یکی از تفاوت‌های خانه‌های هوشمند با دیگر خانه‌ها میزان مصرف انرژی در این خانه‌ها است. خانه‌های هوشمند بااتصال به سیستم سولار بخش عمده‌ای از انرژی خانه را تامین می‌کنند. همین علت باعث میشود تا مصرف انرژی در این خانه‌ها تا حد زیادی پایین‌تر از دیگر خانه‌ها باشد. سیستمهای سولار یا پنل‌های خورشیدی قابلیت اتصال به سیستمهای خانه هوشمند را نیز دارند و با استفاده از اپلیکیشن هوشمند و … می‌توانید آن ها را به‌طور کامل مدیریت کنید. در ادامه مقاله به بررسی کامل سیستمهای سولار و کاربرهای آن خواهیم پرداخت. پس در ادامه مقاله همراه ما باشید.
تاریخچه پنل خورشیدی (سولار سیستم)
پیشرفت استفاده از انرژی خورشیدی به 100 سال قبل برمیگردد. در زمانی نه چندان دور، از انرژی خورشیدی برای تولید بخار آب استفاده میشده است و از بخار آب نیز برای عملکرد ماشین های مختلف استفاده میکردند؛ اما این امر تا پیش از کشف اثر فوتوولتائیک (تبدیل نور خورشید) توسط ادموند بکرل امکان پذیر نبود.
در سال 1893 چارلز فریت با کمک گرفتن از کشف بکرل اولین سلول خورشیدی اصل را ساخت. این سلول خورشیدی با استفاده از ورقه های آغشته به سلنیم و یک ورقه نازک از جنس طلا ساخته شد.
راسل اُهل مخترع آمریکایی اولین سلول خورشیدی سیلیکونی دنیا را در سال 1941 در آزمایشگاه بل اختراع کرد. با بهره گیری از اختراع اهل اولین پنل خورشیدی جهان در سال 1954 در همان آزمایشگاه ساخته شد.
پنل های خورشیدی در فضایی با قمرهای مصنوعی شروع به کار کردند. اکثر مردم در دهه 70 میلادی برای اولین بار پنل های خورشیدی را در ماشین حساب ها مشاهده کردند.
امروزه پنل های خورشیدی برای شارژ کردن تجهیزات گسترده ای استفاده میشوند و چنانچه در بخش سرگرمی نمناک می خوانید پنل های خورشیدی هنوز هم به صورت سلول های خورشیدی در ماشین حساب ها وجود دارند، برای تامین انرژی خانه ها و مجتمع های تجاری مانند ساختمان شرکت گوگل در کالیفرنیا استفاده میشوند.
کاربرد پنل خورشیدی در خانه هوشمند
سیستم فوتوولتاییک به سیستمی گفته می شود که می تواند به طور مستقیم پرتوهای تابیده شده از یک منبع حرارت (برای مثال شعله حاصل از سوخت های فسیلی) را با استفاده از سلولهای فتوولتاییک به انرژی الکتریکی تبدیل کند. از آنجاییکه مصرف انرژی در جهان رو به افزایش است یافتن شیوه ها و منابعی که جایگزین سوخت های فسیلی باشد، اهمیت دو چندانی می یابد. از این رو با بهره گیری از پانل های خورشیدی در خانه هوشمند می توان از تاثیرات منفی استفاده از سوختهای فسیلی، آلودگی و اثرات مخرب و نامطلوب آن بر محیط زیست دوری گزید. این تبعات منفی به یافتن انرژی جایگزین منجر شده است.
از تاثیرات استفاده از این سوخت ها بر زندگی انسانها و سایر موجودات درکره زمین این است که موجب تلاش گسترده ای در جهت یافتن منابع تولید انرژی جایگزین در دنیا گشته است. تولید همزمان مولدهای برق و حرارت و تولید پراکنده را میتوان به عنوان استراتژی کلیدی در جهت کاهش مصرف انرژی و اجتناب از آلودگی زیست محیطی به حساب آورد.
با توجه به این نکات، با بهره گیری از تکنولوژی سیستم فتوولتاییک میتوان، تاثیرات شگرفی را مشاهده نمود. براساس این تکنولوژی یک مشعل گاز خانگی این قابلیت را خواهد داشت که تمام انرژی گرمایی و الکتریکی مورد نیاز منزل مسکونی را تامین نماید. در بررسی پیش رو به مطالعات اولیه و ارایه مفاهیم بنیادین و مقایسه تکنولوژی سیستم فتوولتاییک خورشیدی با سایر تکنولوژی‌های تولید مستقیم برق از حرارت می‌‌‌‌پردازیم و در پایان پتانسیل این تکنولوژی برای تامین نیازهای انرژی ساختمان بررسی می گردد.
معرفی سولار سیستم (Solar System)
سلولهای خورشیدی قابلیت ذخیره مقدار کمی انرژی را در خود دارند. بنابراین میتوان برای تأمین جریان الکتریکی خانه‌های هوشمند از تعداد زیادی سلول خورشیدی استفاده کرد. با قراردادن تعداد زیادی از سلولهای خورشیدی کنار هم پنل‌های خورشیدی پدید می‌آیند. سیستمهای سولار نور خورشید را جذب می‌کنند و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. دلیل استفاده از سیستمهای سولار در خانه‌ها و دیگر مکان‌های هوشمند، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه‌ها میباشد.
انرژی خورشیدی بعد از تبدیل شدن به انرژی الکتریکی، توسط پنل‌های خورشیدی در باتری‌های مخصوص ذخیره میشوند. سیستمهای خانه هوشمند بعد از محاسبه میزان انرژی ذخیره‌شده در باتری‌ها، آن را برای استفاده در بخش‌های مختلف خانه تقسیم‌بندی می‌کنند.
سیستمهای سولار معمولی حدود یک‌سوم از نیاز الکتریکی یک خانه را تامین می‌کنند. با هوشمند سازی خانه‌ها این میزان بیشتر میشود و بخش عمده انرژی خانه توسط پنل‌های خورشیدی تامین میشود.
بهترین مکان برای نصب پنل‌های خورشیدی یا همان سیستم سولار، سقف خانه‌ها میباشد. چون فضایی اشغال نمی‌کند و نور مستقیم را بهتر جذب می‌کند. برای افزایش بازدهی سیستمهای سولار باید آنها را رو به جنوب تنظیم کرد. در صورت تغییر زاویه بازده پنل‌ها کاهش می‌یابد و میزان اتلاف انرژی بیشتر میشود.
سیستم فتوولتاییک چیست
سیستم فوتوولتاییک ( Photovoltaics) یا به اختصار PV، یکی از انواع سامانه‌های تولید برق از انرژی خورشید است. در این روش با بکارگیری سلولهای خورشیدی و پنل های خورشیدی، می توان انرژی الکتریسیته را از تابش خورشید تولید نمود. متریال به کار رفته در سلولهای خورشیدی از نوع نیمه رسانا است که از سیلیسیوم تشکیل شده، سیلیسیوم دومین عنصر فراوان بر روی پوسته زمین، می باشد. وقتی نور خورشید به یک سلول فوتوولتاییک می‌تابد، بین دو الکترود منفی و مثبت اختلاف پتانسیل الکتریکی بروز کرده و این امر موجب جاری شدن جریان بین آنها می‌گردد. سلول فوتوولتایک را میتوان در دسته فناوری‌های انرژی‌های تجدید پذیر قرار داد.
پس از تابش نور خورشید به یک سلول سیستم فوتوولتائیک، الکترون‌های موجود در آن انرژی بیشتری بدست آورده و با تابش نور خورشید، الکترون‌ها در سلول نیمه هادی پلاریزه می گردند، الکترون‌های منفی در سیلیکون نوع N و یون‌های مثبت در سیلیکون نوع P تشکیل می شوند. در این حالت بین دو الکترود، اختلاف پتانسیل بوجود می آید و این امر موجب ایجاد جریان بین آنها می گردد. از آنجا که سلول هایPV کوچک و شکننده هستند و تنها مقدار کمی برق تولید می‌کنند و آنها را به صورت مدول شکل می‌دهند.
مدولها در اندازه‌های متنوع ساخته میشوند ولی به دلیل راحت بودن درجابجایی، ابعاد آنها به ندرت از ۹۰ سانتیمتر عرض در ۱۵۰ سانتیمتر طول بیشتر میشود. هنگامی که دو سلول با مدول در یک ردیف متصل میشوند ولتاژ آنها دو برابر می‌گردد و هنگامی که موازی با هم متصل میشوند جریان برق آن دو برابر میشود.