مصادر الطاقة الوحيدة في معظم أنحاء روسيا هي محطات توليد الطاقة بالديزل أو البنزين. ولتطوير إنتاج الطاقة على أساس استخدام الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، بما يتوافق مع الأساليب الحديثة للبيئة، تحتاج الدولة إلى جذب اهتمام المستثمرين.

تجربة أوروبية خالصة

بدأت دول الاتحاد الأوروبي في إدخال استخدام الطاقة الشمسية كجزء من تقليل الاعتماد على الهيدروكربونات ومن أجل تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي. قد يصل إجمالي القدرة المركبة لمحطات الطاقة الشمسية (SPP) في العالم إلى 500 جيجاوات بحلول عام 2019، وفقًا لتقرير تحليلي صادر عن شركة الاستشارات الدولية IHS. في نهاية عام 2014، حجم توليد الطاقة الشمسيةبلغت 180 جيجاوات. واليوم، تم استثمار أكثر من 150 مليار دولار في الطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم، ويزداد هذا الحجم بنسبة 15% إلى 20% سنوياً.

تعد ألمانيا إحدى الدول الرائدة عالميًا في سوق توليد الطاقة الشمسية، حيث تمثل 31% من إجمالي القدرة. ميزة فريدة من نوعهاإنتاج الطاقة الشمسية في هذا البلد هو أن 90% من جميع الألواح موجودة على أسطح المنازل. علاوة على ذلك، فإن نصف محطات الطاقة الشمسية مملوكة لأفراد، وليس لشركات توليد.

وفقا لتقرير صادر عن جمعية صناعات الطاقة الشمسية (SEIA) وGTM للأبحاث، سيكون هناك أكثر من مليون منشأة للطاقة الشمسية تعمل في الولايات المتحدة بحلول نهاية هذا العام - بزيادة قدرها 36٪ عن عام 2014. لقد تم تشغيل المزيد من محطات الطاقة الشمسية في الولايات المتحدة في العامين الماضيين مقارنة بالسنوات الـ 38 الماضية.

وتمثل الصين واليابان الآن مجتمعتين 50% من سوق الطاقة الشمسية العالمية. وتخطط الهند لزيادة قدرتها على تركيب الطاقة الشمسية من 2 جيجاوات إلى 20 جيجاوات على المدى المتوسط.

البديل الروسي

وفي روسيا، تبلغ حصة توليد الطاقة الشمسية 0.5-0.8% فقط من إجمالي قدرة محطات الطاقة. وفقًا لنائب وزير الطاقة أليكسي تيكسلر، الذي استشهد به في سبتمبر في مقابلة مع قناة روسيا 24 التلفزيونية، فمن المخطط بحلول عام 2024 إدخال حوالي 1.6 جيجاوات من قدرة توليد الطاقة الشمسية في روسيا. تم إطلاق أول محطة للطاقة الشمسية في ألتاي، وتضاعفت قدرتها هذا الخريف إلى 10 ميجاوات. وعلى مدى السنوات الخمس المقبلة، من المقرر بناء أربع محطات طاقة مماثلة في المنطقة. حاليا المصفوفة الألواح الشمسيةيعمل في منطقة بيلغورود. في شبه جزيرة القرم، يتم إنتاج ما يصل إلى 20٪ من الطاقة من مصادر الطاقة المتجددة - في المقام الأول الألواح الشمسية ومحطات طاقة الرياح.

وتبلغ القدرة الإجمالية لمشاريع محطات الطاقة الشمسية، والتي من المقرر تشغيلها قبل نهاية عام 2015، 175.2 ميجاوات. وينبغي أن تظهر محطات الطاقة الشمسية بقدرة إجمالية مركبة تبلغ 90 ميجاوات في منطقة أستراخان، و30 ميجاوات في منطقة أورينبورغ، و15 ميجاوات في منطقة بيلغورود وباشكيريا.

يتم تنفيذ عائد الاستثمار في بناء محطات الطاقة الشمسية على أساس اتفاقية إمداد الطاقة (PDM) قياسًا على التوليد التقليدي. وفقًا لهذه الوثيقة، تتلقى شركة التوليد الدفع مقابل الطاقة التي تزودها لسوق الجملة. يتم حساب معلمات التعريفة لكل كائن على حدة.

وبدعم حكومي، يجري بناء المصانع لإنتاج مكونات محطات الطاقة الشمسية. وهذا يجعل من الممكن تلبية المتطلبات القانونية، والتي بموجبها يجب إنتاج ما يصل إلى 70٪ من معدات محطات الطاقة الشمسية في روسيا. ومن المخطط بناء مثل هذه المصانع في منطقة موسكو وتتارستان. في الوقت الحالي، تم بالفعل بناء مصنع هيفيل لإنتاج وحدات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة في تشوفاشيا.

ووفقا للخبراء، فإن هذه المعدات باهظة الثمن للغاية بحيث لا يمكن استخدامها في القطاع الخاص من الاقتصاد؛ وتتراوح فترة الاسترداد من أربع إلى سبع سنوات. ولذلك، فإن كيلووات من الكهرباء المنتجة باستخدام الألواح الشمسية لا تزال أغلى بكثير من الكهرباء بتعريفة الدولة.

وفي مثل هذه الظروف، لا يمكن للسوق أن يتطور بفعالية إلا بدعم من الدولة. على سبيل المثال، أجرت المملكة المتحدة تجربة في عام 2013 - حيث تم إطلاق الألواح الشمسية للبيع في سلسلة البيع بالتجزئة. بلغت تكلفة 18 لوحة 5.7 ألف جنيه إسترليني (9.2 ألف دولار)؛ وتم إصدار إعانات حكومية لشرائها. وفي وقت لاحق، تم منح المستخدمين الفرصة لبيع فائض الكهرباء للدولة.

بالرغم من ازمة اقتصادية، يشيد المحللون بإمكانيات الصناعة. كما يلاحظ أنطون أوساتشيف، رئيس جمعية الطاقة الشمسية الروسية، في السنوات الخمس الماضية، أصبحت تقنيات ومعدات إنتاج الطاقة الشمسية أرخص بشكل ملحوظ، بينما زادت في الوقت نفسه كفاءة الوحدات الشمسية. بفضل هذا، يمكننا اليوم أن نتحدث عن إمكانية المنافسة الكاملة بين الطاقة الشمسية والتوليد التقليدي.

المستثمرون غير مهتمين

يتطور استخدام طاقة الرياح في روسيا بشكل أبطأ من الطاقة الشمسية. تقع محطة طاقة الرياح الصناعية الوحيدة في منطقة كالينينغرادتوجد محطات كهرباء في تشوكوتكا وباشكيريا وكالميكيا وكومي. وفي العام الماضي، حصلت روسيا على 16.8 ميجاوات فقط من الطاقة من مزارع الرياح. تمت الموافقة على مخطط بنائها على الأراضي الروسية من قبل رئيس الوزراء ديمتري ميدفيديف في عام 2013. ووفقا لهذه الخطط، ينبغي بناء 16 محطة لتوليد طاقة الرياح في البلاد خلال 15 عاما.

ومع ذلك، فإن المستثمرين غير راضين عن الظروف التي تطورت في هذا السوق. وتنطبق نفس القواعد هنا على توليد الطاقة الشمسية، مما يعني ضمنا وجود حصة عالية للمعدات المنزلية. لكن في بلادنا لا يوجد إنتاج لمكونات محطات طاقة الرياح، ويجب شراؤها من الخارج. ولذلك، لم يكن هناك حتى الآن أي شخص يرغب في بناء توربينات الرياح.

حاولت السلطات الروسية منذ فترة طويلة جذب انتباه المستثمرين إلى إنشاء مزرعة رياح كبيرة بقدرة إجمالية تتراوح بين 50 و70 جيجاوات في شمال الشرق الأقصى. وقال وزير الطاقة ألكسندر نوفاك في فبراير من هذا العام إن هذه القضية قيد المناقشة مع شركاء أجانب. في 10 سبتمبر، أعلنت شركة RAO Energy System of the East عن افتتاح أكبر مزرعة رياح في الشرق الأقصى في قرية أوست-كامتشاتسك. يتم بناء المجمع بمشاركة المنظمة الحكومية اليابانية لتطوير الطاقة الجديدة والتقنيات الصناعية NEDO، التي تبرعت بالمعدات للمتنزه. ويتابع اليابانيون هذا المشروع الغرض العلمي— اختبار أداء المنشآت في المناخات الباردة.

يتكون مجمع أوست-كامتشاتكا من ثلاث محطات لتوليد طاقة الرياح بقدرة إجمالية تبلغ 900 كيلووات. ومن المتوقع أنه من خلال الاستبدال الجزئي لإنتاج الطاقة من خلال محطة توليد الكهرباء بالديزل في القرية، سيتم توفير أكثر من 550 طنًا من الوقود سنويًا. ومن المقرر أن يبدأ تشغيله في نهاية عام 2015. ومن الممكن بعد ذلك بناء سبعة توربينات رياح أخرى، ونتيجة لذلك ستصل قدرة المجمع إلى 3 ميجاوات.

بالإضافة إلى الشرق الأقصى والشمال، في المناطق ذات الكثافة السكانية العالية في الجزء الأوروبي من روسيا، هناك عدد غير قليل من الأماكن التي يمكن اعتبار استخدام مزارع الرياح فيها واعدًا. هذا هو الشمال الغربي من البلاد - مناطق مورمانسك وأرخانجيلسك ولينينغراد. وكذلك المناطق الجنوبية - منطقة كراسنودار، كراتشاي-شركيسيا، روستوف، فولجوجراد، مناطق أستراخان، كالميكيا، كما يقول إيجور بريزغونوف، رئيس جمعية صناعة الرياح الروسية.

في نهاية يوليو من هذا العام، مدد رئيس الوزراء ديمتري ميدفيديف، بموجب مرسوم، برنامج دعم توليد طاقة الرياح في سوق الجملة طاقة كهربائيةو القوة. وتم تمديد الدعم لمدة أربع سنوات، من 2020 إلى 2024. في المجموع، بحلول عام 2024، من المخطط تشغيل مرافق توليد طاقة الرياح بسعة 3600 ميجاوات، في 2015-2016 - بمقدار 50 و 51 ميجاوات، على التوالي. وتقول المذكرة التوضيحية: "تهدف الوثيقة إلى الحفاظ على المستوى الضروري من المنافسة في سوق طاقة الرياح والاستثمار في نشر معدات إنتاج جديدة".

وفقا لوكالة الطاقة الدولية، بإن الانخفاض السريع في تكاليف الإنتاج يجعل الألواح الشمسية أرخص وسيلة لتوليد الكهرباء. وفي نهاية العام الماضي، تجاوز نمو توليد الطاقة الشمسية معدل تطور القطاعات الأخرى لصناعة الطاقة الكهربائية. منذ عام 2010، انخفضت تكلفة وحدة الطاقة الشمسية الجديدة بنسبة 70٪، في حين انخفضت تكلفة معدات طاقة الرياح بنسبة 25٪ وانخفضت تكلفة بطاريات السيارات الكهربائية بنسبة 40٪.

وفقًا لتوقعات الخبراء المستقلين Bernreuter Research، بحلول نهاية عام 2017، ستصل الزيادة في قدرة الطاقة الشمسية على المستوى العالمي إلى 100 جيجاوات. وفي نهاية عام 2016، بلغ إجمالي قدرة محطات الطاقة الشمسية المثبتة في العالم 74 جيجاوات. أكبر نمو في هذا القطاع يأتي من الصين. وبلغت القدرة الإجمالية لمحطات الطاقة الشمسية الجديدة في الصين 52 جيجاوات، وتأتي الولايات المتحدة الأمريكية (12.5 جيجاوات) والهند (9 جيجاوات) في المركزين الثاني والثالث. وعلى مدار العام، بلغت الزيادة أكثر من 30٪: والآن تبلغ القدرة الإجمالية لصناعة الطاقة الشمسية، وفقًا للخبراء، 300 جيجاوات.

وفقا لتقديرات وكالة الطاقة الدولية، في المستقبل سوف ينتشر تطوير الطاقة الشمسية بشكل خاص في الصين والهند. لذلك، في الأخير أطلقوا مؤخرا برنامج خاصعلى الكهرباء، والتي ستغطي 40 مليون أسرة فقط بحلول نهاية عام 2018. وسيتم حل مشاكل إمدادات الكهرباء بشكل رئيسي من خلال الطاقة الشمسية الرخيصة.

ومع ذلك، على عكس منطقة آسيا والمحيط الهادئ، في الدول الأوروبيةتهيمن طاقة الرياح. ووفقا لتوقعات وكالة الطاقة الدولية، فإنه بعد عام 2030 سيصبح المصدر الرئيسي لتوليد الكهرباء في الدول الأوروبية. " طاقة شمسيةتغزو بسرعة الأسواق بما في ذلك الصين والهند حيث تصبح أرخص مصدر لتوليد الكهرباء. ويقول فاتح بيرول، المدير التنفيذي لوكالة الطاقة الدولية: "إن النقل الكهربائي، بفضل الدعم الحكومي وانخفاض تكاليف البطاريات المصنعة، يتطور بسرعة".

وفي فترة ما بعد عام 2030 في الاتحاد الأوروبي، ستشكل مصادر الطاقة المتجددة حوالي 80% من القدرة الجديدة المشغّلة، وستصبح طاقة الرياح المصدر الرئيسي لإنتاج الكهرباء. تطور سريعوسوف تسمح الطاقة الشمسية، وخاصة في الصين والهند، بأن تصبح أكبر مصدر لتوليد الكهرباء بحلول عام 2040. وبحلول هذا الوقت، سوف تصل حصة جميع مصادر الطاقة المتجددة في إجمالي إنتاج الكهرباء إلى 40%.

وتشير وكالة الطاقة الدولية إلى النشر السريع للقدرات وانخفاض تكاليف تكنولوجيات الطاقة النظيفة. يؤكد الخبراء بشكل خاص على الوتيرة العالية للكهرباء. وفي نهاية العام الماضي، وصل إنفاق المستهلكين على الكهرباء على نطاق عالمي إلى التعادل مع إنفاقهم على المنتجات النفطية.

وحتى عام 2040، ستستمر الدولة في دعم تطوير الطاقة المتجددة. ومع ذلك، فإن التحول في قطاع الطاقة سيأتي بشكل رئيسي من ملايين الأسر والمجتمعات والشركات التي تستثمر في بناء قدراتها الموزعة في مجال الطاقة المتجددة.

دون الأخذ في الاعتبار محطات الطاقة الشمسية في شبه جزيرة القرم، يوجد اليوم 10 محطات في روسيا بقدرة إجمالية تبلغ حوالي 100 ميجاوات. توجد خمس محطات للطاقة الشمسية في شبه جزيرة القرم بقدرة إجمالية تبلغ 300 ميجاوات. وفي نوفمبر/تشرين الثاني، قامت روسيا بتشغيل أول محطة للطاقة الشمسية من طراز "بيشور" في بورياتيا. حتى الآن، تبلغ تكلفة إنشاء محطة للطاقة الشمسية في البلاد حوالي مليار روبل، مع توطين 70٪ من المعدات المستخدمة. في سبتمبر، أطلقت شركة Hevel مشروع Maiminskaya SPP في ألتاي، بقدرة 20 ميجاوات، بتكلفة 2 مليار روبل، باستخدام نماذج جديدة ذات هيكل متجانس مع زيادة الكفاءة. وهذا بالفعل هو SPP الرابع لشركة Hevel في Altai. المجموع الشركات الروسيةومن المقرر بناء 57 محطة للطاقة الشمسية بقدرة إجمالية 1.5 جيجاوات بحلول عام 2024.

نينا ماركوفا

• التصميم ومبدأ التشغيل
• أين يتم استخدامها؟
• مزايا الجهاز

في الوقت الحالي، أصبح توفير موارد الطاقة للمناطق النائية والتي يصعب الوصول إليها أمرًا ذا أهمية. هناك عدة أسباب لذلك. أولا، الكهرباء عنصر لا غنى عنه لحياة مريحة. الإنسان المعاصر. ثانيًا، إن تقليل تكلفة استخدام الكهرباء وإمداداتها المستمرة دون انقطاع لهما أهمية كبيرة في عصرنا هذا. مولد الطاقة الشمسية هو جهاز يمكن استخدامه لحل مشكلات إمدادات الطاقة وتوفير الطاقة.

التصميم ومبدأ التشغيل

المولد الشمسي عبارة عن علبة معدنية أحادية الكتلة مع غطاء قابل للإزالة. يتكون من عدة عناصر بسيطة:

1. لوحات الصور التي تولد تيارًا مباشرًا.
2. بطارية لتخزين الطاقة.
3. العاكس الذي يحول التيار المباشر إلى تيار متردد.
4. جهاز التحكم بالشحن الذي يقوم بتخزين الطاقة في البطارية.

مبدأ التشغيل: لوحة شمسيةيجمع الطاقة من الشمس ويخزنها في بطارية لاستخدامها لاحقًا. هذا ينتج تيارًا مباشرًا. البطاريات توفر الطاقة أيضًا اقصى حمولهأي أن تيار الحمل يتم توفيره من خلال مجموع التيارات من البطارية الشمسية والبطارية.

إذا كنت تريد الحصول على 220 فولت تيار متردد، فيجب عليك استخدام محولات التيار المتردد DC. يمكن أيضًا استخدام الطاقة الشمسية الموجودة في المولد مباشرةً بواسطة أحمال التيار المستمر المختلفة.

يحتوي مولد الطاقة الشمسية على وحدات أمان تحمي من تجاوز قيم التيار والجهد المسموح بها. ما هو مهم - إذا لم يكن هناك في وقت ما أشعة الشمس، ومن ثم يمكن إعادة شحن المولد من مأخذ كهربائي عادي.

أين يتم استخدامها؟

يوجد مولدات طاقة شمسية نماذج مختلفةو لدي خصائص مختلفة(أي الأداء، سعة البطارية، الوقت اللازم للشحن، وما إلى ذلك). ولكن في أغلب الأحيان، تحتوي جميعها على معلمات الإخراج - مآخذ توصيل 220 فولت ومخرجات 12 فولت، ولديها أيضًا شاشة تعرض تشغيل الجهاز.
على الرغم من تنوعها، تعتمد المولدات التي تعمل بالطاقة الشمسية على احوال الطقس. لذلك، لا يمكن استخدامها إلا كمصدر احتياطي أو مساعد للكهرباء. وهذا له أهمية خاصة بالنسبة للمباني السكنية، وخاصة في المناطق النائية من البلاد والمناطق ذات إمدادات الطاقة غير المستقرة.

يتم تركيب الألواح الشمسية في الهواء الطلق في الأماكن التي تتمتع بأكبر قدر من الوصول إلى ضوء الشمس، لأن كفاءتها تعتمد بشكل مباشر على الإضاءة. غالبًا ما يتم وضعها على أسطح المنازل أو في مناطق أخرى مناسبة. في هذه الحالة، فمن المستحسن توفير القدرة على تغيير زاوية ميل الخلايا الكهروضوئية. على سبيل المثال، بزيادة ما يصل إلى 75-80 درجة، نحصل على أن أشعة الشمس عند الساعة 12-00 بعد الظهر تكون متعامدة تقريبًا على سطح البطارية. الألواح الشمسية سهلة التركيب والتوصيل، كما أنها سهلة الصيانة. وهي متصلة بالمولد باستخدام سلك طاقة خاص.

تم تصميم المولد الشمسي للاستخدام كمصدر الطاقة الرئيسي والإضافي (الاحتياطي، في حالات الطوارئ) للمنازل الخاصة والبيوت الريفية، والبيوت الريفية، ومرافق البيع بالتجزئة، ومواقع العرض، والمراكز السياحية، وما إلى ذلك. لديها مجموعة واسعة جدا من الاستخدامات. يمكن استخدامها لتوفير الكهرباء للإضاءة والأجهزة المنزلية (الثلاجات وأجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة الكمبيوتر والمعدات المكتبية) وأدوات الطاقة ومضخات الصرف والتدوير وغلايات التدفئة وما إلى ذلك. يختلف عمر البطارية في جميع الطرز، ولكن جميعها تقريبًا منتجة تمامًا ويمكنها العمل بشكل مستمر لمدة تصل إلى 10-12 ساعة.

مزايا الجهاز

يتمتع مولد الطاقة الشمسية بالمزايا التالية:

1. لا يعتمد على شبكة الكهرباء، يتم شحنه من الطاقة الشمسية.
2. إمكانية إعادة الشحن من شبكة 220 فولت (أو حتى من ولاعة السجائر).
3. انتاج الطاقةتيار متردد يصل إلى 1500 وات.
4. الناتج هو 220 فولت تيار متردد و 12 فولت تيار مستمر.
5. لا تخاف من ماس كهربائى.
6. لا يعتمد على الوقود (البنزين، الديزل)، حيث لا يستهلكه.
7. عملية خالية من الضوضاء.
8. لا توجد انبعاثات ضارة، مصدر بديل للكهرباء.
9. يمكن استخدامه في الغرف بدون تهوية.
10. التصميم الجمالي والاكتناز وسهولة الاستخدام.
11. توافر مؤشر LED لشحن البطارية.
12. قوس قابل للتعديل لتركيب الألواح الشمسية.
13. سهلة النقل.
14. يوفر الطاقة.

إن امتلاك مولد الكهرباء الخاص بك ليس متعة رخيصة. على المرحلة الأوليةسيتعين عليك تحمل تكاليف معينة لشرائها وتركيبها. إنها أكثر تكلفة من نماذج الوقود التقليدية. لكن لا تقلق بشأن ذلك، فإن هذا الاستثمار الأولي سيؤتي ثماره بسرعة كافية، وبعد بضع سنوات ستستمتع بإمدادات الطاقة دون انقطاع، مع توفير أموالك.

هل من الممكن تجميع الجهاز بنفسك؟

يمكنك الآن شراء أي تعديل لمولد الطاقة الشمسية، أو يمكنك صنعه بنفسك. للقيام بذلك، يكفي أن يكون لديك المعرفة اللازمة لهيكلها ومبدأ التشغيل. من الممكن تجميع مولد طاقة كهربائية مع أي جهد وتيار خرج عن طريق توصيل سلاسل من الخلايا الكهروضوئية أو البطاريات في مجموعات متوازية ومتوازية. من المهم أن تتذكر أن الاتصال المتوازي يزيد من الطاقة، والاتصال التسلسلي يزيد الجهد.

ليس سراً أن الموارد الطبيعية التي يستخدمها البشر بدأت في النفاد. و شكرا مصادر بديلةالطاقة مثل مولد للطاقة الشمسيةمن الممكن الحفاظ على الموارد الطبيعية واستعادة احتياطياتها. في أيامنا هذه، ظهرت تقنيات تجعل من الممكن استخدام مصدر سخي للطاقة - أشعة الشمس - لصالح الإنسان.

الشمس مصدر طاقة مجاني ونظيف تمامًا ولا ينضب. ولا شك أن مولد الطاقة الكهربائية سيساهم في الحفاظ على البيئة على كوكبنا وحياة الأجيال القادمة.

مصادر الطاقة البديلة التي تتيح توفير مساحة للعيش بالحرارة والكهرباء بالحجم المطلوب ليست "متعة" رخيصة تتطلب تكاليف مالية كبيرة للشراء والتركيب والتركيب.

إن صنع مولد للطاقة الشمسية بيديك أرخص بكثير وهو ضمن قدرات العديد من الحرفيين المنزليين. دعونا نلقي نظرة على التعليمات التي تصف بوضوح جميع الفروق الدقيقة في عملية التصنيع.

مولد الطاقة الشمسية عبارة عن مجمع من عناصر أشباه الموصلات الكهروضوئية التي تحول طاقة الشمس مباشرة إلى كهرباء.

عندما تصطدم كميات الضوء التي تنتجها الأشعة باللوحة الفوتوغرافية، فإنها تطرد إلكترونًا من المدار الذري الأخير للعنصر العامل. يؤدي هذا التأثير إلى إنشاء العديد من الإلكترونات الحرة، والتي تشكل تدفقًا مستمرًا للتيار الكهربائي.

ليس من الضروري على الإطلاق تجميع مجمع كبير واسع النطاق على الفور عند تركيب مولد للطاقة الشمسية بيديك. يمكنك البدء بوحدة صغيرة، وإذا لزم الأمر، زيادة الحجم في المستقبل

يستخدم السيليكون كمادة فعالة. إنه ذو كفاءة عالية ويحقق نسبة تحويل كهروضوئية تبلغ الوضع العاديعند مستوى 20%، وفي ظل ظروف مواتية - حتى 25%.

نظرًا للكفاءة الواضحة لخلايا السيليكون الضوئية، تضمن المولدات المعتمدة عليها إنتاجًا عاليًا نسبيًا حجم صغير. قوة وحدة قياس 1 متر تنتج 125 وات في الساعة، وهي تعتبر نتيجة مبهرة للغاية.

يتم وضع طبقة رقيقة من العناصر الكيميائية السلبية - البورون أو الفوسفور - على جانب واحد من رقاقة السيليكون. على هذا السطح يحدث إطلاق نشط للإلكترونات نتيجة التعرض المكثف لأشعة الشمس. فيلم الفوسفور يحملهم بشكل آمن في مكان واحد ولا يسمح لهم بالتطاير.

توجد "مسارات" معدنية موجودة على لوحة العمل نفسها. وتُبنى عليها إلكترونات حرة، مما يؤدي إلى خلق حركة منظمة، أي تيار كهربائي.

تشمل العيوب الوحيدة للرقائق تعقيد وتكلفة عملية تنقية السيليكون نفسها، ومن أجل تجنب هذه المشاكل، فإنهم يستكشفون بنشاط استخدام البدائل في شكل الغاليوم والكادميوم والإنديوم ومركبات النحاس المختلفة. ومع ذلك، حتى الآن لا يوجد منافسين حقيقيين لعناصر السيليكون.

ماذا تحتاج للعمل؟

لصنع مولد كهربائي في المنزل، تحتاج إلى الأدوات والمواد التالية:

• وحدات لتحويل ضوء الشمس إلى طاقة؛
• زوايا الألومنيوم
• الشرائح الخشبية؛
• صفائح من اللوح
• عنصر شفاف (زجاج، زجاج شبكي، زجاج شبكي، بولي كربونات) لتوفير الحماية لرقائق السيليكون؛
• مسامير ومسامير ذاتية التنصت بأحجام مختلفة ؛
• مطاط رغوي كثيف بسمك 1.5-2.5 مم؛
• مانع التسرب عالي الجودة
• الثنائيات والمحطات والأسلاك.
• مفك البراغي أو مجموعة من المفكات.
• لحام حديد؛
• منشارا للخشب والمعادن (أو طاحونة).

سيعتمد حجم المواد المطلوبة بشكل مباشر على الحجم المخطط للمولد. عمل على نطاق واسعسوف يستلزم تكاليف إضافية، ولكن على أي حال سيكون أرخص من الوحدة النمطية المشتراة.

يمكن أن تكون القاعدة الواقية لرقائق السيليكون مصنوعة من الزجاج أو زجاج شبكي أو بولي كربونات أو زجاج شبكي. إنشاء المواد الثلاث الأولى الحد الأدنى من الخسارةالطاقة المحولة، ولكن الرابع ينقل الأشعة أسوأ بكثير ويقلل بشكل ملحوظ من كفاءة المجمع بأكمله

للاختبار النهائي للوحدة المجمعة، يتم استخدام مقياس التيار الكهربائي. فهو يسمح لك بتسجيل الكفاءة الحقيقية للتثبيت ويساعد في تحديد الإخراج الفعلي.

كيفية اختيار النوع المناسب من محول الصور؟

تبدأ أنشطة إنشاء مولد للطاقة الشمسية بيديك باختيار نوع محول السيليكون الكهروضوئي. هذه المكونات تأتي في ثلاثة أنواع:

• عديم الشكل؛
• أحادي البلورية.
• الكريستالات.

كل خيار له مزاياه وعيوبه، ويتم الاختيار لصالح أي منها على أساس مبلغ الأموال المخصصة لشراء جميع مكونات النظام.

محولات غير متبلورة

لا تتكون الوحدات غير المتبلورة من السيليكون البلوري، بل من مشتقاته (السيلان أو السيليكون الهيدروجيني). ومن خلال الرش في الفراغ، يتم تطبيقها في طبقة رقيقة على رقائق معدنية أو زجاجية أو بلاستيكية عالية الجودة.

المنتجات النهائية لها لون رمادي باهت وغير واضح. لم يتم ملاحظة أي بلورات سيليكون مرئية على السطح. تعتبر الميزة الرئيسية للعناصر سعر معقولإلا أن كفاءتها منخفضة جداً وتتراوح بين 6-10%.

تتمتع الخلايا الشمسية غير المتبلورة المصنوعة من السيليكون بمرونة متزايدة، وتظهر مستويات عالية من الامتصاص البصري (20 مرة أكبر من نظيراتها أحادية أو متعددة البلورات) وتعمل بشكل أكثر كفاءة في الطقس الغائم.

محولات متعددة البلورات

يتم إنتاج الخلايا الشمسية متعددة البلورات عن طريق التبريد التدريجي لذوبان السيليكون ببطء شديد. تتميز المنتجات الناتجة باللون الأزرق الغني، ولها سطح ذو نمط محدد بوضوح يذكرنا بنمط فاتر، وتظهر كفاءة تبلغ حوالي 14-18٪.

يتم إعاقة الأداء العالي الكفاءة من خلال المناطق الموجودة داخل المادة، والتي يتم فصلها عن الهيكل العام بحدود حبيبية.

تعمل الخلايا الشمسية متعددة البلورات لمدة 10 سنوات فقط، ولكن خلال هذا الوقت لا تنخفض كفاءتها. ومع ذلك، لتركيب المنتجات في مجمع واحديجب استخدام قاعدة قوية ومتينة، لأن الألواح صلبة تمامًا وتتطلب دعمًا قويًا وموثوقًا

المحولات أحادية البلورية

تتميز الوحدات أحادية البلورية بالكثافة لون غامقوتتكون من بلورات السيليكون الصلبة. تتجاوز كفاءتها كفاءة العناصر الأخرى وتصل إلى 18-22٪ (في ظل ظروف مواتية - تصل إلى 25٪).

ميزة أخرى هي عمر الخدمة المثير للإعجاب - وفقًا للمصنعين، أكثر من 25 عامًا. ومع ذلك، مع الاستخدام لفترة طويلة، تنخفض كفاءة البلورات المفردة وبعد 10-12 سنة، لا تزيد نسبة الإرجاع الضوئي عن 13-17٪.

تعد الوحدات أحادية البلورية أغلى بكثير من الأنواع الأخرى من المعدات. يتم إنتاجها عن طريق نشر بلورات السيليكون المزروعة صناعياً

لإنشاء مولد للطاقة الشمسية في المنزل بيديك، فإنك تأخذ بشكل أساسي ألواحًا متعددة وأحادية البلورية بأحجام مختلفة. يتم شراؤها من المتاجر الشهيرة عبر الإنترنت، بما في ذلك eBay أو Aliexpress.

نظرًا لحقيقة أن الخلايا الكهروضوئية ذات قيمة عالية جدًا، فإن العديد من الموردين يقدمون للعملاء منتجات من المجموعة ب، أي أجزاء مناسبة للاستخدام الكامل مع وجود عيب بسيط. تختلف تكلفتها عن السعر القياسي بنسبة 40-60%، لذا فإن تجميع المولد يكلف سعرًا معقولًا وليس باهظ الثمن.

كيفية صنع إطار للوحات؟

لتصنيع إطار المولد المستقبلي، يتم استخدام شرائح خشبية قوية أو زوايا من الألومنيوم. يعتبر الخيار الخشبي أقل عملية، لأن المادة تتطلب ذلك معالجة إضافيةلتجنب التعفن والتصفيح اللاحق.

لكي يتحمل الإطار الخشبي الحمل التشغيلي ولا يتعفن بعد المطر الأول، يجب تشريبه بتركيبة خاصة تحمي الخشب من الرطوبة.

الألومنيوم لديه أكثر جاذبية الخصائص البدنيةونظرًا لخفته، فإنه لا يضع حملاً غير ضروري على السطح أو أي هيكل داعم آخر حيث من المقرر تركيب الوحدة.

بالإضافة إلى ذلك، بسبب الطلاء المضاد للتآكل، فإن المعدن لا يصدأ ولا يتعفن ولا يمتص الرطوبة ويقاوم بسهولة آثار أي مظاهر جوية عدوانية.

لإنشاء هيكل إطار من زوايا الألومنيوم، حدد أولاً حجم اللوحة المستقبلية. في الإصدار القياسي، يتم استخدام 36 خلية ضوئية بقياس 81 مم × 150 مم لكل كتلة.

للتشغيل اللاحق الصحيح، يتم ترك فجوة صغيرة (حوالي 3-5 ملم) بين الشظايا. تتيح لك هذه المساحة أن تأخذ في الاعتبار التغيير المعلمات الأساسيةقاعدة تتعرض للعوامل الجوية. ونتيجة لذلك، فإن الحجم الإجمالي لقطعة العمل هو 83 مم × 690 مم مع عرض زاوية الإطار 35 مم.

تبدو رقائق السيليكون الموضوعة في إطار من الألومنيوم تقريبًا مثل المنتجات المصنعة في المصنع. يوفر الإطار المتين والقوي للنظام إحكامًا لا تشوبه شائبة ويعطي الهيكل بأكمله مستوى عالالاستعلاء

بعد تحديد الأبعاد، يتم قطع الأجزاء اللازمة من الزوايا وتجميعها في إطارات الإطار باستخدام السحابات. يتم وضع طبقة من مادة السيليكون المانعة للتسرب على السطح الداخلي للهيكل، مع التأكد من عدم وجود فجوات أو فراغات. تعتمد سلامة وقوة ومتانة الهيكل المثبت على هذا.

مادة واقية شفافة (زجاج مع طلاء مضادة للانعكاسأو زجاج شبكي أو بولي كربونات المعلمات الخاصة) وربطه بشكل آمن بالأجهزة (1 من القصير و 2 من الجزء الطويل من الإطار و 4 من زوايا الجسم). للعمل، استخدم مفك البراغي ومسامير ذات قطر مناسب. في النهاية، يتم تنظيف السطح الشفاف بعناية من الغبار والحطام الصغير.

اختيار عنصر شفاف

المعايير الرئيسية لاختيار عنصر شفاف لإنشاء المولد:

• القدرة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء.
• مستوى انكسار ضوء الشمس.

كلما انخفض معامل الانكسار، زادت كفاءة رقائق السيليكون.

يتمتع زجاج شبكي وزجاج شبكي بأقل معامل انعكاس للضوء. البولي كربونات أيضًا بعيد عن ذلك أفضل أداء. لإنشاء هياكل إطارية لأنظمة الطاقة الشمسية المنزلية، يوصى، إن أمكن، باستخدام زجاج شفاف مضاد للانعكاس أو نوع خاصمادة البولي كربونات مع طلاء مضاد للتكثيف، مما يوفر المستوى المطلوبالحماية الحرارية.

أكثر أفضل الخصائصفيما يتعلق بامتصاص الأشعة تحت الحمراء، يتوفر زجاج شبكي وزجاج متين يمتص الحرارة مع خيار امتصاص الأشعة تحت الحمراء. بالنسبة للزجاج العادي، هذه الأرقام أقل بكثير. تحدد كفاءة امتصاص الأشعة تحت الحمراء ما إذا كانت رقائق السيليكون ستسخن أثناء التشغيل أم لا.

إذا كانت التدفئة في حدها الأدنى، فإن الخلايا الكهروضوئية سوف تستمر لفترة طويلة وتوفر مخرجات مستقرة. سيؤدي ارتفاع درجة حرارة اللوحات إلى انقطاع التشغيل و خروج سريعفشل الأجزاء الفردية من النظام أو المجمع بأكمله.

تركيب خلايا ضوئية من السيليكون

مباشرة قبل التثبيت زجاج أمان، الموضوعة في إطارات من الألومنيوم ، ويتم تنظيفها جيدًا من الغبار وإزالة الشحوم منها بتركيبة تحتوي على الكحول.

يتم وضع الخلايا الكهروضوئية المشتراة بالتساوي على الركيزة المميزة على مسافة 3-5 ملم من بعضها البعض ويتم تحديد زوايا الهيكل العام. ثم يبدأون في لحام العناصر - وهو الجزء الأكثر أهمية والأكثر كثافة في العمل في تجميع المولد.

يتم لحام عناصر تشغيل المولد وفقًا لمخطط تكون فيه "+" هي المسارات من الخارج، و"-" هي القنوات الموجودة على الجانب السفلي من اللوحة. لتوصيل جهات الاتصال بشكل صحيح، قم أولاً بتطبيق التدفق (حمض اللحام) واللحام، ثم قم بإجراء المعالجة بتسلسل صارم من الأعلى إلى الأسفل. في النهاية، جميع الصفوف متصلة ببعضها البعض.

والخطوة التالية هي لصق الخلايا الضوئية. للقيام بذلك، يتم ضغط القليل من مانع التسرب في وسط كل شريحة سيليكون، ويتم قلب سلاسل العناصر الناتجة مع الجانب الخارجي لأعلى ووضعها بما يتفق بدقة مع العلامات المطبقة مسبقًا. اضغط برفق على الألواح بيديك، ثم ثبتها في المكان الصحيح. إنهم يتصرفون بعناية فائقة، ويحاولون عدم إتلاف المواد أو ثنيها.

يتم إخراج جهات الاتصال الخاصة بالخلايا الكهروضوئية الموجودة على طول الحواف إلى حافلة منفصلة(موصل فضي عريض) كـ "+" و"-". بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز المجمع مع صمام ثنائي مانع. من خلال الاتصال بجهات الاتصال، فإنه يمنع البطاريات من التفريغ من خلال هيكل الإطار ليلاً.

في الجزء السفلي من الإطار، يتم عمل ثقوب باستخدام المثقاب الذي يتم من خلاله إخراج الأسلاك. لمنعهم من الترهل، استخدم مانع التسرب السيليكون.

كيفية اختبار الوحدة المثبتة؟

قبل إغلاق المولد المجمع أخيرًا، يجب اختباره لتحديد الأعطال المحتملة أثناء عملية اللحام. الخيار الأكثر منطقية هو التحقق من كل صف ملحوم بشكل منفصل. بهذه الطريقة سيتضح على الفور مكان ضعف اتصال جهات الاتصال وتتطلب إعادة المعالجة.

لإجراء الاختبار، استخدم مقياس التيار الكهربائي المنزلي. يتم إجراء القياس في يوم مشمس صافٍ موعد الغذاء(الفترة من 13 إلى 15 ساعة). يتم وضع الهيكل في الفناء وتثبيته بزاوية الميل المناسبة.

يساعد مقياس التيار الكهربائي المنزلي في قياس التيار الفعلي. وبناء على قراءاتها يمكن تحديد مستوى أداء النظام الشمسي المثبت وتحديد المخالفات في تسلسل توصيل خلايا السيليكون الضوئية

يتم توصيل مقياس التيار الكهربائي بملامسات إخراج البطارية الشمسية ويتم قياس تيار الدائرة القصيرة. إذا أظهر الجهاز نتائج أعلى من 4.5 أمبير، فإن النظام صحيح تمامًا وجميع التوصيلات ملحومة بشكل واضح وصحيح. تشير البيانات المنخفضة التي تظهر على شاشة الاختبار إلى الانتهاكات التي يجب تتبعها وإعادة لحامها.

تقليديا، تظهر مولدات الطاقة الشمسية المصنوعة من الخلايا الكهروضوئية التي بها عيب طفيف (المجموعة ب) أرقامًا من 5 إلى 10 أمبير في الاختبار. تظهر الوحدات المنتجة في المصنع بيانات أعلى بنسبة 10-20%. ويفسر ذلك حقيقة أن الإنتاج يستخدم رقائق السيليكون من المجموعة أ، والتي لا تحتوي على أي عيوب في الهيكل.

المرحلة النهائية من العمل

إذا أظهر الاختبار أن البطارية تعمل بكامل طاقتها، فهي مختومة بمادة مانعة للتسرب من السيليكون أو مركب إيبوكسي أكثر تكلفة ومتينًا. يتضمن العمل طريقتين للقيام بذلك.

1. الحشوة الكاملة - عندما يتم تغطية السطح بالكامل بمركب مانع للتسرب.
2. المعالجة الجزئية - عندما يتم تطبيق المادة المانعة للتسرب فقط على العناصر الخارجية والمساحة الفارغة بين العناصر.

يعتبر الخيار الأول أكثر موثوقية ويوفر للنظام حماية كاملة من التعرض عوامل خارجية. يتم تثبيت الخلايا الكهروضوئية بشكل واضح في مكانها وتعمل بشكل صحيح وبأقصى قدر من الكفاءة.

لإغلاق الخلايا الكهروضوئية داخل المبيت، يُنصح باستخدام مادة مانعة للتسرب مقاومة للصقيع يمكنها تحمل التغيرات المفاجئة في درجات الحرارة ودرجات الحرارة المنخفضة تحت الصفر.

عند اكتمال التعبئة، يُسمح للمادة المانعة للتسرب "بالضبط". ثم التستر عنصر شفافوضغطت بقوة على اللوحات.

من أجل ضمان حماية إضافيةوالاستهلاك، يوصي بعض الحرفيين بين سطح لوح السيليكون و خلفضع المطاط الرغوي الكثيف على الإطار. وهذا سيجعل الهيكل أكثر تكاملاً ويحمي الخلايا الكهروضوئية الهشة من الأحمال غير الضرورية.

ثم يتم وضع وزن على السطح، والذي يعمل على الطبقات ويخرج منها فقاعات الهواء. يتم اختبار المولد النهائي مرة أخرى وتثبيته أخيرًا في مكان مُجهز مسبقًا.

أين وكيف تضع المولد؟

يتم اختيار موقع تركيب المولد الشمسي بعناية فائقة وبدون تسرع. يجب وضع الألواح التي تستقبل الضوء بزاوية بحيث لا "تسقط" الأشعة بشكل عمودي على السطح، بل يبدو أنها "تتدفق" بدقة على طوله. من الناحية المثالية، يتم وضع الهيكل بحيث يظل من الممكن، إذا لزم الأمر، ضبط زاوية الميل، وبهذه الطريقة، "الالتقاط" الحد الأقصى للمبلغشمس.

من المقبول تمامًا تركيب نظام شمسي على الأرض، ولكن في أغلب الأحيان يتم اختيار سقف المنزل أو غرفة المرافق لوضعه، أي ذلك الجزء منه الذي يواجه الجانب الأكثر تكريسًا، وخاصة الجانب الجنوبي من الموقع. من المهم جدًا عدم وجود مباني عالية أو أشجار قوية منتشرة في مكان قريب. كونها على مقربة من بعضها البعض، فإنها تخلق ظلًا وتتداخل مع التشغيل الكامل للوحدة.

ل المنشآت الشمسيةعملت بشكل جيد، ويجب أن تبقى نظيفة ومرتبة. تعمل طبقة من الأوساخ المتكونة على سطح لوحة الالتقاط على تقليل الكفاءة بنسبة 10%، كما يؤدي الثلج الملتصق إلى إيقاف تشغيل الوحدة تمامًا. لذلك، تعد الصيانة الدورية أمرًا ضروريًا وتساعد في الحفاظ على الوحدات في حالة تشغيل مثالية.

يعتبر متوسط ​​\u200b\u200bمستوى انحدار السقف لتركيب مولد للطاقة الشمسية 45 درجة. مع هذا الترتيب، تمتص الخلايا الضوئية التدفق الشمسي بكفاءة عالية وتنتج كمية الطاقة اللازمة لتشغيل المنزل بشكل صحيح.

للحصول على عوائد حقيقية من الألواح وتزويد الأسرة المتوسطة بالكمية المطلوبة من الطاقة، سيتعين عليك شغل 15-20 مترًا مربعًا من سطح السقف لمولد الطاقة الشمسية

بالنسبة للجزء الأوروبي من بلدان رابطة الدول المستقلة، تنطبق مؤشرات مختلفة قليلا. يوصي المحترفون باستخدام زاوية ميل ثابتة تبلغ 50-60 درجة مئوية كأساس، وفي الهياكل المتحركة خلال فصل الشتاء، يتم وضع البطاريات بزاوية 70 درجة مئوية مع الأفق.

في الصيف، قم بتغيير موضع الخلايا الكهروضوئية وإمالة الخلايا الضوئية بزاوية 30 درجة.

من خلال تركيب لوحات المولدات على نظام المسار المجهز بخيار التتبع التلقائي لأشعة الشمس، يمكنك زيادة كفاءة الإنتاج بنسبة 50%. ستقوم الوحدة بالكشف بشكل مستقل عن شدة الأشعة وستتكيف مع الحد الأقصى للإضاءة من الفجر حتى غروب الشمس

مباشرة قبل التثبيت، يتم تعزيز السقف بشكل إضافي وتجهيزه بدعم قوي خاص، لأنه ليس كل هيكل قادر على تحمل الوزن الكامل لمعدات تحويل الطاقة الشمسية.

لتثبيت مولد الطاقة الشمسية على السطح بشكل موثوق وثابت، فإن الأمر يستحق شراء أدوات تثبيت خاصة. يتم إنتاجها بشكل منفصل لكل نوع من أنواع الأسقف وتكون متاحة دائمًا للبيع. عند التثبيت بين الألواح والسقف، من الضروري ترك فجوة للوصول الكامل للهواء والتهوية الصحيحة للعناصر الممتصة للشمس

في بعض الحالات، يتم وضع عوارض خشبية معززة تحت السقف لحماية السقف من الانهيار، ربما بسبب زيادة الحمل، والذي يزداد بشكل ملحوظ في فصل الشتاء عندما يتراكم الثلج على سطح السقف.

استنتاجات وفيديو مفيد حول هذا الموضوع

الميزات والفروق الدقيقة في لحام الخلايا الكهروضوئية لصنع مولد شمسي فعال بيديك في المنزل. تلميحات ونصائح للحرفيين، وأفكار مثيرة للاهتمام وتجارب شخصية.

كيفية اختبار الخلية الكهروضوئية بشكل صحيح وقياس معالمها الرئيسية. ستكون هذه المعلومات مفيدة في الحسابات اللاحقة للعدد الدقيق للوحات المطلوبة عمل كاملأنظمة.

مكتمل وصف خطوة بخطوةعملية تجميع البطارية الشمسية للمولد في المنزل. قواعد التشغيل تبدأ من الاستحواذ العناصر الضروريةوالنهاية اختبار عامالجهاز المصنع .

إن معرفة هيكل مولدات الطاقة الشمسية وتجميعها في المنزل لن يكون بالأمر الصعب. وبطبيعة الحال، سيتطلب العمل الاهتمام والدقة والدقة، ولكن النتيجة تبرر جميع التكاليف المالية وتكاليف العمالة. وحدة جاهزة في كلياسيزود المبنى بالحرارة والكهرباء، مما يخلق المستوى الضروري من الراحة للسكان.

ليس هناك فائدة من البدء بمشروع كبير على الفور. لتبدأ، من المنطقي تجربة يدك في تجميع وحدة صغيرة، وبعد ذلك، بعد أن أتقنت بالكامل جميع الفروق الدقيقة في العملية، ابدأ في بناء تثبيت أكثر قوة وواسعة النطاق.

لقد دارت نقاشات ونقاشات حول الطاقة الشمسية وآفاق تطويرها منذ سنوات عديدة. يعتبر معظم الناس أن الطاقة الشمسية هي طاقة المستقبل، وأمل البشرية جمعاء. يقوم عدد كبير من الشركات باستثمارات جادة في بناء محطات الطاقة الشمسية. تسعى العديد من الدول حول العالم إلى تطوير الطاقة الشمسية، معتبرة إياها البديل الرئيسي لمصادر الطاقة التقليدية. أصبحت ألمانيا، كونها بعيدة عن أن تكون دولة مشمسة، رائدة على مستوى العالم في هذا المجال. وتنمو القدرة الإجمالية لمصانع الطاقة المستدامة في ألمانيا سنة بعد سنة. كما أنهم يشاركون بجدية في التطورات في مجال الطاقة الشمسية في الصين. ووفقا للتوقعات المتفائلة لوكالة الطاقة الدولية، فإن محطات الطاقة الشمسية ستكون قادرة على إنتاج ما يصل إلى 20-25% من الكهرباء العالمية بحلول عام 2050.
وتعتمد النظرة البديلة لآفاق محطات الطاقة الشمسية على حقيقة أن التكاليف اللازمة لتصنيع الألواح الشمسية وأنظمة البطاريات أعلى بعدة مرات من الربح من الكهرباء التي تنتجها محطات الطاقة الشمسية. ويدعي معارضو هذا الموقف أن العكس هو الصحيح. يمكن للألواح الشمسية الحديثة أن تعمل دون استثمارات رأسمالية جديدة لعشرات أو حتى مئات السنين؛ وإجمالي الطاقة التي تنتجها لا نهائي. ولهذا السبب، على المدى الطويل، لن تصبح الكهرباء التي يتم الحصول عليها باستخدام الطاقة الشمسية مربحة فحسب، بل مربحة للغاية.
أين الحقيقة؟ دعونا نحاول معرفة ذلك معكم أيها القراء الأعزاء. سنلقي نظرة على الأساليب الحديثة في مجال الطاقة الشمسية وبعض الأفكار الأكثر إبداعًا التي تم تنفيذها بالفعل حتى الآن. سنحاول التثبيت كفاءة الطاقة الشمسيةالبطاريات التي تعمل حاليًا، افهم سبب انخفاض هذه الكفاءة اليوم.

كفاءة الألواح الشمسية في روسيا
وفق البحوث الحديثةتبلغ الطاقة الشمسية حوالي 1367 واط لكل 1 متر مربع (الثابت الشمسي). وعند خط الاستواء يصل إلى الأرض عبر الغلاف الجوي 1020 واط فقط. على أراضي روسيا، بمساعدة محطات الطاقة الشمسية (شريطة أن تبلغ كفاءة الخلايا الشمسية اليوم 16٪)، في المتوسط، يمكنك الحصول على 163.2 واط لكل متر مربع.
مع مراعاة الظروف الجوية وطول النهار والليل وكذلك نوع تركيب الألواح الشمسية (لا يؤخذ في الاعتبار كفاءة البطارية الشمسية).
إذا تم تركيب كيلومتر مربع من الألواح الشمسية في موسكو بزاوية 40 درجة (وهو الأمثل لموسكو)، فإن الحجم السنوي للكهرباء المولدة سيكون 1173 * 0.16 = 187.6 جيجاوات في الساعة. ومع سعر كهرباء يبلغ 3 روبل لكل كيلووات/ساعة، تبلغ التكلفة المشروطة للكهرباء المولدة 561 مليون روبل.

الطرق الأكثر شيوعًا لتوليد الكهرباء باستخدام الشمس هي:

محطات الطاقة الحرارية الشمسية
تدور المرايا الضخمة لمحطات الطاقة الشمسية هذه وتلتقط أشعة الشمس وتعكسها على المجمع. يعتمد مبدأ تشغيل محطات توليد الطاقة هذه على تحويل الطاقة الحرارية للشمس إلى كهرباء ميكانيكية لآلة ديناميكية حرارية، إما باستخدام محرك ستيرلنغ ذو المكبس الغازي، أو عن طريق تسخين المياه، وما إلى ذلك.

على سبيل المثال، لنتأمل هنا محطة إيفانباه للطاقة (قدرتها 392 ميجاوات)، والتي استثمرت فيها شركة جوجل القديرة. تم استثمار أكثر من ملياري دولار أمريكي في بناء محطة للطاقة الشمسية تقع في صحراء موهافي في كاليفورنيا. تم إنفاق 5612 دولارًا على 1 كيلووات من سعة محطة الطاقة الشمسية المركبة. ويعتقد الكثيرون أن هذه التكاليف، رغم أنها أعلى من تكاليف بناء محطات توليد الطاقة بالفحم، إلا أنها أقل بكثير من تكاليف بناء محطات الطاقة النووية. ولكن هل هو كذلك؟ أولاً، تتكلف محطة الطاقة النووية ما بين 2000 دولار إلى 4000 دولار لكل كيلووات من طاقتها المركبة، وهو أرخص من التكاليف التي أنفقت على بناء إيفانباه. ثانياً: يبلغ توليد الكهرباء السنوي لمحطة الطاقة الشمسية 1079 جيجاوات/ساعة، أي أن متوسط ​​قدرتها السنوية 123.1 ميجاوات. بالإضافة إلى ذلك، فإن محطة الطاقة الشمسية قادرة على توليد الطاقة الشمسية فقط خلال ساعات النهار. وبالتالي، تصل التكلفة “المتوسطة” لإنشاء محطة الطاقة الشمسية إلى 17870 دولارًا لكل كيلوواط، وهو سعر كبير جدًا. ولعل الشيء الوحيد الذي قد يكون أكثر تكلفة هو توليد الكهرباء في الفضاء الخارجي. تكاليف بناء محطات الطاقة التقليدية التي تعمل بالغاز، على سبيل المثال، أقل بنسبة 20-40 مرة. علاوة على ذلك، وعلى عكس محطات الطاقة الشمسية، يمكن لمحطات الطاقة هذه أن تعمل بشكل مستمر، وتنتج الكهرباء عندما تكون هناك حاجة إليها، وليس فقط خلال تلك الساعات التي تكون فيها الشمس مشرقة.
لكننا نعلم أن محطات الطاقة الحرارية الشمسية الحديثة قادرة على توليد الكهرباء على مدار الساعة، وذلك باستخدام كمية كبيرة من المبرد الذي يتم تسخينه طوال ساعات النهار. إنهم يحاولون فقط عدم الإعلان عن تكلفة بناء هذه المحطات أكثر من اللازم، ربما لأنها كبيرة. وإذا قمت بإدراج البطاريات في تكلفة تصميم وبناء محطات الطاقة الشمسية، وخاصة بناء محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ، فإن المبلغ سيرتفع إلى أبعاد رائعة.

الخلايا الشمسية السيليكونية
اليوم، يتم استخدام الخلايا الكهروضوئية شبه الموصلة لتشغيل محطات الطاقة الشمسية، وهي عبارة عن ثنائيات شبه موصلة ذات مساحة كبيرة. يولد الضوء الكمي المتطاير في الوصلة pn زوجًا من ثقب الإلكترون، ويتم إنشاء انخفاض في الجهد (حوالي 0.5 فولت) عند مخرجات الثنائي الضوئي.
تبلغ كفاءة بطارية السيليكون الشمسية حوالي 16%. لماذا الكفاءة منخفضة جدا؟ من أجل تكوين زوج من الثقوب الإلكترونية، هناك حاجة إلى كمية معينة من الطاقة. إذا كان الكم الضوئي القادم ذو طاقة منخفضة، فلن يحدث توليد الزوج. في هذه الحالة، سوف يمر الكم الخفيف ببساطة عبر السيليكون، كما هو الحال من خلال الزجاج العادي. وهذا هو السبب في أن السيليكون شفاف بالنسبة للأشعة تحت الحمراء التي تتجاوز 1.2 ميكرون. إذا وصل كم ضوئي بطاقة أكبر مما هو مطلوب للتوليد (الضوء الأخضر)، فسيتم تشكيل زوج، لكن الطاقة الزائدة ببساطة لن تذهب إلى أي مكان. مع الضوء الأزرق والأشعة فوق البنفسجية (التي تكون طاقتها عالية جدًا)، قد لا يكون لدى الكم الوقت الكافي للوصول إلى الحد الأقصى أعماق ص نانتقال.

بغرض ضوء الشمسلا ينعكس عن سطح البطارية الشمسية، ويتم تطبيق طلاء خاص مضاد للانعكاس عليه (يتم تطبيق نفس الطلاء أيضًا على عدسات عدسة التصوير الفوتوغرافي). يصبح نسيج السطح غير متساوي (على شكل مشط). في هذه الحالة، فإن تدفق الضوء، الذي ينعكس من السطح مرة واحدة، يعود مرة أخرى.
يتم زيادة كفاءة الخلايا الكهروضوئية من خلال الجمع بين الخلايا الكهروضوئية المعتمدة على أشباه الموصلات المختلفة والطاقات المختلفة اللازمة لتوليد زوج من ثقب الإلكترون. بالنسبة للخلايا الشمسية السيليكونية ثلاثية المراحل، يتم تحقيق كفاءة بنسبة 44% وأكثر. يعتمد مبدأ تشغيل الخلية الكهروضوئية ثلاثية المراحل على حقيقة أنه يتم أولاً تركيب خلية كهروضوئية، والتي تمتص الضوء الأزرق بشكل فعال، وتنقل الضوء الأحمر والأخضر. الخلية الضوئية الثانية تمتص اللون الأخضر، والثالثة تمتص الأشعة تحت الحمراء. ومع ذلك، فإن الخلايا الكهروضوئية ثلاثية المراحل باهظة الثمن للغاية اليوم، لذلك يتم استخدام الخلايا الكهروضوئية أحادية المرحلة الأرخص على نطاق واسع، والتي، نظرًا لسعرها، تتقدم على الخلايا الكهروضوئية ثلاثية المراحل من حيث الوات/الدولار.
تعمل الصين على تطوير إنتاج خلايا السيليكون الشمسية بوتيرة هائلة، مما يؤدي إلى انخفاض تكلفة الواط الواحد. وفي الصين يبلغ سعره حوالي 0.5 دولار لكل واط.
الأنواع الرئيسية للخلايا الشمسية السيليكونية هي:
أحادي البلورية
متعدد البلورات
كفاءة الخلايا الشمسية أحادية البلورات، وهي أكثر تكلفة، أعلى قليلاً (1٪ فقط) من كفاءة الخلايا الشمسية متعددة البلورات. توفر الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات اليوم أرخص تكلفة لكل 1 واط من الكهرباء المولدة.
خلايا السيليكون الشمسية لا تدوم إلى الأبد على مدار أكثر من 20 عامًا من العمل في بيئة عدوانية، تفقد أكثرها تقدمًا ما يصل إلى 15 بالمائة من قوتها الأصلية. هناك سبب للاعتقاد بأن تدهور الألواح الشمسية سوف يتباطأ في المستقبل.

خلية ضوئية من السيليكون ومرآة مكافئة
يبذل المخترعون في جميع أنحاء العالم كل المحاولات الممكنة لزيادة الربحية الاقتصادية لمحطات الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، إذا أخذت خلية شمسية صغيرة من السيليكون عالية الكفاءة ومرآة مكافئة (الخلايا الكهروضوئية المركزة)، فيمكنك تحقيق كفاءة بنسبة 40٪ بدلاً من 16، في حين أن المرآة أرخص بكثير من الخلية الشمسية. لكن تتبع الشمس يتطلب آليات موثوقة. يجب تعزيز القرص الدوار الضخم للمرآة بشكل موثوق وحمايته من هبوب الرياح القوية والعوامل البيئية العدوانية. المشكلة الثانية هي أن المرايا المكافئة لا يمكنها تركيز الضوء المتناثر. إذا غربت الشمس حتى خلف السحب الرقيقة، فإن إنتاج الطاقة باستخدام نظام القطع المكافئ سينخفض ​​إلى الصفر. في ظل هذه الظروف، تعمل الألواح الشمسية التقليدية أيضًا على تقليل إنتاج الطاقة الحرارية بشكل خطير، ولكن ليس إلى الصفر. تعتبر الألواح الشمسية ذات المرايا المكافئة باهظة الثمن من حيث تكلفة التركيب ومكلفة للصيانة.

خلايا شمسية مستديرة على الأسطح
قامت الشركة الأمريكية Solyndra، بدعم من الحكومة، بتصميم خلايا شمسية مستديرة الشكل. تم تركيبها على أسطح مطلية باللون الأبيض. تم تصنيع الخلايا الشمسية ذات الشكل الدائري عن طريق رش طبقة موصلة (في حالة سوليندرا، تم استخدام النحاس والإنديوم الغاليوم (دي) سيلينيد) على أنابيب زجاجية. وكانت الكفاءة الفعلية للبطاريات المستديرة حوالي 8.5%، وهي أقل من بطاريات السيليكون الأرخص. وأفلست شركة سوليندرا، التي تلقت ضمانات حكومية للحصول على قرض ضخم. في التكنولوجيا، الكفاءة الاقتصاديةالأمر الذي كان موضع شك كبير منذ البداية، فقد استثمر الاقتصاد الأمريكي مبالغ كبيرة من المال. إن الضغط "الناجح" لصالح التكنولوجيات غير الفعّالة لا يقتصر على المعرفة الروسية فحسب.

مشكلة كبيرةطاقة شمسية!
ومن المعروف أن محطات الطاقة الشمسية تولد الكهرباء خلال النهار، بينما ينشأ الطلب الكبير على الكهرباء تحديداً في ساعات المساء. وهذا يعني أنه بدون البطاريات لن تكون محطات الطاقة الشمسية فعالة. خلال ذروة استهلاك الكهرباء في المساء، يجب استخدام مصادر بديلة (كلاسيكية) للكهرباء. خلال النهار، سيتعين إيقاف تشغيل بعض محطات الطاقة التقليدية، وسيتعين الاحتفاظ ببعضها في احتياطي ساخن في حالة سوء الأحوال الجوية. إذا كانت الغيوم معلقة فوق محطة للطاقة الشمسية، فيجب أن توفر النسخة الاحتياطية الكهرباء المفقودة. ونتيجة لذلك، تبقى قدرات التوليد الكلاسيكية في الاحتياطي وتخسر ​​الأرباح.

هناك طريقة أخرى. وينعكس ذلك في مشروع ديزيرتيك - نقل الكهرباء من أفريقيا إلى أوروبا. وبمساعدة خطوط الكهرباء، خلال ذروة استهلاك الكهرباء المسائية، يمكن نقل الكهرباء من محطات الطاقة الشمسية الموجودة في تلك المناطق الكرة الأرضية، حيث يكون في هذا الوقت ذروة يوم مشمس. لكن هذه الطريقة، قبل التحول إلى الموصلات الفائقة، تتطلب تكاليف مالية ضخمة، فضلا عن كافة أنواع التنسيق بين الدول المختلفة.

استخدام البطاريات
لقد وجدنا أن متوسط ​​تكلفة الواط الواحد الذي تنتجه بطارية شمسية هو 0.5 دولار. خلال النهار (8 ساعات)، تكون البطارية قادرة على توليد طاقة تصل إلى 8 وات/ساعة. ويجب تخزين هذه الطاقة حتى ذروة استهلاك الكهرباء في المساء.
تبلغ تكلفة بطاريات الليثيوم التي تم تطويرها في الصين حوالي 0.4 دولار لكل واط ساعة، وبالتالي فإن تكلفة الخلية الشمسية 0.5 دولار لكل واط تتطلب بطاريات تبلغ تكلفتها 3.2 دولار، وهو ما يعادل ستة أضعاف تكلفة البطارية نفسها. معتبرا أن بطارية ليثيوممصممة بحد أقصى 2000 دورة شحن وتفريغ، أي من ثلاث إلى ست سنوات، يمكننا أن نستنتج أن بطارية الليثيوم هي حل مكلف للغاية.
أرخص البطاريات هي حمض الرصاص. سعر بالجملةوهذه بعيدة كل البعد عن الأنظمة الأكثر صداقة للبيئة، حيث تبلغ حوالي 0.08 دولار لكل واط في الساعة. تم تصميم بطاريات الرصاص الحمضية، مثل بطاريات الليثيوم، لمدة 3-6 سنوات من التشغيل. تبلغ كفاءة بطارية الرصاص الحمضية 75%. تفقد هذه البطارية ربع طاقتها في دورة الشحن والتفريغ. للحفاظ على إنتاج الطاقة الشمسية يوميًا، ستحتاج إلى شراء بطاريات الرصاص الحمضية مقابل 0.64 دولار. ونرى أن هذا أيضًا أكثر من تكلفة البطاريات نفسها.
تم تطوير محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ لمحطات الطاقة الشمسية الحديثة. خلال ساعات النهار، يتم ضخ المياه فيها، وفي الليل تعمل مثل محطات الطاقة الكهرومائية العادية. لكن بناء محطات الطاقة هذه (بكفاءة تصل إلى 90%) ليس ممكنًا دائمًا وهو مكلف للغاية.
يمكننا أن نصل إلى نتيجة مخيبة للآمال. اليوم، البطاريات أغلى من محطات الطاقة الشمسية نفسها. لا يتم توفيرها لمحطات الطاقة الشمسية الكبيرة. ومع توليد الكهرباء، تقوم محطات الطاقة الشمسية الكبيرة ببيعها لشبكات التوزيع. وفي المساء والليل، يتم توليد الكهرباء عن طريق محطات الطاقة التقليدية.

الطاقة الشمسية – ما هو سعرها اليوم؟
لنأخذ على سبيل المثال ألمانيا، الرائدة عالمياً في استخدام الطاقة الشمسية. يتم شراء كيلووات من الطاقة الشمسية المولدة (حتى أثناء النهار، ولكن هذه الكهرباء أرخص) في هذا البلد بسعر يتراوح بين 12 إلى 17.45 سنت يورو لكل كيلووات في الساعة. نظرًا لأن محطات توليد الطاقة بالغاز في ألمانيا لا تزال قيد الإنشاء أو التشغيل أو في حالة احتياطية ساخنة، فإن محطات الطاقة الشمسية في هذا البلد تساعد في الواقع في توفير الغاز الروسي.
وتبلغ تكلفة الغاز الروسي اليوم 450 دولارا لكل ألف متر مكعب. ومن هذا الحجم من الغاز (كفاءة التوليد 40%) يمكن توليد حوالي 4.32 جيجاوات من الكهرباء. وبالتالي، مقابل 1 كيلوواط ساعة من الكهرباء المولدة من الشمس، يوفر الغاز الروسي مبلغًا قدره 0.104 دولار أو 7.87 سنت يورو. هذه هي التكلفة العادلة لتوليد الطاقة الشمسية غير المنظم. وبالتالي فإن الطاقة الشمسية في ألمانيا مدعومة حاليًا بنسبة 50٪ من الدولة. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن ألمانيا تعمل بسرعة على خفض تكلفة توليد الكهرباء من الشمس.

استخلاص النتائج
يتم الحصول على الكهرباء الشمسية الأكثر اقتصادا (0.5 دولار لكل 1 واط) اليوم باستخدام بطاريات الطاقة الشمسية متعددة البلورات. جميع الطرق الأخرى لتوليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية هي أكثر تكلفة من حيث الحجم.
المشكلة الأساسية للطاقة الشمسية لا تزال ليست كفاءة الألواح الشمسية، وليس السعر، وليس EROEI، وهو لانهائي من الناحية النظرية. المشكلة الرئيسية هي تقليل تكلفة توليد الطاقة الشمسية التي يتم الحصول عليها خلال النهار وتوفير هذه الطاقة لاستهلاك الذروة في المساء. في الواقع، في الوقت الحاضر، تعد أنظمة البطاريات، التي تتراوح مدة خدمتها من ثلاث إلى ست سنوات، أكثر تكلفة بعدة مرات من الألواح الشمسية نفسها.
يعتبر توليد الطاقة الشمسية على نطاق واسع اليوم مجرد وسيلة لتوفير جزء صغير من الوقود الأحفوري التقليدي خلال النهار. الطاقة الشمسية ليست قادرة بعد على تولي العبء بشكل كامل خلال ساعات الذروة المسائية لاستهلاك الطاقة وتقليل عدد محطات الطاقة النووية ومحطات الفحم والغاز والطاقة الكهرومائية، والتي يجب أن تقف احتياطيًا خلال النهار وتأخذ دورًا كبيرًا تحميل الطاقة في المساء.
إذا، نتيجة لتشديد التعريفات (والتي، على سبيل المثال، ستجعل من المربح لمنتجي الهيدروجين والألومنيوم تشغيل إنتاج التحليل الكهربائي خلال النهار)، فإن الذروة في استهلاك الكهرباء تتحول إلى ساعات النهار، فإن الطاقة الشمسية ستكون أكثر خطورة آفاق التنمية.
تكلفة توليد الطاقة الشمسية، “غير المنظمة”، لا يمكن مقارنتها بتكلفة توليد الكهرباء في محطات الطاقة التقليدية، التي يمكنها توليدها بحرية في أي وقت عند الحاجة إليها.
يجب ألا تتجاوز تكلفة الكهرباء الشمسية تكلفة الوقود الأحفوري الذي يتم توفيره بمساعدتها. على سبيل المثال، إذا كان سعر الغاز في ألمانيا يبلغ 450 دولارًا، فإن سعر توليد الطاقة الشمسية في هذا البلد يجب ألا يتجاوز 0.1 دولار لكل كيلووات في الساعة، وإلا فإن الطاقة الشمسية في هذا البلد غير مربحة. وطالما ظل الوقود الأحفوري رخيصا ومتاحا بسهولة، فإن توليد الطاقة الشمسية لن يكون مجديا اقتصاديا.
في الوقت الحالي، يعد استخدام الطاقة الشمسية وأنظمة البطاريات الشمسية باهظة الثمن أمرًا مجديًا اقتصاديًا فقط لتلك المناطق والمواقع التي لا توجد فيها خيارات أخرى للاتصال بالشبكة الكهربائية. على سبيل المثال، في محطة خلوية نائية وحيدة.
ومع ذلك، لا ننسى ما يلي عوامل مهمةمما يبعث على التفاؤل عند النظر في الطاقة الشمسية:
1. تكلفة الوقود الأحفوري ترتفع بشكل مطرد مع تضاؤل ​​احتياطياته.
2. السياسة الحكومية المعقولة تجعل استخدام محطات الطاقة الشمسية أكثر ربحية.
3. التقدم لا يقف ساكنا! تتزايد كفاءة محطات الطاقة الشمسية، ويجري تطوير تقنيات جديدة في توليد وتخزين الكهرباء.

لذلك، أود أن أصدق أنه خلال 3-5 سنوات سيكون من الممكن كتابة مراجعة أكثر إيجابية لقطاع الطاقة هذا!