مزایا و معایب پنل خورشیدی مونوکریستال در مقایسه با پلی‌کریستال

صنعت انرژی خورشیدی بعد از سال­ها تحقیق و پژوهش به نقطه­ای رسید که قابل استفاده عموم مردم قرار گرفته است و می تواند بهترین گزینه برای تامین انرژی آینده بشر باشد. زیرا از نظر در دسترس بودن، صرفه اقتصادی، سهولت استفاده، ظرفیت و بازدهی نسبت به سایر منابع انرژی تجدیدپذیر برتر است.

انرژی خورشیدی فراوان‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر است. خورشید در هر لحظه حدود 3.8×10²³ کیلووات انرژی تابش می‌کند که حدود 1.8×10¹⁴ کیلووات از آن به زمین می‌رسد. این انرژی به‌شکل گرما و نور به زمین می‌تابد. بخشی از آن در مسیر توسط ابرها، بازتاب و جذب از بین می‌رود، اما مقدار باقی‌مانده برای تأمین نیاز جهانی انرژی کافی است.

فوتون­های نور تابیده شده به سلول­های خورشید باعث ایجاد حرکت در الکترون­ها می­شود که در نهایت با استفاده از یک مدار الکتریکی به برق مستقیم DC تبدیل می­شود و با کمک یک اینورتر برق AC شهری تولید می­شود. بازده­ و میزان تولید برق در یک پنل خورشیدی به نوع این سلول­های خورشیدی بستگی دارد. سلول­های خورشیدی موجود در بازار غالبا از جنس سیلیکون هستند که خودشان به سه دسته مونوکریستال، پلی کریستال و سیلیکون آمورف تقسیم بندی می­شود که نوع مونوکریستال و پلی­کریستال رایج­ترین مدل آن است. تفاوت اصلی میان این دو فناوری، نوع سلول خورشیدی سیلیکونی است که استفاده می‌کنند:

پنل‌های خورشیدی مونوکریستال از سلول‌هایی ساخته شده‌اند که از یک کریستال سیلیکون واحد تشکیل شده‌اند، در حالی که پنل‌های پلی‌ کریستال از سلول‌هایی ساخته می‌شوند که از قطعات متعدد سیلیکون ذوب‌شده در کنار هم تشکیل شده‌اند. هر دو پنل می­تواند گزینه­ی خوبی برای شما باشد اما تفاوت کلیدی بین آن­ها وجود دارد که برای یک انتخاب درست باید با توجه به نیاز خود و مزایا و معایب آن­ها پنل مناسب را انتخاب کنید.

جهت مشاهده تجهیزات انواع پنل های خورشیدی کلیک نمایید .

معرفی پنل مونوکریستال

تکنولوژی ساخت

پنل خورشیدی مونوکریستال از سلول­های خورشیدی مونوکریستال ساخته شده­اند. سلول­های مونوکریستال و پلی­کریستال ساختار مشابه­ای دارند و هر دو از سیلیکون ساخته می­شوند و تفاوت اصلی آن­ها در تکنولوژی ساخت است. در فرایند ساخت آن سیلیکون با خلوص بالا درون یک بته کوارتز ذوب می­گردد و سپس دانه کریستال اولیه روی سطح مذاب قرار می­گیرد. در ادامه، دانه کریستال و بوته‌ی کوارتز به‌صورت هم‌زمان اما در جهت‌های مخالف چرخانده می‌شوند. با بالا کشیدن تدریجی دانه کریستال، فرآیند رشد میله‌ی سیلیکون مونوکریستال به تدریج انجام می‌شود. در پایان، میله‌های سیلیکونی رشد‌یافته با استفاده از روش برش با سیم الماسه به ویفرهای سیلیکونی تبدیل می‌شوند. به این ترتیب یک سلول مونوکریستال خواهیم داشت.

در کل سلول‌های سیلیکون مونوکریستال از مزایایی مانند شبکه‌ی بلوری کامل، خلوص بالای مواد، انرژی پایین مرز دانه‌ها، مقاومت داخلی ضعیف و بازدهی بالا برخوردارند. علاوه بر این، ماژول‌های مونوکریستال از نظر زیبایی‌شناسی نیز ارزش بالایی دارند زیرا رنگ یکنواخت و بدون لکه دارند.

شکل(1): مراحل رشد سیلیکون مونوکریستال

بازدهی و راندمان

پنل­های منوکریستال معمولا با رنگ سیاه و لبه­­­­های منحنی شکل شناخته می­شوند. به دلیل استفاده از یک کریستال واحد؛ الکترون­ها با آزادی بیشتری درون سلول جابجا می­شود و در نتیجه عملکرد، بازدهی و راندمان بیشتری خواهد داشت؛ به این معنا که برق بیشتری بر حسب کیلووات ساعت تولید می­کنند. این نوع پنل برای محیط­­هایی با فضای محدود مناسب است چون با تعداد کمتری پنل میزان برق تولیدی بیشتری به نسب نوع پلی­کریستال خواهید داشت. در یک تحقیق که در کشور اندونزی انجام شده، نتایج نشان داد که راندمان سلول خورشیدی مونوکریستال برابر با ۹٫۲۲٪ و راندمان سلول خورشیدی پلی‌کریستال برابر با ۷٫۹۴٪ است. همچنین نسبت عملکرد سلول خورشیدی مونوکریستال ۸۳٪ و برای پلی‌کریستال ۸۰٪ به دست آمد.

پنل­های مونوکریستال دارای چگالی نابجایی پایین، خلوص بالای مواد، انرژی کم در مرز دانه‌ها و طول عمر زیاد حامل‌های اقلیت هستند؛ به همین دلیل، بازده تبدیل انرژی در سلول‌های مونوکریستال بالاتر از سلول‌های پلی کریستال است.

هنگامی که سلول‌های خورشیدی تابش خورشید را جذب می‌کنند تا برق تولید کنند، گرما نیز تولید می‌شود و دمای سلول‌ها افزایش می‌یابد. دمای محیط اطراف سلول‌ها نیز در تغییر دمای آنها نقش دارد. افزایش دما باعث کاهش توان الکتریکی تولیدی سلول‌ها می‌شود. برای حل این مشکل از سیستم­های خنک کننده استفاده می­کنند تا با کاهش دمای محیط اطراف پنل­ها از کاهش بازدهی و عملکرد پنل جلوگیری کنند. همچنین گرمای بیش از حد باعث افزایش نقص­ها در سلول­های خورشیدی می­شود که همین نقص­ها حرکت الکترون­ها را کاهش می­دهد و در نتیجه تولید برق کاهش می­یابد.

طول عمر و مقاومت

برعکس تصور عموم که محیط­های گرم و با تابش زیاد نور خورشید قطعا مکان مناسبی برای یک نیروگاه خورشیدی است، پنل­­های خورشیدی به شدت به گرما حساس هستند و با افزایش گرما بازدهی و راندمان آن­ها کاهش می­یابد. گردوغبار و آلودگی هوا نیز بر عمر و کارایی پنل­های خورشیدی تاثیرگذار است. با این وجود طول عمر و مقاومت هر دو پنل مونوکریستال و پلی­کریستال برابر و تقریبا در اکثر موارد 25 سال دوام دارند. با نگه­داری صحیح و دوره­ای می­توان عمر مفید این پنل­ها را بهبود بخشید.

قیمت و بازار هدف

تکنولوژی ساخت پیچیده­ی پنل­های سیلیکونی مونوکریستال، قیمت این مدل پنل­­ها را نیز افزایش می­دهد. زیرا فرایند جامدسازی سیلیکون باید با دقت بالایی کنترل شود. با وجود بازدهی و راندمان بالای این پنل هزینه خرید این پنل برای هر مقیاس تولیدی ممکن است مناسب نباشد. انتخاب نوع پنل به شرایط احداث، محیط، میزان برق تولیدی و عوامل دیگری بستگی دارد. قیمت و بازار هدف یکی از مسائل تعیین کننده­ی انتخاب نوع پنل خورشیدی است.

قیمت و بازار رقابتی پنل­های خورشیدی این روزها داغتر از همیشه است. گاها برخی افراد با اطلاعات نادرست و اصرار به خرید پنل نامناسب سعی در گمراه کردن خریدار و یا فروش جنس نامرغوب خود را دارند. از این­رو با دانش اولیه مناسب می­توان خرید معقولانه­ای داشت که سود و تجربه بهتری را در این­باره کسب کنید.

معرفی پنل پلی‌ کریستال

نحوه تولید و مواد اولیه

سیلیکون پلی­ کریستال با استفاده از روش ریخته‌گری شمش تولید می‌شود. اصل این روش به‌صورت زیر است:

ابتدا سنگ سیلیکون درون بوته‌ای از جنس کوارتز ریخته می‌شود. سپس با تنظیم دما و فشار دستگاه، سیلیکون ذوب و درون قالب شکل‌دهی می‌شود تا شمش سیلیکونی تشکیل گردد. پس از سرد شدن و جامد شدن شمش، آن را با استفاده از روش برش با اره نواری یا همان Yam Method به ویفرهای سیلیکونی برش می‌دهند.

شکل(2): فرایند رشد شمش سیلیکون پلی­کریستال

پنل­های پلی کریستال معمولا به رنگ آبی روشن یا تیره ساخته شده­اند. پنل از قطعه یا تکه­های کوچکتری ساخته شده که این تفاوت ظاهری ناشی از روش تولید و علم پشت سلول‌های خورشیدی است که باعث می‌شود پنل‌های پلی­ کریستال هزینه کمتری داشته باشند اما بازدهی کمتری نسبت به مونوکریستال­ها دارند. ساختار سلول­های این پنل به صورت نامنظم است و دارای نقص­های بیشتری است که همین موضوع سرعت حرکت آزادانه الکترون­ها درون سلول را کاهش می­دهد و در نتیجه عملکرد پایین­تری خواهد داشت.

الف) سلول پلی کریستال                                         ب) سلول مونو کریستال

پنل پلی­کریستال می­تواند از جنس­های متفاوتی مثل سیلیکون یا آلیاژهای سیلیکون تهیه شوند. معمولا در ساخت قطعا همیشه به صورت خالص از ماده استفاده نمی­کنند و عناصر دیگری به آن به صورت درصدی بسیار کم از یک ناخالصی اضافه می­کنند. در برخی از فناوری­ها، ژرمانیوم برای افزایش بهره­وری در نورکم اضافه می­کنند و یا بور و فسفر برای ذوب کردن نیمه­هادی­ها و ایجاد نوع N و P به سیلیکون اضافه می­کنند.

مزایا در هزینه و دسترسی

امروزه در هر منطقه و زمانی شما می­توانید پنل­های خورشیدی مورد نیازتان را خریداری کنید. انرژی تجدیدپذیر خورشید، بدون آلودگی و همیشه در دسترس شما خواهد بود. از این­رو می توانید بدون قطعی برق و هزینه­های زیاد برق شبکه شهری نیازهای خانگی، کارگاه، اداره، کشاورزی و… خود را با کمک پنل­های خورشیدی برطرف کنید. یک نیروگاه خورشیدی شخصی می­تواند به شما کمک کند بدون نگرانی از هزینه قبض ماهانه خود، کار و حرفه­ی خود را توسعه داده و با هزینه­ای کمتر برق مورد نیاز خود را تهیه کنید و از آلودگی و گرمایش زمین جلوگیری نمایید. هر نیروگاه خورشیدی یک قدم زمین را به هوای پاک­تر نزدیک­تر می­کند.

عملکرد در شرایط آب‌وهوایی مختلف

هنگامی که نور خورشید بر ماژول‌های پلی­کریستال می‌تابد، بخش بیشتری از انرژی خورشید به حرارت تبدیل می‌شود و در نتیجه افزایش دما در ماژول‌های پلی­کریستال محسوس‌تر است. در تابش خورشیدی بالا، با افزایش دمای پنل ماژول‌های پلی­کریستال کاهش توان کمتری نسبت به مونوکریستال­ها تجربه می‌کنند. کاهش توان تقریباً ۱۴٪ برای پلی­کریستال و ۱۶٪ برای مونوکریستال است. با این وجود در تابش خورشیدی کم، استفاده از ماژول‌های تک‌بلوری توصیه می‌شود، زیرا کاهش توان برای پلی­کریستال­ها ۲۱٪ و برای مونوکریستال­ها ۹٪ بود. ماژول‌های منوکریستال تحت تابش خورشیدی بالا تأثیر بیشتری از گرد و غبار دارند، در حالی که در تابش کم، ماژول‌های پلی­کریستال بیشتر تحت تأثیر گرد و غبار قرار گرفتند. کاهش توان ماژول‌های مونوکریستال در تابش بالای خورشید (بالاتر از 500 W/m²) بیشتر از ماژول‌های پلی کریستال بود.

در نتیجه برای مناطق با تابش خورشیدی بالا و دمای زیاد، استفاده از پنل‌های پلی­کریستال توصیه می‌شود، در حالی که پنل‌های مونوکریستال در مناطق با تابش خورشیدی کم و دماهای پایین عملکرد بهتری دارند.

مقایسه نهایی

با تعداد یکسان ماژول‌ها، ماژول‌های مونوکریستال دارای مزایایی از جمله ظرفیت نصب بالاتر و بهره‌وری کوانتومی بیشتر در نور کم هستند. بنابراین، تولید واقعی برق در ماژول‌های مونوکریستال بیشتر از پلی­ کریستال است؛ اگرچه هزینه هر وات آن بیشتر از ماژول‌های پلی­کریستال است. در زیر نمونه­ای از جدول مقایسه بازدهی، هزینه، طول عمر دو مدل پنل خورشیدی نمایش داده شده است.

پنل ­های خورشیدی هم برای مصارف خانگی و هم برای مصارف صنعتی، کشاورزی بسیار مناسب است. انرژی خورشیدی پاک و در دسترس همگان است و تنها با هزینه نصب و نگه­داری می­توانیم به یک انرژی پاک و بدون قطعی دسترسی داشته باشیم. همان­طور که در جدول زیر می­بینید نمونه یک مزرعه خورشیدی در مساحت یکسان، با توان یکسان در چین هزینه مزرعه خورشیدی و پلی کریستال از مونوکریستال کمی بیشتر است. بنابراین برای یک انتخاب مناسب علاوه بر هزینه باید به میزان تابش نور خورشید، دمای محیط، میزان گرد و غبار در منطقه نیز توجه کرد.

جمع بندی

ماژول‌های مونوکریستال به دلیل ساختار شبکه منظم، رنگ یکنواخت و بدون لکه از ارزش زیبایی‌شناختی بالایی برخوردارند. در عین حال، هزینه سرمایه‌گذاری ماژول‌های مونوکریستال و پلی­کریستال تقریباً مشابه است، اما ماژول‌های مونوکریستال به دلیل مقاومت داخلی کم و بهره‌وری کوانتومی خوب در نور کم مزیت دارند. بنابراین، ماژول‌های مونوکریستال از نظر ظاهر و عملکرد توان نسبت به ماژول‌های پلی­کریستال برتری دارند.

ماژول­های پلی­کریستال نسبت به مونوکریستال­ها برای مناطق گرم­تر مناسب­تر هستند، زیرا اثرپذیری گرمایی کمتری دارند. برای داشتن یک انتخاب هوشمندانه ابتدا باید اولویت­بندی براساس نیاز و بودجه­تان را تعیین کنید. اولویت­بندی مناسب برای افتتاح یک مزرعه خورشیدی یا حتی یک نیروگاه کوچک در پشت بام خانه­ها می­تواند تا حد زیادی از هزینه­های شما کاسته و با حفظ کارایی مناسب بهترین بازدهی را بدست آورید.

در انتها می­توانید با مشاهده محصولات پیشنهادی، بر اساس میزان توان و محیط کاری­تان پنل مورد نظر خود را انتخاب و خریداری کنید. بهترین کیفیت پنل­ها در توان­های مختلف 100 وات، 150 وات، 200 یا 300 وات و … را در سایت پیدا می­کنید.