نویسنده: نورا عادلی‌پور، کارشناس برق و کنترل 
سطح: عمومی 
زمان مطالعه: ۴ دقیقه
اغلب پنلهای خورشیدی فتوولتاییک از سلول‌های خورشیدی، شیشه، چسب اتصال‌دهنده، صفحه‌پشتی و فریم تشکیل شده‌اند که در این مطلب اجزا و روند ساخت آن‌ها به زبان ساده مورد بررسی قرار می‌گیرد.
سه نوع پنل خورشیدی به‌طور رایج در بازار دردسترس است:
- پنلهای خورشیدی تک‌کریستال/ مونوکریستال (monocrystalline solar panels)
- پنلهای خورشیدی چندکریستال/ پلی‌کریستال (polycrystalline solar panels)
- پنلهای خورشیدی لایه نازک (thin film solar panels)
بنابراین، در سطح ساختار سلول، انواع مختلفی از مواد برای تولید وجود دارد، مانند تک سیلیکون، پلی‌سیلیکون و یا سیلیکون آمورف (بی‌شکل). دو نوع سلول اول فرآیند تولید به‌نسبت مشابهی دارند. مراحل تولید پنل خورشیدی فتوولتاییک کریستالی (دو نوع اول) به‌طور ساده به شرح زیر است.
شکل۱: مراحل ساخت پنل خورشیدی به‌طور ساده
گام اول: شن (پلی سیلیکون)
همه فرآیندها با مواد اولیه آغاز میشوند که در مورد پنلهای خورشیدی، ماده اولیه شن است. بیش‌تر پنلهای خورشیدی از سیلیکون ساخته میشوند، که ماده اصلی تشکیل‌دهنده شن‌های طبیعی ساحل است. سیلیکون به‌وفور دردسترس است و این باعث شده‌است که دومین عنصر فراوان موجود در کره زمین باشد. بااین‌حال، تبدیل ماسه به پلی سیلیکون درجه‌یک (گرید سلول خورشیدی) هزینه و مصرف انرژی بالایی به‌همراه دارد. سیلیکون با خلوص بالا (خلوص ۹۹/۹۹۹۹۹۹۹%) از ماسه کوارتز در کوره قوس الکتریکی در دمای بسیار بالا تولید می‌شود.
گام دوم: تولید شمش (Ingots)
سیلیکون اغلب به‌شکل تکه‌های سنگ جمع‌آوری می‌شود؛ صدها سنگ کنار یکدیگر در دمای بسیار بالا ذوب میشوند تا شمش‌هایی به‌شکل استوانه ایجاد شود. برای دستیابی‌به شکل دلخواه، از کوره فولادی استوانه‌ای‌شکل استفاده می‌شود. در حین ذوب‌شدن باید دقت داشت تا همه اتم‌ها در ساختار و جهت‌گیری مطلوب به‌طورکامل و عالی، مرتب شده باشند. عنصر بور به این فرآیند اضافه می‌شود تا قطب الکتریکی مثبت سیلیکون را ایجاد کند.
پس از سرد‌شدن شمش، فرآیند سنگ‌زنی (Grinding) و صیقل‌دادن (polishing) انجام می‌شود که باعث تخت‌شدن اطراف شمش می‌شود.
گام سوم: ویفر خورشیدی (Wafers)
ویفرها گام بعدی در فرآیند تولید پنلهای خورشیدی هستند؛ در این مرحله، شمش سیلیکون به دیسک‌های نازک برش داده می‌شود که ویفر نامیده می‌شود. برای برش دقیق، از اره سیمی استفاده می شود. نازکی ویفر به اندازه یک تکه کاغذ است. ازآنجاکه سیلیکون خالص، براق است، می‌تواند نور خورشید را منعکس کند؛ برای کاهش میزان نور خورشید ازدست‌رفته، یک پوشش ضدانعکاس روی ویفر سیلیکونی قرار می‌گیرد.
گام چهارم: سلول‌های خورشیدی (Solar cells)
سلول‌های خورشیدی تک‌کریستالی (مونوکریستال) از یک کریستال سیلیکون ساخته میشوند. سلول‌های خورشیدی مونوسیلیکون در تبدیل انرژی خورشیدی به برق کارآیی و قیمت بالاتری نسبت‌به سلول‌های خورشیدی پلی‌سیلیکون دارند.
سلول‌های پلی سیلیکون از ذوب چندین کریستال سیلیکون در کنار هم ساخته شده‌اند. شما می‌توانید این سلول‌های خورشیدی را با ظاهری شبیه شیشه خرد‌شده که به‌دلیل کنارهم قرارگیری کریستال‌های مختلف سیلیکون ایجاد شده‌است، به‌راحتی تشخیص دهید.
فرآیندهای زیر، یک ویفر را به یک سلول خورشیدی تبدیل می کند که قادر به تبدیل انرژی خورشیدی به برق است.
در ابتدا، هریک از ویفرها مورد پردازش قرار می‌گیرد و هادی‌های فلزی به هرسطح اضافه میشوند. این هادی‌ها اغلب از جنس مس با روکش نقره هستند که باعث میشوند جریان الکتریکی تولیدشده توسط سلول‌های خورشیدی جمع‌آوری و به سمت خارج از پنل خورشیدی هدایت شود.
در محفظه‌ای شبیه کوره، فسفر در یک لایه نازک روی سطح ویفرها پخش می‌شود. این فرآیند باعث می‌شود که سطح با جهت الکتریکی منفی شارژ شود. ترکیب بور و فسفر اتصال مثبت – منفی را ایجاد می‌کند، که برای عملکرد مناسب سلول PV مهم است.
پیشنهاد مطالعه: ۶ پارامتر محیطی اثرگذار بر عملکرد نیروگاه خورشیدی فتوولتاییک
گام پنجم: از سلول خورشیدی تا پنل خورشیدی (solar panel)
سلول‌های خورشیدی با استفاده از اتصال‌دهنده‌های فلزی به یکدیگر لحیم میشوند. صفحات خورشیدی از سلول‌های خورشیدی ساخته شده‌اند که در یک ساختار ماتریس‌مانند به‌صورت سری به یکدیگر متصل شده‌اند. استانداردهای موجود در بازار عبارتند از:
- پنلهای خورشیدی ۳۶ سلولی – مناسب برای کاربردهای مقیاس کوچک و تجهیزات قابل‌حمل؛
- پنلهای خورشیدی ۶۰ سلولی – سایز استاندارد؛
- پنلهای خورشیدی ۷۲ سلولی – قابل‌استفاده برای نصب در مقیاس‌های بزرگ.
پس از اینکه سلول‌های خورشیدی کنار هم قرارگرفتند، یک لایه نازک شیشه مخصوص (Glass)، با ضخامت حدود ۶-۷ میلی‌متر، در قسمت جلویی و رو‌به خورشید اضافه می‌شود. ورق پشتی (Back sheet) از مواد بسیار مقاوم و برپایه پلیمر ساخته شده‌است. این امر باعث می‌شود آب، خاک و سایر مواد از سمت پشت پنل وارد آن نشوند.
سپس، جعبه اتصال (Junction Box) اضافه می‌شود تا اتصالات داخل پنل خورشیدی فعال و امکان برداشت انرژی الکتریکی از پنل خورشیدی فراهم شود.
برای نگهداشتن این اجزا کنارهم از فریم/قاب استفاده می‌شود. فریم پنل خورشیدی که اغلب از جنس آلومینیوم است آن را در برابر ضربه (به‌ویژه در زمان حمل‌ونقل) و شرایط آبوهوایی مختلف (مانند بادهای شدید) مقاوم می‌کند. علاوه‌براین، استفاده از فریم امکان نصب پنل را به طرق مختلف، به‌عنوان‌مثال با گیره‌های نصب (کلمپ) و یا پیچ و مهره، فراهم می‌کند. البته، در سال‌های اخیر پنلهای خورشیدی بدون فریم نیز به بازار معرفی شده است که مزایا و معایب مخصوص به خود را به‌همراه داشته است.
EVA (اتیلن وینیل استات) پلیمری است که هم‌چون چسب همه چیز را به‌هم متصل می‌کند. بسیار مهم است که کیفیت این ماده بالا باشد تا در شرایط آبوهوایی سخت به سلول‌ها آسیبی نرسد و باعث لایه‌لایه‌شدن پنل خورشیدی نشود. در پنل خورشیدی این جز به نام Encapsulant شناخته می‌شود.
شکل۲: اجزای مختلف پنل خورشیدی فتوولتاییک
گام ششم: تست پنلهای خورشیدی فتوولتاییک
پس از آماده‌شدن پنل خورشیدی، به‌منظور حصول اطمینان از عملکرد آن مطابق انتظار، پنل را تحت تست‌های مختلف قرار می‌دهند. شرایط تست استاندارد (STC) به‌عنوان یک نقطه مرجع درنظر گرفته می‌شود. در کارخانه، پنل خورشیدی در دستگاه تست فلش قرار می‌گیرد. این دستگاه تست، شدت تابش را ۱۰۰۰ وات بر مترمربع، دمای سلول را ۲۵ درجه سانتی‌گراد و جرم هوا را ۱/۵ تنظیم می‌کند.
براساس این تست، پارامترهای الکتریکی هم‌چون توان نامی، ولتاژ مدار باز، جریان اتصال کوتاه، راندمان و نمودارهای عملکردی پنل خورشیدی جهت درج در برگه مشخصات فنی و لیبل آن، استخراج می‌شود.
در ادامه، پنلهای خورشیدی جهت پاس‌کردن استانداردهای بین‌المللی تحت تست‌های متنوعی قرار می‌گیرند و در نهایت جهت ارسال به محل احداث نیروگاه بسته‌بندی می‌شود. بسته‌بندی و حمل‌ونقل مناسب از نکاتی است که باید پس از تولید پنلهای خورشیدی فتوولتاییک مورد دقت فراوان قرارگیرد تا از آسیب‌های ریز و درشت به پنل جلوگیری به‌عمل آید.
دیدگاهتان را بنویسید