پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک

 پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک

پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک  سیستمی متشکل از تعدادی سلول خورشیدی است که به‌صورت سری یا موازی در یک قاب قرار گرفته‌اند. هر سلول خورشیدی هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می‌گیرد، ولتاژی در حدود 0.5 ولت برق تولید می‌کند. ازاین‌رو، برای تولید الکتریسیته با توان بیشتر، سلول‌های خورشیدی را به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌کنند.

مثال : برای تولید توان بیشر با سلول خورشیدی

یک سلول 6 اینچی (15×15 سانتی‌متری) حدود 0.55 ولت و 8.3 آمپر جریان تولید می‌کند که معادل 4.6 وات توان الکتریکی است. برای تولید 200 وات برق، 44 سلول خورشیدی 6 اینچی را به‌صورت سری به یکدیگر متصل می‌کنند. امروزه، با استفاده از فناوری Half Cell ، ولتاژ پنل‌ها را بیش از 24 ولت افزایش داده‌اند.

اجزای تشکیل‌دهنده پنل خورشیدی

برای محافظت از سلول‌های خورشیدی در برابر عوامل محیطی مانند باد، باران و رطوبت، آن‌ها را بین دو لایه شیشه و رزین (EVA) قرار داده و طبق استانداردهای بین‌المللی مانند IEC61215  طی فرآیندی لمینت می‌کنند. در این روش  پنل‌های تولیدی  می‌توانند دمای ۲۰- تا ۸۵+ درجه سانتی‌گراد را تحمل کرده و در برابر بادهای با سرعت ۱۴۰ کیلومتر بر ساعت مقاوم باشند.

شکل زیر ساختار و لایه های یک پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک  را نشان می دهد که شامل :

پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک – اجزاء پنل

لایه ها ی  پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک  از پایین به بالا:

1. Back sheet   یک صفحه  tedlar polyester tedlar  (TPT) از جنس پلی استر  مقاوم به حرارت بود که وظیفه آن نگهداری جعبه اتصال و همینطور سلول های خورشیدی است (لازم به یادآوری است در سال های اولیه تولید ماژول های خورشیدی از شیشه بجای تدلار استفاده می شد ، بدلیل وزن و قیمت بالای شیشه ، تدلار جایگزین شیشه گردد که هم باعث کاهش قیمت تمام شده پنل های خورشیدی و هم کاهش وزن پنل های گردید ، به این نوع ماژول های خورشیدی دبل گلس (Double glass)    میگویند  . لیکن امروز جهت ساخت پنل های دو وجهی که از پشت نیز  با دریافت نور قادر به تولید الکتریسته هستند، مجددا استفاده از شیشه بعنوان Back sheet  رواج یافته است.) 
2. روی Back sheet  یک لایه فویل رزین خاص که مخصوص پنل های خورشیدی ساخته می شود قرار می گیرد(EVA) فویل یا فیلم EVA (Ethylene Vinyl Acetate)   که یک رزین شفاف بوده که با توجه به کارآیی ، کیفیت آن در بسیاری از صنایع از جمله صنایع کفش ، تجهیزات ورزشی ، صنایع شیشه ، کشاورزی و همینطور نوع  با کیفیت و خلوص بالای آن در صنایع ساخت پنل های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرد که اهمیت و نقش آن در محافظت از سلول ها و مدارات سلولها و همچنین طول عمر پنل های خورشیدی  بسیار بالا و حیاتی است  ، چرا که باید مقاومت بالایی در برابر گرمای و   اشعه فرابنفش UV(Ultraviolet) خورشید داشته و رنگ و شفافیت خود را حفظ نماید زیرا اگر شروع به تغییر رنگ نماید باعث افت ولتاژ برق تولیدی سلول های خورشیدی می گردد .همانگونه که ذکر شد  نقش EVA در ساختار پنل خورشید از اهمیت بالایی برخورد است ، فویل EVA سلول های خورشیدی و مدارات آنها را در برابر شرایط آب و هوایی نامطلوب ، گرما محافظت می نماید .
3. سلول خورشیدی و مدارات آن روی لایه اول EVA یک دسته سلول های خورشیدی که با توجه به توان مورد نیاز ما به یکدیگر متصل شده اند قرار می گیرند.
4. EVA  در لایه چهارم مجددا یک لایه فویل EVA قرار داده می شود
5. شیشه رویی: شیشه‌ای مقاوم  Temper شده و شفاف با ویژگی Ultra White و Iron Free که نور خورشید را به‌خوبی عبور می‌دهد و از داغ شدن بیش‌ازحد پنل جلوگیری می‌کند.

فرآینده  لمینت و یکپارچه سازی لایه ها

پس از قرارگیری لایه‌ها، آن‌ها را درون دستگاه لمیناتور قرار می‌دهند. در این فرآیند، در دمای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد و تحت فشار و مکش هوای بین لایه ها ، لایه‌ها کاملاً به هم متصل شده و یکپارچه می‌شوند. اگر این فرآیند با دقت انجام شود، عمر مفید پنل‌های خورشیدی به حداقل به بیش از ۲۵ سال افزایش می‌یابد.

نصب فریم و جعبه اتصال

پس از لمینت، لبه‌های  پنل ساخته شده را با فریم آلومینیومی آنودایز شده یا استسل ضد زنگ قاب‌بندی می‌کنند تا استحکام بیشتری داشته باشد. سپس جعبه اتصال را در قسمت پشتی پنل نصب شده که شامل دیودهای یک‌طرفه، فیوز ضدصاعقه و ترمینال‌های مخصوص است. سپس جهت بازرسی ظاهری  ماژول های خورشیدی  جهت نداشتن حباب بین لایه ها و عدو وجد ترک های احتمالی روی سلول ها  در واحد کنترل کیفیت ، از دستگاه شبیه‌ساز نور خورشید (Sun Simulator) استفاده می‌شود. در این مرحله، نور مصنوعی معادل ۱۰۰۰ وات بر مترمربع به پنل تابیده شده و خروجی الکتریکی آن اندازه‌گیری می‌شود در صورت تأیید مشخصات فنی، پنل‌های خورشیدی آماده عرضه به بازار خواهند بود

کنترل کیفیت :

بعد از چسباندن جعبه اتصال نوبت به آزمایش و تست خروجی پنل می رسد در واحد کنترل کیفیت هر پنل در آزمایشگاه توسط  دستگاه شبیه ساز نور خورشید  (Sun simulator) که از یک یا چند لامپ  زنون تشکیل شده ، نوری معادل 1000 وات بر متر مربع بر سطح پنل تابیده می شود ، همزمان خروجی مشخصات الکتریکی پنل توسط دستگاه دیگری اندازه گیری و بر روی برچسب چاپ و پشت پنل الصاق می گردید بعد از این مرحله اگر مشخصات اندازگیری شده مورد تائید باشد ، پنل های ساحته شده جهت فروش به انبار منتقل می گردند.

پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک – مراحل ساخت

1- مرحله اول : 

در این مرحله سلول های خورشیدی با توجه به طراحی و محاسبات الکتریکی  جریان و ولتاژ، ابتدا باسبار های روی( در اینجا هر سلول دو باسبار دارد که می تواند با توجه به ابعاد سلول تا 6 باسبار هم طراحی گردد) سلول لحیم کاری و ردیف های  نه تایی توسط نوارهای آلومینیومی به یکدیگر متصل می گردند ،در روش بالا از جوش الترا سونیک استفاده شده است .  

2- مرحله دوم : 

در این مرحله پشت سلول ها نیز با توجه به لحیم کاری روی سلول ، توسط دستگاه التراسونیک به یکدیگر متصل می گردد در این مرحله اگر این ردیف سلول را که بصورت مدار  سری بکدیگر متصل شده اند  در دستگاه شبیه ساز خورشیدی ( sun simulator) قرار داده شوند خواهید دید که  ولتاز این ردیف مساوی جمع ولتاز 9 سلول خواهد بود و جریان ردیف برابر ابا جریان یک سلول است.

(همانطور که می دانید در مدار سری ولتاژ سلول های متصل شده به یکدیگر با هم جمع می شود و جریان آنها برابر خواهد با با جریان یک سلول)

3- مرحله سوم: 

در این مرحله با توجه به طراحی ابعاد ، جریان و ولتاژ پنل خورشیدی تعداد 36 عدد سلول خورشیدی می بایستی به  بصورت مدار سری به یکدیگر  متصل گردند ، از رو با در نظر گرفتن ابعاد پنل خورشیدی طراحی شده ابتدا نه عدد سلول با یکدیگر سری شده ودر ریف های  چهار تایی کنار هم قرارداد می شوند و توسط دستگاه جوش التراسونیک که به همین منظور ساخته شده سر و انتهای این چهار ردیف به یکدیگر متصل می شوند

بعدا از اتصال این ردیف ها به یکدیگر ولتاز دو سر این 36 عدد سلول  اندازه گیری می گردند در صورتیکه سلول ها در حین لحیم کاری به یکدیگر اتصال کوتاه نشده باشد و ولتاژی از حاصل جمع ولتاز 36 سلول را تولید نمایند سلول ها برای برای جلوگیری از شکستن و جابجای و همین طور مقاومت دهی به بخش لمینه منتقل می گردند 

3- مرحله چهارم : 

در این مرحله همانطور که در بالا ذکر شده برای اینکه سلول های خورشیدی در برابر عوامل محیطی و جوی مقاومت پیدا کنند  و همچنین سلول ها، تضمین گردد ، این 36 عدد سلول خورشیدی که به یکدیگر متصل شده اند و حال در حکم یک مازول یا یک پنل خورشدی فتوولتائیک هستند باید  توسط دستگاه لمیناتور یکپارچه سازی شوند 

برای اینکار ابتدا در لایه زیرین یک بک شیت از جنس شیشه یا تدلار قرارداده می شود سپس یک لایه فویل EVA و در لایه سوم  نوبت به قراردادن سلول های سری شده میرسد در لایه چهارم مجددا روی سطح سلول ها یک لایه فویل EVA و در نهایت لایه پنجم یک شیشه به ضخامت 3.2 یا 4 میلیمتر روی  سطح فوقانی سلول ها قرارداده می شود 

بعد از این مرحله مجموع لایه ها به دستگاه لمیناتور منتقل می گرد وظیفه دستگاه همزمان فشار روی لایه ها ، حرارت دهی تا دمای 150 درجه سانتیگراد و مکش و تخلیه هوای موجود بین لایه های بمدت حدود 20 دقیقه می باشد ، در پایان این فرآیند یک عدد پنل خورشیدی متشکل از 36 سلول خورشیدی از دستگاه لمیناتور خارج می شود که علاوه بر تحمل ضربات خارجی  تحمل تنش های محیطی ، در برابر نفوذ هرگونه  گرد غبار ، باران ، رطوبت ، و همچنین مقاوم در برابر بادهای فصلی تا سرعت 120 تا 140 کیلومتر برساعت بوده  و می توان طول عمری حداقل 25 سال برای آن تضمین کرد.

پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک پس از  این مرحله که در سطر های بالا نیز اشاره شد ، جهت نصب قاب دور و جعبه اتصال به قسمت مربوطه هدایت و سپس جهت تست خروجی و کنترل کیفیت به واحد مربوطه منتقل می گردند  معمولا 99% پنل خورشیدی یا ماژول فتوولتائیک  از مرحله کنترل کیفیت به سلامت خارج و جهت بسته بندی به انبار منتقل می گردند.