توسعه پنل‌های خورشیدی دوطرفه

عمادالدین قاسمی‌پناه ـ خبرنگار

مدت‌هاست که دانشمندان و پژوهشگران سراسر دنیا به این نتیجه رسیده‌اند که انرژی فسیلی نه‌تنها برای کره زمین خطرناک به‌شمار می‌آید بلکه منابع آنها رو‌به اتمام است. این مسئله باعث شده که استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی خورشیدی مورد توجه قرار بگیرد. اکنون حتی بسیاری از مردم عادی با استفاده از پنل‌های خورشیدی، بخشی از برق خانه‌های خود را تامین می‌کنند. بسیاری از شرکت‌ها و کارخانه‌های سراسر دنیا هم به این نوع انرژی علاقه‌مند شده‌اند. به‌عنوان مثال، ساختمان اصلی شرکت اپل به‌گونه‌ای طراحی شده است که انرژی الکتریکی خود را با استفاده از انرژی خورشیدی تامین می‌کند. این سازه که شبیه یک بشقاب‌پرنده طراحی شده، «اپل پارک» نامگذاری شده و مجهز به پنل‌های خورشیدی است که به‌ تنهایی می‌توانند 75درصد از انرژی مورد نیاز این بنای عظیم را فراهم کنند.
 مجله «پاپیولارمکانیک» در گزارشی نوشته است: اهمیت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر باعث شده که اکنون پژوهشگران سنگاپوری با هدف افزایش بازدهی الکتریکی، به فکر ساخت پنل‌های خورشیدی دوطرفه بیفتند. این پنل‌ها با جذب نور خورشید در یک طرف و انعکاس نور محیط به طرف دیگر، کار می‌کنند. این نوآوری می‌تواند بهره‌وری کلی را به حداکثر برساند.
در مقاله جدیدی که یک گروه بزرگ از پژوهشگران به سرپرستی کارلوس دی رودریگوز-گالگوس از دانشگاه ملی سنگاپور نوشته‌اند، تجزیه و تحلیل‌هایی را در مورد پنل‌هایی ارائه داده‌اند که «دو‌ وجهی» و «ردیاب» هستند، به این معنی که این پنل‌ها دوطرفه هستند و مسیر نور خورشید را در کل آسمان دنبال می‌کنند.
در این مقاله نوشته شده است: یک سیستم ردیابی، می‌تواند تولید انرژی را با جابه‌جایی ماژول فوتوولتائیک در طول روز افزایش دهد، به‌طوری که پنل همیشه رو به آفتاب باشد. در ماژول‌های دوطرفه از سلول‌های خورشیدی ویژه و یک پوشش شفاف برای جمع‌آوری و جذب نور، هم از طرف جلو و هم از پشت آن، استفاده می‌شود.
فوتوولتائیک فناوری تبدیل انرژی نور به الکتریسیته به وسیله استفاده از نیمه‌رساناهایی است که ویژگی اثر فوتوولتائیک دارند؛ پدیده‌ای که در زمینه‌های فوتوشیمی، فیزیک و الکتروشیمی مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک سامانه فتوولتائیک با به‌کارگیری پنل‌‌های خورشیدی که هرکدامشان شامل تعدادی از سلول‌های خورشیدی هستند، الکتریسیته تولید می‌کند.
تجزیه و تحلیل‌های این مقاله نشان می‌دهد که هزینه تولید انرژی با استفاده از پنل‌های خورشیدی دوطرفه و ردیاب در 93.1درصد از کل دنیا کمتر از گزینه‌های موجود خواهد بود. این تجزیه و تحلیل مبتنی بر یک محاسبه کلی به نام «هزینه سطح انرژی» است. وزارت انرژی سنگاپور می‌گوید: سطح هزینه انرژی، امکان مقایسه فناوری‌های مختلف مرتبط با باد، نور خورشید و گاز طبیعی را از نظر طول عمر، حجم پروژه، هزینه‌های سرمایه‌گذاری، خطرات، بازده و ظرفیت‌ها فراهم می‌کند.
دانشمندان برای بررسی دقیق فواید و مضرات این نوآوری، تعدادی از پنل‌های خورشیدی را در 3وضعیت ثابت(بدون شیب)، تک محوره و دومحوره راه‌اندازی کردند. پنل‌های تک‌محوره نتوانستند نحوه حرکت خورشید در عرض جغرافیایی را در مدت یک‌سال ردیابی کنند، اما پنل‌های دومحوره به‌طور کامل نور خورشید را در کل طول سال ردیابی کردند. این تجزیه و تحلیل نشان داد که در اقلیم‌ها و عرض‌های جغرافیایی مختلف، می‌توان ویژگی‌های مختلف پنل‌ها را ترکیب کرد تا نتایج بهتری حاصل شود. هیچ اندازه مشخصی برای پنل‌ها وجود ندارد و حتی در بعضی موارد، پنل‌های دوطرفه تک‌محوره یا دومحوره کارایی کمتری از پنل‌های یک طرفه داشتند.
به‌طور کلی، پنل‌های دو طرفه تک‌محوره از نظر هزینه انرژی عملکرد بهتری دارند. پنل‌های ردیاب دومحوره بیشترین انرژی را جذب می‌کنند اما هزینه مازاد و پیچیدگی آنها به اندازه‌ای نیست که ارزش استفاده داشته باشند. آنها به‌جای یک صفحه شیب‌دار ساده در دو طرف، نیاز به چیزی شبیه به یک ژیروسکوپ دارند.
اگرچه هزینه این نوع انرژی همچنان زیاد است اما احتمالاً با پیشرفت تکنولوژی و مقبولیت و استفاده بیشتر، هزینه‌ها کاهش می‌یابد. در 10سال آینده، همین تجزیه و تحلیل می‌تواند نتایج بسیار متفاوتی داشته باشد.
پژوهشگران این مطالعه می‌گویند که این تجزیه و تحلیل در نوع خود «اولین» محسوب می‌شود؛ چرا که همه ترکیب‌بندی‌های پنل‌های ردیابی و دو طرفه را درنظر گرفته است. با این حال، تجزیه و تحلیل آنها درباره هزینه عملیاتی و سطح هزینه انرژی(LCOE)، شامل همه نقاط جهان نمی‌شود. این پژوهش تا حدودی از سوی مؤسسه تحقیقات انرژی خورشیدی سنگاپور(SERIS) حمایت مالی شده است. سنگاپور به‌دلیل تراکم جمعیت بالا، سرمایه‌گذاری زیادی در حوزه انرژی کرده است. به‌عنوان نمونه، یکی از این سرمایه‌گذاری‌ها شامل یک خط لوله خورشیدی زیر آب است که از طریق آن، استرالیا انرژی مازاد خود را به‌سنگاپور می‌فروشد.
با این اوصاف، دانشمندان این پروژه به این نتیجه رسیده‌اند که نتایج آنها در مناطق مختلف می‌تواند متفاوت باشد. آنها می‌گویند: تجزیه و تحلیل ما می‌تواند یک بررسی اجمالی از چگونگی مقایسه سیستم‌های مختلف در جهان باشد، با این حال برای یافتن بهترین سیستم در هر منطقه از دنیا، هنوز به مقایسه‌های بیشتر و دقیق‌تر نیاز داریم.


استفاده از سلول‌های خورشیدی ویژه
یک سیستم ردیابی، می‌تواند تولید انرژی را با جابه‌جایی ماژول فوتوولتائیک در طول روز افزایش دهد، به‌طوری که پنل همیشه رو به آفتاب باشد. در ماژول‌های دوطرفه از سلول‌های خورشیدی ویژه و یک پوشش شفاف برای جمع‌آوری و جذب نور، هم از طرف جلو و هم از پشت آن، استفاده می‌شود