در این روز ها که قطعی های مکرر برق رخ می‌دهد و میتواند به خانه ها و یا کارخانه ها ضرر مالی برساند، چیزی به اسم برق اضطراری خوریشدی شنیده‌اید؛ در این مقاله به اینکه برق اضطراری خورشیدی چگونه کار می کند، پاسخ خواهیم داد و خواهید دانست که چطور این سیستم باعث میشود که حتی یک صدم ثانیه هم قطعی برق را تجربه نکنید!
نحوه کار پنل خورشیدی به زبان ساده
پنل خورشیدی وسیله‌ای است که نور خورشید را به برق تبدیل میکند. درون هر پنل، سلول‌های خورشیدی قرار دارند که از جنس سیلیکون ساخته شده‌اند. وقتی نور خورشید به این سلول‌ها می‌تابد، الکترون‌ها به حرکت درمی‌آیند و همین حرکت باعث تولید برق میشود.
این برق در ابتدا به صورت جریان مستقیم (DC) است. برای اینکه بتوانیم از آن در خانه استفاده کنیم (مثلاً روشن کردن لامپ، تلویزیون یا یخچال)، یک دستگاه به نام اینورتر آن را به جریان متناوب (AC) تبدیل میکند. این همان برقی است که همیشه از پریز می‌گیریم.
مراحل ساده تولید برق خورشیدی
تابش نور خورشید روی پنل‌ها
تبدیل نور به برق DC در سلول‌های خورشیدی
تغییر جریان DC به AC توسط اینورتر
مصرف برق در خانه یا ذخیره آن در باتری
چگونه از انرژی خورشیدی برق تولید می شود؟ به صورت تخصصی
انرژی خورشیدی عمدتاً از طریق سلول‌های فتوولتائیک (PV) به برق تبدیل میشود. این سلول‌ها از نیمه‌هادی‌ها (معمولاً سیلیکون کریستالی) ساخته می‌شوند.
1. اثر فتوولتائیک (Photovoltaic Effect)
وقتی فوتون‌های نور خورشید به سطح سلول خورشیدی برخورد می‌کنند، اگر انرژی آن‌ها از باندگپ سیلیکون بیشتر باشد، الکترون‌ها از لایه ظرفیت به لایه هدایت منتقل می‌شوند. این انتقال باعث ایجاد جفت الکترون–حفره (electron-hole pair) میشود.
2. ایجاد جریان الکتریکی
سلول خورشیدی از یک پیوند p-n تشکیل شده است:
ناحیه n دارای الکترون‌های آزاد است.
ناحیه p دارای حفره‌های آزاد است.
در محل اتصال p-n یک ناحیه تخلیه (Depletion Region) ایجاد میشود. وقتی فوتون‌ها الکترون‌ها را برانگیخته می‌کنند، این الکترون‌ها توسط میدان الکتریکی داخلی پیوند p-n به سمت ناحیه n و حفره‌ها به سمت ناحیه p هدایت می‌شوند. نتیجه، ایجاد جریان مستقیم (DC) است.
3. تبدیل جریان DC به AC
جریان خروجی پنل‌ها DC است. برای استفاده در شبکه برق خانگی و صنعتی، باید توسط یک اینورتر به جریان متناوب (AC) با فرکانس و ولتاژ استاندارد تبدیل شود.
4. ذخیره و مدیریت انرژی
در سیستم‌های Off-Grid برق تولیدی در باتری‌های لیتیومی یا سرب–اسید ذخیره میشود.
در سیستم‌های On-Grid برق مازاد مستقیماً وارد شبکه سراسری میشود.
راندمان و عوامل مؤثر
راندمان پنل‌های خورشیدی معمولاً بین ۱۵ تا ۲۲ درصد است و به عوامل زیر بستگی دارد:
جنس و تکنولوژی سلول (مونوکریستال، پلی‌کریستال، فیلم نازک)
شدت تابش خورشید (irradiance)
دما (افزایش دما راندمان را کاهش می‌دهد)
زاویه و جهت نصب پنل‌ها
باتری خورشیدی چگونه کار میکند؟
باتری خورشیدی مثل یک مخزن برق است. وقتی پنل خورشیدی در طول روز برق تولید میکند، اگر شما همان لحظه به آن نیاز نداشته باشید، برق در باتری ذخیره میشود. شب یا روزهای ابری، این برق ذخیره‌شده وارد مدار میشود و می‌توانید از آن برای روشن کردن لامپ، تلویزیون یا یخچال استفاده کنید.
باتری خورشیدی در اصل همان باتری ذخیره‌ساز انرژی است که برای سیستم‌های خورشیدی طراحی شده. این باتری‌ها معمولاً لیتیوم-یون (Li-ion) یا سرب-اسید (Lead-acid) هستند.
1. فرآیند شارژ
وقتی پنل خورشیدی برق تولید میکند، ابتدا از طریق کنترلر شارژ (Charge Controller) عبور میکند. کنترلر ولتاژ و جریان ورودی را تنظیم میکند تا از شارژ بیش‌ازحد باتری جلوگیری شود.
در باتری سرب-اسید: واکنش‌های شیمیایی بین صفحات سربی و الکترولیت (اسید سولفوریک) باعث ذخیره انرژی میشود.
در باتری لیتیومی: یون‌های لیتیوم از کاتد به آند حرکت می‌کنند و در ساختار گرافیتی آند ذخیره می‌شوند.
2. فرآیند دشارژ
وقتی مصرف‌کننده‌ها (لامپ، یخچال، اینورتر) به برق نیاز دارند:
یون‌ها مسیر برعکس طی می‌کنند (از آند به کاتد)،
این حرکت یون‌ها جریان الکتریکی ایجاد میکند،
جریان به اینورتر منتقل شده و به AC قابل استفاده در خانه تبدیل میشود.
3. ویژگی‌های کلیدی باتری‌های خورشیدی
چرخه عمر (Cycle Life): تعداد دفعاتی که باتری میتواند شارژ و دشارژ شود (مثلاً ۲۰۰۰ بار برای لیتیوم).
عمق دشارژ (Depth of Discharge – DoD): درصدی از ظرفیت باتری که می‌توان استفاده کرد (برای لیتیوم ۸۰–۹۰٪، برای سرب-اسید حدود ۵۰٪).
بازدهی شارژ/دشارژ: در باتری لیتیوم حدود ۹۵٪ و در سرب-اسید حدود ۸۰٪.
خلاصه و جمع بندی نحوه کارکرد برق اضطراری خورشیدی
برق اضطراری خورشیدی سیستمی است که هنگام قطع شدن برق شهری وارد عمل میشود و برق خانه یا محل کار را تأمین میکند. این سیستم از سه بخش اصلی تشکیل شده است: پنل خورشیدی، باتری خورشیدی و اینورتر. در طول روز، پنل خورشیدی با دریافت نور خورشید برق تولید میکند. بخشی از این برق مستقیماً مصرف میشود و بخش دیگر در باتری خورشیدی ذخیره خواهد شد.
وقتی برق شهری قطع شود، سیستم خورشیدی به صورت خودکار فعال میشود. در این حالت، باتری خورشیدی برق ذخیره‌شده را آزاد میکند و اینورتر آن را به برق قابل استفاده در خانه تبدیل میکند. به همین دلیل وسایل مهم مانند لامپ‌ها، یخچال، تلویزیون یا حتی تجهیزات پزشکی بدون وقفه روشن می‌مانند.
به زبان ساده، برق اضطراری خورشیدی مثل یک ژنراتور خورشیدی بی‌صدا است که روزها با نور خورشید شارژ میشود و در زمان قطعی برق، همانند یک منبع مطمئن، برق رایگان و پاک در اختیار شما قرار می‌دهد. این فناوری علاوه بر امنیت و آسایش، باعث صرفه‌جویی در هزینه برق و کمک به محیط‌زیست نیز میشود.
