خورشید فراوان‌ترین منبع انرژی روی زمین است. حدود ۱۷۳۰۰۰ تراوات انرژی خورشیدی در هر لحظه به زمین برخورد می‌کند، بیش از ۱۰۰۰۰ برابر کل انرژی مورد نیاز جهان. جذب انرژی خورشید با یک سیستم خورشیدی تجاری یا خانگی که برق پاک ایجاد می‌کند، راه‌حلی کلیدی در مبارزه با بحران آب و انرژی کنونی و کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی است. در این مقاله می‌توانید درباره نحوه استفاده از انرژی خورشیدی و عملکرد پنل‌های خورشیدی اطلاعات خوبی کسب کنید.
انرژی خورشیدی چیست؟
مقدار انرژی خورشیدی که در عرض یک ساعت و نیم به سطح زمین برخورد می‌کند، برای کنترل مصرف انرژی کل جهان برای یک سال کامل کافی است. فناوری‌های خورشیدی نور خورشید را از طریق پنل‌های فتوولتائیک (PV) یا از طریق آینه‌هایی که تشعشعات خورشیدی را متمرکز می‌کنند، به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. این انرژی می‌تواند برای تولید برق استفاده شود یا در باتری‌ها یا ذخیره‌سازی حرارتی نگهداری شود تا بعداً مورد استفاده قرار گیرد.
انرژی خورشیدی چگونه کار می‌کند؟
خورشید ما یک راکتور هسته‌ای طبیعی است. بسته‌های کوچکی از انرژی به نام فوتون آزاد می‌کند که ۹۳ میلیون مایل از خورشید تا زمین را در حدود ۸.۵ دقیقه طی می‌کند. در طول شبانه‌روز و هر لحظه این فوتون‌ها بر سیاره ما تأثیر می‌گذارند تا انرژی خورشیدی کافی تولید کند و به این ترتیب ما می‌توانیم نیازهای جهانی انرژی را برای یک سال کامل برآورده کنیم.
به طور مثال در حال حاضر، برق فتوولتائیک (برق تولید شده توسط صفحات خورشیدی) تنها پنج دهم درصد انرژی مصرف شده در ایالات متحده را تشکیل می‌دهد؛ اما فناوری خورشیدی در حال بهبود است و هزینه استفاده از خورشید به سرعت در حال کاهش است، بنابراین توانایی ما برای مهار انرژی فراوان خورشید در حال افزایش است.
در سال ۲۰۱۷، آژانس بین‌المللی انرژی اعلام کرد که انرژی خورشیدی به سریع‌ترین منبع انرژی در جهان تبدیل شده است، این اولین بار بود که رشد انرژی خورشیدی از سایر سوخت‌ها پیشی گرفت. از آن زمان تا کنون انرژی خورشیدی به رشد خود ادامه داده و رکوردها را در سراسر جهان شکسته است.
آب و هوا چگونه بر انرژی خورشیدی تأثیر می‌گذارد؟
شرایط آب و هوایی می‌تواند بر میزان الکتریسیته‌ای که خورشید تولید می‌کند تأثیر بگذارد، اما نه دقیقاً آن‌طور که شما فکر می‌کنید. البته شرایط عالی برای تولید انرژی خورشیدی شامل یک روز آفتابی صاف است؛ اما مانند بسیاری از لوازم الکترونیکی، پنل‌های خورشیدی درواقع در هوای سرد کارآمدتر از هوای گرم هستند. این شرایط به پنل اجازه می‌دهد تا برق بیشتری را در همان زمان تولید کند.
با افزایش دما، پنل ولتاژ کمتری تولید می‌کند و در نتیجه الکتریسیته کمتری نیز تولید می‌کند. اگرچه پنل‌های خورشیدی در هوای سرد کارآیی بیشتری دارند، لزوماً در زمستان بیشتر از تابستان برق تولید نمی‌کنند. هوای آفتابی‌تر اغلب در ماه‌های گرم تابستان اتفاق می‌افتد. علاوه بر ابرهای کمتر، خورشید معمولاً در بیشتر ساعات روز بیرون است؛ بنابراین حتی اگر پنل‌های شما در هوای گرم کارآیی کمتری داشته باشند، همچنان احتمالاً در تابستان بیشتر از زمستان برق تولید می‌کنند.
آیا برخی از مناطق انرژی خورشیدی بیشتری نسبت به دیگران دریافت می‌کنند؟
بدیهی است که برخی از کشورها و به طور کلی مکان‌ها در کره زمین، بیشتر از سایرین انرژِی از خورشید دریافت می‌کنند. اما این سؤال مطرح است که اگر آب و هوا بتواند بر تولید انرژی خورشیدی تأثیر بگذارد، آیا برخی از مناطق کاندیدهای بهتری برای انرژی خورشیدی نسبت به سایرین هستند؟ پاسخ کوتاه بله است، اما نه لزوماً به دلیل آب و هوا.
برای مثال ابرها را در نظر بگیرید. هرکسی که در یک روز ابری دچار آفتاب سوختگی شده باشد، می‌داند که تابش خورشید از میان ابرها نفوذ می‌کند. به همین دلیل، پنل‌های خورشیدی همچنان می‌توانند در روزهای ابری برق تولید کنند؛ اما بسته به پوشش ابر و کیفیت پنل‌های خورشیدی، راندمان تولید برق پنل‌های خورشیدی معمولاً از ۱۰ تا ۲۵ درصد یا بیشتر، در مقایسه با یک روز آفتابی کاهش می‌یابد.
به عبارت دیگر، انرژی خورشیدی همچنان می‌تواند در مکان‌های معمولاً ابری و سرد به خوبی کار کند. مهم نیست در کجا زندگی می‌کنید، انرژی خورشیدی می‌تواند یک سرمایه‌گذاری عالی و راهی مطمئن برای کمک به مبارزه با تغییرات آب و هوایی باشد. اینکه چقدر برای راه‌اندازی این سیستم خرج کرده‌اید و با چه سرعتی بازگشت سرمایه خود را در یک بازه زمانی مشخص خواهید دید، به عوامل زیادی مانند هزینه برق، مشوق‌های خورشیدی موجود، اندازه‌گیری خالص و کیفیت پنل‌های خورشیدی شما بستگی دارد.
پنل‌های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟
پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV) از سلول‌های خورشیدی زیادی تشکیل شده‌اند. سلول‌های خورشیدی مانند نیمه هادی‌ها از سیلیکون ساخته شده‌اند. آن‌ها از یک لایه مثبت و یک لایه منفی تشکیل شده‌اند که باهم یک میدان الکتریکی درست مانند باتری ایجاد می‌کنند.
وقتی فوتون‌ها به سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، الکترون‌ها را از اتم‌هایشان جدا می‌کنند. اگر هادی‌ها به دو طرف مثبت و منفی یک سلول متصل شوند، یک مدار الکتریکی تشکیل می‌دهد. هنگامی‌که الکترون‌ها از چنین مداری عبور می‌کنند، الکتریسیته تولید می‌کنند. سلول‌های متعدد یک پنل خورشیدی را تشکیل می‌دهند و چندین پنل (ماژول) را می‌توان به هم متصل کرد تا یک صفحه خورشیدی را تشکیل دهند. هرچه پنل‌های بیشتری را بتوانید مستقر کنید، می‌توانید انتظار تولید انرژی بیشتری داشته باشید.
پنل‌های خورشیدی چگونه برق تولید می‌کنند؟
پنل‌های سولار PV برق جریان مستقیم (DC) تولید می‌کنند. با الکتریسیته DC، الکترون‌ها در یک جهت در اطراف مدار جریان می‌یابند. درست همانند عملکرد باتری که یک لامپ را تغذیه می‌کند. الکترون‌ها از سمت منفی باتری، از طریق لامپ حرکت می‌کنند و به سمت مثبت باتری باز می‌گردند.
با الکتریسیته AC (جریان متناوب)، الکترون‌ها رانده و کشیده می‌شوند و به طور دوره‌ای جهت را معکوس می‌کنند، بسیار شبیه به سیلندر موتور خودرو. وقتی سیم‌پیچی در کنار آهنربا چرخانده شود، ژنراتورها برق متناوب ایجاد می‌کنند. بسیاری از منابع انرژی مختلف می‌توانند دسته این ژنراتور را بچرخانند، مانند سوخت گاز یا گازوئیل، برق آبی، هسته‌ای، زغال سنگ، باد یا خورشیدی.
برق AC برای شبکه برق انتخاب شده است، در درجه اول به این دلیل که انتقال آن در فواصل طولانی هزینه کمتری دارد. با این حال، پنل‌های خورشیدی برق DC ایجاد می‌کنند. برای اینکه بتوانیم برق DC را به شبکه AC وارد کنیم از اینورتر استفاده می‌کنیم. اینورتر وظیفه تبدیل برق DC به AC را به عهده دارد.
اینورتر خورشیدی چه کاری انجام می‌دهد؟
یک اینورتر خورشیدی الکتریسیته DC را از سلول خورشیدی می‌گیرد و از آن برای تولید برق AC استفاده می‌کند. اینورترها مانند مغز سیستم هستند. همراه با معکوس کردن برق DC به AC، آن‌ها همچنین وظیفه حفاظت از خطای زمین و آمار سیستم، ازجمله ولتاژ و جریان در مدارهای AC و DC، تولید انرژی و ردیابی نقطه حداکثر توان را انجام می‌دهند.
اینورترهای مرکزی از ابتدا بر صنعت خورشیدی تسلط داشته‌اند. معرفی میکرو اینورترها یکی از بزرگ‌ترین تحولات فناوری در صنعت تولید انرژی خورشیدی است. میکرو اینورترها نیز همانند اینورترهای مرکزی، برای هر پنل خورشیدی جداگانه بهینه می‌شوند، نه برای کل منظومه خورشیدی.
این به هر پنل خورشیدی اجازه می‌دهد تا با حداکثر پتانسیل کار کند. هنگامی‌که از یک اینورتر مرکزی استفاده می‌شود، داشتن مشکل در یک پنل خورشیدی (شاید در سایه باشد یا کثیف شده باشد) می‌تواند عملکرد کل سلول خورشیدی را کاهش دهد. میکرو اینورترها، مانند آن‌هایی که در منظومه شمسی خانگی SunPower’s Equinox وجود دارند، این موضوع را به یک مشکل تبدیل می‌کنند. اگر یک پنل خورشیدی مشکل داشته باشد، بقیه سلول‌های خورشیدی همچنان کارآمد هستند.
نحوه عملکرد یک سیستم انرژی خورشیدی در خانه
ابتدا نور خورشید به پنل خورشیدی روی سقف برخورد می‌کند. پنل ها انرژی را به جریان DC تبدیل می‌کنند که به یک اینورتر می‌رسد. اینورتر برق را از DC به AC تبدیل می‌کند که سپس می‌توانید از آن برای تأمین برق خانه خود استفاده کنید. این تبدیل انرژی بسیار ساده و تمیز است و همیشه کارآمد و مقرون‌به‌صرفه تر تمام می‌شود. با این حال، اگر در خانه نباشید و از برقی که پنل‌های خورشیدی شما هر روز آفتابی تولید می‌کنند استفاده نکنید، چه اتفاقی می‌افتد؟ وقتی خورشید در شرایط خاص آب و هوایی انرژی کافی تولید نمی‌کند، چه اتفاقی می‌افتد؟ نگران نباشید، در این موارد سیستمی به نام “نت مترینگ” به کمک جریان تولید انرژی خواهد آمد.
یک سیستم انرژی خورشیدی معمولی متصل به شبکه، در ساعات اوج روز، اغلب انرژی مازاد نیاز یک مشتری تولید می‌کند، به طوری که انرژی اضافی برای استفاده در جاهای دیگر به شبکه بازگردانده می‌شود. مشتری واجد شرایط نت مترینگ ممکن است برای انرژی مازاد تولید شده اعتبار دریافت کند و می‌تواند از این اعتبارات برای برداشت از شبکه در شب یا روزهای ابری استفاده کند. نت متر، انرژی ارسالی را در مقایسه با انرژی دریافتی از شبکه ثبت می‌کند.
افزودن فضای ذخیره‌سازی به یک سیستم خورشیدی این مزایا را حتی بیشتر افزایش می‌دهد. با استفاده از یک سیستم ذخیره‌سازی خورشیدی، مشتریان می‌توانند انرژی خود را در محل ذخیره کنند و این امر باعث کاهش بیشتر اتکای آن‌ها به برق شبکه و حفظ توانایی تأمین برق خانه‌های خود در صورت قطع برق می‌شود. اگر سیستم ذخیره‌سازی شامل نظارت نرم‌افزاری باشد، آن نرم‌افزار تولید خورشیدی، مصرف انرژی خانگی و نرخ‌های آب و برق را نظارت می‌کند تا تعیین کند از کدام منبع برق در طول روز استفاده شود. حداکثر استفاده از انرژی خورشیدی، به مشتری امکان کاهش هزینه‌های پیک زمان و قابلیت ذخیره برق برای استفاده بعدی در هنگام قطع برق را می‌دهد.
حرف آخر
برای بهره بردن از انرژی خورشیدی پنل های خورشیدی را می‌توان در طیف وسیعی از مکان‌ها نصب کرد. از مزارع خورشیدی بزرگ در حومه شهر که می‌توانند با ایجاد یک زیستگاه دست نخورده برای زنبورها، پروانه‌ها و پرندگان لانه ساز از تنوع زیستی محلی حمایت کنند تا پنل های پشت بام در مراکز شهرها که می‌توانند به مبارزه با فقر سوخت کمک کنند.
منبع:
نظرات کاربران