كيف تعمل الألواح الشمسية

يعتمد تصميم البطارية الشمسية ومبدأ تشغيلها على المواد والتكنولوجيا التي صنعت منها. لذلك ، تحتاج إلى فهم ميزات الخيارات الرئيسية لفهم ما هي الاختلافات واختيار الحل المناسب للاستخدام. جميع البيانات ذات صلة بالمنتجات عالية الجودة ، والبطاريات الرخيصة قد لا تفي بالمعايير المعلنة ، حيث يتم تصنيعها غالبًا مع انتهاكات التكنولوجيا.

تصميم مصفوفة شمسية صلبة قياسية.

المصطلح

المصطلحات الرئيسية المستخدمة في هذا المجال:

1. الطاقة الشمسية هي الكهرباء التي يتم الحصول عليها من الشمس عند استخدام الألواح.
2. التشمس الشمسي - يُظهر مقدار ضوء الشمس الذي يسقط على متر مربع من سطح يقع بشكل عمودي على الأشعة.
3. الخلايا الكهروضوئية عبارة عن وحدات قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. عادة ما ينتجون من 1 إلى 2 واط من الطاقة ، ولكن هناك أيضًا خيارات أكثر إنتاجية.
4. النظام الكهروضوئي عبارة عن مجموعة من المعدات التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.
5. الألواح أو الألواح الشمسية عبارة عن مجموعة من الخلايا الكهروضوئية مجمعة في وحدة كبيرة ومتصلة بطريقة متسلسلة أو متسلسلة متوازية. عادةً ما تتضمن بطارية واحدة من 36 إلى 40 جزءًا.
6. المصفوفة عبارة عن سلسلة من الألواح الشمسية المتصلة لتوفير المقدار المطلوب من التيار.
7. وحدات الإطار - هياكل في إطار من الألومنيوم ، متينة ومختومة.
8. العناصر بدون إطار هي خيارات مرنة ، يتم استخدامها في ظروف الأحمال المنخفضة.
9. كيلوواط / ساعة (kW) هو مقياس قياسي للطاقة الكهربائية.
10. الكفاءة (الكفاءة) - الألواح الشمسية. يوضح مقدار الطاقة الشمسية التي تصل إلى السطح والتي يتم تحويلها إلى كهرباء. عادة ما يكون المؤشر 15-24٪.
11. التدهور هو انخفاض في قدرة الألواح الشمسية يحدث لأسباب طبيعية. يتم قياسه كنسبة مئوية من المؤشرات الأصلية.
12. أحمال الذروة هي الأوقات التي تتطلب أكبر قدر من الكهرباء.
13. السليكون البلوري هو المادة الخام لتصنيع الألواح الشمسية. الخيار الأكثر شيوعًا ودائمًا لهذا اليوم.
14. السيليكون غير المتبلور عبارة عن تركيبة تترسب على السطح عن طريق التبخر ومغطاة بتركيبة واقية.
15. أشباه الموصلات هي مواد يمكنها إجراء تيار في ظل ظروف معينة. ويشمل ذلك معظم المواد الجديدة المستخدمة في صناعة الألواح الشمسية.
16. العاكس هو جهاز لتحويل التيار المباشر إلى تيار متردد.
17. جهاز التحكم - ينظم جهد الخرج من الوحدات الشمسية لشحن البطاريات بشكل صحيح.

خريطة تشمس على أراضي روسيا.

هذه ليست سوى المصطلحات الأكثر شيوعًا ، وهناك خيارات إضافية. ولكن حتى معرفة الأساسيات سيساعدك على فهم الموضوع بشكل أفضل.

فئات الجودة

لتقييم جودة الألواح الشمسية ، من الضروري أولاً وقبل كل شيء معرفة فئة المواد الخام المستخدمة في إنتاج الخلايا الكهروضوئية. تعتمد الكفاءة وعمر الخدمة للمنتجات النهائية على هذا. 4 فئات رئيسية:

1. الصف أ - الخيار الأفضل حيث لا يوجد فيه أي ضرر أو تشققات. يضمن توحيد الملء ونعومة السطح أداءً عاليًا ، والذي غالبًا ما يكون أعلى مما هو مذكور في الوثائق. بالإضافة إلى ذلك ، يحتوي هذا الخيار على أقل معدل تدهور ويحتفظ بالأداء الجيد لفترة طويلة.
2. درجة ب أسوأ قليلاً في الجودة ، قد تكون هناك عيوب على السطح. ولكن في الوقت نفسه ، في أغلب الأحيان ، يتيح الاستخدام الحصول على منتجات قابلة للمقارنة من حيث الكفاءة مع الفئة أ. تعتبر مؤشرات التدهور أسوأ من حيث الحجم ، وبالتالي تفقد خصائصها الأصلية بشكل أسرع.
3. الصف ج - خيار يمكن أن يكون فيه عيوب خطيرة للغاية - من الشقوق إلى الرقائق والأضرار الأخرى. بسعر ، هذه الوحدات أرخص بكثير ، لكن كفاءتها لا تتجاوز 15 ٪. حل غير مكلف ومناسب للأحمال الصغيرة.
4. الصف د - في الأساس ، هذه هي النفايات المتبقية بعد تصنيع الخلايا الكهروضوئية ، والتي لا ينبغي استخدامها في صناعة البطاريات. لكن العديد من المصنعين غير الصادقين ، خاصة من آسيا ، يستخدمونها في الإنتاج. أداء هذا الخيار منخفض للغاية.

من الأفضل اختيار الخيار الأول ، في الحالات القصوى ، يكون الخيار الثاني مناسبًا أيضًا.هم فقط من يمكنهم توفير كفاءة عادية وسوف يخدمون لفترة طويلة.

يجب أن يكون الفيلم الواقي على الألواح الشمسية عالي الجودة أيضًا.

مادة تصفيح EVA عبارة عن فيلم خاص يقع على الجانب الأمامي ويمكن استخدامه في الجانب الخطأ. الغرض الرئيسي هو حماية عناصر العمل من الآثار الضارة دون التدخل في ضوء الشمس. تدوم الخيارات عالية الجودة حوالي 25 عامًا ، والخيارات منخفضة الجودة - من 5 إلى 10. من المستحيل تحديد التنوع بالعين ، لذلك من الأسهل الانتقال من السعر - للحصول على خيارات جيدة ، لن يكون منخفضًا.

في الفيديو ، على سبيل المثال ، فهموا بوضوح كيف ينشأ تيار كهربائي تحت تأثير ضوء الشمس.

مبدأ التشغيل

من الصعب جدًا شرح ميزات البطارية الشمسية ، لكن يمكنك فهم النقاط العامة:

1. عندما يضرب ضوء الشمس الخلايا الضوئية ، يبدأ تكوين أزواج ثقب الإلكترون غير المتوازنة هناك.
2. بسبب زيادة الإلكترونات ، فإنها تبدأ في الانتقال إلى الطبقة السفلية من أشباه الموصلات.
3. يتم تطبيق الجهد على الدائرة الخارجية. يظهر قطب موجب عند ملامسة الطبقة p ، ويظهر قطب سالب عند ملامسة الطبقة n.
4. إذا كانت البطارية متصلة بالخلايا الضوئية ، فسيتم الحصول على حلقة مفرغة وتوفر الإلكترونات المتحركة باستمرار شحنًا تدريجيًا للبطارية.
5. وحدات السيليكون التقليدية هي خلايا تقاطع مفردة يمكنها فقط توليد الطاقة من طيف معين من ضوء الشمس. وبسبب هذا ، فإن كفاءة المعدات منخفضة.
6. لحل المشكلة ، طور المصنعون خيارات متتالية ، يمكنهم أخذ الطاقة من أشعة مختلفة من الطيف الشمسي.يؤدي هذا إلى زيادة الكفاءة ، ولكن نظرًا لارتفاع تكلفة الإنتاج ، فإن سعر هذه الألواح أعلى بكثير.
7. تتحول الطاقة التي لا تتحول إلى كهرباء إلى حرارة ، فتسخن الألواح الشمسية حتى 55 درجة أثناء التشغيل ، وبطاريات أشباه الموصلات حتى 180 درجة. علاوة على ذلك ، مع ارتفاع درجة حرارة البطارية الشمسية ، تنخفض كفاءة البطارية الشمسية.

أبسط مخطط للبطارية الشمسية.

على فكرة! تكون الألواح الشمسية أكثر فاعلية في أيام الشتاء الصافية ، عندما يكون هناك ما يكفي من الضوء ودرجة الحرارة المنخفضة تبرد السطح.

من ماذا صنعوا

لدراسة جهاز البطارية الشمسية ، تحتاج إلى فهم الأصناف الرئيسية ، نظرًا لأن تقنية الإنتاج لها اختلافات كبيرة اعتمادًا على المواد الخام المستخدمة:

1. بطاريات سي دي تي. يستخدم الكادميوم تيلورايد في تصنيع وحدات الفيلم. تكفي طبقة من عدة مئات من الميكرومترات للحصول على كفاءة تصل إلى 11٪ أو أعلى قليلاً. هذا رقم منخفض بصراحة ، ولكن من حيث 1 واط من الطاقة ، فإن تكلفة الكهرباء أرخص بنسبة 30 ٪ على الأقل من خيارات السيليكون التقليدية. على الرغم من حقيقة أن هذا التنوع أرق وأخف وزناً.
2. نوع CIGS. يعني الاختصار أن التركيب يشمل النحاس والإنديوم والغاليوم والسيلينيوم. اتضح أن أشباه الموصلات ، والتي يتم تطبيقها أيضًا في طبقة صغيرة ، ولكن على عكس الخيار الأول ، فإن الكفاءة هنا أعلى من حيث الحجم وتصل إلى 15٪.
3. أنواع GaAs و InP يميز إمكانية تطبيق طبقة رقيقة من 5-6 ميكرون بينما تكون الكفاءة حوالي 20٪. هذه كلمة جديدة في تقنيات استخلاص الكهرباء من ضوء الشمس.نظرًا لارتفاع درجات حرارة التشغيل ، يمكن أن تصبح البطاريات شديدة السخونة دون فقدان الأداء. ولكن نظرًا لحقيقة استخدام المواد الأرضية النادرة في الإنتاج ، فإن تكلفة هذا النوع مرتفعة.
4. بطاريات النقاط الكمية (QDSC). يستخدمون النقاط الكمومية كمادة ماصة لتحويل الطاقة الشمسية بدلاً من المواد السائبة التقليدية. نظرًا لخصائص ضبط فجوة النطاق ، من الممكن إنشاء وحدات متعددة الوصلات تمتص الطاقة الشمسية بكفاءة أكبر.
5. السيليكون غير المتبلور تطبق عن طريق التبخر ولها بنية غير متجانسة. ليس لديها كفاءة عالية ، ولكن السطح المتجانس يمتص حتى الضوء المتناثر بشكل جيد للغاية.
6. متعدد البلورات يتم تصنيع المتغيرات عن طريق صهر السيليكون وتبريده في ظل ظروف معينة لإنتاج بلورات أحادية الاتجاه. أحد الحلول الأكثر شيوعًا نظرًا لانخفاض تكلفة الإنتاج ومؤشرات الكفاءة الجيدة.
7. أحادي البلورية تتكون العناصر من بلورات صلبة مقطعة إلى ألواح رفيعة ومغطاة بالفوسفور. الحل الأكثر ديمومة مع معدلات تدهور منخفضة وعمر خدمة لا يقل عن 30 عامًا ، ولكن في أغلب الأحيان أطول من 10 إلى 15 عامًا.

تعد البطاريات المصنوعة من تيلورايد الكادميوم واحدة من أكثر البطاريات ربحية من حيث التكلفة لكل كيلووات من الكهرباء.

على فكرة! تعتمد فعالية هذا الخيار أو ذاك على تقنية الإنتاج ، لذا يجب توضيحها.

اقرأ أيضا

أنواع وطرق تركيب الألواح الشمسية

 

إيجابيات وسلبيات الألواح الشمسية

كل نوع له خصائصه الخاصة التي يجب أخذها في الاعتبار عند الاختيار لتحديد النوع الأنسب:

1. تتمتع الألواح أحادية البلورية بأعلى كفاءة ، ونتيجة لذلك ، يتم توفير مساحة وضع الوحدات. تدوم 25 عامًا على الأقل وتفقد قوتها ببطء. في نفس الوقت ، السطح حساس للغاية للأوساخ ، يجب غسله بشكل متكرر. والسعر هو الأعلى بين جميع الخيارات القائمة على السيليكون.
2. لا تمتص خيارات الكريستالات أشعة الشمس بكفاءة ، ولكنها تعمل بشكل أفضل في الضوء المنتشر. من حيث نسبة جودة السعر ، فهي أكثر ربحية ، لكنها تشغل مساحة أكبر بسبب انخفاض الكفاءة.
3. يمكن وضع بطاريات السيليكون غير المتبلورة في أي مكان ، بما في ذلك على جدران المباني ، لأنها تمتص الضوء المتناثر جيدًا. مع كفاءة منخفضة ، لديهم سعر منخفض ، لذلك يمكن استخدامها كخيار اقتصادي. في الوقت نفسه ، يعملون لفترة طويلة ولا يخافون من تلوث السطح.
4. خيارات الأرض النادرة لها مزايا وعيوب متشابهة ، لذا يمكنك التفكير فيها معًا. من حيث الكفاءة ، فهي متفوقة على الألواح الكلاسيكية ، ويمكن تطبيقها على الفيلم ، وهو أمر مريح. لديهم نطاق درجة حرارة أكبر ، لذا فإن التسخين لا يؤثر على كفاءة العمل. ولكن نظرًا لارتفاع أسعار المعادن وندرتها ، لا يتم استخدام هذه الخيارات على نطاق واسع.

يعمل خيار التثبيت على الحائط على تبسيط أعمال التثبيت.

أين يتم استخدامها

يمكن تثبيت جميع الخيارات المدروسة في القطاع الخاص من أجل الحصول على الكهرباء من الشمس وتوفير موارد الطاقة أو حتى تحقيق الاستقلالية الكاملة. بالنسبة للاستخدام ، عليك التفكير في بعض التوصيات البسيطة:

1. من الأفضل وضع خيارات أحادية البلورية ومتعددة الكريستالات على السطح أو على الأرض ، بعد أن صنعت الإطار مسبقًا بالزاوية المرغوبة.من المستحسن أن يتم تنظيم زاوية الميل ، حتى تتمكن من التكيف مع الشمس.
2. يمكن وضع وحدات الفيلم في أي مكان ، سواء على الجدران أو فوقها أسطح المنازل. إنها تعمل بشكل جيد حتى لو لم تصطدم الأشعة بالسطح بزاوية قائمة ، وهو أمر مهم للغاية.
3. على المستوى الصناعي ، يُفضل أيضًا استخدام بطاريات الأفلام باعتبارها أرخص وأسهل في التركيب.

خيارات الأفلام أسهل في التثبيت بكميات كبيرة من العمل.

هناك عدة أنواع من الخلايا الشمسية ، ولكن حوالي 90٪ من السوق تشغلها نماذج السيليكون التقليدية نظرًا لسعرها المنخفض وأدائها الجيد. يمكنك اختيار أحد حلول أشباه الموصلات ، ولكن بعد ذلك سيتعين عليك إنفاق أموال أكثر من مرة ونصف إلى ضعفين.