مزایا و معایب پنل های خورشیدی
-
توسط
Saeedi Dev
مزایا و معایب پنل های خورشیدی
پنل خورشیدی، ابزاری برای تبدیل انرژی خورشید به برق پاک و مقرونبهصرفه است که در مناطق مختلف دنیا، بهویژه در اقلیمهای گرم و آفتابی، کاربرد فراوانی دارد. با این وجود بهتر است از مزایا و معایب پنل های خورشیدی آگاه باشیم. در این مقاله با استناد بر مقالات موجود در زمینه مزایا و معایب پنل های خورشیدی با انواع پنل خورشیدی، مزایا و معایب پنل های خورشیدی، هزینه نصب و نگهداری پنل خورشیدی، و نکات مهم درباره استفاده از انرژی خورشیدی آشنا خواهید شد.
کارکرد پنل خورشیدی به این صورت است که انرژِی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. انرژی خورشیدی به صورت مستقیم به صفحات پنل خورشیدی برخورد کرده و الکتریسیته تولیدی به بخش مصرف هدایت می شود. این موضوع به دلیل سادگی و عدم پیچیدگی خاصی، موجب کاهش هزینه های تولید و عرضه می شود و در نهایت تاثیر بسزایی بر کاهش هزینه قبوض برق مصرف کنندگان دارد.
پنل خورشیدی چیست؟
پنل خورشیدی یا solar panel از صفحات کوچکتری تشکیل شده است که این صفحات به خودی خود از سلول های خورشیدی(فتوولتائیک) از جنس سیلیکون مونو کریستالی تشکیل شده اند. این صفحات بسیار حساس بوده و قابلیت انعطاف ندارند در نتیجه نیاز به محافظت در برابر رطوبت و آسیب های مکانیکی دارند.
پنل خورشیدی به صورت خلاصه با جذب تابش های خورشیدی، انرژی خورشیدی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را در باتری های خود ذخیره می کند تا برای مصارف گوناگون استفاده شود. سوال اصلی اینجاست که این تبدیل انرژی چگونه صورت می گیرد؟
انرژی خورشیدی، سلول های خورشیدی داخل پنل خورشیدی را تحریک میکند و باعث به حرکت در آمدن الکترون ها، داخل پنل خورشیدی می شود و این امر موجب ایجاد جریان الکتریکی از نوع DC(نوعی جریان الکتریکی است که در آن، جهت حرکت بارهای الکتریکی در طول زمان ثابت باقی میماند.) می شود. جریان DC به وجود آمده، توسط اینورتر به جریان متناوب یا AC (نوعی جریان الکتریکی است که در آن، جهت و مقدار جریان به صورت دورهای و معمولاً به شکل موج سینوسی تغییر میکند. این جریان به طور مداوم در حال معکوس شدن است و استاندارد اصلی برای توزیع برق در منازل و صنایع محسوب میشود.) تبدیل شده و در آخر یا به صورت مستقیم مصرف شده و یا به شبکه برق سراسری منتقل می شود.
طرز کار پنل خورشیدی به نسبت تولید انرژی با منابع تجدید ناپذیر مثل منابع انرژی فسیلی بسیار سادهتر و سازگار با محیط زیست است هر چند ایده کار بسیار ساده است اما پنل های خورشیدی انواع گوناگونی را شامل هستند تا راندمان بالاتری را ارائه دهند.
انواع پنل خورشیدی
انواع پنل خورشیدی بر اساس راندمان و تکنولوژی ساخت تمایز پیدا می کنند. هر نوع پنل خورشیدی برا اساس فاکتور هایی قابل استفاده هستند و نمی توان به صورت قطعی مشخص کرد که به عنوان مثال پنل خورشیدی مونو کریستال از پنل خورشیدی نوار رشته ای بهتر است. انواع مختلف پنل های خورشیدی از متریال و مواد اولیه متفاوت تولید شده اند که جلوتر به تفکیک این موارد ذکر شده است. همچنین هر نوع پنل خورشیدی روش تولید خاص خود را داراست. این مورد از موثرترین عوامل در تفاوت مزایا و معایب پنل خورشیدی است. انواع پنل خورشیدی دسته بندی خاصی ندارند و با توجه به مواد استفاده شده در ساخت و شاخصه های منحصر به فرد در دسته بندی های متفاوت قرار میگیرند. از انواع پنل خورشیدی می توان به پنل سیلیکون کریستالی، پنل نوار رشته ای و پنل فیلم نازک اشاره کرد؛ البته پنل خورشیدی انواع دیگری نیز دارد.
پنل خورشیدی سیلیکون کریستالی
این نوع پنل خورشیدی تماما و به صورت خالص از سلول های سیلیکون کریستالی (c-Si) تشکیل شده است. c-Si شکل کریستالی سیلیکون است. پنل خورشیدی سیلیکون کریستالی بازدهی و فناوری نوینی را دارا است ولی با این حال هزینه ساخت سیلیکون کریستالی بالا است. این مدل پنل خورشیدی خود نیز به دو نوع مونو کریستالی و پلی کریستالی تقسیم بندی می شود.
- پنل مونو کریستال: پنل های مونو کریستالی همانطور که از نامشان مشخص است دارای یک کریستال سیلیکونی هستند و این کریستال به صورت استوانه ای با لبه های گرد مشخص می شوند.
- پنل پلی کریستال: پنل های پلی کریستال از ترکیب چند کریستال سیلیکونی تشکیل می شوند. این پنل ها برخلاف پنل مونو کریستالی دارای شکلی مربعی یا مستطیلی هستند و گوشه های آن ها تیز است. همچنین ساختار پنل پلی کریستالی غیر یکنواخت است. این مدل پنل ها از طریق ذوب سیلیکون خام و ریخته گری در قالب های مربعی مربوطه تهیه می شوند. از آنجایی که پنل های پلی کریستالی، سیلیکون کمتری نسبت به پنل های مونو کریستالی نیاز دارند هزینه تولید آن ها به صرفه تر و پایین تر است و این امر باعث شده تا بازدهی این نوع پنل ها نسبت به پنل مونو کریستالی پایین تر باشد.
پنل خورشیدی نوار رشته ای
پنل خورشیدی نوار رشته ای به کمک پنل های سیلیکون پلی کریستال تولید می شوند. بطوریکه در گام اول نوار و ورقه های سیلیکونی پلی کریستال ساخته می شود؛ سپس سیم های مقاوم به دمای بالا از داخل سیلیکون رد می شود و بالا می آید و نواری نازک از پلی کریستال حاصل می شود که این نوار ها را میتوان با طول های مختلف برش داد و استفاده کرد؛ به همین جهت این نوع پنل ها دارای انعطاف پذیری در طراحی هستند. بنابراین پنل خورشیدی نوار رشته ای شباهت زیادی به پنل های سیلیکونی پلی کریستال دارد. هزینه تولید پنل خورشیدی نوار رشته ای به نسبت پنل خورشیدی مونو کریستال کم تر است و بازدهی آن بالغ بر 13 الی 14 درصد است.
پنل خورشیدی فیلم نازک (TFSC) یا (TFPV)
پنل های فیلم نازک اغلب به نام پنل های فتوولتائیک با ماژول آمورف هم شناخته می شوند. این نوع پنل از ادغام یک یا چند لایه نازک از مواد نیمه رسانا PV یا فیلم نازک مانند سیلیکون آمورف، سلنید گالیوم ایندیوم مس و تلورید کادمیوم روی سطحی فلزی، شیشه ای یا پلاستیکی تهیه و تشکیل می شود و به نوعی نسل دوم پنل خورشیدی محسوب می شود. به جهتی که پنل خورشیدی فیلم نازک به صورت لایه های نازک با ضخامت چند nm (نانو متر) تا چند μm (میکرومتر) تولید می شود؛ دارای وزن پایین و انعطاف پذیری می باشد. همچنین این ویژگی سبب شده تا بتوان این نوع پنل خورشیدی را در اندازه های مختلف تولید کرد و محدودیتی در اندازه آن وجود ندارد. این ویژگی ها سبب شده که نصب پنل خورشیدی فیلم نازک بسیار آسان باشد.
پنل خورشیدی فیلم نازک یا TFSC در مقایسه با پنل های نسل اول یعنی سیلیکون کریستالی هزینه تولید کمتر و به طبع بازدهی کمتری نیز دارد.
مزایای انرژی خورشیدی و پنل خورشیدی
انرژی خورشیدی مانند هر روش تامین انرژی دیگری دارای مزایا و معایب خاص خود است که باید هم مزایای انرژی خورشیدی و هم معایب انرژی خورشیدی را در مقایسه با دیگر روش های تولید انرژی در نظر گرفت تا منابع کره زمین را بتوان به درست ترین شکل ممکن استفاده کرد و افقی آینده نگرانه را در زمینه تولید و تامین انرژی مورد نیاز زندگی مان ترسیم کرد. از این رو در این بخش از مقاله میخواهیم مزایای انرژی خورشیدی و پس از آن معایب انرژی خورشیدی را ذکر کنیم و اندک توضیحی درباره هر کدام بدهیم.
-
تجدید پذیری
انرژی خورشیدی برخلاف منابع فسیلی تجدید پذیر است یعنی هر چقدر که از آن استفاده کنیم هیچوقت تمام نمی شود اگر چه این امر نسبی است زیرا دانشمندان فرضیه هایی درباره نابودی خورشیدی مطرح کرده اند اما همچنان این موضوع 100 درصد تایید نشده است. بنابراین با توجه به تجدید پذیر بودن انرژی خورشیدی، استفاده از پنل خورشیدی برای تامین انرژی مورد نیازمان از خورشید در زمانه ای که تولید انرژی امر بسیار حیاتی ای است بسیار عاقلانه و به صرفه است.
-
تولید برق در هر شرایط جوی
بر خلاف عقیده عموم افراد مبنی بر این که پنل خورشیدی برای اقلیم های بیابانی با آب و هوای گرم و خشک طراحی شده است، پنل خورشیدی می تواند در هر شرایط آب و هوایی از انرژی خورشید استفاده کند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. سلول های خورشیدی پنل خورشیدی حتی در شرایط برفی و بارانی با میزان کمی از نور خورشید می توانند انرژی الکتریکی تولید کنند اما بسته به میزان نور خورشید راندمان پنل خورشیدی ممکن است پایین بیاید.
-
سازگار با محیط زیست
استفاده از پنل خورشیدی برای بهره مند شدن از انرژی خورشید با محیط زیست بسیار سازگار است؛ زیرا مواد مصرفی برای تولید پنل خورشیدی سازگار با محیط زیست است و هزینه های زیستی تولید برق با این ابزار بسیار کمتر از سوخت های فسیلی است.
-
کاهش هزینه قبض برق
انرژی خورشیدی هدیه ایست که به رایگان در اختیار ما قرار گرفته است؛ از این رو با استفاده از پنل خورشیدی می توان از این انرژی پاک برای تولید برق مصرفی خود و حتی تولید برق مازاد مصرف خود استفاده کرد و مازاد آن را به شبکه برق فروخت. همچنین درآمدی که از این روش می توان به دست آورد را در امور دیگر زندگی خرج کرد.
این مورد در کشور ما که در منطقه ای خشک و بیابانی واقع شده و بیشتر روز های سال هوا گرم و آفتابی است بسیار سودمند است.
-
کاهش فشار به شبکه برق و فروش مازاد انرژی به شبکه برق
یکی از فاکتور های مهم و تعیین کننده در عملکرد سازمان برق و انرژی هر کشوری میزان عرضه و تقاضا است؛ زیرا اگر تراز عرضه و تقاضا برق بر هم بخورد؛ شاهد قطعی برق و خاموشی گسترده در طول روز می باشیم. از این رو نصب پنل خورشیدی و ایجاد یک شبکه کوچک خانگی تولید برق از طریق انرژی خورشیدی می تواند بسیار کمک کننده باشد. زیرا می توان با تولید مازاد برق توسط پنل خورشیدی، برق اضافی را به شبکه برق فروخت. فروش برق به شبکه برق هم باعث کمتر شدن ناترازی عرضه و تقاضا شبکه برق کشور می شود و هم موجب ایجاد درآمد برای افراد مصرف کننده می شود.
معایب انرژی خورشیدی و پنل خورشیدی
-
عدم کارکرد در شب
پنل خورشیدی برای تولید انرژی خورشیدی نیازمند نور خورشید است و در هنگام شب به دلیل نبود نور خورشید نمی تواند هیچ انرژی تولید کند. عدم تولید انرژِی به صورت مستمر یکی از مهم ترین معایب انرژی خورشیدی است. همچنین در مناطقی که آب و هوای برفی و بارانی و ابری دارند؛ راندمان تولید برق در پنل خورشیدی پایین می آید.
-
در دسترس نبودن برای همه
نصب پنل خورشیدی برای همه قابل دسترس نیست چرا که پنل های خورشیدی برای نصب به فضای زیادی نیاز دارند و هر فرد باید با توجه به فضای پشت بامی که در اختیار دارد قابلیت نصب پنل خورشیدی را بررسی کند. همچنین باید این را در نظر گرفت که پشت بام خانه شما مناسب نصب پنل خورشیدی است یا نه؟ زیرا پنل خورشیدی را نمی توان بر روی هر خانه ای با هر شکل و شمایلی نصب کرد.
-
نیاز به باتری
انرژی خورشیدی تولید شده توسط پنل خورشیدی باید در زمانهایی از روز به خصوص در شب که تولید انرژی پنل خورشیدی به صفر می رسد در باتری ذخیره گردد. باتری قابل استفاده برای این امر هم بسیار هزینه بر و گران هستند و هم عمر کوتاهی در حدود دو الی سه سال دارند.
-
آلودگی های تولید پنل خورشیدی
هرچند انرژی خورشیدی بهعنوان منبعی پاک شناخته میشود، اما فرآیند تولید پنلهای خورشیدی با آلودگیهایی همراه است. ساخت پنلها به موادی مانند سیلیکون خالص نیاز دارد که تهیه آن انرژیبر و وابسته به دماهای بالا است. همچنین در مراحل ساخت از مواد شیمیایی خطرناکی مانند اسید هیدروفلوریک، سدیم هیدروکسید و گازهای گلخانهای مانند SF₆ استفاده میشود. در صورت عدم مدیریت صحیح این مواد، خطر آلودگی خاک و منابع آب وجود دارد. علاوه بر این، در پایان عمر مفید پنلها (معمولاً ۲۰ تا ۳۰ سال)، اگر بازیافت بهدرستی انجام نشود، ضایعات الکترونیکی و فلزات سنگین وارد محیط زیست میشوند. بنابراین، اگرچه در مرحله مصرف بدون آلودگی هستند، اما زنجیره تولید آنها نیازمند نظارت زیستمحیطی دقیق است.
-
چالش های زیست محیطی
اگرچه انرژی خورشیدی بهعنوان منبعی پاک و تجدیدپذیر شناخته میشود، اما همچنان با چالشهای زیستمحیطی خاص خود روبهرو است. یکی از اصلیترین نگرانیها، مدیریت پایان عمر پنلهای خورشیدی است؛ چرا که این پنلها پس از ۲۰ تا ۳۰ سال نیاز به بازیافت دارند و در صورت عدم انجام صحیح آن، فلزات سنگین و شیشه میتوانند به محیط زیست آسیب برسانند. همچنین، استفاده گسترده از زمین برای احداث نیروگاههای خورشیدی ممکن است باعث تخریب زیستگاههای طبیعی و اختلال در اکوسیستمهای محلی شود. استخراج مواد اولیه مورد نیاز برای تولید پنلها نیز میتواند با آلودگی منابع آب و خاک همراه باشد. در نتیجه، برای پایدار ماندن این منبع انرژی، باید به مدیریت پسماند، بازیافت و انتخاب مکانهای مناسب برای نصب توجه جدی شود.
| مزایای انرژی خورشیدی | معایب انرژی خورشیدی |
| انرژی تجدیدپذیر و نامحدود | وابسته به نور خورشید (عملکرد ضعیف در شب یا هوای ابری) |
| کاهش هزینه برق در بلندمدت | هزینه اولیه بالا برای نصب و تجهیزات |
| نیاز به نگهداری کم | نیاز به فضای زیاد برای نصب |
| کاهش آلودگی محیطزیست | کارایی کمتر در مناطق با آفتاب کم |
| طول عمر بالا (معمولاً 25 سال یا بیشتر) | بازیافت سخت پنلها در پایان عمر مفید |
| امکان ذخیرهسازی با باتریهای خورشیدی | هزینه بالای باتریها و نگهداری آنها |
هزینه پنل خورشیدی
هزینه نصب و راهاندازی پنل خورشیدی شامل هزینه خرید پنلها، تجهیزات جانبی مانند اینورتر و باتری، هزینه نصب و نگهداری اولیه می شود. هم اکنون، رنج قیمت پنل خورشیدی بسته به نوع (مونوکریستال، پلیکریستال، فیلم نازک و…)، توان خروجی و شرکت تولیدکننده متفاوت و دستخوش تغییرات می شود. در کشور ما با توجه به افزایش نرخ ارز و وارداتی بودن بیشتر تجهیزات، هزینهها ممکن است قابل توجه باشد. علاوه بر این، برای بهرهبرداری کامل از انرژی خورشیدی در طول شبانهروز، نیاز به سیستم ذخیرهسازی مانند باتریهای خورشیدی است که خود نیز هزینه قابلتوجهی دارد. با این حال، باید توجه داشت که این هزینهها عمدتاً در ابتدای کار پرداخت میشوند و در بلندمدت، صرفهجویی در قبض برق، فروش برق مازاد به شبکه و کاهش هزینههای انرژی باعث بازگشت سرمایه میشود. همچنین برخی طرحهای حمایتی و تسهیلات بانکی میتواند به کاهش فشار مالی اولیه کمک کند. بهطور کلی، اگرچه نصب سیستم خورشیدی در ابتدا پرهزینه بهنظر میرسد، اما در درازمدت یک سرمایهگذاری اقتصادی و پایدار تلقی میشود.
عمر و نگهداری پنل خورشیدی
عمر مفید پنلهای خورشیدی معمولاً بین ۲۵ تا ۳۰ سال برآورد میشود، با این حال بسیاری از پنلها حتی پس از این مدت نیز همچنان کارایی قابل قبولی دارند. در طول این مدت، راندمان پنل به تدریج کاهش مییابد؛ به طوری که پس از ۲۵ سال، بازدهی معمولاً به حدود ۸۰ درصد ظرفیت اولیه میرسد. از آنجایی که پنلها قطعات متحرک ندارند، خرابی مکانیکی در آنها بسیار نادر است و تنها نگهداریهای موردنیاز شامل تمیز نگه داشتن سطح پنلها، بررسی دورهای اتصالات و عملکرد اینورترها و باتریهاست. گرد و غبار، برگها و آلودگیهای محیطی میتوانند سطح پنل را بپوشانند و بازدهی آن را کاهش دهند، بنابراین شستوشوی منظم بهخصوص در مناطق خشک ضروری است. همچنین باتریها، که برای ذخیرهسازی انرژی مورد استفاده قرار میگیرند، عمر کوتاهتری دارند (معمولاً ۳ تا ۵ سال) و نیاز به تعویض دورهای دارند. با رعایت نکات نگهداری ساده و بازرسی منظم، میتوان از سرمایهگذاری انجامشده حداکثر بهره را در طول سالها کسب کرد.
نتیجهگیری
با توجه به رشد سریع تقاضا برای انرژی خورشیدی، پنل خورشیدی بهعنوان یکی از مهمترین ابزارهای تولید انرژی تجدیدپذیر، جایگاه ویژهای در دنیای امروز یافته است و برخورداری از پنل خورشیدی مناسب با در نظر داشتن مزایا و معایب پنل های خورشیدی یک مزیت ویژه برای تولید برق از انرژی خورشیدی است. در بحث مزایا و معایب پنل های خورشیدی، اگرچه چالشهایی مانند هزینه اولیه بالا، نیاز به فضای کافی و برخی نگرانیهای زیستمحیطی وجود دارد، اما مزایای آن در بلندمدت، مانند صرفهجویی اقتصادی، کاهش آلودگی و بهرهمندی از انرژی رایگان خورشید، آن را به گزینهای هوشمندانه و بسیار سودمند تبدیل کرده است. در همین جهت آگاهی از انواع پنل خورشیدی و انتخاب بهترین نمونه بر اساس نیاز و مزایا و معایب پنل های خورشیدی که مورد نظر ما است حائز اهمیت است. بنابراین، آگاهی و برنامهریزی درست برای استفاده از انرژی خورشیدی میتواند گامی مؤثر در جهت توسعه پایدار و حفظ محیط زیست باشد.
