انواع پنل خورشیدی کدامند؟ | راهنمای جامع؛ از پنل‌های مونوکریستال تا پروسکایت

با توجه به تنوع پنل‌های خورشیدی از نظر ساختار، کارایی و قیمت، شناخت ویژگی‌ها، مزایا و معایب هر نوع پنل می‌تواند به شما در انتخاب آگاهانه و کارآمد کمک کند. در این مقاله، به بررسی انواع پنل‌های خورشیدی و مقایسه آن‌ها از جنبه‌های مختلف می‌پردازیم.

انواع پنل خورشیدی از نظر ساختار یا جنس سلول‌ها

در بازار جهانی و ایران، پنل‌های خورشیدی براساس جنس سلول‌ها و ساختار، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: مونوکریستال، پلی‌کریستال و فیلم نازک. این دسته‌بندی، یکی از رایج‌ترین و قدیمی‌ترین روش‌ها برای شناسایی پنل‌های خورشیدی است.

پنل خورشیدی مونوکریستال (Monocrystalline)

پنل‌های مونوکریستال از سلول‌های سیلیکونی خالص و یکنواخت ساخته می‌شوند که ساختاری منسجم و منظم دارند. این ویژگی باعث می‌شود سطح آن‌ها ظاهری مشکی و یکدست داشته باشد؛ ظاهری زیبا، مدرن و نشانه‌ای از کیفیت بالا و راندمان برتر.

به‌دلیل بازدهی بیشتر، این نوع پنل‌ها برای فضاهای محدود مانند پشت‌بام خانه‌ها یا ساختمان‌های کوچک گزینه‌ای ایده‌آل هستند، زیرا با اشغال فضای کمتر، توان تولیدی بیشتری ارائه می‌دهند. علاوه‌براین، عملکرد پنل‌های مونوکریستال در شرایط نوری ضعیف – مانند روزهای ابری یا ساعات اولیه صبح – نسبت به بسیاری از مدل‌های دیگر بهتر است. همین ویژگی‌ها موجب شده از آن‌ها در پروژه‌های خانگی، تجاری و صنعتی که نیاز به تأمین پایدار و مطمئن انرژی دارند، به‌طور گسترده استفاده شود.

مزایا:

• بازدهی و راندمان بالا: بیشترین میزان تبدیل انرژی خورشیدی به برق را در بین انواع رایج پنل‌ها دارند.
• ظاهر زیبا و یکدست: رنگ مشکی یکپارچه آن‌ها برای بسیاری از مصرف‌کنندگان جذاب‌تر است.
• طول عمر بسیار طولانی: معمولاً گارانتی طولانی‌مدت ۲۵ ساله یا بیشتر دارند و به‌عنوان یک سرمایه‌گذاری بلندمدت عالی محسوب می‌شوند.
• عملکرد بهتر در فضای محدود و شرایط نور کم.

معایب:

• قیمت بالاتر: هزینه اولیه خرید این پنل‌ها در مقایسه با انواع پلی‌کریستال و نسل‌های جدیدتر معمولاً بیشتر است.

پنل خورشیدی پلی‌کریستال (Polycrystalline)

پنل‌های پلی‌کریستال نیز از سیلیکون ساخته می‌شوند، با این تفاوت که به‌جای یک کریستال یکنواخت، از چندین کریستال کوچک تشکیل شده‌اند. همین ساختار چندبلوری باعث می‌شود سطح آن‌ها بافتی نامنظم داشته باشد.

اگرچه راندمان این نوع پنل‌ها نسبت به مونوکریستال‌ها پایین‌تر است، اما هزینه تولید کمتر و قیمت مناسب‌ترشان باعث شده انتخابی اقتصادی برای پروژه‌های بزرگ، مزارع خورشیدی یا طرح‌هایی با بودجه محدود باشند. درمجموع، پنل‌های پلی‌کریستال تعادلی میان کارایی قابل‌قبول و صرفه‌جویی اقتصادی ایجاد می‌کنند.

• مزایا: قیمت پایین‌تر، تولید انبوه
• معایب: راندمان کمتر نسبت به مونوکریستال‌ها

پنل خورشیدی فیلم نازک (Thin-Film)

سلول‌های خورشیدی لایه‌نازک نسل جدیدی از فناوری‌های فتوولتائیک هستند که در آن ضخامت لایه جاذب نور تنها چند نانومتر تا چند میکرومتر است؛ یعنی بسیار کمتر از سلول‌های سیلیکونی متداول. همین ویژگی باعث می‌شود این سلول‌ها سبک‌تر، انعطاف‌پذیرتر و قابل‌استفاده روی سطوح گوناگون مانند شیشه، فلز و حتی پارچه باشند.

انواع اصلی سلول‌های لایه‌نازک:

•  
• CdTe (کادمیم تلوراید): از رایج‌ترین و ارزان‌ترین انواع سلول‌های لایه‌نازک است، اما به‌دلیل وجود عناصر سمی مانند کادمیم، با چالش‌های زیست‌محیطی روبه‌روست.
• CIGS (مس ایندیوم گالیم سلنید): راندمان بالاتری نسبت به سایر فیلم‌نازک‌ها دارد و می‌توان آن را به‌صورت چاپی و انعطاف‌پذیر تولید کرد. با این حال، فرایند ساخت آن پیچیده است و به عناصر کمیاب و گران‌قیمتی مانند ایندیوم نیاز دارد.
• CIS و CIGSSe: نسخه‌های اصلاح‌شده این فناوری هستند که برای بهبود جذب نور و رسانایی الکترونی طراحی شده‌اند.

راندمان تبدیل انرژی:

در شرایط آزمایشگاهی، راندمان سلول‌های CdTe حدود ۱۹درصد، CIS نزدیک به ۱۵درصد و CIGS تا ۲۲درصد است؛ درحالی‌که نسخه‌های تجاری معمولاً راندمانی بین ۱۶تا ۱۸ درصد دارند.

مزایا:
وزن کم، انعطاف‌پذیری بالا، امکان چاپ روی مواد مختلف، عملکرد مناسب در شرایط نوری ضعیف، و طراحی یکپارچه و زیبا از مهم‌ترین ویژگی‌های مثبت این سلول‌هاست.

معایب:
در برخی موارد، راندمان پایین‌تر نسبت به سلول‌های سیلیکونی، حساسیت به دما و رطوبت، عمر مفید محدود در بعضی مدل‌ها، و مشکلات زیست‌محیطی و اقتصادی ناشی از استفاده از ترکیباتی مانند CdTe و ایندیوم از چالش‌های اصلی این فناوری به شمار می‌روند.

ویژگی	پنل مونوکریستال (Monocrystalline)	پنل پلی‌کریستال (Polycrystalline)	پنل فیلم نازک (Thin-Film)
جنس سلول	سیلیکون خالص (تک‌بلوری)	سیلیکون چندبلوری	مواد مختلف (مانند CdTe، CIGS، آمورف سیلیکون)
راندمان	بالا (۱۵-۲۲%)	متوسط (۱۳-۱۷%)	پایین (۱۰-۱۳%)
ظاهر	رنگ تیره یکنواخت، سطح صاف	رنگ آبی با لکه‌های سفید/خاکستری، سطح ناهموار	معمولاً مشکی یا قهوه‌ای، سطح صاف و یکنواخت
کارایی در نور کم	بسیار خوب	خوب	متوسط
مقاومت در برابر گرما	خوب	متوسط	خوب
قیمت	بالا	متوسط	پایین
عمر مفید	طولانی (۲۵-۳۰ سال)	طولانی (۲۵-۳۰ سال)	متوسط (۱۰-۲۰ سال)
کاربرد	مصارف خانگی، تجاری، فضای محدود	پروژه‌های بزرگ، مصارف مسکونی با بودجه محدود	سقف‌های منحنی، کاربردهای خاص، فضاهای بسیار بزرگ
مزایا	راندمان بالا، فضای کمتر، ظاهر شیک	قیمت مناسب، تولید انبوه	سبک، انعطاف‌پذیر، قیمت پایین، تولید آسان
معایب	قیمت بالا	راندمان کمتر، ظاهر نه چندان جذاب	راندمان پایین، نیاز به فضای بیشتر، عمر کمتر

پیشرفت تکنولوژی، انواع جدیدی از پنل‌های خورشیدی با کارایی بالاتر و ویژگی‌های خاص را وارد بازار کرده است. این پنل‌ها با هدف افزایش راندمان، کاهش هزینه تولید و بهبود عملکرد در شرایط مختلف طراحی شده‌اند. در ادامه به مهم‌ترین این پنل‌ها اشاره می‌کنیم:

پنل خورشیدی پروسکایت (Perovskite)

• سلول‌های خورشیدی پروسکایت نسل تازه‌ای از فناوری‌های فتوولتائیک هستند که با ساختار بلوری ویژه خود، در مدت کوتاهی تحولی چشمگیر در راندمان تبدیل انرژی ایجاد کرده‌اند. نکته مهم این است که «پروسکایت» یک ماده خاص نیست، بلکه نوعی ساختار کریستالی با فرمول عمومی ABX₃ است که در آن معمولاً A یک کاتیون آلی (مانند متیل‌آمونیوم)، B یک فلز (مانند سرب) و X یک هالوژن (مانند ید) است. این ساختار به دلیل انعطاف‌پذیری شیمیایی و قابلیت جذب بالای نور، امکان طراحی سلول‌هایی با بازده بالا و هزینه تولید کمتر را فراهم می‌کند.
• راندمان سلول‌های پروسکایت از ۳.۸ درصد در سال ۲۰۰۹ به حدود ۲۵.۷ درصد در نسخه‌های تک‌لایه رسیده و در سلول‌های تاندم (ترکیب با سیلیکون) تا ۲۹.۸ درصد افزایش یافته است. شرکت‌هایی مانند LONGi با ثبت رکورد ۳۴.۶ درصد و Hanwha Qcells با تولید سلول‌های بزرگ با راندمان ۲۸.۶ درصد نشان داده‌اند که این فناوری به مرحله‌ای نزدیک به تجاری‌سازی رسیده است.
• با این حال، چالش اصلی پروسکایت‌ها پایداری پایین در برابر رطوبت، گرما و نور فرابنفش است. این سلول‌ها به مرور زمان تخریب می‌شوند و برای ماندگاری طولانی نیازمند بسته‌بندی‌های پیشرفته (encapsulation) هستند. در حالی که هزینه ساخت پایین و قابلیت تولید انعطاف‌پذیر آن‌ها مزیتی بزرگ به‌شمار می‌آید، محدودیت‌های زیست‌محیطی و طول عمر کوتاه هنوز مانع استفاده گسترده صنعتی شده است.
• به‌طور کلی، پنل‌های پروسکایتی را می‌توان آینده‌ درخشان انرژی خورشیدی دانست؛ فناوری‌ای که اگر چالش‌های پایداری آن برطرف شود، می‌تواند به رقیب اصلی پنل‌های سیلیکونی تبدیل گردد و مسیر تولید انرژی پاک را متحول کند.

پنل خورشیدی PERC یا Passivated Emitter Rear Cell

پنل‌های خورشیدی PERC نسخه بهبودیافته‌ای از سلول‌های سیلیکونی معمولی هستند که با اصلاح ساختار پشت سلول، راندمان آن‌ها به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته است. در این فناوری، لایه‌ای نازک از موادی مانند اکسید آلومینیوم یا سیلیکون نیترید در پشت سلول افزوده می‌شود. این لایه نقش دوگانه‌ای دارد: از یک‌سو باعث کاهش تلفات انرژی ناشی از بازترکیب الکترون‌ها می‌شود (پسیواسیون سطح)، و از سوی دیگر، نور عبوری را بازتاب می‌دهد تا دوباره در سلول جذب شود.

نتیجه این تغییر ساده اما مؤثر، افزایش محسوس راندمان است؛ به‌طوری‌که راندمان سلول‌های PERC معمولاً بین ۲۰ تا ۲۲.۸ درصد است. این سلول‌ها در شرایط نور کم یا دمای بالا نیز عملکرد بهتری نسبت به سلول‌های استاندارد دارند، به همین دلیل در بسیاری از نیروگاه‌های خورشیدی مدرن جایگزین مدل‌های قدیمی‌تر شده‌اند.

مزایا: راندمان بالاتر، عملکرد بهتر در دمای بالا، قابلیت استفاده در خطوط تولید فعلی سیلیکونی
معایب: هزینه ساخت اندکی بیشتر و حساسیت بیشتر به آلودگی یا آسیب در فرآیند تولید

به‌طور کلی، فناوری PERC پلی میان سلول‌های سیلیکونی سنتی و نسل‌های پیشرفته‌تر مانند تاندم یا HJT محسوب می‌شود و گامی مهم در مسیر بهینه‌سازی بهره‌وری سیستم‌های خورشیدی است.

پنل خورشیدی هتروجانکشن (HJT)

سلول‌های خورشیدی هتروجانکشن (Heterojunction) از پیشرفته‌ترین فناوری‌های نسل جدید در صنعت فتوولتائیک هستند. این نوع پنل‌ها ترکیبی هوشمندانه از دو فناوری مختلف‌اند: سیلیکون مونوکریستال نوع N و لایه‌های نازک سیلیکون آمورف (a-Si) که در دو طرف آن قرار می‌گیرند. این ساختار ترکیبی موجب پسیواسیون مؤثرتر سطح، کاهش تلفات انرژی و افزایش راندمان سلول می‌شود.

در واقع، پنل‌های هتروجانکشن بهترین ویژگی‌های سلول‌های مونوکریستالین و فیلم‌نازک را با هم دارند — از یک سو راندمان بسیار بالا و از سوی دیگر پایداری عملکرد در دماهای بالا. راندمان این پنل‌ها در نمونه‌های تجاری حدود ۲۵ درصد است و در نسخه‌های پیشرفته‌تر تاندم (HJT + پروسکایت) تا حدود ۳۳.۹ درصد نیز گزارش شده است.

مزایا: راندمان بسیار بالا، عملکرد پایدار در دمای بالا، قابلیت جذب نور از هر دو سمت (دوطرفه بودن)
معایب: هزینه تولید بالا، نیاز به تجهیزات خاص و فناوری ساخت پیچیده‌تر

به‌دلیل عملکرد استثنایی در شرایط مختلف آب‌وهوایی و بازده بسیار زیاد، پنل‌های هتروجانکشن یکی از امیدبخش‌ترین گزینه‌ها برای نیروگاه‌های خورشیدی نسل آینده به‌شمار می‌آیند.

سلول‌‌های خورشیدی نوار رشته‌‌ای (String Ribbon Solar Cells)

سلول‌های خورشیدی نوار رشته‌ای (String Ribbon) یکی از روش‌های نوآورانه برای تولید سلول‌های سیلیکونی هستند که در آن، نوارهایی از سیلیکون مذاب بین دو رشته‌ی فلزی کشیده و سپس سرد می‌شوند تا ورقه‌های نازکی از سیلیکون تشکیل دهند. این روش برخلاف برش ویفر از بلوک‌های بزرگ سیلیکونی، ضایعات بسیار کمتری دارد و در نتیجه هزینه تولید پایین‌تری به‌همراه می‌آورد.

راندمان این سلول‌ها معمولاً بین ۱۳ تا ۱۶ درصد است، که کمتر از سلول‌های مونوکریستال محسوب می‌شود. با این حال، به‌دلیل صرفه‌جویی در مصرف مواد و هزینه، برای پروژه‌های بزرگ و اقتصادی گزینه‌ای قابل‌توجه هستند.

مزایا: کاهش چشمگیر ضایعات سیلیکون، هزینه تولید کمتر
معایب: کیفیت بلوری پایین‌تر و راندمان کمتر نسبت به سلول‌های مونوکریستال

انواع پنل‌های خورشیدی براساس ویژگی‌های عملکردی و ظاهری

نام‌های رایج پنل‌ها در بازار، اغلب براساس ویژگی‌های فیزیکی یا نحوه عملکرد آن‌ها تعیین می‌شود. این نامگذاری مستقل از جنس سلول‌ها است و می‌تواند در هر نوع ساختاری (مونوکریستال، PERC، پروسکایت و…) به کار برده شود.

پنل یک‌طرفه (Monofacial)

این نوع از پنل‌ها قادرند تنها از سمت جلویی خود نور را جذب کنند. پنل‌های خورشیدی سنتی و همچنین بیشتر پنل‌های مونوکریستال یا پلی‌کریستال که در خانه‌ها و نیروگاه‌ها استفاده می‌شوند، از نوع پنل خورشیدی یک‌طرفه هستند.

بسته به نوع سلول (مونوکریستال یا پلی‌کریستال) راندمان متفاوتی دارد. راندمان مونوکریستال بین ۱۵ درصد تا ۲۲ درصد و پلی‌کریستال بین ۱۳ درصد تا ۱۷ درصد است.

مزایا: این نوع پنل‌ها به‌دلیل طراحی ساده، وزن کمتر و قیمت پایین‌تر، گزینه‌ای اقتصادی و محبوب به‌شمار می‌روند. همچنین نصب آسان و کارایی قابل‌قبول آن‌ها در نور مستقیم خورشید باعث شده همچنان انتخاب اول برای مصارف خانگی و پروژه‌های کوچک باشند.

معایب: بااین‌حال، پنل‌های یک‌طرفه در برابر نور غیرمستقیم یا بازتابی کارایی کمتری دارند و در مکان‌هایی با سطوح روشن یا بازتابنده، بازده پایین‌تری نسبت به پنل‌های دوطرفه نشان می‌دهند. در مجموع، این پنل‌ها ترکیبی از قیمت مناسب، سادگی و کارایی قابل قبول را ارائه می‌دهند، هرچند از نظر تولید انرژی، محدودتر از مدل‌های دوطرفه هستند.

پنل دوطرفه (Bifacial)

همانطور که از نامشان پیداست، این پنل‌ها می‌توانند از دو طرف خود نور خورشید را جذب کنند. این پنل‌ها معمولاً در مکان‌هایی نصب می‌شوند که سطح زیرین آن‌ها بازتاب نور خوبی داشته باشد (مانند شن سفید یا سقف‌های روشن) تا حداکثر بهره‌وری حاصل شود.

راندمان سمت جلو مشابه پنل‌های یک‌طرفه (۱۵–۲۲ درصد) است، با جذب نور از پشت، تا ۱۰ تا ۳۰ درصد انرژی بیشتر تولید می‌کنند (بسته به شرایط بازتاب سطح زیرین)

میزان جذب از پشت معمولاً در پنل‌های HJT بین ۹۰ درصد تا ۹۵ درصد و در پنل‌های PERC دوطرفه بین ۷۰ درصد تا ۸۵ درصد می‌باشد.

انواع پنل دوطرفه

این دو اصطلاح مربوط به ساختار لایه‌های بیرونی پنل است:

• Glass-Glass: هر دو طرف پنل با لایه‌ای از شیشه محافظت می‌شوند. این نوع طراحی دوام بالاتری دارد و در پروژه‌های صنعتی و بزرگ استفاده می‌شود.
• Glass-Backsheet: در این نوع، تنها روی پنل شیشه‌ای است و پشت آن یک لایه پلیمری (backsheet) قرار دارد. این طراحی سبک‌تر و ارزان‌تر بوده و معمولاً در مصارف خانگی به کار برده می‌شود.
• پنل‌های دوطرفه توانایی جذب نور از هر دو سمت (پیشانی و پشت پنل) را دارند و از بازتاب نور سطح زیرین نیز برای تولید برق بهره می‌برند.
• مزایا:
  تولید انرژی بیشتر، عملکرد بهتر در سطوح بازتابنده مانند شن سفید، کف مرمر یا سقف‌های روشن، مناسب برای مناطق دارای نور پراکنده (مثل نواحی برفی)، دوام بیشتر و عمر طولانی‌تر در مدل‌های شیشه-شیشه (Glass-Glass)، و صرفه‌جویی در هزینه در پروژه‌های بزرگ (تولید بیشتر بدون نیاز به افزایش سطح نصب).
• معایب:
  قیمت بالاتر نسبت به پنل‌های یک‌طرفه، وابستگی عملکرد به میزان بازتاب سطح زیرین (در صورت تیره بودن زمین، بهره‌وری کاهش می‌یابد)، نیاز به نصب خاص و پایه‌های بازتر جهت عبور نور از زیر پنل، و در مدل‌های Glass-Glass وزن بیشتر و نیاز به ساختار نگهدارنده‌ی مقاوم‌تر.

پنل شفاف یا پنجره‌های فتوولتائیک

پنل‌های شفاف، نور خورشید را از خود عبور می‌دهند. اغلب از آن‌ها در پنجره‌های خورشیدی، گلخانه‌ها یا نماهای شیشه‌ای ساختمان‌ها استفاده می‌شود. اگرچه این پنل‌ها راندمان کمتری نسبت به انواع دیگر دارند، اما کاربردهای معماری و زیبایی‌شناختی آن‌ها رو به افزایش است.

پنل‌های انعطاف‌پذیر

پنل‌های خورشیدی انعطاف‌پذیر با استفاده از فناوری فیلم نازک یا ترکیبات خاص مانند CIGS و سیلیکون آمورف تولید می‌شوند و قابلیت نصب روی سطوح خمیده یا متحرک را دارند. این پنل‌ها در پروژه‌های قابل حمل، وسایل نقلیه، چادرهای خورشیدی و کیف‌های مجهز به شارژ خورشیدی بسیار کاربردی هستند.

راندمان معمول آن‌ها بین ۱۰ تا ۱۳ درصد است، اما برخی نسخه‌های پیشرفته آزمایشی می‌توانند بیش از ۱۵ درصد انرژی تولید کنند.

مزایا: سبک، قابل حمل و نصب آسان.
معایب: راندمان پایین‌تر نسبت به پنل‌های سنتی، به همین دلیل برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ کمتر استفاده می‌شوند.

اصطلاحات رایج در بازار پنل‌های خورشیدی

پنل All-Black (تمام مشکی): اصطلاح All-Black به پنل‌هایی اشاره دارد که قاب، سلول‌ها و پشت‌سازه آن‌ها همگی مشکی هستند. این طراحی عمدتاً زیبایی‌شناسی دارد و برای کسانی که به ظاهر سازه اهمیت می‌دهند، به‌ویژه در مصارف مسکونی، بسیار جذاب است.

معایب: راندمان این پنل‌ها کمی کمتر از نمونه‌های استاندارد است، زیرا رنگ تیره باعث افزایش جذب گرما و کاهش بازده می‌شود.

سلول‌های نوع N و نوع P: این دو اصطلاح به نوع آلایش (دوپینگ) سلول‌های سیلیکونی اشاره دارند:

• P-Type: سلول‌هایی هستند که با عنصر بور آلایش داده شده‌اند و در گذشته، به‌ویژه در سلول‌های کریستالی، بیشتر استفاده می‌شدند.
• N-Type:  سلول‌هایی که با عنصر فسفر آلایش می‌شوند و مزایایی مانند مقاومت بالاتر در برابر تخریب ناشی از نور (LID)، راندمان بیشتر و طول عمر طولانی‌تر دارند. این ویژگی‌ها باعث شده قیمت آن‌ها نسبت به نوع P-Type بالاتر باشد.

فناوری تانِدم (Tandem Cells)

این تکنولوژی، ترکیب دو لایه‌ی مختلف (مثل پروسکایت و سیلیکون) برای جذب بخش‌های مختلف طیف نور است؛ این کار باعث افزایش راندمان پیش‌تر از آنچه هر لایه به‌تنهایی دارد، می‌شود.
رکورد راندمان نسخه‌های تاندم تا ۳۳٫۹ درصد (شرکت LONGi) و ۲۹ درصد برای Oxford PV گزارش شده است.
باید توجه داشت که این فناوری تازه‌وارد در تولید صنعتی است و نیازمند اثبات پایداری در طولانی‌مدت می‌باشد.

پنل‌های حساس‌شده با رنگ (Dye-Sensitized Solar Cells)

سلول‌های خورشیدی رنگ‌آمیزی‌شده یا DSSC نوعی فناوری فتوولتائیک لایه‌نازک هستند که از رنگدانه‌ها برای جذب نور خورشید و تولید جریان الکتریکی استفاده می‌کنند. این نوع سلول‌ها الهام‌گرفته از فرایند فتوسنتز در گیاهان هستند و با ساختار ساده‌تر و هزینه تولید پایین‌تر نسبت به سلول‌های سیلیکونی، به‌عنوان گزینه‌ای امیدوارکننده برای نسل جدید پنل‌های خورشیدی مطرح شده‌اند.

ساختار کلی:

• لایه شفاف جلویی از جنس شیشه یا پلاستیک با پوشش اکسید رسانای شفاف (معمولاً ITO یا FTO)
• لایه اکسید نیمه‌رسانا (معمولاً دی‌اکسید تیتانیوم نانوذره‌ای) که با رنگدانه‌های حساس‌شده به نور پوشانده می‌شود
• الکترولیت حاوی یون‌های ید (برای انتقال بار)
• الکترود پشتی (معمولاً با لایه‌ای از پلاتین یا کربن)

هنگامی‌که نور خورشید به سطح سلول تابیده می‌شود، فوتون‌ها توسط مولکول‌های رنگ جذب شده و الکترون‌های تحریک‌شده را به لایه نیمه‌رسانا (TiO₂) منتقل می‌کنند. این الکترون‌ها از طریق مدار خارجی به الکترود پشتی می‌رسند و به الکترولیت بازمی‌گردند، در نتیجه جریان الکتریکی تولید می‌شود.

راندمان:در سلول‌های DSSC آزمایشگاهی راندمانی حدود ۷ تا ۱۲ درصد گزارش شده، درحالی‌که در کاربردهای تجاری معمولاً بین ۵ تا ۸ درصد است.

مزایا:ساخت آسان و ارزان با تجهیزات کم‌هزینه

• عملکرد قابل‌قبول در نور کم یا محیط‌های ابری
• امکان تولید به‌صورت نیمه‌شفاف و رنگی، مناسب برای طراحی‌های معمارانه و دکوراتیو
• قابل‌استفاده در پنجره‌های خورشیدی، ابزارهای پوشیدنی، دستگاه‌های قابل‌حمل و کاربردهای داخلی

معایب:پایداری پایین‌تر در مقایسه با سلول‌های سیلیکونی

• حساسیت به دما و رطوبت
• استفاده از رنگ‌ها و الکترولیت‌های مایع که ممکن است در بلندمدت تجزیه شوند یا نشت کنند
• راندمان پایین‌تر نسبت به فناوری‌های پیشرفته‌تر مانند سیلیکون یا پروسکایت

سلول‌های خورشیدی کوانتوم دات (Quantum Dot Solar Cells – QDSC)

سلول‌های خورشیدی کوانتوم دات نوعی فناوری نوین فتوولتائیک هستند که از نانوذرات نیمه‌رسانا به نام کوانتوم دات‌ها بهره می‌برند. این ذرات بسیار ریز (در مقیاس نانو) ویژگی‌های الکترونیکی و نوری منحصر‌به‌فردی دارند که امکان جذب طیف گسترده‌تری از نور خورشید و تبدیل آن به برق را فراهم می‌کند.

ساختار کلی:

• لایه کوانتوم دات که به عنوان جاذب نور عمل می‌کند
• الکترودهای جلویی و پشتی
• لایه‌های واسط برای انتقال بهتر الکترون‌ها و حفره‌ها

نحوه عملکرد: کوانتوم دات‌ها فوتون‌های نور خورشید را جذب کرده و الکترون‌ها را به حالت برانگیخته می‌برند. این الکترون‌ها سپس به سمت الکترودها حرکت می‌کنند و جریان الکتریکی تولید می‌شود. ویژگی مهم کوانتوم دات‌ها، قابلیت تنظیم پهنای باند انرژی با تغییر اندازه ذرات است که باعث بهبود جذب نور در طول موج‌های مختلف می‌شود.

راندمان:راندمان این سلول‌ها در آزمایشگاه‌ها معمولاً بین ۱۰ تا ۱۵ درصد است و تحقیقات برای افزایش آن ادامه دارد.

مزایا:

• جذب طیف گسترده نور خورشید به دلیل تنظیم‌پذیری پهنای باند انرژی
• قابلیت تولید به‌صورت انعطاف‌پذیر و سبک
• امکان استفاده در کاربردهای مختلف، از جمله پنل‌های قابل حمل و پوشیدنی
• پتانسیل بالا برای بهبود راندمان با پیشرفت‌های فناوری

معایب:

• پایداری کمتر نسبت به سلول‌های سیلیکونی
• پیچیدگی تولید و هزینه‌های نسبتاً بالا در مقیاس صنعتی
• استفاده از مواد سمی در برخی انواع کوانتوم دات‌ها (مانند کادمیوم) که نیاز به جایگزینی دارد
• چالش‌های مربوط به یکپارچگی ساختار و انتقال بار

پنل‌های خود‌تمیزشونده

این پنل‌ها با پوشش‌های نانو یا هیدروفوبیک طراحی شده‌اند که گرد و خاک و ذرات را دفع می‌کنند.

روش‌های متداول خودتمیزشونده:

1. پوشش‌های آب‌گریز (Superhydrophobic Coating):
   سطح پنل دارای پوششی است که دافع آب است و قطرات آب روی آن سر خورده و آلودگی‌ها را با خود می‌برند. برای این سطح از فناوری نانو استفاده شده‌ است.
2. پوشش‌های فتوکاتالیستی (مانند TiO₂):
   این پوشش‌ها با انجام واکنش شیمیایی هنگام تابش خورشید، آلودگی‌های آلی سطح پنل را تجزیه می‌کنند و با بارش باران، آلودگی‌ها از بین می‌روند.
3. سیستم‌های الکترومکانیکی:
   این سیستم با لرزش دوره‌ای، ذرات گرد و غبار را می‌تکانند یا از سیستم‌های بادزن/هواده نیز استفاده می‌شود.

استفاده از سیستم خودتمیزشونده می‌تواند افت راندمان ناشی از آلودگی را به حداقل رسانده و در مناطق گردوغباردار (مانند جنوب ایران) بسیار مؤثر باشد.

مزایا:کاهش یا حذف نیاز به شست‌وشوی دستی، حفظ راندمان در طول زمان، افزایش طول عمر پنل، صرفه‌جویی در هزینه‌ی نیروی انسانی و آب

معایب:هزینه‌ی اولیه‌ی بالاتر، پوشش‌ها پس از چند سال ممکن است نیاز به تجدید یا ترمیم داشته باشند، در مناطق بسیار خشک بدون باران، کارایی کاهش می‌یابد، برخی پوشش‌ها ممکن است با گذر زمان تحت تابش UV یا باران اسیدی تخریب شوند.

سلول‌های فتوولتائیک آلی (OPV)

سلول‌های خورشیدی آلی یا OPV نسل نوینی از فناوری‌های فتوولتائیک هستند که به‌جای استفاده از مواد معدنی مانند سیلیکون، از ترکیبات آلی پایه‌کربن نظیر پلیمرهای رسانا و مولکول‌های آلی نیمه‌رسانا بهره می‌برند. این سلول‌ها با جذب نور خورشید، انرژی الکتریکی تولید می‌کنند.

اجزای اصلی این سلول‌ها عبارت‌اند از:

• لایه جذب‌کننده نور، که معمولاً از پلیمرهای رسانا یا مولکول‌های آلی کوچک تشکیل شده است.
• الکترود شفاف جلویی، مانند ITO.
• الکترود پشتی، که اغلب از فلزاتی چون آلومینیوم ساخته می‌شود.
• در برخی موارد، لایه‌های واسط برای بهبود انتقال بار الکتریکی به‌کار می‌روند.

سلول‌های OPV تجاری معمولاً راندمانی بین ۴ تا ۷ درصد دارند، در حالی‌ که نمونه‌های آزمایشگاهی در برخی مراکز تحقیقاتی تا حدود ۱۸ درصد نیز گزارش شده‌اند (مطابق داده‌های سال ۲۰۲۴).

مزایا: وزن کم و ضخامت بسیار پایین، امکان تولید به‌صورت نیمه‌شفاف و قابل چاپ، هزینه ساخت پایین، انعطاف‌پذیری بالا، فرآیند تولید با اثرات زیست‌محیطی کمتر، عملکرد مناسب در نور کم یا محیط‌های داخلی

معایب: راندمان پایین‌تر نسبت به سلول‌های سیلیکونی، حساسیت بالا به رطوبت، نور شدید و اکسیژن، عمر پایین، نیاز به توسعه بیشتر برای کاربردهای صنعتی و بزرگ‌مقیاس

سلول‌های خورشیدی پلیمری

سلول‌های خورشیدی پلیمری نوعی از فتوولتائیک آلی هستند که با استفاده از پلیمرهای رسانا، نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند. واژه «فتوولتائیک» به فرایندی اشاره دارد که در آن انرژی نور مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود؛ این تبدیل از طریق مواد نیمه‌رسانا انجام می‌گیرد که هنگام جذب فوتون، بار الکتریکی تولید می‌کنند.

ساختار این سلول‌ها شامل لایه فعال (پلیمر و گیرنده الکترون)، الکترودهای جلو و پشت، و لایه‌های واسط برای بهینه‌سازی استخراج بار است.

راندمان:در نسخه‌های اولیه حدود ۳–۶ درصد و در ساختارهای آزمایشگاهی پیشرفته تا بالای ۱۵ درصد.

مزایا: انعطاف‌پذیر، قابل‌چاپ صنعتی، سبک و قابل‌حمل، تولید کم‌مصرف و ارزان

معایب: پایداری پایین، عمر کوتاه، راندمان کمتر نسبت به سلول‌های معدنی، هنوز تجاری‌سازی نشده برای مقیاس بزرگ

سلول‌های خورشیدی CZTS

سلول‌های خورشیدی CZTS (Copper Zinc Tin Sulfide) نوعی فناوری لایه‌نازک هستند که از ترکیب چهار عنصر فراوان و کم‌هزینه — مس، روی، قلع و سولفور — ساخته می‌شوند. این ترکیب جایگزینی پایدار و زیست‌سازگار برای سلول‌های فیلم‌نازک رایج مانند CdTe و CIGS محسوب می‌شود که در آن‌ها از فلزات سمی یا کمیاب استفاده می‌شود. این پنل‌های سبک، قابل‌حمل بوده و در مناطق دورافتاده یا ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و در زمینه انرژی‌های سبز و پایدار مورد پژوهش قرار گرفته‌اند.

ساختار کلی: لایه جاذب نور از جنس CZTS (گاهی با سلنیوم به‌جای سولفور)، همراه با الکترودهای بالا و پایین و لایه‌های بافر و رسانا برای بهینه‌سازی استخراج بار الکتریکی.

راندمان: در شرایط آزمایشگاهی تا حدود ۱۲–۱۳ درصد و در نسخه‌های اولیه تجاری بین ۶ تا ۹ درصد. اگرچه هنوز پایین‌تر از CdTe و CIGS است، اما روند بهبود آن ادامه دارد.

مزایا: فاقد عناصر سمی یا نایاب، زیست‌سازگار، مواد اولیه ارزان و فراوان، مناسب برای تولید پنل‌های سبک و قابل‌حمل، عملکرد مناسب در نور پراکنده

معایب: راندمان پایین‌تر نسبت به فناوری‌های مشابه، دشواری در کنترل دقیق ترکیب شیمیایی، چالش‌هایی در یکنواختی ساخت، هنوز در مرحله توسعه صنعتی

فتوولتائیک یکپارچه ساختمان (BIPV)

فناوری BIPV (Building-Integrated Photovoltaics) به پنل‌های خورشیدی اطلاق می‌شود که به‌صورت یکپارچه در اجزای سازه‌ای ساختمان مانند پنجره، نما، سقف یا دیوار طراحی و نصب می‌شوند. برخلاف پنل‌های سنتی که به‌صورت جداگانه روی ساختمان نصب می‌شوند، پنل‌های BIPV بخشی از معماری ساختمان هستند و هم‌زمان نقش زیبایی‌شناسی و تولید انرژی را ایفا می‌کنند.

پنجره‌های نیمه‌شفاف خورشیدی، نماهای شیشه‌ای تولیدکننده برق، سقف‌های خورشیدی کاشی‌مانند و پوشش‌های خارجی با قابلیت فتوولتائیک نمونه‌هایی از این مدل هستند.

در برج‌های اداری، ساختمان‌های مسکونی آینده‌نگر، پروژه‌های زیست‌محیطی و مناطق شهری با محدودیت فضا کاربرد دارد.

راندمان: بسته به نوع فناوری (سیلیکون، پروسکایت، فیلم‌نازک و…) معمولاً بین ۸ تا ۱۵ درصد است که کمتر از پنل‌های سنتی است؛ به دلیل ملاحظات طراحی، شفافیت و زاویه نصب.

مزایا: ترکیب زیبایی و تولید انرژی، صرفه‌جویی در فضا، مناسب برای معماری پایدار، کاهش هزینه‌های انرژی، قابل‌استفاده در انواع ساختمان‌های مدرن، مشمول امتیازهای سبز در برخی کشورها

معایب: هزینه اولیه بالا، راندمان کمتر نسبت به پنل‌های سنتی، نیاز به طراحی تخصصی، دشواری در تعمیر یا تعویض برخی مدل‌ها

پنل‌های حرارتی خورشیدی (Solar Thermal Panels)

پنل‌های حرارتی خورشیدی برخلاف پنل‌های فتوولتائیک، انرژی خورشید را به گرما تبدیل می‌کنند. این گرما برای گرم‌کردن آب، فضا یا مایعات صنعتی به‌کار می‌رود. در واقع، این پنل‌ها نوعی آبگرم‌کن خورشیدی هستند که در انواع و مقیاس‌های مختلف طراحی می‌شوند. در گرمایش آب خانگی، استخر، فضاهای مسکونی یا گلخانه‌ای و تولید بخار و برق در نیروگاه‌های CSP کاربرد دارند.

انواع رایج:

• کلکتور تخت: مناسب برای آبگرم‌کن‌های خانگی و گرمایش ساختمان
• کلکتور لوله خلأ: راندمان بالا در مناطق سرد یا ابری
• کلکتور متمرکزکننده (CSP): برای تولید بخار و برق در مقیاس صنعتی با استفاده از آینه‌های متمرکزکننده

راندمان: کلکتورهای معمولی بین ۴۰ تا ۷۰ درصد و سیستم‌های CSP در شرایط ایده‌آل تا ۹۰ درصد جذب انرژی گرمایی دارند.

مزایا: راندمان بالا برای گرمایش، هزینه کمتر نسبت به سیستم‌های PV، مناسب برای مناطق آفتابی، کاهش مصرف انرژی‌های فسیلی

معایب: ذخیره‌سازی گرما دشوار، محدود به کاربردهای گرمایی، عملکرد ضعیف در شب یا هوای ابری، نیاز به نگهداری دقیق سیستم‌های لوله‌کشی و عایق‌کاری.

جمع‌بندی

در این مقاله، اطلاعاتی جامع در مورد انواع پنل‌های خورشیدی و ویژگی‌های آن‌ها ارائه شد. دانستن این اطلاعات به شما کمک می‌کند تا در هنگام خرید، مشاوره، یا حتی مطالعه درباره سیستم‌های خورشیدی، تصمیم‌گیری آگاهانه‌تری داشته باشید.

سؤالات متداول