پنل خورشیدی مهمترین بخش یک سیستم برق خورشیدی است. تابش نور خورشید به پنل خورشیدی باعث تولید جریان الکتریکی می شود که در این مقاله به طور دقیق بررسی می کنیم. در توضیح اجزای پنل های خورشیدی به توضیح مختصری در مورد ویژگی مورد نیاز در پنل و بهره گیری از آیینه ها و عدسی ها در ساخت پنل می پردازیم. هم چنین در این راستا به اصول عملکرد سلول های فتوولتائیک و انواع پنل های خورشیدی اشاره خواهیم کرد.

در اصل، عدسی فرنل، برای نورافشانی در فواصل دور و از جمله در فانوس های دریایی ابداع گردید. این عدسی ها برای متمرکز کردن پرتوی نور، از پدیدۀ انکسار، بهره می برد.

در رابطه با مقوله پنل های خورشیدی، پژوهشگران از این عدسی ها استفاده کرده و به کمک آن ها توانسته اند با متمرکز کردن پرتوهای نور خورشید بر روی پنل موردنظر، توان دریافتی را افزایش دهند.

در عمل با تمرکز نور خورشید بر روی یک سطح کوچکتر و به واقع با افزایش شدت تابش نور خورشید می توان انرژی بیشتری را به توسط پنل جذب کرده و بازده آن را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش داد.

هرچند که این کار با مشکلاتی توأم است که عمده ترین آن ها، بالا رفتن بیش از حد دمای پنل ها است. در عمل، بسیاری از پنل هایی که با این روش مورد آزمایش قرار گرفته اند، در اثر دمای زیاد ایجاد شدۀ ناشی از وجود عدسی فرنل، کلاً خراب شده و از کار افتاده اند.

به دلیل گرمای زیاد تولید شده در محل پنل ها، نصب آن ها باید با دقت و ظرافت خاصی صورت پذیرد که هوای اطراف قادر به عبور از وجوه مختلف آن ها بوده و عمل تهویه به گونۀ مناسبی انجام شود.

البته در مورد قابلیت اطمینان و اعتبار دراز مدت این گونه پنل ها، سؤالات زیادی مطرح است. یکی از راهکارهای جایگزین دیگر برای افزایش شدت تابش، استفاده از آیینه یا سطوح فلزی براق و صیقلی برای جمع آوری و انعکاس نورهای اطراف، به سطح پنل ها است.

با توجه به زیان های خیره شدن مستقیم به نور خورشید، باید تدبیری اندیشید که این پرتوهای نوری منعکس شده، به چشم کسی نخورند. در اکثر موارد، مشکلاتی که در راه نصب این آیینه ها وجود دارد همچنین خطرات بالقوۀ ناشی از تلاقی پرتوهای منعکس شده که می تواند برای چشم انسان ایجاد مشکل کند.

مدار معادل سلول های فتوولتائیک از یک منبع جریان و دیود به همراه یک مقاومت سری و یک مقاومت موازی تشکیل شده است.

مجموع پنل های خورشیدی (فتوولتائیک)، آرایه فتوولتائیک را تشکیل می دهند؛ پنل های فتوولتائیک نیز از اجتماع ماژول های فتوولتائیک ساخته می شوند و ماژول های فتوولتائیک خود از مجموع سلول های خورشیدی به دست می آیند که این سلول ها انرژی نور خورشید را به الکتریسیته تبدیل می کنند.

ولتاژ خروجی اکثر پنل ها در زیر بار، چیزی در حدود 14 الی 18 ولت بوده و این رقم میزانی است که یک پنل خورشیدی واحد می تواند یک باتری 12 ولتی را شارژ کند. اگر سرسیم های یک ولت متر را به ترمینال های خروجی یک پنل خورشیدی که به هیچ مصرف کنندهای متصل نیست ارتباط دهید، ممکن است با رقمی تا حدود 26 ولت هم مواجه شوید. ولتاژ مزبور در پنل های بدون بار و به اصطلاح در مدار باز، رقم عادی و قابل پیش بینی است ولی وقتی خروجی آنها به یک مصرف کننده متصل شود، این ولتاژ افت کرده و به حوالی 14 تا 18 ولت می رسد. با اتصال سری پنل ها به هم می توان ولتاژهای بالاتری را ایجاد نمود. اندازۀ معمولی این ولتاژها در سیستم های مستقل از شبکه، 24 یا 48 ولت بوده و در ساختار سیستم خورشیدی متصل به شبکه، ولتاژ یاد شده ممکن است به حدود چند صد ولت هم برسد.

برای سیم کشی سیستم برق خورشیدی در صورتی که بیش از یک پنل داشته باشد و تصمیم تان استفاده از یک سیستم برق خورشیدی 12 ولتی است، باید پنل ها را به طور موازی به هم وصل کنید تا ضمن ثابت نگهداشتن ولتاژ خروجی، توان کلی سیستم را بالا ببرید.

اما اگر قصد استفاده از ولتاژهای بالاتر را دارید به بیش از یک پنل نیاز دارید و برای کسب ولتاژهای بالاتر باید آنها را به صورت سری به یکدیگر متصل کنید تا به ولتاژ موردنظر دست یابید. برای مثال، اگر هدفتان تأمین یک ولتاژ 24 ولتی است، باید دو پنل 12 ولتی را به صورت سری به یکدیگر وصل کنید و در صورتی که منظورتان ایجاد یک سیستم 48 ولتی است، ناچار هستید چهار پنل 12 ولتی را به صورت سری به هم ارتباط دهید.

وقتی هدف، تأمین این ولتاژهای بالاتر است، ابتدا باید تعدادی پنل را به صورت سری به هم متصل کنید تا به ولتاژ موردنظر دست یابید و در مرحلۀ بعد، اگر توان بالایی مورد نظرتان است، ناچار هستید از گروه های سری شدۀ بالا استفاده کرده و آن ها را به صورت موازی به هم پیوند دهید تا به توان دلخواه برسید. با اتصال سری پنل ها به هم می توان ولتاژهای بالاتری را ایجاد نمود. اندازۀ معمولی این ولتاژها در سیستم های مستقل از شبکه، 24 یا 48 ولت بوده و در ساختار سیستم خورشیدی متصل به شبکه، ولتاژ یاد شده ممکن است به حدود چند صد ولت هم برسد.

با اتصال موازی پنل ها به هم، ولتاژ خروجی آرایه، معادل ولتاژ هر یک از پنل ها بوده ولی میزان توان افزایش می یابد.

برای ایجاد یک آرایۀ خورشیدی می توان چندین پنل را به یکدیگر متصل ساخت. با اتصال پنل های متعدد به هم می توان به ولتاژها یا جریان های بالاتری دست یافت. وقتی چند پنل را به یکدیگر متصل می سازید، فارغ از اینکه آن ها به صورت سری یا موازی به هم مرتبط شده باشند، توان کلی سیستم افزایش می یابد. هنگامی که مطابق شکل زیر، پنل ها به صورت سری به هم وصل می شوند، ولتاژ و توان هر پنل به ولتاژ و توان پنل بعدی افزوده شده و در مجموع، ولتاژ و توان آرایه افزایش می یابد.

هنگامی که مطابق زیر، برای ایجاد یک آرایه، چند پنل را به صورت موازی، به هم مربوط می سازید، ولتاژ خروجی، معادل میانگین ولتاژ هر یک از پنل ها بوده و برای دستیابی به توان های بالاتر، وات هر یک را به دیگری می افزائید.

برای تولید پنل های خورشیدی از سه فناوری مختلف استفاده می شود که هر کدام، مزایا و معایب خاص خودشان را دارند.

این نوع پنل شامل سلول های خورشیدی هستند که از کریستال خالص سلیکون ساخته می شوند . حدود 15 تا 20 درصد راندمان دارند، در آب و هوای گرم عملکرد بهتری دارند، قیمت آنها نسبتاً بالاتر است.

این پنل های خورشیدی از چندین سلول خورشیدی کوچکتر که هر کدام از یک کریستال سیلیکونی مجزا ساخته شده اند، ایجاد می گردند. بین پنل های خورشیدی رایج و در دسترس امروزی، این نمونه ها از راندمان بالاتری نسبت به سایر انواع برخوردار هستند.

این پنل ها همه ی خصوصیات نمونه های پر بلوری را دارا هستند ولی به دلیل بالا بودن بازدهی، اگرملاک را میزان توان تولیدی در نظر بگیریم، آنها را باید کوچکترین و جمع و جورترین پنل ها به حساب آورد.

با توجه به بالا بودن هزینه ی ساخت این پنل ها، بدیهی است که قیمتشان هم بالاتر از سایر انواع خواهد بود. در حالت عادی، قیمت یک پنل تک بلوری بین 35 تا 50٪ بیش از پنل خورشیدی پر بلوری معادل است.

این نوع پنل شامل سلول های خورشیدی هستند که از دانه های مختلف تک کریستال ساخته می شوند. در آب وهوای گرم عملکرد آنها تحت تاثیر قرار می گیرد. قیمت نسبتاً پائین تری دارند.

این پنل ها از چندین سلول خورشیدی که هر کدام از قرص های نازکی از کریستال های سیلیکونی ساخته شده اند، تولید می گردند. بازدهی این پنل ها در تابش مستقیم نور خورشید و در مقایسه با نمونه های لایه ی نازک، بسیار بهتر و بین 13 تا 16٪ است.

 به این ترتیب طبیعی است که با در نظر داشتن یک توان خاص، مساحت اشغال شده به توسط پنل های پر بلوری، حدود 1/2 نمونه های لایۀ نازک بوده و به تبع آن، نصبشان در شرایط گوناگون و به ویژه حالت های دشوار ، بسیار ساده تر خواهد بود. عمر مفید این پنل ها بیشتر از نمونه های لایۀ نازک بوده و میزان مورد انتظار چیزی در حدود 25 سال برآورد می شود.

در مقابل این محسنات، مهمترین مزیت پنل های لایۀ نازک این است که برق تولیدی آن ها در هوای ابری و حتی شب های مهتابی بهتر از نمونه های پر بلوری است.

فرآیند ساخت پنل های خورشیدی پر بلوری قدری پیچیده بوده و به همین لحاظ، قیمت اولیۀ آنها بین 20 تا 30٪ گرانتر از نمونه های لایۀ نازک است.

ساختار کریستالی منظمی ندارند و در ضخامت های کم ساخته می شوند. تا حدی قابل انعطاف هستند و می توان آنها را روی سطوح مختلف به کار گرفت؛ اما راندمان پائینی دارند (حدود 7 درصد).

ارزان ترین فناوری ساخت پنل های خورشیدی، نمونۀ آمورف یا بی شکل آن هاست که پنل های خورشیدی با فیلم با لایۀ نازک هم نامیده می شوند.