الباحثون المعاصرون الذين يعملون في أنظمة الطاقة الشمسية يتناقشون باستمرار فيما بينهم حول كفاءة الألواح الشمسية. وهذا هو أحد المعايير الرئيسية التي يتم على أساسها تقييم فعاليتها ومستوى إنتاجيتها. ونظرًا لأن تكلفة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء لتشغيل الألواح لا تزال مرتفعة، فإن المصنعين يشعرون بالقلق بشأن كيفية جعلها أكثر كفاءة.

ومن المعروف أن كل متر مربع من مساحة الخلية ينتج حوالي 20% من إجمالي طاقة الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى البطارية. في هذه الحالة، نحن نتحدث عن المناخ والظروف الجوية الأكثر ملاءمة، والتي لا تحدث دائما. لذلك، لزيادة المعدل، تحتاج إلى تثبيت الكثير من الألواح الشمسية. هذا ليس مناسبًا دائمًا، والتكلفة هي فلس واحد جدًا. لذلك، عليك أن تفهم مدى جدوى استخدام مصادر الطاقة البديلة هذه وما هي الآفاق المستقبلية.

لذا، فإن كفاءة البطارية هي مقدار الإمكانات التي تنتجها فعليًا، معبرًا عنها كنسبة مئوية. ولحسابها لا بد من تقسيم قوة الطاقة الكهربائية على قوة الطاقة الشمسية الساقطة على سطح الألواح الشمسية.

الآن يتراوح هذا الرقم من 12 إلى 25٪. على الرغم من أنه في الممارسة العملية، مع مراعاة الظروف الجوية والمناخية، فإنه لا يرتفع فوق 15. والسبب في ذلك هو المواد التي تصنع منها البطاريات الشمسية. السيليكون، وهو "المادة الخام" الرئيسية لتصنيعها، ليس لديه القدرة على امتصاص طيف الأشعة فوق البنفسجية ويمكنه العمل فقط مع الأشعة تحت الحمراء. لسوء الحظ، بسبب هذا النقص، فإننا نهدر طاقة طيف الأشعة فوق البنفسجية ولا نستخدمها بشكل مفيد.

العلاقة بين الكفاءة والمواد والتقنيات

كيف تعمل الألواح الشمسية؟ بناء على خصائص أشباه الموصلات. الضوء الذي يسقط عليها يطرد الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي للذرات بجزيئاتها. يخلق عدد كبير من الإلكترونات إمكانات تيار كهربائي - في ظل ظروف الدائرة المغلقة.

لضمان مؤشر الطاقة العادي، لن تكون وحدة واحدة كافية. كلما زاد عدد الألواح، زادت كفاءة تشغيل المشعات التي تزود البطاريات بالكهرباء، حيث ستتراكم. بالضبط لهذا السبب تعتمد كفاءة الألواح الشمسية أيضًا على عدد الوحدات المثبتة . كلما زاد عددهم، كلما زاد امتصاصهم للطاقة الشمسية، ويصبح مؤشر الطاقة الخاص بهم أعلى من حيث الحجم.

هل من الممكن تحسين كفاءة البطارية؟ وقد بذلت مثل هذه المحاولات من قبل المبدعين، وأكثر من مرة. قد يكون المخرج في المستقبل هو إنتاج عناصر تتكون من عدة مواد وطبقاتها. يتم ترتيب المواد بطريقة تمكن الوحدات من امتصاص أنواع مختلفة من الطاقة.

على سبيل المثال، إذا كانت إحدى المواد تعمل مع طيف الأشعة فوق البنفسجية، وأخرى تعمل مع الأشعة تحت الحمراء، فإن كفاءة الخلايا الشمسية تزيد بشكل كبير. إذا فكرنا على المستوى النظري، فإن أعلى كفاءة يمكن أن تصل إلى حوالي 90%.

كما أن نوع السيليكون له تأثير كبير على كفاءة أي نظام شمسي. ويمكن الحصول على ذراته بعدة طرق، وعلى هذا الأساس تنقسم جميع الألواح إلى ثلاثة أصناف:

• البلورات.
• عناصر من .

يتم إنتاج البطاريات الشمسية من البلورات الأحادية التي تصل كفاءتها إلى حوالي 20%. فهي باهظة الثمن لأنها تتمتع بأعلى كفاءة. تعد تكلفة البلورات المتعددة أقل بكثير، حيث أن جودة عملها في هذه الحالة تعتمد بشكل مباشر على نقاء السيليكون المستخدم في تصنيعها.

أصبحت العناصر المعتمدة على السيليكون غير المتبلور هي الأساس لإنتاج الأغشية الرقيقة. تكنولوجيا تصنيعها أبسط بكثير، والتكلفة أقل، ولكن الكفاءة أقل أيضا - لا تزيد عن 6٪. أنها تبلى بسرعة. لذلك، لتحسين عمر الخدمة، يتم إضافة السيلينيوم والغاليوم والإنديوم إليها.

كيفية جعل الألواح الشمسية الخاصة بك تعمل بكفاءة قدر الإمكان

يعتمد أداء أي نظام شمسي على:

• مؤشرات درجة الحرارة
• زاوية سقوط أشعة الشمس.
• حالة السطح (يجب أن يكون نظيفًا دائمًا)؛
• احوال الطقس؛
• وجود أو عدم وجود الظل.

الزاوية المثلى لسقوط أشعة الشمس على اللوحة هي 90 درجة، أي مستقيمة. توجد بالفعل أنظمة شمسية مجهزة بأجهزة فريدة من نوعها. إنها تسمح لك بمراقبة موضع النجم في الفضاء. عندما يتغير موقع الشمس بالنسبة للأرض، تتغير أيضًا زاوية ميل النظام الشمسي.

كما أن التسخين المستمر للعناصر ليس له أفضل تأثير على أدائها. عندما يتم تحويل الطاقة، تحدث خسائر خطيرة. لهذا يجب عليك دائمًا ترك مسافة صغيرة بين النظام الشمسي والسطح الذي تم تركيبه عليه . ستكون تيارات الهواء التي تمر عبرها بمثابة وسيلة طبيعية للتبريد.

نظافة الألواح الشمسية - أيضا عامل مهم يؤثر على كفاءتها. إذا كانت متسخة جدًا، فإنها تجمع ضوءًا أقل، مما يعني انخفاض فعاليتها.

يلعب التثبيت الصحيح أيضًا دورًا كبيرًا. عند تثبيت النظام، لا تسمح للظل بالسقوط عليه. أفضل جانب يوصى بتثبيتها عليه هو الجنوب.

بالانتقال إلى الظروف الجوية، يمكننا في نفس الوقت الإجابة على السؤال الشائع حول ما إذا كانت الألواح الشمسية تعمل في الطقس الغائم. وبطبيعة الحال، يستمر عملهم، لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الشمس يضرب الأرض في جميع أوقات السنة. وبطبيعة الحال، فإن أداء (كفاءة) الألواح سيكون أقل بشكل ملحوظ، خاصة في المناطق التي تكثر فيها الأيام الممطرة والغيوم في السنة. بمعنى آخر، سوف تولد الكهرباء، ولكن بكميات أقل بكثير مما هي عليه في المناطق ذات المناخ المشمس والحار.

قليلا عن البطاريات بطل الكفاءة

تعتبر البطاريات الألمانية حاليًا صاحبة الرقم القياسي في الكفاءة في أنظمة الطاقة الشمسية. تم إنشاؤها في معهد الطاقة الشمسية الذي سمي باسمه. فراونهوفر. وهي تعتمد على خلايا ضوئية تتكون من عدة طبقات. شركة "سوتيك"لقد تم إدخالها بنشاط في الاستهلاك على نطاق واسع منذ عام 2005.

ولا يزيد سمك العناصر نفسها عن 4 مم، ويتم تركيز ضوء الشمس على سطحها باستخدام عدسات خاصة. وبفضلها، يتم تحويل جزيئات الضوء إلى كهرباء، وتصل الكفاءة إلى 47%.

يتم احتلال المركز الثاني بجدارة من خلال الألواح التي تم إنشاؤها باستخدام الخلايا الكهروضوئية من ثلاث طبقات من الشركة "حاد". هذه أيضًا ألواح شمسية ذات كفاءة عالية، وإن كانت أقل قليلاً - 44٪.

يتم تمثيل الطبقات الثلاث بثلاث مواد: فوسفيد الإنديوم (الجاليوم)، وزرنيخيد الجاليوم، وزرنيخيد الإنديوم (الجاليوم). توجد بينهما طبقة عازلة تستخدم للحصول على تأثير النفق. أما بالنسبة لتركيز الضوء فيتم الحصول عليه باستخدام عدسة فريسنل المعروفة. يتم الوصول إلى تركيز الضوء إلى مستوى 302 مرة، ومن ثم يدخل في محول أشباه الموصلات ثلاثي الطبقات.

وبطبيعة الحال، فإن سجل الكفاءة هذا لا يمكن أن يكون في متناول مجموعة واسعة من المستهلكين. وبالمناسبة فإن إيلون ماسك، الملياردير الأمريكي الشهير، هو صاحب الشركة "مدينة الطاقة الشمسية". ومنذ وقت ليس ببعيد، في عام 2015، طورت شركة ماسك نسخة "استهلاكية" من الألواح الشمسية بكفاءة تتجاوز 22%.

يتم تنفيذ التطورات والتجارب المعملية العديدة حتى يومنا هذا. ويمكنك التأكد من أن مثل هذه التقنيات لها مستقبل عظيم - كمصدر بديل للطاقة صديق للبيئة.

في الآونة الأخيرة، تطورت الطاقة الشمسية بهذه الوتيرة السريعة

في الآونة الأخيرة، تطورت الطاقة الشمسية بوتيرة سريعة لدرجة أنه خلال 10 سنوات، زادت حصة الكهرباء الشمسية في توليد الكهرباء السنوي العالمي من 0.02% في عام 2006 إلى ما يقرب من واحد في المائة في عام 2016.

تعد Dam Solar Park أكبر محطة للطاقة الشمسية في العالم. الطاقة 850 ميجاوات.

المادة الرئيسية لمحطات الطاقة الشمسية هي السيليكون، الذي لا تنضب احتياطياته على الأرض عمليا. إحدى المشاكل هي أن كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون لا تزال دون المستوى المطلوب. أما الألواح الشمسية الأكثر كفاءة فهي لا تزيد كفاءتها عن 23%. ويتراوح متوسط ​​معدل الكفاءة من 16% إلى 18%. لذلك، يعمل الباحثون حول العالم المشاركون في مجال الخلايا الكهروضوئية الشمسية على تحرير محولات الطاقة الشمسية من صورة مورد للكهرباء الباهظة الثمن.

لقد بدأ صراع حقيقي لإنشاء خلية شمسية خارقة. المعايير الرئيسية هي الكفاءة العالية والتكلفة المنخفضة. حتى أن المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) في الولايات المتحدة يصدر بشكل دوري رسالة إخبارية تعكس النتائج المؤقتة لهذا الصراع. وتظهر في كل حلقة الفائزين والخاسرين، والغرباء والمبتدئين الذين انخرطوا عن طريق الخطأ في هذا السباق.

القائد: خلية شمسية متعددة الطبقات

تشبه محولات الهيليوم هذه شطيرة من مواد مختلفة، بما في ذلك البيروفسكايت والسيليكون والأغشية الرقيقة. وفي هذه الحالة، تمتص كل طبقة ضوءًا بطول موجي معين فقط. ونتيجة لذلك، فإن خلايا الهيليوم متعددة الطبقات هذه، ذات مساحة سطح عمل متساوية، تنتج طاقة أكبر بكثير من غيرها.

تم تحقيق الكفاءة القياسية للمحولات الضوئية متعددة الطبقات في نهاية عام 2014 من قبل فريق بحث ألماني فرنسي مشترك بقيادة الدكتور فرانك ديمروث في معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية. تم تحقيق كفاءة 46٪. تم تأكيد قيمة الكفاءة الرائعة هذه من خلال دراسة مستقلة أجريت في NMIJ/AIST - أكبر مركز للقياس في اليابان.

خلية شمسية متعددة الطبقات. الكفاءة – 46%

تتكون هذه الخلايا من أربع طبقات وعدسة تعمل على تركيز ضوء الشمس عليها. تشمل العيوب وجود الجرمانيوم في بنية الركيزة، مما يزيد قليلاً من تكلفة الوحدة الشمسية. ولكن يمكن في نهاية المطاف القضاء على جميع أوجه القصور في الخلايا متعددة الطبقات، والباحثون واثقون من أن تطورهم سيترك جدران المختبرات في المستقبل القريب ويدخل العالم الكبير.

الصاعد لهذا العام - بيروفسكايت

بشكل غير متوقع، تدخل الوافد الجديد في سباق القادة - البيروفسكايت. البيروفسكايت هو الاسم العام لجميع المواد التي لها بنية بلورية مكعبة معينة. على الرغم من أن البيروفسكايت معروف منذ فترة طويلة، إلا أن الأبحاث حول الخلايا الشمسية المصنوعة من هذه المواد بدأت فقط بين عامي 2006 و2008. وكانت النتائج الأولية مخيبة للآمال: إذ لم تتجاوز كفاءة محولات البيروفسكايت الضوئية 2%. وفي الوقت نفسه، أظهرت الحسابات أن هذا الرقم يمكن أن يكون أعلى بكثير. وبالفعل، وبعد سلسلة من التجارب الناجحة، حصل الباحثون الكوريون في مارس 2016 على فعالية مؤكدة بنسبة 22%، وهو ما أصبح في حد ذاته ضجة كبيرة.

خلية البيروفسكايت الشمسية

تتمثل ميزة خلايا البيروفسكايت في أنها أكثر ملاءمة للعمل بها وأسهل في الإنتاج من خلايا السيليكون المماثلة. ومع الإنتاج الضخم لمحولات البيروفسكايت الضوئية، يمكن أن يصل سعر واط واحد من الكهرباء إلى 0.10 دولار. لكن الخبراء يعتقدون أنه طالما أن خلايا الهيليوم البيروفسكايت وصلت إلى أقصى قدر من الكفاءة وبدأ إنتاجها بكميات صناعية، فإن تكلفة واط "السيليكون" من الكهرباء يمكن أن تنخفض بشكل كبير وتصل إلى نفس المستوى البالغ 0.10 دولار.

التجريبية: النقاط الكمومية والخلايا الشمسية العضوية

لا يزال هذا النوع من المحولات الضوئية الشمسية في مرحلة مبكرة من التطوير ولا يمكن حتى الآن اعتباره منافسًا جديًا لخلايا الهيليوم الموجودة. ومع ذلك، فإن المطور، جامعة تورنتو، يدعي أنه وفقا للحسابات النظرية، فإن كفاءة الخلايا الشمسية القائمة على الجسيمات النانوية - النقاط الكمومية - ستكون أعلى من 40٪. جوهر اختراع العلماء الكنديين هو أن الجسيمات النانوية - النقاط الكمومية - يمكنها امتصاص الضوء في نطاقات طيفية مختلفة. ومن خلال تغيير حجم هذه النقاط الكمومية، سيكون من الممكن تحديد نطاق التشغيل الأمثل للمحول الضوئي.

الخلايا الشمسية المبنية على النقاط الكمومية

وبالنظر إلى أنه يمكن تطبيق هذه الطبقة النانوية عن طريق الرش على أي شيء، بما في ذلك الركيزة الشفافة، فإن الآفاق الواعدة مرئية في التطبيق العملي لهذا الاكتشاف. وعلى الرغم من أن المختبرات اليوم حققت معدل كفاءة يبلغ 11.5% فقط عند العمل بالنقاط الكمومية، إلا أنه لا أحد يشكك في آفاق هذا الاتجاه. ويستمر العمل.

النافذة الشمسية – خلايا شمسية جديدة بكفاءة 50%

طرحت شركة Solar Window من ولاية ماريلاند (الولايات المتحدة الأمريكية) تقنية "الزجاج الشمسي" الثورية التي غيرت بشكل جذري الأفكار التقليدية حول الألواح الشمسية.

وفي السابق، كانت هناك تقارير حول تقنيات الهيليوم الشفافة، فضلاً عن أن هذه الشركة تعد بزيادة كفاءة وحدات الطاقة الشمسية بشكل كبير. وكما أظهرت الأحداث الأخيرة، فإن هذه لم تكن مجرد وعود، بل كانت كفاءة بنسبة 50% ــ ولم تعد مجرد مسرات نظرية لباحثي الشركة. في حين أن الشركات المصنعة الأخرى تدخل السوق للتو بنتائج أكثر تواضعًا، فقد قدمت Solar Window بالفعل تطوراتها الثورية عالية التقنية في مجال الخلايا الكهروضوئية الهيليوم.

وتمهد هذه التطورات الطريق لإنتاج خلايا شمسية شفافة تتمتع بكفاءة أعلى بكثير مقارنة بالخلايا التقليدية. لكن هذه ليست الميزة الوحيدة لوحدات الطاقة الشمسية الجديدة من ولاية ماريلاند. يمكن ربط خلايا الهيليوم الجديدة بسهولة بأي أسطح شفافة (على سبيل المثال، النوافذ)، ويمكن أن تعمل في الظل أو تحت الإضاءة الاصطناعية. نظرًا لتكلفتها المنخفضة، فإن الاستثمارات في تجهيز مبنى بمثل هذه الوحدات يمكن أن تدفع تكاليفها في غضون عام. وبالمقارنة، تتراوح فترة الاسترداد للألواح الشمسية التقليدية من خمس إلى عشر سنوات، وهو فرق كبير.

خلايا شمسية من شركة Solar Window

أعلنت شركة Solar Window عن بعض تفاصيل التقنية الجديدة لإنتاج الألواح الشمسية بهذه الكفاءة العالية. وبطبيعة الحال، تم استبعاد المعرفة الرئيسية من المعادلة. جميع خلايا الهيليوم مصنوعة في المقام الأول من المواد العضوية. تتكون طبقات العناصر من موصلات شفافة وكربون وهيدروجين ونيتروجين وأكسجين. ووفقا للشركة، فإن إنتاج هذه الوحدات الشمسية صديق للبيئة لدرجة أن تأثيرها البيئي أقل 12 مرة من إنتاج وحدات الهيليوم التقليدية. وعلى مدار الـ 28 شهرًا القادمة، سيتم تركيب أولى الألواح الشمسية الشفافة في بعض المباني والمدارس والمكاتب وناطحات السحاب.

إذا تحدثنا عن آفاق تطوير الخلايا الكهروضوئية الهيليوم، فمن المحتمل جدًا أن تصبح الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون التقليدية شيئًا من الماضي، مما يفسح المجال أمام عناصر عالية الكفاءة وخفيفة الوزن ومتعددة الوظائف تفتح آفاقًا أوسع لطاقة الهيليوم. نشرت

يعلم الجميع جيدًا أنه كلما زادت الكفاءة، كان ذلك أفضل. تنطبق هذه القاعدة أيضًا على كفاءة الألواح الشمسية. بفضل التقنيات الجديدة وأساليب الإنتاج، فإن كفاءة الخلايا الكهروضوئية تنمو باستمرار، وإن كان ذلك ببطء شديد، ولكن الشيء الرئيسي هو أن التقدم لا يقف ساكنا.

يوجد أدناه رسم بياني لمكاسب أداء الشركات المصنعة المختلفة بمرور الوقت. بدءًا من الوسط وحتى القمة، تم تطوير أشباه الموصلات للسجلات الجديدة والمهام الفضائية، والتكلفة مناسبة. كل شيء أدناه متاح بالفعل ويمكن شراؤه في الوقت الحاضر.

يعلم الجميع عن الكفاءة، ولكن قليل من الناس يفهمون من أين تأتي قيم النسبة المئوية هذه وكيف يتم حسابها. دعونا نحاول معرفة ذلك.

وكقاعدة عامة، تشير الشركة المصنعة إلى كفاءة وحداتها المجمعة وكفاءة الخلايا الشمسية الفردية التي تشكل البطارية الشمسية. تتم الإشارة إلى هذه المعلمات، بالإضافة إلى الخصائص الأخرى، بموجب ما يسمى بالشروط القياسية - STS، وأهمها التشمس بمعدل 1000 وات/م2 ودرجة حرارة العنصر البالغة 25 درجة مئوية، حيث يتم أخذ الخصائص التقنية، بما في ذلك الكفاءة .

حاليًا، بدأ المصنعون الواعيون في اختبار كل بطارية شمسية يتم إنتاجها بعد التجميع وإجراء نسخة مطبوعة من المعلمات الفردية المضمنة مع كل بطارية. يتم ذلك للتأكد من جودة منتجاتهم.

يوجد أدناه نسخة مطبوعة لإحدى الألواح الشمسية SY-100 من شركة Suoyang Energy:

كل وحدة لها خصائصها الفردية الخاصة. إذا أخذت لوحتين متطابقتين من نفس الطراز، فسيظل لهما معلمات مختلفة قليلاً.

تتمتع الخلايا الشمسية من هذه الشركة المصنعة بتسامح إيجابي، ونتيجة لذلك لدينا 104.617 واط وكفاءة تبلغ 15.74% (الخلية الفردية 18.7%). وكيف حصل على هذه القيمة؟

صيغة حساب كفاءة الألواح الشمسية هي كما يلي:

الكفاءة = Psb/Ssb/10، حيث:

Psb - قوة SB؛

Ssb – مساحة SB.

دعنا نستبدل القيم في الصيغة:

الكفاءة = 104.617/(1.2*0.554)/10 = 15.74%

كل شيء يتناسب مع بعضه البعض، ولكن هناك سؤال آخر يطرح نفسه: لماذا إذن تكون كفاءة الخلايا الكهروضوئية الفردية أعلى؟ الجواب بسيط - بيت القصيد هو أن البطارية الشمسية تتكون من العديد من الخلايا الكهروضوئية وبينها مسافة صغيرة لا تستخدم لتوليد الطاقة، بالإضافة إلى أن إطار الألومنيوم أيضًا "يشغل مساحة"، وبالتالي تزيد المساحة، وتنخفض الكفاءة.

فيما يلي صور ومقاطع فيديو لبعض المحاولات لجعل الخلايا الشمسية أكثر كفاءة من خلال إنشاء خلايا معقدة الشكل، وإجبار الخلايا الشمسية على التبريد، وتركيز الضوء باستخدام العدسات. ربما سيكون أداء المنتجات الجديدة جيدًا، وسيتم طرحها في الإنتاج الضخم، وستصبح متاحة لك ولي.

هذه بطارية شمسية هجينة من شركة Vitru، في إطار الكفاح من أجل الكفاءة، تعاني الشركة المصنعة من ارتفاع درجة حرارة العناصر. يقوم الماء الموجود في المصباح بتبريد العناصر، مما يؤدي إلى عدم انخفاض الجهد وعدم انخفاض الطاقة.

المنتج الجديد لم يتم طرحه للبيع بعد وهو في مرحلة الاختبار، ولكن كما تقول V3Solar، فإن السر كله يكمن في الشكل المخروطي ودوران الهيكل، والذي بفضله لا يتوفر للخلايا وقت للتسخين وترتفع الكفاءة. لا تنخفض طوال اليوم.

مع الارتفاع المستمر لأسعار الكهرباء، لا بد أن تبدأ بالتفكير في استخدام المصادر الطبيعية لإمدادات الطاقة. أحد هذه الاحتمالات هو الألواح الشمسية لمنزلك أو حديقتك. إذا رغبت في ذلك، يمكنهم توفير جميع احتياجات حتى منزل كبير.

تصميم نظام إمداد الطاقة الشمسية

تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء – هذه الفكرة أبقت العلماء مستيقظين لفترة طويلة. ومع اكتشاف خصائص أشباه الموصلات، أصبح هذا ممكنا. تستخدم الخلايا الشمسية بلورات السيليكون. فعندما يضربها ضوء الشمس، تتشكل فيها حركة موجهة للإلكترونات، وهو ما يسمى بالتيار الكهربائي. عند توصيل عدد كاف من هذه البلورات، نحصل على تيارات لائقة تمامًا: لوحة واحدة بمساحة تزيد قليلاً عن متر (1.3-1.4 متر مربع مع مستوى كافٍ من الإضاءة يمكن أن تنتج ما يصل إلى 270 واط (الجهد 24 فولت).

نظرًا لأن الإضاءة تتغير وفقًا للطقس والوقت من اليوم، فلا يمكن توصيل الأجهزة مباشرة بالألواح الشمسية. نحن بحاجة إلى نظام كامل. بالإضافة إلى الألواح الشمسية، تحتاج إلى:

• بطارية. خلال ساعات النهار، وتحت تأثير أشعة الشمس، تقوم الألواح الشمسية بتوليد تيار كهربائي للمنزل أو الكوخ. ولا يتم استخدامه دائمًا بالكامل؛ إذ يتراكم الفائض في البطارية. يتم استهلاك الطاقة المتراكمة في الطقس العاصف.
• مراقب. ليس جزءًا إلزاميًا، ولكنه مرغوب فيه (إذا كان لديك أموال كافية). يراقب مستوى شحن البطارية لمنعها من الإفراط في التفريغ أو تجاوز الحد الأقصى لمستوى الشحن. كلا هذين الشرطين يضران بالبطارية، لذا فإن وجود وحدة تحكم يطيل عمر البطارية. تضمن وحدة التحكم أيضًا التشغيل الأمثل للألواح الشمسية.
• محول تيار مستمر إلى تيار متردد (العاكس). ليست كل الأجهزة مصممة للتيار المباشر. يعمل العديد منها على جهد متناوب يبلغ 220 فولت. المحول يجعل من الممكن الحصول على جهد 220-230 فولت.

الألواح الشمسية للمنزل ليست سوى جزء من النظام

من خلال تركيب الألواح الشمسية لمنزلك أو كوخك، يمكنك أن تصبح مستقلاً تمامًا عن المورد الرسمي. ولكن لهذا يجب أن يكون لديك عدد كبير من البطاريات، وعدد معين من البطاريات. تبلغ تكلفة المجموعة التي تنتج 1.5 كيلووات يوميًا حوالي 1000 دولار. وهذا يكفي لتلبية احتياجات المنزل الصيفي أو جزء من المعدات الكهربائية في المنزل. تبلغ تكلفة مجموعة الألواح الشمسية لإنتاج 4 كيلووات يوميًا حوالي 2200 دولار، مقابل 9 كيلووات يوميًا - 6200 دولار. نظرًا لأن الألواح الشمسية للمنزل عبارة عن نظام معياري، فيمكنك شراء تركيب يوفر جزءًا من الاحتياجات، مما يزيد إنتاجيته تدريجيًا.

أنواع الألواح الشمسية

مع ارتفاع أسعار الطاقة، أصبحت فكرة استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء ذات شعبية متزايدة. علاوة على ذلك، مع تطور التكنولوجيا، أصبحت محولات الطاقة الشمسية أكثر كفاءة، وفي الوقت نفسه، أرخص. لذلك، إذا كنت ترغب في ذلك، يمكنك تلبية احتياجاتك عن طريق تركيب الألواح الشمسية. لكنها تأتي في أنواع مختلفة. دعونا معرفة ذلك.

البطارية الشمسية نفسها عبارة عن عدد من الخلايا الكهروضوئية الموجودة في مسكن مشترك، محمية بلوحة أمامية شفافة. للاستخدام المنزلي، يتم إنتاج الخلايا الشمسية على أساس السيليكون، لأنه غير مكلف نسبيا، والعناصر المعتمدة عليه لها كفاءة جيدة (حوالي 20-24٪). يتم تصنيع الخلايا الشمسية أحادية البلورية ومتعددة البلورات والأغشية الرقيقة (المرنة) على أساس بلورات السيليكون. يتم توصيل عدد معين من هذه الخلايا الكهروضوئية ببعضها البعض كهربائيًا (سلسلة و/أو متوازية) ومتصلة بأطراف التوصيل الموجودة على الهيكل.

يتم تثبيت الخلايا الكهروضوئية في مسكن مغلق. غلاف البطارية الشمسية مصنوع من الألومنيوم المؤكسد. إنها خفيفة الوزن وغير قابلة للتآكل. اللوحة الأمامية مصنوعة من الزجاج المتين الذي يجب أن يتحمل أحمال الثلوج والرياح. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تتمتع بخصائص بصرية معينة - أن تتمتع بأقصى قدر من الشفافية حتى تتمكن من نقل أكبر عدد ممكن من الأشعة. بشكل عام، يتم فقدان كمية كبيرة من الطاقة بسبب الانعكاس، وبالتالي فإن متطلبات جودة الزجاج عالية كما أنه مطلي بمركب مضاد للانعكاس.

أنواع الخلايا الكهروضوئية للألواح الشمسية

الألواح الشمسية للمنزل مصنوعة من ثلاثة أنواع من خلايا السيليكون؛

إذا كان لديك سقف مائل والواجهة تواجه الجنوب أو الشرق، فلا داعي للتفكير كثيرًا في المساحة المشغولة. قد تكون الوحدات متعددة البلورات مناسبة تمامًا. لنفس الكمية من الطاقة المنتجة، تكون تكلفتها أقل قليلاً.

كيفية اختيار نظام الألواح الشمسية المناسب لمنزلك

هناك مفاهيم خاطئة شائعة تجعلك تنفق أموالاً إضافية على معدات باهظة الثمن. فيما يلي توصيات حول كيفية بناء نظام إمداد الطاقة من الألواح الشمسية بشكل صحيح وعدم إنفاق أموال إضافية.

ماذا اشتري

ليست جميع مكونات محطة الطاقة الشمسية حيوية للتشغيل. يمكن عمل بعض الأجزاء بدونها. إنها تعمل على زيادة الموثوقية، ولكن بدونها يكون النظام جاهزًا للعمل. أول شيء يجب أن تتذكره هو شراء الألواح الشمسية في نهاية الشتاء وبداية الربيع. أولا، الطقس في هذا الوقت ممتاز، هناك العديد من الأيام المشمسة، والثلج يعكس الشمس، مما يزيد من الإضاءة الشاملة. ثانيا، يتم الإعلان عن الخصومات تقليديا في هذا الوقت. وفيما يلي النصائح:

إذا كنت تستخدم هذه النصائح فقط، وقمت بتوصيل المعدات التي تعمل بجهد ثابت فقط، فإن نظام الألواح الشمسية لمنزلك سيكلف مبلغًا أكثر تواضعًا بكثير من أرخص مجموعة. ولكن هذا ليس كل شيء. يمكنك ترك بعض المعدات "لوقت لاحق" أو الاستغناء عنها تمامًا.

ماذا يمكنك أن تفعل بدون؟

وتبلغ تكلفة مجموعة الألواح الشمسية بقدرة 1 كيلوواط يوميا أكثر من ألف دولار. استثمار كبير. سوف تتساءل حتماً عما إذا كان الأمر يستحق ذلك وما هي فترة الاسترداد. بالمعدلات الحالية، سيتعين عليك الانتظار لأكثر من عام حتى تستعيد أموالك. ولكن يمكن تخفيض التكاليف. ليس على حساب الجودة، ولكن بسبب انخفاض طفيف في راحة تشغيل النظام وبسبب النهج المعقول في اختيار مكوناته.

لذلك، إذا كانت ميزانيتك محدودة، فيمكنك القيام بالعديد من الألواح الشمسية والبطاريات، التي تزيد سعتها بنسبة 20-25٪ عن الحد الأقصى لشحن الألواح الشمسية. لمراقبة الحالة، قم بشراء ساعة سيارة تقيس الجهد أيضًا. سيوفر عليك ذلك الاضطرار إلى قياس شحن البطارية عدة مرات في اليوم. وبدلاً من ذلك، سوف تحتاج إلى إلقاء نظرة على ساعتك من وقت لآخر. هذا كل شيء في البداية. في المستقبل، يمكنك شراء ألواح شمسية إضافية لمنزلك وزيادة عدد البطاريات. إذا رغبت في ذلك، يمكنك شراء العاكس.

تحديد حجم وعدد الخلايا الضوئية

يجب أن تحتوي الألواح الشمسية الجيدة 12 فولت على 36 خلية، والألواح الشمسية 24 فولت يجب أن تحتوي على 72 خلية شمسية. هذا المبلغ هو الأمثل. مع عدد أقل من الخلايا الكهروضوئية، لن تحصل أبدًا على التيار المذكور. وهذا هو الخيار الأفضل.

لا ينبغي عليك شراء الألواح الشمسية المزدوجة - 72 و 144 عنصرًا على التوالي. أولا، أنها كبيرة جدا، وهو أمر غير مريح للنقل. ثانيا، في درجات الحرارة المنخفضة بشكل غير طبيعي، والتي نواجهها بشكل دوري، فهي أول من يفشل. والحقيقة هي أن حجم فيلم الترقق يتناقص بشكل كبير في الطقس البارد. على الألواح الكبيرة، بسبب التوتر العالي، يتم تقشيرها أو حتى كسرها. لقد فقدت الشفافية، وتراجعت الإنتاجية بشكل كارثي. يتم إصلاح اللوحة.

العامل الثاني. على الألواح الكبيرة، يجب أن يكون سمك الجسم والزجاج أكبر. بعد كل شيء ، تزداد أحمال الرياح والثلوج. ولكن هذا لا يتم دائما، حيث يرتفع السعر بشكل كبير. إذا رأيت لوحة مزدوجة، وكان سعرها أقل من السعرين "العاديين"، فمن الأفضل أن تبحث عن شيء آخر.

مرة أخرى، الخيار الأفضل هو لوحة شمسية منزلية 12 فولت مكونة من 36 خلية شمسية. هذا هو الخيار الأفضل الذي أثبتته الممارسة.

المواصفات الفنية: ما الذي تبحث عنه

تشير الألواح الشمسية المعتمدة دائمًا إلى تيار التشغيل والجهد، بالإضافة إلى جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة. تجدر الإشارة إلى أن جميع المعلمات تشير عادةً إلى درجة حرارة +25 درجة مئوية. وفي يوم مشمس على السطح، ترتفع درجة حرارة البطارية إلى درجات حرارة أعلى بكثير من هذا الرقم. وهذا ما يفسر وجود جهد تشغيل أعلى.

انتبه أيضًا إلى جهد الدائرة المفتوحة. في البطاريات العادية يبلغ حوالي 22 فولت. وكل شيء سيكون على ما يرام، ولكن إذا قمت بالعمل على المعدات دون فصل الألواح الشمسية، فإن جهد عدم التحميل سوف يؤدي إلى إتلاف العاكس أو المعدات المتصلة الأخرى غير المصممة لمثل هذا الجهد االكهربى. لذلك، أثناء أي عمل - تبديل الأسلاك، توصيل / فصل البطاريات، وما إلى ذلك. إلخ. - أول شيء يجب عليك فعله هو فصل الألواح الشمسية (إزالة المحطات الطرفية). بعد الاطلاع على المخطط، قمت بتوصيلهم أخيرًا. سيوفر عليك هذا الإجراء الكثير من الأعصاب (والمال).

القضية والزجاج

الألواح الشمسية للمنزل لها هيكل من الألومنيوم. هذا المعدن لا يتآكل وله قوة كافية وخفيف الوزن. يجب تجميع الجسم الطبيعي من ملف تعريف يحتوي على ما لا يقل عن اثنين من أدوات التقوية. بالإضافة إلى ذلك، يجب إدخال الزجاج في أخدود خاص، وليس مثبتًا في الأعلى. كل هذه علامات على الجودة الطبيعية.

عند اختيار بطارية شمسية، انتبه إلى الزجاج. في البطاريات العادية، لا يكون الأمر سلسًا، ولكنه محكم. إنه خشن عند اللمس، إذا فركته بأظافرك، يمكنك سماع صوت حفيف. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحتوي على طلاء عالي الجودة يقلل من الوهج. وهذا يعني أنه لا ينبغي أن ينعكس أي شيء فيه. إذا كانت انعكاسات الكائنات المحيطة مرئية في أي زاوية، فمن الأفضل العثور على لوحة أخرى.

اختيار المقطع العرضي للكابل ودقة التوصيل الكهربائي

يجب توصيل الألواح الشمسية الخاصة بمنزلك باستخدام كابل نحاسي أحادي النواة. يعتمد المقطع العرضي لنواة الكابل على المسافة بين الوحدة والبطارية:

• المسافة أقل من 10 أمتار:
  • 1.5 مم2 لكل بطارية شمسية بقدرة 100 واط؛
  • لبطاريتين - 2.5 مم 2؛
  • ثلاث بطاريات - 4.0 مم 2؛
• المسافة أكثر من 10 أمتار:
  • لتوصيل لوحة واحدة نأخذ 2.5 مم 2؛
  • اثنان - 4.0 مم 2؛
  • ثلاثة - 6.0 مم2.

يمكنك أن تأخذ مقطعًا عرضيًا أكبر، ولكن ليس أصغر (ستكون هناك خسائر كبيرة، لكننا لسنا بحاجة إليه). عند شراء الأسلاك، انتبه إلى المقطع العرضي الفعلي، لأن الأبعاد المعلنة اليوم في كثير من الأحيان لا تتوافق مع الأبعاد الفعلية. للتحقق، سيتعين عليك قياس القطر وحساب المقطع العرضي (يمكنك قراءة كيفية القيام بذلك).

عند تجميع النظام، يمكنك رسم إيجابيات الألواح الشمسية باستخدام كابل متعدد النواة ذو مقطع عرضي مناسب، واستخدام كابل واحد سميك للسالب. قبل توصيل البطاريات، نقوم بتمرير جميع "الإيجابيات" من خلال الثنائيات أو مجموعات الصمام الثنائي مع الكاثود المشترك. يؤدي هذا إلى منع قصور البطارية (مما قد يتسبب في نشوب حريق) في حالة قصر أو كسر الأسلاك بين البطاريات والبطارية.

تستخدم الثنائيات أنواع SBL2040CT، PBYR040CT. إذا لم تجد أيًا منها، فيمكنك إزالتها من مصادر الطاقة القديمة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية. عادة ما يكون هناك SBL3040 أو ما شابه ذلك. من المستحسن المرور عبر الثنائيات. لا تنس أنها تصبح ساخنة جدًا، لذا تحتاج إلى تركيبها على المبرد (يمكنك استخدام واحد فقط).

يتطلب النظام أيضًا صندوق مصاهر. واحدة لكل مستهلك. نقوم بتوصيل الحمل بأكمله من خلال هذه الكتلة. أولاً، النظام أكثر أماناً. ثانيا، إذا نشأت مشاكل، فمن الأسهل تحديد مصدرها (بواسطة فتيل منفجر).

إن الرقم القياسي للكفاءة بين البطاريات الشمسية المتوفرة في السوق اليوم هو البطاريات الشمسية المعتمدة على خلايا ضوئية متعددة الطبقات، والتي طورها معهد فراونهوفر لأنظمة الطاقة الشمسية في ألمانيا. منذ عام 2005، تم تنفيذها تجاريًا بواسطة شركة Soitec.

ولا يتجاوز حجم الخلايا الكهروضوئية نفسها 4 ملليمترات، ويتم تركيز ضوء الشمس عليها باستخدام عدسات مركزة مساعدة، والتي بفضلها يتم تحويل ضوء الشمس المشبع إلى كهرباء بكفاءة تصل إلى 47%.

تحتوي البطارية على أربع وصلات p-n بحيث يمكن لأربعة أجزاء مختلفة من الخلية الكهروضوئية استقبال وتحويل الإشعاع ذو الطول الموجي المحدد بشكل فعال، من ضوء الشمس، المركز 297.3 مرة، في نطاق الطول الموجي من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية.

في البداية، حدد الباحثون بقيادة فرانك ديميروث لأنفسهم مهمة زراعة بلورة متعددة الطبقات، وتم العثور على حل - حيث قاموا بربط ركائز النمو، وكانت النتيجة بلورة ذات طبقات مختلفة من أشباه الموصلات، مع أربع خلايا فرعية كهروضوئية.

لقد تم استخدام الخلايا الضوئية متعددة الطبقات منذ فترة طويلة في المركبات الفضائية، ولكن الآن تم إطلاق محطات الطاقة الشمسية المعتمدة عليها في 18 دولة. أصبح هذا ممكنًا بفضل التكنولوجيا المحسنة والأرخص. ونتيجة لذلك، سيزداد عدد الدول المجهزة بمحطات الطاقة الشمسية الجديدة، وهناك ميل للمنافسة في سوق الألواح الشمسية الصناعية.

وفي المركز الثاني جاءت بطاريات الطاقة الشمسية المعتمدة على خلايا شارب الكهروضوئية ثلاثية الطبقات، والتي وصلت كفاءتها إلى 44.4%. فوسفيد جاليوم الإنديوم هو الطبقة الأولى من الخلية الشمسية، وزرنيخيد الغاليوم هو الطبقة الثانية، وزرنيخيد جاليوم الإنديوم هو الطبقة الثالثة. يتم فصل الطبقات الثلاث بمادة عازلة، والتي تعمل على تحقيق تأثير النفق.

يتم تحقيق تركيز الضوء على الخلية الكهروضوئية بفضل عدسة فريسنل، مثل المطورين الألمان - يتم تركيز ضوء الشمس 302 مرة ويتم تحويله بواسطة خلية كهروضوئية ثلاثية الطبقات شبه موصلة.

تجري شركة Sharp البحث العلمي في تطوير هذه التكنولوجيا بشكل مستمر منذ عام 2003 بدعم من NEDO، وهي منظمة يابانية للإدارة العامة تعمل على تعزيز البحث العلمي والتطوير، فضلاً عن نشر التقنيات الصناعية وتقنيات الطاقة والبيئة. بحلول عام 2013، حققت Sharp رقمًا قياسيًا قدره 44.4%.

قبل عامين من شركة Sharp، في عام 2011، كانت الشركة الأمريكية Solar Junction قد أصدرت بالفعل بطاريات مماثلة، ولكن بكفاءة تصل إلى 43.5٪، وكان حجم عناصرها 5 × 5 مم، كما تم التركيز بواسطة العدسات، مع التركيز على ضوء الشمس 400 مرة . كانت الخلايا الشمسية عبارة عن خلايا تعتمد على الجرمانيوم ثلاثية الوصلات، وقد خطط الفريق لإنشاء خلايا شمسية ذات خمس وستة وصلات لالتقاط الطيف بشكل أفضل. تواصل الشركة إجراء الأبحاث حتى يومنا هذا.

وهكذا فإن الألواح الشمسية المصنوعة مع المكثفات، والتي كما نرى يتم إنتاجها في أوروبا وآسيا وأمريكا، تتمتع بأعلى كفاءة قياسية. ولكن يتم تصنيع هذه البطاريات بشكل أساسي لبناء محطات طاقة شمسية أرضية واسعة النطاق ولإمداد المركبات الفضائية بالطاقة بكفاءة.

في الآونة الأخيرة، تم تسجيل رقم قياسي للألواح الشمسية الاستهلاكية التقليدية التي تكون في متناول معظم الأشخاص الذين يرغبون في تركيبها، على سبيل المثال، على سطح المنزل.

في منتصف خريف عام 2015، قدمت شركة SolarCity التابعة لشركة Elon Musk الألواح الشمسية الاستهلاكية الأكثر كفاءة، والتي تتجاوز كفاءتها 22٪.

وقد تم تأكيد هذا المؤشر من خلال القياسات التي أجراها مختبر مركز اختبار الطاقة المتجددة. ويحدد مصنع بافلو بالفعل هدفًا للإنتاج اليومي يتراوح بين 9 إلى 10 آلاف لوح شمسي، ولم يتم الإبلاغ عن خصائصه الدقيقة بعد. وتخطط الشركة بالفعل لتزويد ما لا يقل عن 200 ألف منزل سنويًا ببطارياتها.

والحقيقة هي أن العملية التكنولوجية المحسنة سمحت للشركة بتقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير، مع زيادة الكفاءة بمقدار مرتين مقارنة بألواح الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون الاستهلاكية على نطاق واسع. ويثق ماسك في أن ألواحه الشمسية ستكون الأكثر شعبية بين أصحاب المنازل في المستقبل القريب.