حاوی مقادیری کادمیم که یک ماده سمی است ، مواد سمی کمتری دارند. تولید تجاری پنل های انعطاف پذیر CIGS در سال ۲۰۱۱ در آلمان آغاز گردید.
بهره پنل های خورشیدی CIGS عموما بین ۱۰ الی ۱۲ درصد می باشد.
انواع زیاد دیگری از سلول های خورشیدی تین فیلم در حال پشت سر گذاشتن مراحل تحقیق و تست در آزمایشگاه ها هستند که بعضی از آنها دارای ظرفیت های بالا برای تولید الکتریسیته هستند .
فتوولتاییک یکپارچه ساختمان (BIPV) (Building Integrated PV)
فتوولتاییک یکپارچه ساختمان نسبت به انواع خاص تکنولوژی های سلول خورشیدی ، دارای چندین روش ساخت و انواع اشکا مختلف می باشد که می تواند بر پایه سیلیکون کریستالی یا تین فیلم باشد.
BIPV می تواند شامل نما ، سقف ، پنجره ، دیوار و بسیاری وسایل دیگر که با ماده فتوولتاییک ترکیب شده اند باشد.در صورتی که پول بیشتری دارید و می خواهید فتوولتاییک را با عناصر مختلف خانه خود ترکیب کنید ، به دنبال BIPV بروید. برای اغلب افراد این را آسان ، بسیار هزینه بر است.
در تصاویر زیر نمونه های از BIPV نمایش داده شده است
بهترین پنل خورشیدی برای استفاده در منازل
بهترین راه برای پی بردن به هزینه و بهترین نوع پنل مورد نیاز برای خانه شما و شرایط و مصارف خاص شما ، مشورت با یک مشاور متخصص در زمینه پیاده سازی سیستم های انرژی خورشیدی است اما در ادامه چند سناریو عمومی و رایج به صورت سطحی شرح داده می شود.
فضای محدود
برای افرادی که فضای کافی برای نصب پنل های تین فیلم در اختیار ندارند ( اکثر افراد ) یا افرادی که نمی خواهند سیستم فتوولتاییک بخش زیادی از فضای آنها را اشغال کند پنل های سیلیکون کریستالی بهترین انتخاب خواهند بود حتی اغلب در شرایطی که فضای بیشتری نیز در اختیار داریم ، پنل های کریستالی سیلیکون معمولا انتخاب بهتری هستند. در حال حاضر شرکت های معدودی نصب پنل های تین فیلم را برای مصارف خانگی پیشنهاد می کنند.
شما می توانید ابعاد مختلف پنل های خورشیدی را با توان های مختلفانتخاب نمایید. به عنوان مثال پنل های ۱۸۰ ، ۲۰۰ و ۲۲۰ وات معمولا همگی در یک ابعا ساخته می شوند. آنها معمولا به یک شیوه ساخته می شوند اما در هنگام تست معمولا توان خروجی در یک محدوده وسیع قرار دارد که ممکن است به میزان مشخصی کمتر یا بیشتر از مقدار از پیش تعیین شده باشد از این رو آنها را در دسته بندی های مختلفی از نظر توان خروجی طبقه بندی می کنند. اگر فضای محدودی در اختیار دارید باید به دنبال بیشترین توان در کمترین ابعاد باشید.
هر دو نوع پنل پلی کریستال و مونوکریستال انتخاب های خوبی هستند و معمولا هر دو مزایای مشابهی برای شما دارند. اگرچه پنل های پلی کریستال فضای بیشتری برای نصب نیازدارند و پنل های مونوکریستال در سطح یکسان برق بیشتری تولید می کنند ، اما معمولا همواره اینگونه نیست و باز تاکید می شود که تقریبا غیر ممکن است که بتوان بدون بررسی و تحلیل کافی شرایط خاص پروژه ، پنل خاصی را به افراد پیشنهاد کرد.
پنل های خورشیدی کمی گرانتر هستند اما کمی بهتر از فضا بهره می برند و به فضای کمتری نیاز دارند ، به عنوان مثال اگر شما یک پنل پلی کریستال و یک پنل مونوکریستال داشته باشید که هر دو از نظر توان یکسان باشند ( مثلا ۲۲۰ وات ) ، هر دو به یک میزان انرژی الکتریکی تولید می نمایند اما پنل مونوکریستال فضای کمتری اشغال خواهد نمود.
قیمت ارزان
اگر شما به دنبال ارزان ترین قیمت در یک توان مشخص هستید و می خواهید به ازای یک میزان مشخص انرژی الکتریکی کمترین هزینه را پرداخت نمایید ، بهتر است بر روی پنل های تین فیلم تحقیق نمایید که به لحاظ هزینه می توانند مرقوم به صرفه تر از پنل های سیلیکون کریستالی باشند.
