نگاهی به بهترین پنل‌های خورشیدی که تاکنون ساخته شده‌اند

به گزارش ایران اکونومیست، یکی از بهترین و مقرون به صرفه‌ترین منابع تأمین انرژی تجدیدپذیر، انرژی خورشیدی است و بهترین راه برای استفاده از آن، پنل‌های خورشیدی هستند. پنل‌های خورشیدی طی سال‌های اخیر، بازخورد بسیار مثبتی در زمینه تأمین انرژی داشته‌اند و مورد تأیید متخصصان این حوزه هستند. در این خبر قصد داریم مروری بر برخی از بهترین پنل‌های خورشیدی جهان داشته باشیم.

• سان پاور

شرکت «سان پاور»(Sunpower) که یکی از پیشگامان در حوزه فناوری خورشیدی به شمار می‌رود، محصولی ارائه داده که بیشترین خروجی انرژی را دارد و کارآمدترین پنل در نوع خود محسوب می‌شود. این پنل خورشیدی قدرتمند، طراحی بسیار ظریفی دارد و در عین حال از استحکام بالایی برخوردار است. پنل‌های «سان پاور» با داشتن چنین ویژگی‌هایی که برای یک پنل خورشیدی لازم هستند، می‌توانند راه حل خوبی برای کنترل هزینه‌های مربوط به انرژی و صرفه‌جویی در هزینه باشند. این پنل‌ها طوری طراحی شده‌اند که با صرف کمترین هزینه، بالاترین سطح انرژی را در اختیار کاربران خود بگذارند. پنل‌های سری E سان پاور، یکی از مشهورترین و قابل اطمینان‌ترین انواع پنل خورشیدی هستند که هم اکنون نیز مورد استفاده گسترده قرار دارند.

• ال‌جی

شرکت «ال‌جی» (LG)، یکی از مشهورترین شرکت‌هایی است که سابقه بسیاری در حوزه تولید فناوری دارد. این شرکت، بیش از ۳۰ سال به پژوهش در مورد سلول‌های خورشیدی پرداخته تا اطلاعات و مهارت‌های کافی را برای ساخت پنل‌های خورشیدی به دست آورد. این شرکت از سال ۲۰۰۹، ساخت پنل‌های خورشیدی را در کره جنوبی آغاز کرد و در حال حاضر نیز میلیاردها دلار درآمد از این راه کسب می‌کند. پنل‌های خورشیدی ال‌جی با وجود داشتن قیمت بسیار بالا، از مشهورترین انواع پنل خورشیدی به شمار می‌روند. دلیل این موضوع، سطح بالای رضایت کاربران از عملکرد پنل‌ها و تأثیرگذاری آنها در حوزه فناوری و انرژی خورشیدی است. پنل‌های ال‌جی در حال حاضر از پرکاربردترین پنل‌ها در استرالیا و آمریکای جنوبی هستند.

• وینایکو

شرکت تایوانی «وینایکو»(Winaico)، از شرکت‌های نسبتاً کوچک در زمینه تولید فناوری خورشیدی محسوب می‌شود. این شرکت، پنل‌های باکیفیتی را با قیمت بسیار مناسب در اختیار کاربران قرار می‌دهد. پنل‌های وینایکو موسوم به «M۶ PERC» بسیار مورد اطمینان کاربران قرار گرفته‌اند و می‌توان از آنها برای مدت طولانی استفاده کرد. این پنل‌ها می‌توانند در شرایط آب و هوایی متفاوت و حتی در شرایط ناملایم اقلیمی، عملکرد مناسبی داشته باشند. توجه وینایکو به جزئیات و طراحی بسیار محکم پنل‌ها، موجب تمایز آن‌ها از پنل‌های خورشیدی دیگر شده است. با وجود این که وینایکو یک شرکت کوچک است اما استانداردهای لازم را در ساخت محصولات خود مورد توجه قرار داده تا نظر کاربران را به خود جلب کند. طراحی پنل‌های این شرکت به صورتی است که کارآیی لازم را داشته باشند. این پنل‌ها طوری ساخته شده‌اند که در مقابل آسیب و خوردگی مقاوم هستند و توان مقاومت بالایی نیز در مقابل طوفان دارند. پنل‌های وینایکو در آزمایش‌های صورت گرفته نشان دادند به قدری محکم هستند که می‌توانند در برابر طوفان مقاومت کنند.

• رک

شرکت نروژی «رک»(REC) که در سال ۱۹۹۶ تأسیس شد، محصولات گوناگونی را برای به کار گرفتن انرژی خورشیدی ارائه می‌دهد تا منبعی قابل اطمینان از انرژی پاک و تجدیدپذیر در اختیار کاربران بگذارد. شعبه‌های گوناگون این شرکت در حال حاضر در نروژ و سنگاپور قرار دارند و با حدود دو هزار کارمند به فعالیت خود ادامه می‌دهند. پنل‌های خورشیدی شرکت رک موسوم به «N- Peak» طوری طراحی شده‌اند که بیشترین مقاومت و بالاترین کیفیت را داشته باشند. با اینکه پنل‌های رک، پایین‌ترین مدت ضمانت را در میان پنل‌های شرکت‌های دیگر دارند اما بازخورد مثبت آن‌ها به قدری بالاست که می‌توان کارآیی آن‌ها را تأیید و به آن‌ها اطمینان کرد. این پنل‌ها، با آب و هوای ناملایم، سازگار هستند و توان مقاومت بالایی دارند.

• کیوسلز

شرکت «کیوسلز»(QCells) که در سال ۱۹۵۲ بنیان گذاشته شد، یکی از مشهورترین سازندگان پنل‌های خورشیدی باکیفیت است که پنل‌هایی از جنس مونوکریستال تولید می‌کند. این شرکت، پنل‌های خورشیدی را با ۱۲ سال ضمانت ارائه می‌دهد و کارآیی آن‌ها را نیز تا ۲۵ سال تأیید می‌کند. کیوسلز با ارائه پنل‌های سازگار با شرایط متنوع آب و هوایی سعی دارد روش جدیدی برای استفاده از منابع تجدیدپذیر ارائه دهد.

• تریناسولار

شرکت «تریناسولار»(Trina Solar)، یکی از مشهورترین سازندگان پنل‌های خورشیدی است که سرمایه‌گذاری‌های قابل توجهی در زمینه تولید نسل جدید پنل‌های مقرون به صرفه و کارآمد انجام می‌دهد. این شرکت که در سال ۱۹۹۷ در چین تأسیس شد، در حال حاضر بیش از ۳۰ شعبه در سراسر جهان دارد و تمرکز اصلی خود را به ساخت پنل‌های خورشیدی مقاوم و پژوهش در مورد آنها معطوف داشته است. پنل‌های خورشیدی این شرکت، اکنون در ردیف برجسته‌ترین و کارآمدترین پنل‌های خورشیدی قرار دارند و در پروژه‌های گوناگون مربوط به حوزه انرژی به کار می‌روند. تریناسولار، پنل‌های خود را در انواع گوناگون و با هزینه‌ای مقرون به صرفه ارائه می‌دهد. این شرکت مانند بسیاری از شرکت‌های فعال در این حوزه سعی دارد محصولاتی با بهترین کیفیت و بالاترین سطح عملکرد در اختیار کاربران قرار دهد. پنل‌های مونوکریستال و مولتی کریستال تریناسولار، از مورد اطمینان‌ترین انواع پنل‌های تولید شده هستند.

• جینکوسولار

شرکت «جینکوسولار»(Jinko Solar)، یکی از بزرگترین شرکت‌های چینی در زمینه تولید پنل‌های خورشیدی کارآمد و مقرون به صرفه است. این شرکت در طول سال‌های گذشته موفق شده پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه پژوهش و سرمایه‌گذاری در مورد فناوری سلول خورشیدی داشته باشد. پنل‌های جینکوسولار موسوم به «ایگل ۶۰» (Eagle ۶۰)، یکی از کارآمدترین و مقرون به صرفه‌ترین انواع پنل خورشیدی هستند که به بازار ارائه شده‌اند. جینکوسولار در طراحی این پنل‌ها، از بهترین متخصصان در حوزه فناوری خورشیدی استفاده کرده تا بتواند بهترین بازخورد را دریافت کند.

پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک چگونه عمل می‌کنند؟

افراد بسیاری وجود دارند که پنل‌های خورشیدی را دوست دارند و برخی دیگر نیز این فناوری را نمی‌پسندند اما به هر حال باید دانست «پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک» (Solar PV Panels) یک فناوری شگفت‌انگیز هستند. اما آن‌ها چگونه کار می‌کنند؟ استفاده از پنل‌های خورشیدی فتوولتاییک امروزه رایج شده است. بسیاری از بام‌ها در سراسر جهان اکنون پوشیده از آنها هستند. در ادامه ما نحوه عملکرد آنها را به شما توضیح خواهیم داد.

به طور خلاصه، پنل‌های خورشیدی نور را از خورشید به برق تبدیل می‌کنند و همانطور که می‌دانید برای انجام این کار چندین مرحله لازم است. اولین قدم در کل چرخه تولید نور است. خورشید یک راکتور گداخت هسته‌ای غول پیکر است. از آنجا که خورشید اتم‌ها را تحت فشار و درجه حرارت بسیار زیاد در هسته خود ترکیب می‌کند، یک محصول جانبی این فرایند، جدا از مقادیر عظیم گرما(حدود ۱۵ میلیون درجه سانتی‌گراد)، مقدار زیادی نور است. این نور از محل همجوشی اتمی به سطح خورشید حرکت می‌کند و گاهی اوقات صدها هزار سال برای انجام این کار طول می‌کشد.

پس از رسیدن به سطح خورشید، نور در فضای اطراف آن پراکنده می‌شود. همانطور که همه می‌دانیم، نور از بسته‌های ریز یا کوانتوم به نام «فوتون»(photons) ساخته شده است. این فوتون‌ها از خلأ فضا در همه جهات عبور می‌کنند و مقدار بسیار کمی از آنها به زمین می‌رسد. سفر ۹۳ میلیون مایلی بین ما و خورشید، با سرعت نور حدود ۸.۵ دقیقه طول می‌کشد. هر ساعت تعداد بی‌شماری فوتون به زمین می‌تابند و انرژی زیادی را برای زندگی فراهم می‌کنند. تخمین زده می‌شود که اگر بشر بتواند از بخش عظیمی از این موارد استفاده کند، این انرژی برای تأمین نیازهای جهانی یک سال کافی است.

اما برای انجام این کار، محققان به چند فناوری احتیاج دارند. یکی از راه حل‌های اصلی توسعه سلول فتوولتاییک بود. این فناوری از عناصر نیمه رسانا و معمولاً سیلیکونی برای به دام انداختن و تبدیل این فوتون‌ها به یک جریان الکتریکی استفاده می‌کند. فتوولتاییک(Photovoltaics) یا به اختصار PV، فناوری تبدل(انرژی) نور به الکتریسیته با استفاده از نیم‌رساناهایی است که ویژگی اثر فوتوولتاییک دارند. یک سامانه فتوولتاییک با به کارگیری پنل‌های خورشیدی که هر کدام‌شان را شماری از سلول‌های خورشیدی تشکیل می‌دهد، توان الکتریکی تولید می‌کند.نیمه رساناها موادی هستند که تحت شرایط معین به عنوان هادی‌های الکتریکی و عایق عمل می‌کنند. هنگامی که فوتون‌های خورشید، قریب به صدها هزار سال، به سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، الکترون‌هایی که از اتم‌های نیمه رسانا رها می‌شوند را می‌کوبند. برای تولید یک جریان الکتریکی، این الکترون‌ها باید در جایی گردآوری شوند. برای رسیدن به این هدف، عدم تعادل الکتریکی در سلول فتوولتاییک مورد نیاز است. شما می‌توانید این موضوع را عملی همانند سراشیبی بدانید که طی آن الکترون‌ها می‌توانند در هر جهتی که شما مایل هستید حرکت کند.

پنل‌های فتوولتاییک معمولاً از دو لایه نیمه رسانا تشکیل شده‌اند. برای دستیابی به این هدف پنل‌های رایانه‌ای از چندین لایه نیمه رسانا «دوپه»(dope) شده‌اند. هر لایه نیمه رسانا با برخی مواد دیگر پوشیده می‌شوند تا آن‌ها را دارای بار مثبت یا منفی کنند. اصطلاح دوپه کردن ذرات به معنی وارد کردن ذرات ناخالص در یک ماده است. این کار برای دست یافتن به یک خاصیت معین در ماده‌ای که خود آن خاصیت را دارا نیست انجام می‌شود. مثلاً با وارد کردن ذرات فلزی در مواد پلیمری می‌توان آن‌ها را به پلیمر هادی تبدیل کرد.

فسفر معمولاً ماده «دوپینگ»(doping) مورد نظر برای لایه بالا است تا به آن یک بار منفی، سیلیکونی از نوع «a» دهد. عنصر بور معمولاً برای لایه پایین که دارای بار مثبت است استفاده می‌شود تا به آن یک بار مثبت سیلیکونی از نوع p دهد.

این تنظیمات پس از آزاد شدن الکترون‌ها، سلول را برای ایجاد یک مدار الکتریکی آماده می‌کند. اما برای جمع آوری و تبدیل این الکترون‌ها به توان قابل استفاده، برخی از اجزای دیگر نیز مورد نیاز است.

صفحات رسانای فلزی در طرفین سلول، الکترون‌ها را جمع می‌کنند و آن‌ها را به سیم منتقل می‌کنند. در آن مرحله، الکترون‌ها می‌توانند مانند هر منبع برق دیگر جریان داشته باشند. هرچه تعداد بیشتر آن‌ها در مدار جریان داشته باشد، جریان مستقیم برق تولید می‌شود که می‌تواند برای کارهای مفید مورد استفاده قرار گیرد. اما ابتدا جریان مستقیم برای استفاده در اکثر دستگاه‌های برقی در خانه شما باید به جریان متناوب (AC) تبدیل شود.

برای انجام این کار، جریان مستقیم به دستگاهی منتقل می‌شود که «برگرداننده خورشیدی»(solar inverter) نام دارد. اینها نه تنها جریان متناوب تولید می‌کنند بلکه یک نیروی محافظ خطای زمین برای آرایه پنل ایجاد می‌کنند.

هنگامی که جریان برق به صورت متناوب باشد، جریان الکتریکی می‌تواند برای تأمین تعداد بیشمار وسایل برقی در خانه شما استفاده شود. یا در عوض می‌توان آن را به شبکه ملی ارسال کرد.

هر پنل خورشیدی از چندین سلول فتوولتاییک ساخته شده است و تاسیسات فتوولتاییک معمولاً از چند صفحه تشکیل شده تا یک آرایه فتوولتاییک تشکیل دهند. هرچه پنل فتوولتاییک بیشتر باشد آرایه بزرگتر است و تولید برق با پتانسیل بیشتری نیز ممکن است.

آیا پنل‌های خورشیدی الکترون از دست می‌دهند؟

خیر، این موضوع امکانپذیر نیست. به این دلیل است که پنل‌های فتوولتاییک با آزاد کردن الکترونها از مواد نیمه رسانا «دوپ شده» درون سلول که یک مدار را تشکیل می‌دهند کار می‌کنند و سپس به نیمه رساناهای داخل پنل باز می‌گردند. در مورد هر مدار الکتریکی نیز همین موضوع وجود دارد. در اینجا الکترون‌ها به عنوان یک جریان الکتریکی از طریق یک حلقه بسته جریان می‌یابند.

مدارها، الکترونها را ایجاد نمی‌کنند، از بین نمی‌برند، استفاده نمی‌کنند و یا از دست نمی‌دهند. آن‌ها فقط الکترون‌ها را به صورت دایره‌ای حمل می‌کنند. کل دستگاه در هنگام قرار گرفتن در معرض نور خورشید، یک مدار الکتریکی تولید می‌کند که از طریق دستگاه فتوولتاییک به یک جهت جریان می‌یابد.مدارها، الکترونها را ایجاد نمی‌کنند، از بین نمی‌برند، استفاده نمی‌کنند و یا از دست نمی‌دهند. آن‌ها فقط الکترون‌ها را به صورت دایره‌ای حمل می‌کنند.

الکترون‌های جلوی سلول توسط خطوط شبکه باریک نازک جمع آوری می‌شوند که روی سطح جلوی سلول چاپ می‌شوند و به سمت شینه‌های ضخیم‌تر جریان می‌یابند. تمام ژنراتورها، ترانسفورماتورها، سیم‌ها و کابل‌های یک نیروگاه یا تبدیل‌گاه که ولتاژ برابری دارند با یک شمش یا یک رسانا به نام «شینه» یا باس‌بار(Busbar) در هر فاز بهم متصل می‌شوند. در شینه تمام انرژی ژنراتورها، ترانسفورماتورها یا هر دو بهم می‌پیوندند و از آنجا بطور مستقیم با همان ولتاژ یا به کمک ترانسفورماتور افزاینده یا کاهنده با ولتاژ دیگر به مصرف‌کننده‌ها یا شینه‌های دیگر هدایت می‌گردند.

جریان الکتریکی سپس به مدار جایی که پتانسیل ولتاژ خود را به عنوان انرژی الکتریکی از دست می‌دهد، می‌رود. سپس الکترون‌های خسته شده در مدار الکتریکی جریان می‌یابند تا اینکه جریان را به عقب سلول خورشیدی برگردانند، جایی که آن‌ها با سوراخ‌هایی که در ابتدا پشت سر گذاشتند مجددا ترکیب می‌شوند. به همین دلیل سلول‌ها هرگز الکترون‌ها را از بین نمی‌برند. آن‌ها همیشه در اطراف مدار ایجاد شده درون سلول فتوولتاییک جریان می‌یابند. پتانسیل ولتاژ توسط فوتون‌های خورشید که مقداری از انرژی خود را در بار مدار از دست می‌دهند، ایجاد می‌شود. سپس این دوباره به سلول خورشیدی جریان می‌یابد و این روند بارها و بارها تا زمانی که نور خورشید وجود داشته باشد، تکرار می‌شود.

پنل‌های خورشیدی قابل حمل چگونه کار می‌کنند؟

پنل‌های خورشیدی قابل حمل همانطور که از نام این دستگاه پیداست، پنل‌های فتوولتاییکی هستند که می‌توانند به راحتی انتقال داده شوند. آن‌ها با پنل‌های فتوولتاییک سنتی که سنگین و دست و پا گیر هستند و در ثابت هستند تفاوت دارند. آرایه‌های فتوولتاییکی جدید قابل حمل و جمع و جور هستند و از نظر اندازه نیز بسیار کوچک‌تر از آن‌ها هستند. آن‌ها تمایل به تولید انرژی کمتری نسبت به آرایه‌های فتوولتاییکی بزرگتر دارند و به طور خاص برای استفاده در اردوگاه‌ها یا تورها طراحی شده‌اند. آرایه‌های مسکونی فتوولتاییکی می‌توانند حدود ۳۰ کیلووات در ساعت برق در روز تولید کنند.

برخی از پنل‌های خورشیدی متفاوت

• پنل خورشیدی که در معرض دما تغییر شکل می‌دهد

پژوهشگران سوئیسی و آمریکایی، نوعی پنل خورشیدی ابداع کرده‌اند که می‌تواند در مواجهه با دما، شکل خود را تغییر دهد. پژوهشگران «مؤسسه فناوری فدرال زوریخ» (ETH) و «مؤسسه فناوری کالیفرنیا»(CalTech) در پروژه جدیدی، نوعی پنل خورشیدی ابداع کرده‌اند که قابلیت تغییر حالت خود را دارد. آن‌ها از ماده‌ای با قابلیت تغییر شکل استفاده کرده‌اند که به پنل امکان می‌دهد با تغییر دما، از حالت فشرده به حالت باز و گسترده درآید.

این پنل گل مانند که نخستین نمونه آن به نمایش درآمده، از نوعی پلیمر ساخته شده که هنگام سرما به شکل دیگری درمی‌آید اما با گرم شدن، تلاش می‌کند به شکل اصلی و طبیعی خود بازگردد. شکل این پنل هنگام سرما، مانند یک لوح فشرده است اما هنگام گرما باز می‌شود.

این تغییر شکل که کمتر از یک دقیقه زمان می‌برد، با کمک مجموعه‌ای از مفاصل متصل به یکدیگر شکل می‌گیرد و با الهام از نوعی اسباب‌بازی ساخته شده که شکل آن از یک توپ کوچک به یک جسم کروی بزرگ‌تر تغییر پیدا می‌کند.

به گفته پژوهشگران، این ماده می‌تواند در ماهواره‌هایی که به فضا پرتاب می‌شوند، به کار رود و طی سفر خود به فضا، به شکل عادی خود باقی بماند. هنگامی که ماهواره به خورشید نزدیک می‌شود، ساختار ماده تغییر شکل می‌دهد و بدون نیاز به نیروی خاصی، به آخرین اندازه خود می‌رسد. با این روش، فضای کافی برای حمل پنل خورشیدی در ماهواره‌ای که فضای کافی برای نمونه‌های بزرگ‌تر ندارد، وجود خواهد داشت. به نظر می‌رسد که داشتن یک پنل خورشیدی با قابلیت تغییر شکل، راه حل مناسبی برای جذب نور خورشید باشد.

• پنل‌های خورشیدی که هنگام غروب هم کار می‌کنند

بررسی یک پژوهشگر آمریکایی نشان می‌دهد پنل‌های خورشیدی که به شیوه مخصوصی طراحی شده‌اند، می‌توانند هنگام غروب خورشید هم کارآیی داشته باشند. پژوهشی که در «دانشگاه کالیفرنیا، دیویس» (UC Davis) آمریکا انجام شده، نشان می‌دهد پنل‌های خورشیدی که به شکل خاصی طراحی شده‌اند، می‌توانند با تولید انرژی هنگام غروب خورشید، مشکلات مربوط به تعادل انرژی را حل کنند.

پنل‌های خورشیدی قدیمی، تحت تاثیر تغییرات فصلی قرار می‌گیرند و در شب نیز کار نمی‌کنند. تنها غروب خورشید نیست که این پنل‌ها را از تامین انرژی پایدار برای مردم بازمی‌دارد، بلکه آب و هوای ابری و کوتاه شدن روز نیز در این موضوع، موثر هستند.

پروفسور «جرمی ماندی» (Jeremy Munday)، استاد دانشگاه کالیفرنیا، دیویس برای برطرف کردن این مشکل، راه حلی پیدا کرده است که امکان به دست آوردن الکتریسیته از آسمان شب را فراهم می‌کند.

پنل‌های خورشیدی مخصوص شب، مانند پنل‌های خورشیدی مخصوص روز کار می‌کنند اما روش کار آن‌ها دقیقا برعکس است. گرمای خورشید، هر شب به صورت پرتو مادون قرمز به سوی زمین می‌آید تا این سیاره را در دمای ثابت نگه دارد. ماندی گفت: نیروی یک پنل خورشیدی عادی، با جذب نور خورشید تامین می‌شود. نور در این ابزار جدید، به جای جذب شدن، منتشر می‌شود و جریان و ولتاژ به جهت مخالف می‌روند اما تولید نیرو ادامه می‌یابد.

شاید این ابزار بتواند در هر متر مربع، تا ۵۰ وات انرژی تولید کند که یک چهارم انرژی تولید شده با پنل‌های معمولی طی روز است. این پنل‌های جدید در صورت کوتاه شدن روز و توقف نور، طی روز هم کار می‌کنند. برخی پژوهش‌ها حاکی از این هستند که حتی می‌توان از این پنل‌ها برای مهار گرمای ناشی از ماشین‌آلات استفاه کرد.برخی پژوهش‌ها حاکی از این هستند که حتی می‌توان از این پنل‌ها برای مهار گرمای ناشی از ماشین‌آلات استفاه کرد.

ماندی افزود: برای ساخت این پنل‌ها، از مواد متفاوتی استفاده می‌شود اما فیزیک هر دو نوع پنل، مشابه است.

پژوهشگران «دانشگاه استنفورد»(Stanford University) نیز سال گذشته طی پروژه‌ای تلاش کردند تا از تفاوت دمای روز و شب برای تولید الکتریسیته استفاده کنند. آن‌ها تلاش کردند تا کارآیی این فناوری را ثابت کنند اما هنوز راه زیادی برای اثبات کارآیی و عملکرد این پنل‌ها وجود دارد.

شاید پنل‌های خورشیدی دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، نخستین نمونه از چنین پنل‌هایی باشند اما این امکان وجود دارد که با قرار گرفتن در معرض تغییرات آب و هوایی و سطح پایین نور نیز به تامین انرژی بپردازند.

نقش گوجه در افزایش کارایی پنل‌های خورشیدی

گروهی از محققان به تازگی اعلام کرده‌اند رنگدانه موجود در گوجه فرنگی(لیکوپن) ممکن است کلید افزایش کارایی پنل‌های خورشیدی باشد. لیکوپن هم دوام و هم کارایی پنل‌های خورشیدی پروسکایت را افزایش می‌دهد.

یکی از معایب اصلی انرژی خورشیدی در راندمان متفاوت پنل‌های خورشیدی نهفته است. اصطلاحات «بازده پنل خورشیدی» و «بازده سلول خورشیدی» به میزان نور خورشیدی که هر فناوری فتوولتائیک می‌تواند به انرژی قابل استفاده تبدیل کند، اشاره دارد.

به طور معمول، راندمان سلول‌های خورشیدی بسته به مکان، آب و هوا و سایر شرایط طبیعی و نوع سیستم انرژی خورشیدی مورد استفاده از ۱۵ تا ۲۲ درصد متغیر است. هر چند در چند سال اخیر، پیشرفت‌های لازم در فناوری فتوولتائیک به افزایش رقم آن کمک کرده است.

در سال ۲۰۲۲، یکی از باورنکردنی‌ترین اکتشافات در این زمینه به تیمی از محققان چینی مربوط می‌شود که اخیرا دریافته‌اند لیکوپن(رنگدانه‌ای که گوجه فرنگی را قرمز می‌کند) می‌تواند کارایی سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت(Perovskite solar cell) را از ۲۰.۵۷ درصد به ۲۳.۶۲ درصد افزایش دهد.

لیکوپن یک آنتی اکسیدان است که گوجه فرنگی را قرمز می‌کند اما از پوست آن در برابر اشعه فرابنفش نیز محافظت می‌کند. زمانی که لیکوپن روی پنل‌های خورشیدی پروسکایت اعمال می‌شود، می‌تواند آن‌ها را از تخریب ناشی از اشعه فرا بنفش محافظت کند و دوام آن‌ها را افزایش دهد. این رنگدانه همچنین جریان الکتریکی را در صفحات خورشیدی پروسکایت بهبود می‌بخشد.

پنل‌های خورشیدی امروزی چقدر کارآمد هستند؟

برخی از انواع پنل‌های خورشیدی عملکرد بهتری نسبت به سایرین دارند. در حال حاضر، بیشتر پنل‌های خورشیدی تجاری(حدود ۹۰ درصد) مبتنی بر سیلیکون هستند، زیرا گزینه‌ای نسبتاً مقرون به صرفه هستند چرا که تا ۲۵ سال عمر می‌کنند و نیازی به نگهداری زیادی ندارند. اما آنها به ندرت از نرخ بهره‌وری ۲۰-۲۵ درصد فراتر می‌روند. انواع مختلفی از پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون وجود دارد:

پنل‌های خورشیدی سیلیکونی آمورف(Amorphous silicon solar panels): این پنل‌ها یکی از ارزان‌ترین جایگزین‌های موجود در بازار به شمار می‌روند. این نوع پنل خورشیدی حاوی لایه‌های نازکی از شکل غیرکریستالی سیلیکون به نام سیلیکون آمورف(a-Si) است که به عنوان یک ماده نیمه‌رسانا عمل می‌کند. بازده این سلول خورشیدی تقریبا شش تا ۱۳ درصد است.

پنل‌های خورشیدی سیلیکونی پلی کریستالی(Polycrystalline silicon solar panels): این پنل‌های خورشیدی حاوی قطعاتی از خلوص بالا و شکل پلی کریستالی از سیلیکون هستند که با هم ذوب شده و به برش‌های نازکی تبدیل شده‌اند که سلول‌های خورشیدی را تشکیل می‌دهند. این پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون دارای کریستال‌های زیادی هستند که حرکت الکترون‌ها را در آنها سخت‌تر می‌کند. بنابراین، نرخ بازده این نوع پنل خورشیدی معمولا حدود ۱۳ تا ۱۶ درصد است.

پنل‌های خورشیدی سیلیکونی تک کریستالی(Monocrystalline silicon solar panels): این پنل‌های خورشیدی از سیلیکون تک کریستال خالص در ویفرها تشکیل شده و رنگ سیاه تیره و بازدهی تقریبا ۱۷ تا ۲۴ درصد دارند. با این حال، ساخت آنها می‌تواند پیچیده و گران باشد.

در الکترونیک، ویفر(wafer) که گاهی برش یا زیرلایه نیز نامیده می‌شود، یک برش نازک از یک نیم‌رسانا مانند سیلیکون بلورین است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و در فتوولتائیک برای ساخت سلول‌های خورشیدی کاربرد دارد.

سپس، پنل‌های خورشیدی پروسکایت را داریم که از ترکیبات ساختاری پروسکایت به عنوان لایه جذب کننده نور ساخته شده‌اند. اینها ترکیباتی بر اساس ساختار کریستالی تیتانات کلسیم هستند که امکان جاسازی کاتیون‌های مختلف(یون‌های با بار مثبت) را فراهم می‌کند.

پنل‌های خورشیدی پروسکایت ساخته شده با پروسکایت هالید سرب نسبت به پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کم هزینه و کارآمدتر هستند(نرخ بازدهی آن‌ها حدود ۲۵ درصد است). با این حال، آن‌ها به راحتی توسط رطوبت، گرما، نور و عوامل دیگر تخریب می‌شوند.

این پنل‌های خورشیدی به دلیل عمر کوتاه‌شان در حال حاضر در بازار قابل رقابت نیستند. با این حال، سایر ویژگی‌های آن‌ها امیدوارکننده است و دانشمندان از جستجوی راه‌های جدید برای افزایش پایداری، دوام و کارایی این پنل‌ها دست برنداشته‌اند. اینجاست که لیکوپن، «رنگدانه گوجه فرنگی» وارد عمل می‌شود.

تامین انرژی فرودگاه نیویورک با ۱۳ هزار پنل خورشیدی

یک پروژه جدید شامل ۱۳ هزار پنل خورشیدی با توانایی تولید ۱۱.۳۴ مگاوات برق از نور خورشید برای تامین انرژی ترمینال جدید فرودگاه نیویورک در نظر گرفته شده است. ترمینال جدید فرودگاه بین‌المللی جان اف کندی واقع در نیویورک آمریکا به زودی به بزرگترین مجموعه خورشیدی روی پشت بام سازه‌های ابرشهر نیویورک تجهیز می‌شود.

این پروژه جدید شامل یک ریزشبکه با توان تولید ۱۱.۳۴ مگاوات برق از نور خورشید روی پشت بام، سلول‌های سوختی گازی و باتری‌های ذخیره کننده خواهد بود. این پروژه همچنین دارای سیستمی خواهد بود که گرمای هدر رفته را به منظور خنک کردن سلول‌های سوختی و سپس گرم کردن آب، جذب می‌کند.

این ابتکار توسط کارگروه AlphaStruxure ارائه شده که حاصل یک سرمایه‌گذاری مشترک از جانب دو شرکت آمریکایی Carlyle Group و شرکت فرانسوی Schneider Electric است و توسط آنها هدایت می‌شود.

حل چالش انرژی فرودگاه

آنت کلایتون، مدیر اشنایدر الکتریک در آمریکای شمالی در طول یک کنفرانس گفت: حل چالش انرژی ما واقعاً به سه چیز مربوط می‌شود: برق رسانی، دیجیتالی کردن و کربن‌زدایی با دریافت برق بیشتر از منابع تجدیدپذیر و ریزشبکه‌ها کلید دستیابی به همه اینها هستند.

به گفته AlphaStruxure، این سیستم جدید پس از تکمیل از بیش از ۱۳ هزار صفحه خورشیدی تشکیل می‌شود که آن را به بزرگترین مزرعه خورشیدی در شهر نیویورک و در تمام ترمینال‌های فرودگاهی در ایالات متحده تبدیل می‌کند.

از نظر تولید انرژی، تقریباً میزانی از انرژی را تولید خواهد کرد که ۳۵۷۰ خانه متوسط در ایالات متحده می‌توانند طی یک سال از آن استفاده کنند. این شامل چندین سیستم موسوم به «جزایر قدرت» به صورت به هم پیوسته است که دارای سلول‌های سوختی و باتری‌های ذخیره کننده هستند.

از نظر جدول زمانی، قرار است سه جزیره قدرت تا سال ۲۰۲۶ تکمیل شود و آخرین آن تا سال ۲۰۲۹ به بهره‌برداری برسد.

خوان ماسیاس مدیر AlphaStruxure می‌گوید این ارتقاء به این معنی است که ترمینال جدید قادر خواهد بود به طور مستقل از شبکه برق شهر در مواقع اضطراری که دسترسی به برق قطع می‌شود، کار کند.

وی افزود: از نظر ردپای کربن، انتظار می‌رود این سیستم ۳۸ درصد کمتر گازهای گلخانه‌ای تولید کند و انتشار نیتروژن اکسید را تا ۹۸ درصد کاهش دهد. در حال حاضر، پیل‌های سوختی از گاز طبیعی استفاده می‌کنند، اما مجهز به سوخت‌های پاک‌تر مانند هیدروژن هستند.

به گفته مسئولان، این ترمینال جدید، تجربه مسافران در فرودگاه بین‌المللی جان اف کندی نیویورک را به عنوان دروازه‌ای جهانی به این کلانشهر متحول می‌کند و با قرار گرفتن در بین ۱۰ ترمینال برتر فرودگاهی جهان استاندارد جدیدی را برای طراحی و خدمات در سطح جهانی ایجاد می‌کند.

این پروژه به شکل پایدار طراحی شده است و آینده محور خواهد بود و دارای فضاهای عمومی گسترده، با نور طبیعی، فناوری پیشرفته و مجموعه‌ای از امکانات رفاهی است که همگی برای ارتقای تجربه مسافران و رقابت با برخی از فرودگاه‌های دارای بالاترین امتیاز طراحی شده‌اند.

این سازه دارای بیش از ۹۱ هزار متر مربع غذاخوری، فروشگاه، سالن‌های استراحت و فضاهای تفریحی خواهد بود.