آیا پانل‌های خورشیدی در شب کار می‌کنند؟

اگر از نیروی خورشیدی برای روشن کردن خانه‌ی خود استفاده می‌کنید، می‌تواند کمی ناراضی کننده باشد که کارآیی پانل‌های خورشیدی در طول زمستان و شرایط ابری به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد چون نور خورشید کمتری به پانل‌ها می‌رسد. کار حتی در شب بدتر می‌شود چون هیچ نیروی خورشیدی برای مهار کردن وجود ندارد. در چنین شرایطی، راه مناسب برای برگزیدن، حفاظت از انرژی خورشیدی است که این کار را می‌توان با توسل به بانک باتری و یا پشتیبان شبکه‌ای برق انجام داد.
منبع دیگر انرژی، نیاز امروز است. با این سرعتی که ما در حال استفاده از منابع تجدید ناپذیر بر روی سیاره‌ی خود هستیم، آنها به زودی و یا کمی بعد تمام خواهند شد. انرژی خورشیدی با مقرون به صرفه و تجدید پذیر بودن، شاید بهترین جایگزین ممکن برای سوخت‌های فسیلی مضر باشد. در واقع داده‌هایی که توسط سازمان اطلاعات انرژی آمریکا گردآوری شده است، نشان می‌دهد که اگر 4 درصد از بیابان‌ها‌ی سیاره را با پانل‌های خورشیدی پوشش بدهیم، مشکل نیرو و انرژی در کل جهان حل می‌شود.

مکانیزم اصلی :

همان طور که از نامش پیدا است، نیروی خورشیدی با مهار گرما و نور خورشید با استفاده از پانل‌های خورشیدی ساخته شده از سلول‌های فوتو ولتائیک بی‌شمار تولید و ایجاد می‌شود. این پانل‌های خورشیدی برای جذب گرمای متشعشع شده از خورشید، تبدیل آن به انرژی الکتریکی و ذخیره و یا توزیع آن، طراحی شده‌اند. سلول‌های فوتو ولتائیک در این پانل‌ها که عموماً به سلول‌های خورشیدی مشهور هستند از نیمه هادی‌هایی مثل سیلیکون ساخته می‌شوند. به محض این که این سلول‌ها در تماس با نور خورشید قرار می‌گیرند، الکترون‌ها در آنها آزاد می‌شوند.
الکترون‌ها بعد از آزاد شدن، در جستجوی ارتباط مثبت به سمت دیگر پانل که با استفاده از برخی عناصر نظیر بور به طور مثبت باردار شده است، حرکت می‌کنند. وقتی الکترون‌ها به حرکت خود به سمت دیگر پانل خورشیدی ادامه می‌دهند، جریان الکتریکی تولید می‌شود. این جریان وقتی در تماس با اتصال‌های الکتریکی روی سلول خورشیدی قرار می‌گیرد، به ولتاژ تبدیل می‌شود. جریان مستقیم (DC) یا در باتری ذخیره می‌شود و یا از طریق اینورتور منتقل می‌شود.
همیشه بهتر است پانل‌های خورشیدی را به سمت جنوب قرار دهید تا نور مستقیم خورشید را دریافت کنند؛ این کار اطمینان می‌دهد که بیشترین خروجی را خواهید داشت. اگر بیشترین خروجی پانل، به نور مستقیم خورشید وابسته است پس در شب و در طول شرایط جوی برای آن چه اتفاقی می‌افتد؟

پشتیبان باتری برای سیستم‌های نیروی PV :

در این مورد، انرژی خورشیدی در طول روز، به الکتریسیته تبدیل می‌شود و برای استفاده‌ی بعدی در بانک باتری ذخیره می‌شود. جریان مستقیم به اینورتور فرستاده می‌‌شود که آن را برای استفاده در نیرو دادن به لوازم خانگی، به جریان متناوب تبدیل می‌کند. از طرف دیگر الکتریسیته‌ی اضافی تولید شده به بانک باتری منتقل می‌شود. کنترل کننده‌ی بار، حساب سرعتی را که با آن جریان الکتریکی به بانک باتری اضافه می‌شود نگه می‌دارد و از مشکلاتی نظیر بار بیش از حد جلوگیری می‌کند. مفهوم بانک باتری برای تولید نیرو در مقیاس کوچک، بسیار موفق عمل کرده است و تلاش‌هایی برای استفاده از این مفهوم، در مقیاس بزرگ صورت گرفته است.

سیستم نیروی PV با ارتباط شبکه‌ای :

در این مورد، الکتریسیته‌ی تولید شده توسط پانل‌های خورشیدی به اینورتور فرستاده می‌شود که در آن جریان مستقیم به جریان متناوب تبدیل می‌شود. جریان متناوب از اینجا به پانل موج شکن فرستاده می‌شود. در پانل موج شکن، مقدار الکتریسیته‌‌ی لازم برای نیرو دادن به لوازم خانگی به خانه‌ی شما فرستاده می‌شود اما بقیه به شبکه‌ی تجهیزات برق منتقل می‌شود که نقش بانک باتری را در این مورد ایفا می‌کند. الکتریسیته‌ا‌ی که به شبکه‌ی تجهیزات برق منتقل شده است، نهایتاً برای نیرو دادن به خانه‌ی شما در شب و یا در مواقع لزوم به کار می‌رود.
متر دو جهته، حساب مقدار الکتریسیته‌ای را که به شبکه منتقل می‌شود و مقدار الکتریسیته‌ای را که از شبکه مصرف می‌شود، نگه می‌دارد. مقدار انرژی را که به شبکه می‌فرستید، واحد انرژی شما می‌شود که از قبض برق شما استنتاج می‌شود در نتیجه این روش به عنوان سیستم متر کردن شبکه مشهور است. به عبارت دیگر، شبکه‌ی تجهیزات برق که آن را به طور همزمان می‌توان با نیروی خورشیدی به کار برد، به خانه‌ی شما در طول شب و یا روز ابری در زمستان که فقدان نیروی مستقیم خورشید، مانع تولید نیروی خورشیدی می‌شود، نیرو می‌بخشد. چون این سیستم نسبت به بانک باتری نسبتاً کم هزینه‌تر است، در بسیاری از بخش‌های دنیا کاملاً محبوب است.
بارها، سیستم نیروی PV با ارتباط شبکه‌ای، پشتیبان باتری را فراهم کرده است تا اطمینان حاصل شود که در زمان‌های قطع برق هیچ انرژی از دست نمی‌رود. اگر این کار انجام نشود هر بار که قطعی برق رخ می‌دهد، شما الکتریسیته‌ای را که توسط پانل خورشیدی تولید شده است، از دست خواهید داد.

آینده – پانل‌های خورشیدی با نانو آنتن‌ها :

پانل‌های مرسوم فقط 40 درصد بازده دارند یعنی این که آنها فقط می‌توانند 40 درصد از کل انرژی خورشیدی را که دریافت می‌کنند به الکتریسیته‌ی قابل مصرف تبدیل کنند. محققان و پژوهشگران در حال کار بر روی نسخه‌ی جدیدی از پانل‌های خورشیدی هستند که برای کار حتی بعد از غروب خورشید، طراحی شده‌اند. هم چنین این پانل جدید حدود 80 درصد بازده خواهد داشت. در این تکنولوژی جدید، انرژی خورشیدی با استفاده از نانو آنتن‌ها مهار می‌شود مثلاً مارپیچ‌های مربعی از فلز رسانا در ورقه‌ی پلاستیکی جاسازی می‌شوند که می‌توانند به راحتی خم شوند.
کره‌ی زمین، انرژی فرو سرخ خورشید را جذب می‌کند و بعد از غروب آفتاب آزاد می‌کند. پانل‌های خورشیدی جدید، این انرژی فرو سرخ آزاد شده توسط زمین در شب و انرژی مستقیم خورشید در طول روز را جذب می‌کنند. در نتیجه آنها انرژی را هم در طول روز و هم در طول شب مهار می‌کنند. این نانو آنتن‌ها با اندازه‌ی یک بیست و پنجم قطر موی انسان، بسیار کوچک هستند اما به هنگام کارآیی، به آسانی همتایان مرسوم و سنتی خود را تحت الشعاع قرار می‌دهند.
چراغ‌های خیابان که با انرژی خورشیدی کار می‌کنند، بهترین مثال برای استفاده از انرژی خورشیدی در طول شب هستند. پانل‌های خورشیدی که در بالای این چراغ‌ها قرار گرفته‌اند، انرژی خورشیدی را در طول روز ذخیره می‌کنند و این انرژی برای روشن کردن لامپ‌ها بعد از غروب آفتاب به کار می‌رود.
با پیشرفت تکنولوژیکی، انتظار می‌رود که روش‌ها و تکنیک‌های مهار نیروی خورشیدی بهتر شود. از همه مهم‌تر، ما در لبه‌ی تغییرات آب و هوایی و اتمام سوخت‌های فسیلی قرار داریم یعنی این که هیچ انتخابی نداریم به جز این که هرچه زودتر که ممکن است جایگزینی برای منبع انرژی پیدا کنیم. وقتی در مورد منابع موجود صحبت می‌کنیم، به نظر می‌رسد که نیروی خورشیدی بهترین انتخاب ما است.