يتزايد الطلب على مصادر الطاقة البديلة التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء في الحياة اليومية والصناعة. يتم استخدامها في الطيران وتطوير الفضاء والإلكترونيات وإنشاء وسائل نقل صديقة للبيئة. لكن الصناعة الأكثر واعدة هي توفير الطاقة للمباني: تشغيل الأجهزة المنزلية وأنظمة التدفئة المنزلية وتسخين الماء الساخن. تشمل المزايا ما يلي: الاستقلال عن الموسم والمرافق العامة والقدرة على تجميع احتياطيات الطاقة والموثوقية وعمر الخدمة الطويل. ولكن لتحقيق أقصى قدر من التأثير من الاستخدام، من المهم معرفة مبدأ تشغيل البطاريات والامتثال لشروط تركيبها وتشغيلها.

المحولات الكهروضوئية أو بطاريات تخزين الطاقة الشمسية عبارة عن رقاقة ذات خصائص شبه موصلة تنتج تيارًا مباشرًا عندما تضربها أشعة الضوء. يمكن أن يكون الأساس هو السيليكون (النوع الأكثر شيوعًا) ومركباته مع النحاس والجاليوم والكادميوم والإنديوم والأمفورا والخلايا الشمسية العضوية أو الكيميائية وفيلم البوليمر.

كل مادة لها معامل الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بها (من 5 إلى 30٪)، ونتيجة لذلك، تنتج طاقة معينة بنفس كثافة التدفق الضوئي. ويعتمد الكثير على مساحة البطارية؛ حيث تنتج شريحة واحدة من أشباه الموصلات كمية صغيرة من الطاقة؛ في المتوسط، يلزم وجود 1 متر مربع من اللوحة لإنتاج 0.15 كيلوواط. الاستثناء هو مركبات البوليمر المبتكرة متعددة الطبقات (أحادية البلورات)، حيث تصل كفاءتها إلى 30٪، ولكن هذه التكنولوجيا ليست متاحة بعد للمستهلك العادي.

بالإضافة إلى اللوحة، تشتمل دائرة البطارية الشمسية على أجهزة مساعدة (لنقل وتوزيع وتخزين الطاقة):

• العاكس أو محول DC/DC.
• تخزين للتشغيل المتواصل للنظام في الليل أو في الطقس الغائم.
• منظم ضغط كهربي.
• وحدة تحكم تتبع الشحن.

اعتمادا على المنطقة، يتم استخدام بطاريات صغيرة منخفضة الطاقة (تصل إلى 10 واط) أو لوحات ثابتة كبيرة. الأولى محمولة (تشتهر بشحن الكمبيوتر المحمول والآلة الحاسبة والأجهزة المحمولة). غالبًا ما تعمل الأخيرة على توفير الطاقة وتدفئة المنزل، وعادةً ما تكون موجودة على السطح. وبما أن قوة البطاريات تتناسب تماماً مع كثافة الطاقة الشمسية، فقد أصبح من المستحسن وضع لوحات التتبع (التي تغير زاوية وضعها حسب حركة الشمس). سمك خيارات أشباه الموصلات غير مهم (من 10 ميكرون إلى 10 سم)، ولكن مع الأخذ بعين الاعتبار الأجهزة المساعدة، تزن الوحدات أكثر، وهو ما يؤخذ في الاعتبار عند حساب الحمل على العوارض الخشبية وسطح السقف.

مبدأ التحويل الكهروضوئي

من أجل فهم كيفية عمل البطارية الشمسية، يجب أن تتذكر دورة الفيزياء المدرسية الخاصة بك. عندما يضرب الضوء صفيحة مكونة من طبقتين من أشباه الموصلات ذات موصلية مختلفة، يحدث تأثير الوصلة p-n؛ وتترك الإلكترونات من الكاثود ذراتها ويتم التقاطها على مستوى الأنود. عند توصيلها بدائرة الحمل (البطارية)، فإنها تتخلى عن طاقتها المشحونة إيجابيًا وتعود إلى الطبقة n. تُعرف هذه الظاهرة باسم "التأثير الكهروضوئي الخارجي"، واللوحة المزدوجة الطبقة باسم "الخلية الكهروضوئية". في أغلب الأحيان، يتم استخدام نفس المادة: يتم تغليف أشباه الموصلات الأساسية بنوع معين من الموصلية بطبقة ذات شحنة معاكسة، ولكن مع تركيز عالٍ من الشوائب المنشطة.

وقد ظل مبدأ تشغيل الخلايا الشمسية هذا دون تغيير منذ اكتشاف التأثير؛ عند حدود المنطقة يحدث انتقال ثقب الإلكترون. عند تعرضها لأشعة الشمس، تتحرك الجسيمات ذات الشحنات المختلفة في كلا الاتجاهين، وعندما تكون الدائرة الكهروضوئية مغلقة، فإنها تقوم بعمل على الحمل. بالنسبة للنقل الكامل (جمع وإزالة الإلكترونات)، يتم استخدام نظام الاتصال (الجانب الخارجي للبطارية يشبه الشبكة أو المشط، والجزء الخلفي عادة ما يكون صلبا). كلما زادت مساحة الوصلة p-n ومعامل التحويل الكهروضوئي لأشباه الموصلات، زادت الطاقة التي ينتجها الجهاز. الظاهرة الفيزيائية ومبدأ التشغيل لا يعتمدان على درجة حرارة الهواء، فقط شدة ضوء الشمس هي المهمة. ونتيجة لذلك، تتأثر كفاءة اللوحة بالظروف الجوية والمناخ والموسم وخط العرض الجغرافي.

طرق لتحسين كفاءة البطارية

حتى في وسط روسيا، فإن تركيب البطاريات الشمسية يؤتي ثماره خلال 3-5 سنوات، لأن الأشعة مجانية تمامًا ومتاحة على مدار السنة. ولكن لتدفئة منزل تبلغ مساحته 100 متر مربع من المساحة الصالحة للاستخدام بالكامل، سيتطلب الأمر حوالي 30 مترًا مربعًا من الألواح. لتعزيز مبدأ التأثير الكهروضوئي، يوصى بتنفيذ الأعمال التالية:

1. ضع البطاريات على الجانب الجنوبي بزاوية لا تقل عن 30 درجة.
2. لا تقم بتركيب الألواح الشمسية تحت ظلال الأشجار العالية.
3. قم بتنظيف السطح من الأوساخ مرة كل عامين.
4. تركيب أنظمة تتبع ضوء الشمس.

ليس من المفيد التخلي تماما عن إمدادات الطاقة الخارجية؛ فحتى المجمعات الحديثة غير قادرة على تجميع كمية كافية من الطاقة لتشغيل المبنى بالكامل أثناء سوء الأحوال الجوية لفترة طويلة. من الأفضل استخدامها كجزء من نظام مركب.

أحد مصادر الطاقة هو توليد الطاقة الشمسية البديلة. ظهرت مؤخرًا نسبيًا، ولكنها اكتسبت بالفعل شعبية في الاتحاد الأوروبي نظرًا لكفاءتها العالية وتكلفتها المعقولة.

تعد البطارية الشمسية مصدرًا لا ينضب تقريبًا للطاقة، فهي قادرة على تخزين وتحويل الأشعة الضوئية إلى طاقة وكهرباء. في بلدان رابطة الدول المستقلة، يكتسب مصدر جديد للطاقة شعبية تدريجيا. (بالمناسبة، يمكنك قراءة المقال حول كيفية اختيار بطارية شمسية.)

عناصر

هناك نوعان من اتصالهم:

• تسلسلي؛
• موازي.

والفرق الوحيد هو أنه في التوصيل الموازي يزداد التيار، وفي التوصيل المتسلسل يزداد الجهد.

إذا كانت هناك حاجة إلى الحد الأقصى من تشغيل معلمتين في وقت واحد، فسيتم استخدام التسلسل المتوازي.

ولكن تجدر الإشارة إلى أن الأحمال العالية قد تؤدي إلى احتراق بعض جهات الاتصال. لمنع هذا، يتم استخدام الثنائيات.

صمام ثنائي واحد قادر على حماية ربع الخلية الكهروضوئية. إذا لم تكن في الجهاز، فمن المحتمل أن يتوقف مصدر الطاقة بأكمله عن العمل بعد المطر الأول أو الإعصار.

نقطة مهمة:لا التراكم ولا القوة الحالية تتوافق تماما مع المعلمات المحتملة للأجهزة المنزلية الحديثة، لذلك من الضروري إعادة توزيع الكهرباء وتجميعها.

للقيام بذلك، يوصى بالإضافة إلى ذلك بتوصيل اثنين على الأقل.أحدهما تراكمي والثاني احتياطي أو احتياطي.

دعونا نعطي مثالا على كيفية عمل البطاريات الإضافية. عندما يكون الطقس بالخارج جيدًا ومشمسًا، ينقطع الشحن بسرعة وبعد فترة قصيرة تظهر الطاقة الزائدة.

لذلك، يتم التحكم في هذه العملية برمتها بواسطة مقاومة متغيرة خاصة، قادرة على تحويل كل الكهرباء غير الضرورية إلى احتياطيات إضافية في لحظة معينة.

يمكنك قراءة المراجعات من أصحاب الألواح الشمسية في هذه المقالة:

مبدأ التشغيل

ما هو مبدأ تشغيل مصدر الطاقة البديلة؟

أولا، الخلايا الشمسية هي رقائق السيليكون. بدوره، السيليكون في تركيبته الكيميائية يشبه إلى حد كبير السيليكون النقي. كان هذا الفارق الدقيق هو الذي جعل من الممكن تقليل تكلفة البطارية الشمسية ووضعها على خط التجميع.

يجب أن يتبلور السيليكون، لأنه في حد ذاته شبه موصل. يعد تصنيع البلورات المفردة أسهل بكثير، ولكنها لا تحتوي على العديد من الحواف، مما يسمح للإلكترونات بالتحرك في خط مستقيم.

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 ضاعت 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 المرور بالدائرة، تقوم بتوصيلهم أخيرًا. سيوفر عليك هذا الإجراء الكثير من الأعصاب (والمال).

القضية والزجاج

الألواح الشمسية للمنزل لها هيكل من الألومنيوم. هذا المعدن لا يتآكل ويتمتع بالقوة الكافية 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 للكابل 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 يؤدي إلى نشوب حريق) في حالة قصر أو كسر الأسلاك بين البطاريات والبطارية.

تستخدم الثنائيات أنواع SBL2040CT، PBYR040CT. إذا لم يتم العثور عليها، 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).

في كل ثانية، تصل كمية هائلة من الطاقة الشمسية إلى سطح كوكبنا، مما يمنح الحياة لجميع الكائنات الحية. إن التحدي الجدير باستفسار العقول هو الحل الذي يجعلها تخدم احتياجات الناس. وأولئك الذين اخترعوا تصميم بطارية شمسية قادرة على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية يحاولون بالفعل إحياء هذا التصميم.

من الأسهل فهم كيفية عمل البطارية الشمسية باستخدام مثال التصميم المعتمد على السيليكون أحادي البلورية.

تشكل طبقتان من السيليكون بخصائص فيزيائية مختلفة رقاقة رقيقة. الطبقة الداخلية عبارة عن سيليكون نقي أحادي البلورة مع موصلية من النوع p، وهي مغلفة من الخارج بطبقة من السيليكون "الملوث". قد يكون هذا، على سبيل المثال، خليط من الفوسفور. لديها الموصلية من النوع n. الجانب الخلفي من اللوحة مغطى بطبقة معدنية مستمرة.

يتم تثبيت الخلايا الكهروضوئية في الإطار بحيث يمكن استبدالها في حالة فشلها. الهيكل بأكمله مغطى بالزجاج المقسى أو البلاستيك الذي يحميه من التأثيرات السلبية للعوامل الخارجية.

مبدأ تشغيل البطارية الشمسية

نتيجة لتدفق الشحنات عند حدود الطبقتين p وn، تتشكل منطقة شحنة موجبة غير معوضة في الطبقة n، وتتشكل منطقة شحنة سالبة في الطبقة p، أي. تقاطع p-n المعروف للجميع من دورة الفيزياء المدرسية. يمنع فرق الجهد الذي يظهر عند التقاطع، فرق جهد التلامس (حاجز الجهد)، مرور الإلكترونات من الطبقة p، ولكنه يسمح بحرية لحاملات الأقلية بالمرور في الاتجاه المعاكس، مما يجعل من الممكن الحصول على صورة ضوئية. emf عندما يضرب ضوء الشمس الخلية الكهروضوئية.

عندما تتعرض لأشعة الشمس، تبدأ الفوتونات الممتصة في توليد أزواج ثقب إلكتروني غير متوازنة. تنتقل الإلكترونات المتولدة بالقرب من الانتقال من الطبقة p إلى المنطقة n.

وبطريقة مماثلة، تدخل الثقوب الزائدة من الطبقة n إلى الطبقة p (الشكل أ). اتضح أن شحنة موجبة تتراكم في الطبقة p، وشحنة سالبة في الطبقة n، مما يسبب الجهد في الدائرة الخارجية (الشكل ب). المصدر الحالي له قطبين: موجب - طبقة p وسالب - طبقة n.

هذا هو مبدأ التشغيل الأساسي للخلايا الشمسية. وهكذا يبدو أن الإلكترونات تدور في دوائر، أي. اترك الطبقة p وارجع إلى الطبقة n، لتمرير الحمل (البطارية).

يتم توفير التدفق الكهروضوئي في عنصر أحادي الوصلة فقط من خلال تلك الإلكترونات التي لها طاقة أعلى من عرض فجوة نطاق معينة. أولئك الذين لديهم طاقة أقل لا يشاركون في هذه العملية. يمكن إزالة هذا القيد من خلال هياكل متعددة الطبقات تتكون من أكثر من خلية شمسية واحدة، مع وجود فجوات نطاقية مختلفة. يطلق عليهم اسم تتالي أو متعدد الوصلات أو ترادفي. يعد تحويلها الكهروضوئي أعلى نظرًا لأن هذه الخلايا الشمسية تعمل بطيف شمسي أوسع. يتم ترتيب الخلايا الضوئية فيها مع تقليل فجوة النطاق. تضرب أشعة الشمس الخلية الكهروضوئية ذات المساحة الأوسع أولاً، ويتم امتصاص الفوتونات ذات الطاقة الأعلى.

ثم تصل الفوتونات المرسلة من الطبقة العليا إلى العنصر التالي، وهكذا. في مجال العناصر المتتالية، فإن الاتجاه البحثي الرئيسي هو استخدام زرنيخيد الغاليوم كعنصر واحد أو عدة مكونات. تتمتع هذه العناصر بكفاءة تحويل تبلغ 35%. يتم دمج العناصر في بطارية، حيث أن القدرات التقنية لا تسمح بإنتاج عنصر منفصل كبير الحجم (وبالتالي الطاقة).

يمكن للخلايا الشمسية أن تعمل لفترة طويلة. وقد أثبتت أنها مصدر مستقر وموثوق للطاقة، بعد اختبارها في الفضاء، حيث يتمثل الخطر الرئيسي بالنسبة لها في غبار النيزك والإشعاعات، التي تؤدي إلى تآكل عناصر السيليكون. ولكن بما أن هذه العوامل على الأرض ليس لها مثل هذا التأثير السلبي عليها، فيمكن الافتراض أن عمر خدمة العناصر سيكون أطول.

أصبحت الألواح الشمسية في خدمة الإنسان بالفعل، حيث تعمل كمصدر للطاقة لمختلف الأجهزة، بدءًا من الهواتف المحمولة إلى السيارات الكهربائية.

وهذه بالفعل هي المحاولة الثانية للإنسان لتسخير الطاقة الشمسية اللامحدودة وإجبارها على العمل لمصلحته الخاصة. كانت المحاولة الأولى هي إنشاء مجمعات الطاقة الشمسية، حيث يتم توليد الكهرباء عن طريق تسخين الماء إلى درجة الغليان بأشعة الشمس المركزة.

وميزة الألواح الشمسية أنها تنتج الكهرباء بشكل مباشر، حيث تفقد الطاقة بشكل أقل بكثير من المجمعات الشمسية متعددة المراحل، والتي ترتبط عملية الحصول عليها بتركيز أشعة الشمس، وتسخين المياه، وإطلاق البخار الذي يدور توربينًا بخاريًا وفقط بعد ذلك يتم توليد الكهرباء بواسطة المولد. المعلمات الرئيسية للألواح الشمسية هي في المقام الأول الطاقة. ثم من المهم مقدار الطاقة التي لديهم.

تعتمد هذه المعلمة على سعة البطاريات وعددها. المعلمة الثالثة هي ذروة استهلاك الطاقة، وهو ما يعني عدد الاتصالات الممكنة للأجهزة في وقت واحد. معلمة مهمة أخرى هي الجهد المقنن، الذي يحدد اختيار المعدات الإضافية: العاكس، اللوحة الشمسية، وحدة التحكم، البطارية.

أنواع الألواح الشمسية

تبدو جميع الألواح الشمسية للوهلة الأولى متشابهة - عناصر مغطاة بالزجاج الداكن مع شرائح معدنية موصلة للتيار، موضوعة في إطار من الألومنيوم.

لكن الألواح الشمسية تصنف حسب قوة الكهرباء التي تولدها، والتي تعتمد على تصميم ومساحة اللوحة (يمكن أن تكون ألواح مصغرة بقوة تصل إلى عشرة واط و”صفائح” عريضة بقوة مائتي واط أو أكثر).

بالإضافة إلى ذلك، فهي تختلف في نوع الخلايا الكهروضوئية التي تشكلها: الخلايا الكيميائية الضوئية، وغير المتبلورة، والعضوية، وكذلك تلك التي تم إنشاؤها على أساس أشباه الموصلات السيليكونية، التي يكون معامل تحويلها الكهروضوئي أعلى بعدة مرات. وبالتالي، تكون القوة أكبر (خاصة أثناء الطقس المشمس). قد يكون المنافس للأخير عبارة عن بطارية شمسية تعتمد على زرنيخيد الغاليوم. أي أن هناك خمسة أنواع من الألواح الشمسية في السوق اليوم.

وهي تختلف في المواد المستخدمة لتصنيعها:

1. الألواح المصنوعة من الخلايا الكهروضوئية متعددة البلورات، ذات اللون الأزرق المميز للوح الشمسي، وبنية بلورية وكفاءة تتراوح بين 12-14%.

لوحة متعددة الكريستالات

2. تعد الألواح المصنوعة من عناصر أحادية البلورية أكثر تكلفة، ولكنها أيضًا أكثر كفاءة (كفاءة تصل إلى 16٪).

3. الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور، والتي تتمتع بأقل كفاءة - 6-8٪، لكنها تولد الطاقة الأرخص.

4. الألواح المصنوعة من تيلورايد الكادميوم، والتي تم إنشاؤها باستخدام تقنيات الأفلام (الكفاءة - 11٪).

لوحة تعتمد على تيلورايد الكادميوم

5. وأخيراً، الألواح الشمسية المعتمدة على أشباه الموصلات CIGS، والتي تتكون من السيلينيوم والإنديوم والنحاس والجاليوم. تقنيات إنتاجها هي أيضا فيلم، لكن الكفاءة تصل إلى خمسة عشر بالمائة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الألواح الشمسية مرنة ومحمولة.

من المريح جدًا استخدام الألواح المرنة التي يمكن طيها بسهولة، مثل الورق العادي. على الرغم من أن تكلفتها أعلى من نظيراتها ذات الحالة الصلبة، إلا أنها احتلت مكانتها في السوق. وهي مطلوبة بشكل أساسي بين السياح والمسافرين الذين يحتاجون، في غياب الكهرباء، إلى شحن الأجهزة المحمولة. الشركة المصنعة الرئيسية للبطاريات المرنة التي تعمل بالطاقة الشمسية هي Sun Charger، والتي، بالمناسبة، قامت مؤخرًا بتحديث تشكيلة منتجاتها بنماذج 34 واط و9 واط.

النموذج الأول مناسب لتشغيل الأجهزة اللوحية والهواتف المحمولة وكاميرات الفيديو والكاميرات الرقمية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وبطاريات هلامية 6 و12 فولت، أي. يمكنها تلبية احتياجات العديد من الأشخاص أثناء التنزه سيرًا على الأقدام.

SunCharger SC-9/14 - بطارية مطوية

إنها في شكل مفتوح

ميزات البطارية: تصميم مدمج قابل للطي، يعمل في درجة حرارة تتراوح من -50 إلى +70 درجة، ويزن 420 جرامًا فقط، ومجهز بطبقة مضادة للانعكاس، ومصباح LED مدمج، وثقوب للتثبيت. مقبس الإخراج مستدير (5.5 مم / 2.1 مم).

الخصائص الكهربائية: جهد خرج التشغيل 13.5 فولت (12 فولت قياسي)، بدون تحميل - 19 فولت؛ تيار خرج التشغيل – 0.65 أمبير؛ الأبعاد عند طيها وفتحها - 20.5x15x3 سم و50x41.5x0.4 سم؛ طاقة الإخراج – 8.6 واط.

يعد الطراز الثاني SunCharger SC-34/18 هو الأقوى على الإطلاق في خط الألواح الشمسية المرنة. تم تطويره خصيصًا لمحركات الأقراص العالمية (أجهزة الكمبيوتر المحمولة) التي تحتوي عادةً على مدخل شحن يتراوح من 17 إلى 19 فولت. الطاقة القصوى – 18 فولت. فهو يتصل مباشرة بمحركات الأقراص، مما يضمن المطابقة المثالية. ومن الواضح أنها مناسبة أيضًا لمحركات الأقراص الأقل "شراهة"، بما في ذلك بطاريات الرصاص الحمضية بقوة 12 فولت المستخدمة في السيارات.

تنتج المجموعة الشمسية 18 فولت عند أقصى نقطة طاقة لها وتتصل مباشرة بأجهزة التخزين هذه. وبالتالي، فهي متوافقة معهم "تمامًا".

وبطبيعة الحال، هذه البطارية مناسبة أيضًا لشحن المستهلكين الأقل شرًا. كما تعلمون، ليس هناك ما يكفي من القوة. كما أنه يشحن بهدوء بطاريات الرصاص 12 فولت، بما في ذلك بطاريات السيارة (بعد بضع ساعات من الشحن، يمكنك بالفعل تشغيل السيارة). يبلغ سمكها 4 سم (أي أنها أصبحت أكبر قليلاً)، ولكن تبين أن البطارية أصغر قليلاً من البطاريات التقليدية بقدرة 12 فولت.

تم تحقيق ذلك بفضل القماش الرقيق المستخدم في إنتاجه والخلايا الكهروضوئية المصفحة بمساحة أكبر.

نفس البطارية فتحت

بالإضافة إلى الميزات المميزة للنموذج السابق، هنا، بالإضافة إلى الموصل الدائري، يوجد أيضًا "الأم" و "الأب" عند الإخراج.

الخصائص الكهربائية: طاقة الخرج، كما هو واضح من العلامات، 34 وات؛ تيار خرج التشغيل – 1.9 أمبير؛ الأبعاد 40x18x4 سم (مطوية) و 40x18x4 سم (مفتوحة). جهد الخرج – 18 فولت و 26 فولت (بدون تحميل). الوزن بالطبع أكبر بكثير - 1.7 كجم.

البطارية الشمسية المحمولة – خاصة للسياح

الجميع في هذه الأيام لديه الأدوات الإلكترونية. ولا يهم أن البعض لديه أقل والبعض لديه أكثر. كلهم بحاجة إلى الشحن، ولهذا نحتاج إلى أجهزة شحن. لكن هذه المشكلة حادة بشكل خاص بالنسبة لأولئك الذين يجدون أنفسهم في أماكن لا يوجد بها مصدر للطاقة. السبيل الوحيد للخروج هو الألواح الشمسية. لكن أسعارها تظل مرتفعة، ويظل الاختيار صغيرا. الخيار الأفضل، كما هو معتاد، هو منتجات شركة Goal Zero (على الرغم من وجود منتجات روسية وصينية على حد سواء - والتي، كما هو الحال دائما، تثير الشكوك).

ولكن اتضح أنه ليس كل ما يتم تصنيعه في الصين أو كوريا سيئًا. كانت شركة البطاريات الشمسية YOLK من شيكاغو سعيدة بشكل خاص بالبطارية الشمسية، التي بدأت في إنتاج البطارية الشمسية المدمجة Solar Paper - وهي الأنحف والأخف وزنًا. وزنه 120 جرام فقط . ولكن هناك مزايا أخرى - تصميم معياري يسمح لك بزيادة الطاقة. تشبه البطارية الشمسية صندوقًا بلاستيكيًا، مشابهًا في حجمه لجهاز iPad، إلا أنه نحيف مرتين فقط. توجد لوحة شمسية على جانبها الأمامي. يوجد مخرج للكمبيوتر المحمول ومنافذ USB في العلبة لتوصيل الألواح الشمسية الأخرى، بالإضافة إلى مصباح يدوي. يوجد داخل هذا الصندوق المعجزة بطاريات ولوحة تحكم. يمكنك شحن الجهاز من منفذ، ويمكن أن يكون هاتفًا وجهازين كمبيوتر محمول في نفس الوقت. وبالطبع يتم شحن الجهاز أيضًا من الشمس. بمجرد أن يضربه الضوء، يضيء المؤشر. في ظروف التخييم، لا يمكن استبدال اللوحة الشمسية ببساطة: فهي تشحن جميع الأجهزة الضرورية بنجاح - الهواتف بشكل أسرع، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

الألواح الشمسية المحمولة صغيرة الحجم:حتى أنها متوفرة على شكل سلاسل مفاتيح يمكن ربطها بأي شيء. لقد تم تطويرها بحيث يمكنك اصطحابها لصيد الأسماك والمشي لمسافات طويلة وما إلى ذلك. من المؤكد أنها تحتوي على مصباح يدوي بحيث يمكنك في الليل إضاءة الطريق والخيمة وما إلى ذلك، وهي حوامل تجعل من السهل وضعها على حقائب الظهر وزوارق الكاياك والخيام. من المهم جدًا أن يحتوي هذا الجهاز على بطارية مدمجة تسمح لك بشحن الأجهزة ليلاً.

ويعمل العلماء على زيادة الكفاءة، ولكن حتى الآن تتصدر الألواح الشمسية المصنوعة من عناصر أحادية البلورية هذا المؤشر. تتكون الألواح أحادية البلورية من عدة طبقات، بحيث تمتص إحدى الطبقات الطاقة الخضراء، والأخرى حمراء، والثالثة زرقاء. لكن تكلفة هذه الألواح مرتفعة للغاية.

البطارية الشمسية، كما تعلمون، تتكون من عدة أجزاء مطلوبة. أساسها، مثل محرك السيارة أو قلب الإنسان، عبارة عن لوح شمسي - صندوق مستطيل شفاف بداخله مربعات داكنة من شرائح السيليكون الرقيقة. السيليكون المستخدم في الإنتاج، أو بالأحرى أكسيده (مركب مع الأكسجين)، هو العنصر الأساسي في إنتاج الخلايا الشمسية.

يتم باستمرار تحسين التقنيات الأساسية لإنتاج الألواح الشمسية وتتكون من عدة مراحل.

• في المرحلة الأولى يتم تحضير المواد الخام:يتم تنظيف رمل الكوارتز عن طريق تكليسه بفحم الكوك. ونتيجة لذلك، يتم تحريره من الأكسجين، ويتحول إلى قطع من السيليكون النقي، تذكرنا إلى حد ما بالفحم. ثم تنمو منه بلورات - أساس الألواح الشمسية، وترتيب هيكل السيليكون. للقيام بذلك، يتم خفض السيليكون النقي في بوتقة، وتسخينه إلى درجة حرارة عالية، وتضاف البذور إلى الحمم المنصهرة. يمكنك مقارنتها بعينة من البلورة المستقبلية، التي ينمو حولها السيليكون ذو البنية المنظمة، طبقة بعد طبقة. بعد عدة ساعات من النمو، يتم الحصول على بلورة أحادية السيليكون (أو السيليكون متعدد البلورات، وهي عملية الحصول عليها أكثر تكلفة، مما يؤثر على سعر الألواح الشمسية منه)، تشبه جليد كبير. ثم يتم تحويل قطعة العمل الأسطوانية إلى متوازي السطوح. بعد ذلك، يتم تقطيع قطعة العمل إلى ألواح بسمك 100-200 ميكرون (سمك ثلاثة شعرات بشرية)، ويتم اختبارها وفرزها وإرسالها إلى المرحلة التالية من المعالجة.
• في المرحلة الثانية اللوحةملحومة إلى أقسام يتم من خلالها تشكيل الكتل على الزجاج للقضاء على إمكانية التأثير الميكانيكي على الخلايا الشمسية النهائية. تتكون الأقسام عادة من 9-10 خلايا شمسية وكتل من 4-6 أقسام.
• المرحلة الثالثةتتضمن ألواح الترقق ملحومة في كتل بطبقة من خلات فينيل الإيثيلين، ثم طبقة واقية، والتي يتم تنفيذها باستخدام جهاز كمبيوتر يراقب الضغط والفراغ ودرجة الحرارة.
• المرحلة الرابعة نهائية. خلال هذه العملية، يتم تركيب صندوق التوصيل وإطار الألومنيوم. يتم إجراء الاختبار مرة أخرى، حيث يتم قياس جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة والجهد والتيار لنقطة السعة القصوى.

القادة بين الشركات المنتجة للألواح الشمسية هم البلدان التالية:الصين (شركات Trina Solar، Yingli، Suntech)، واليابان (Sharp Solar)، والولايات المتحدة الأمريكية (First Solar)، التي لا تنتجها فحسب، بل تشارك أيضًا في تصميم محطات الطاقة الشمسية وبنائها. أقوى محطة للطاقة الشمسية في العالم، Agua Caliente في ولاية أريزونا، هي من عمل هذه الشركة. تم تنفيذ بناء أكبر محطة للطاقة الشمسية "بيروفو" في أوكرانيا من قبل شركة نمساوية (أكتيف سولار).

كم تكلفة البطارية الشمسية؟

يعد بيع الألواح الشمسية عملاً مربحًا وواعدًا. حجم المبيعات يتزايد سنويا. يحتل المصنعون الصينيون المركز الأول في المبيعات، حيث تتميز منتجاتهم بالتكلفة المنخفضة. وقد أدى هذا الوضع إلى إفلاس العلامات التجارية الألمانية الكبرى، التي تكلف ضعف تكلفة الألواح الشمسية الصينية.

تعتمد تكلفة الألواح الشمسية على الشركة المصنعة والطاقة، ولها نطاق واسع - من 1800 غريفنا ما يصل إلى 9000 غريفنا (لأوكرانيا)، من 5 آلاف روبل إلى 30 ألف (بالنسبة لروسيا). تكلفة بطاريات SunCharger SC-9/14 وSunCharger SC-34/18 مرتفعة أيضًا (عليك أن تدفع مقابل الخصائص الممتازة). ويقدر وفقا لذلك 6100 و 20700 روبل. ولكن بالمقارنة مع بطارية AcmePower 32 W المرنة، فإن سعرها هو 27 ألف روبل، هذه البطارية أرخص بكثير.

يمكن لأولئك الذين يرغبون في توفير المال شراء بطاريات قابلة للطي بلورية شمسية بسعر أقل 2.5 مرة.

الاستنتاجات

الأفكار الرائعة تتحول تدريجياً إلى حقيقة. دعونا نتذكر، على سبيل المثال، الآلة الحاسبة الدقيقة المعتمدة على الخلايا الكهروضوئية، والتي بدت ذات يوم وكأنها فضول يسمح لك بعدم تغيير البطارية لسنوات. اختراع السنوات الأخيرة هو هاتف محمول مزود بلوحة شمسية مدمجة وسيارات وطائرات تتحرك بفضل نفس الطاقة الشمسية. في المستقبل، ستصبح الألواح الشمسية بالتأكيد المصدر الرئيسي للطاقة، وفي النهاية "تعالج" جميع الأدوات من "إدمان المنافذ" وتمنح البشرية طاقة رخيصة.

في جميع الأوقات، سعت البشرية لتحقيق أقصى استفادة من الفوائد التي توفرها الطبيعة. والدليل على ذلك اختراع الألواح الشمسية. مبدأ تشغيل الألواح الشمسية بسيط للغاية. بفضلهم، عملت الآلات الحاسبة لدينا سابقا في أي وقت من اليوم، الصيف أو الشتاء، بغض النظر عن النوع والتغييرات المتكررة للبطارية. يتميز العالم الحديث باستخدام الطاقة الشمسية في مجالات وأحجام مختلفة، من الأجهزة اللوحية الحديثة إلى الطائرات. ستخبرك هذه المقالة بكيفية عمل البطارية الشمسية وأنواعها ومبدأ تشغيلها.

• قليلا من التاريخ
• تصنيف

قليلا من التاريخ

وكما تعلمون فإن البطارية الشمسية ليست الاختراع الأول الذي يستخدم الطاقة الشمسية الشاملة كبديل للطاقة الكهربائية. كانت المحاولات الأولى لاستخدام ضوء الشمس هي محطات الطاقة الطرفية، والتي لها اسم أكثر شيوعًا باسم "المجمعات". وكان مبدأ عملها هو تسخين المياه إلى 100 درجة مئوية باستخدام ضوء الشمس، مما أدى إلى توليد الكهرباء. يتألف عمل الجامعين من تحويل متعدد المراحل للطاقة: تراكم الأشعة الشمسية، وغليان السائل، وتكوين البخار، وحركة المحرك البخاري، وتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية.

على عكس المجمع، تقوم البطارية الشمسية بتحويل مخرجات الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية. ومن الجدير بالذكر أيضًا ميزة البطارية الشمسية مثل استخدام الضوء بدلاً من الحرارة، مما يسمح بتوليد الكهرباء حتى في فصل الشتاء.

اليوم، يعتمد مبدأ تشغيل هذه الأجهزة على تحويل عمل الأشعة إلى تيار كهربائي (التأثير الكهروضوئي) باستخدام أشباه الموصلات الخاصة التي تشكل البطارية بأكملها.

مكتشفو التأثير الكهروضوئي هم ثلاثة فيزيائيين متميزين. تم وصف ظاهرة مثل هذه العملية من قبل الفيزيائي من أصل فرنسي - ألكسندر إدموند بيكريل في عام 1839. ثم، في عام 1873، تم اكتشاف أول شبه موصل لتنفيذ التأثير الكهروضوئي على يد المهندس الكهربائي الإنجليزي ويلوبي سميث. ومبدأ التشغيل، تم وصف دائرة البطارية الشمسية بمزيد من التفصيل وتم تأكيد قوانين المكتشفين السابقين في عام 1905 من قبل الحائز على جائزة نوبل العالمية الشهيرة ألبرت أينشتاين.

تعريف وأساسيات تحويل الطاقة

يتكون جهاز البطارية الشمسية من لوحة مزودة بسلسلة من أشباه الموصلات المتصلة (الخلايا الضوئية). تؤدي الخلايا الضوئية وظيفة تحويل ضوء الشمس إلى تيار كهربائي. لذلك، لكي تفهم مبدأ تشغيل هذا الجهاز، عليك أن تدرس أساسياته وهي الخلايا الضوئية.

الخلايا الضوئية هي أشباه الموصلات التي تحول عمل كميات الإشعاع الكهرومغناطيسي، القادرة على التحرك فقط بسرعة الضوء، إلى طاقة كهربائية. وتسمى عملية هذا التحول بالتأثير الكهروضوئي، الذي يظهر تحت تأثير ضوء الشمس على بنية الخلية الكهروضوئية. تكمن خصوصية الهيكل في عدم تجانسه، والذي يتم إنشاؤه باستخدام سبائك من مواد وشوائب مختلفة لتغيير خصائصه من وجهة نظر الفيزياء والكيمياء.

لتوفير فواتير الكهرباء، يوصي قراؤنا بصندوق توفير الكهرباء. ستكون الدفعات الشهرية أقل بنسبة 30-50% عما كانت عليه قبل استخدام المدخر. فهو يزيل المكون التفاعلي من الشبكة، مما يؤدي إلى تقليل الحمل، وبالتالي الاستهلاك الحالي. الأجهزة الكهربائية تستهلك كهرباء أقل ويتم تقليل التكاليف.

هذه الشوائب نفسها تخلق وصلات سلبية وإيجابية (p-n)، والتي تشكل أساس عمل اثنين من أشباه الموصلات والتوصيل بينهما. بالإضافة إلى هذه الطريقة التي تخلق عدم التجانس في بنية الخلايا الكهروضوئية، يتم أيضًا استخدام ما يلي:

• الجمع بين أشباه الموصلات مع فجوات النطاق المختلفة؛
• تغيير التركيب الكيميائي للخلية الكهروضوئية من أجل تشكيل بنية ذات فجوة متدرجة؛
• مزيج من الأساليب المذكورة أعلاه.

يعتمد تحويل الطاقة بشكل مباشر على الخواص الفيزيائية والكهربائية للهيكل والتوصيل الكهربائي لأشباه الموصلات (الموصلية الضوئية). تتكون الخلية الكهروضوئية من أنواع مختلفة من الإلكترونات وطبقات منها. والقطب الذي تنشأ عليه الشحنة هو من النوع السالب، وبناء على ذلك فإن الأنود (المستقبل) لهذه الشحنة هو من النوع الموجب. يحدث تراكم الطاقة الشمسية بهذه الطريقة: يتم قبول الإلكترونات الخارجة من الطبقة السالبة تحت تأثير ضوء الشمس بواسطة الأنودات. تترك طبقة الإلكترونات الموجبة، وتعود إلى موقعها الأصلي. ثم يتم تكرار الخطوات. ولذلك تبقى طاقة الشمس داخل الجهاز.

تصنيف

اعتمادًا على المادة وطريقة التصنيع، يتم تمييز الأنواع التالية من الخلايا الشمسية: السيليكون والفيلم.

بطاريات السيليكون هي أجهزة تكون المادة النشطة الرئيسية فيها هي السيليكون. ويتميز السيليكون بأداء عالي مقارنة بالمواد الأخرى المستخدمة في صناعة هذه الأجهزة، ولذلك فهو مطلوب بشكل كبير. وفقًا لبنيتها، تنقسم أجهزة السيليكون إلى ثلاثة أنواع فرعية:

تنقسم أجهزة الأفلام إلى الأنواع التالية:

• على أساس تيلورايد الكادميوم باستخدام تكنولوجيا الأفلام؛
• على أساس سبائك النحاس والإنديوم والسيلينيوم، فإن كفاءة هذه الأجهزة هي 16-20٪؛
• أجهزة أفلام البوليمر المصنوعة من الخلايا الكهروضوئية العضوية تبلغ كفاءتها 5-6٪.

يتضمن مخطط توصيل اللوحة الشمسية حساب الحمل وإعداد جهاز التحكم بالشحن. يمكن اعتبار أبسط مخطط باستخدام مثال فانوس الحديقة. أصبحت فوانيس الحدائق هذه منتشرة على نطاق واسع تدريجيًا بسبب الإضاءة الساطعة للممرات والمروج وقطع أراضي الحديقة. في فصل الشتاء، يكون الضوء المنبعث من فوانيس الحديقة التي تعمل بالطاقة الشمسية أقل سطوعًا مما كان عليه في الأوقات الأخرى. مخطط في في هذه الحالةيتكون من عنصر حساس للضوء، وبطارية تخزين، وبطارية شمسية.

واليوم، تجري التطورات لإنتاج حقول واسعة النطاق من الألواح الشمسية في القارة القطبية الجنوبية. ستقوم محطات توليد الطاقة هذه بتجميع الطاقة خلال اليوم القطبي الذي يستمر ستة أشهر، والذي يحدث في المناطق الشمالية في الصيف وفي الجنوب في الشتاء. تعتبر الطاقة الشمسية بديلاً جيدًا للتيار الكهربائي، لذا فإن نطاق تطبيقاتها واسع. تُستخدم البطاريات التي تعمل بضوء الشمس في تصنيع المركبات الفضائية.