إن التحويل الفعال لأشعة الشمس الحرة إلى طاقة يمكن استخدامها لتشغيل المساكن والمرافق الأخرى هو حلم عزيز لكثير من المدافعين عن الطاقة الخضراء.
لكن مبدأ تشغيل البطارية الشمسية ، وكفاءتها بحيث لا حاجة للحديث عن الكفاءة العالية لهذه الأنظمة. سيكون من الجيد أن يكون لديك مصدر إضافي للكهرباء. اليس كذلك؟ علاوة على ذلك ، حتى اليوم في روسيا ، بمساعدة الألواح الشمسية ، يتم تزويد عدد كبير من الأسر الخاصة بنجاح بالكهرباء "غير المجانية". ما زلت لا تعرف من أين تبدأ؟
فيما يلي سنخبرك عن الجهاز ومبادئ تشغيل الألواح الشمسية ، وستكتشف ما تعتمد عليه كفاءة النظام الشمسي. وستساعد مقاطع الفيديو المنشورة في المقالة على تجميع الألواح الشمسية من الخلايا الضوئية.
الألواح الشمسية: المصطلحات
في موضوع "الطاقة الشمسية" هناك الكثير من الفروق والخلط. غالبًا ما يكون من الصعب على المبتدئين فهم جميع المصطلحات غير المألوفة في البداية. ولكن بدون ذلك ، فإن الانخراط في الطاقة الشمسية ، والحصول على معدات لتوليد التيار "الشمسي" ، أمر غير معقول.
دون علم ، لا يمكنك فقط اختيار اللوحة الخاطئة ، ولكن ببساطة حرقها عند توصيلها أو استخراج طاقة قليلة جدًا منها.
معرض الصور
صورة من
يتيح لك التثبيت من الألواح الشمسية استخدام الطاقة الشمسية المجانية التي لا تنضب من أشعة الشمس
ستوفر محطات الطاقة المصغرة التي يتم تجميعها من الألواح الشمسية الطاقة للأجسام غير الكهربائية والمنازل الواقعة في المناطق التي تعاني من انقطاع التيار الكهربائي
تحتل التركيبات التي تعالج الأشعة فوق البنفسجية في الكهرباء الحد الأدنى من المساحة. وهي تقع على أسطح المنازل والمباني الملحقة والمرائب والأشجار والشرفات الأرضية. أقل شيوعًا ، فهي تقع في مناطق مفتوحة لا تشغلها المباني والمزارع.
الألواح الشمسية هي معدات لا غنى عنها لعشاق السفر. سيوفر الطاقة بعيداً عن مصادر الطاقة
سيوفر استخدام الطاقة الشمسية فرصة لتقليل تكلفة صيانة البيوت الصيفية والمنازل الريفية بشكل كبير. يمكنك تجميع وتركيب نظام فعال من حيث التكلفة دون صعوبة بأيديكم
ستوفر الألواح الشمسية الموجودة في مؤخرة اليخت أو سطح السفينة أو قوس القارب الطاقة الكهربائية ، والتي بفضلها يمكن الحفاظ على اتصال مستقر مع الشاطئ
لوحة شمسية محمولة مزودة ببطارية تقضي على حدوث الحالات القصوى بعيدًا عن المستوطنات ، وتضمن شحن الأجهزة المحمولة للتواصل مع أحبائهم
تعمل الشواحن خفيفة الوزن والمدمجة التي تعمل بالطاقة الشمسية والمصممة خصيصًا للمشي لمسافات طويلة على تشغيل الهواتف وأجهزة الاتصال اللاسلكي والأجهزة اللوحية وتكنولوجيا الوسائط
الاستخدام الرشيد للموارد الطبيعية
توريد الطاقة للمنشآت غير الكهربائية
تركيب الألواح الشمسية على السطح
التخييم البطارية الشمسية المتنقلة
التثبيت المستقل في منطقة الضواحي
مولد كهرباء في رحلات القوارب
لوحة شمسية محمولة مع بطارية
جهاز موفر للمساحة الدنيا
تحتاج أولاً إلى فهم أنواع المعدات الحالية للطاقة الشمسية. تعتبر الألواح الشمسية ومجمعات الطاقة الشمسية جهازين مختلفين جوهريًا. كلاهما يحول طاقة أشعة الشمس.
ومع ذلك ، في الحالة الأولى ، يتلقى المستهلك الطاقة الكهربائية في المخرج ، وفي الحالة الثانية الطاقة الحرارية في شكل مبرد ساخن ، أي تستخدم الألواح الشمسية لتدفئة المنزل.
لا يمكن الحصول على أقصى عائد من الألواح الشمسية إلا من خلال معرفة كيفية عملها ، والمكونات والمكونات التي تتكون منها وكيف ترتبط جميعها بشكل صحيح
الفروق الدقيقة الثانية هي مفهوم مصطلح "البطارية الشمسية" نفسها. عادةً ، تشير كلمة "بطارية" إلى نوع من أجهزة تخزين الطاقة. أو يتبخر مشعاع التدفئة العادي. ومع ذلك ، في حالة البطاريات الشمسية ، يختلف الوضع جذريًا. إنهم لا يجمعون أي شيء في أنفسهم.
تولد الألواح الشمسية تيارًا كهربائيًا ثابتًا. لتحويله إلى متغير (يستخدم في الحياة اليومية) ، يجب أن يكون العاكس موجودًا في الدائرة
تم تصميم الألواح الشمسية حصريًا لتوليد التيار الكهربائي. وهي بدورها تتراكم لتزويد المنزل بالكهرباء في الليل ، عندما تغرب الشمس فوق الأفق ، وهي موجودة بالفعل في البطاريات الموجودة بالإضافة إلى مخطط إمداد الطاقة للكائن.
يتم تضمين البطارية هنا في سياق مجموعة معينة من نفس النوع من المكونات المجمعة في وحدة واحدة كاملة. في الواقع ، إنها مجرد لوحة من عدة خلايا ضوئية متطابقة.
الهيكل الداخلي للبطارية الشمسية
تدريجيا ، أصبحت الألواح الشمسية أرخص وأكثر كفاءة. الآن يتم استخدامها لإعادة شحن البطاريات في مصابيح الشوارع والهواتف الذكية والسيارات الكهربائية والمنازل الخاصة والأقمار الصناعية في الفضاء. ومن بين هؤلاء ، بدأوا في بناء محطات طاقة شمسية كاملة الحجم (SES) بأحجام كبيرة من التوليد.
تتكون البطارية الشمسية من العديد من الخلايا الضوئية (المحولات الضوئية للخلايا الضوئية) ، والتي تحول طاقة الفوتونات من الشمس إلى كهرباء
يتم ترتيب كل بطارية شمسية ككتلة من عدد nth من الوحدات التي تجمع بين الخلايا الضوئية شبه الموصلة المتصلة في سلسلة. لفهم مبادئ تشغيل هذه البطارية ، من الضروري فهم تشغيل هذا الرابط النهائي في جهاز الألواح الشمسية الذي تم إنشاؤه على أساس أشباه الموصلات.
أنواع بلورات الخلايا الضوئية
هناك الكثير من الخيارات للخلايا الشمسية من عناصر كيميائية مختلفة. ومع ذلك ، فإن معظمها يتم تطويره في المراحل الأولية. حتى الآن ، يتم إنتاج ألواح الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون فقط على نطاق صناعي.
تستخدم أشباه الموصلات السليكونية في تصنيع الخلايا الشمسية بسبب تكلفتها المنخفضة ، ولا يمكنها التباهي بكفاءة عالية بشكل خاص
الخلية الشمسية الشائعة في الألواح الشمسية عبارة عن صفيحة رقيقة من طبقتين من السيليكون ، لكل منها خصائصه الفيزيائية الخاصة. هذا هو تقاطع pn شبه موصل كلاسيكي مع أزواج ثقب الإلكترون.
عندما تدخل الفوتونات PEC بين هذه الطبقات من أشباه الموصلات بسبب عدم تجانس البلورة ، يتم تكوين بوابة صور emf ، مما يؤدي إلى فرق محتمل وتيار إلكترون.
تختلف رقائق السيليكون للخلايا الشمسية في تكنولوجيا التصنيع من أجل:
- أحادي البلورية.
- الكريستالات.
تتمتع الأولى بكفاءة أعلى ، لكن تكلفة إنتاجها أعلى من تكلفة الأخيرة. خارجيا ، يمكن تمييز خيار واحد من آخر على اللوحة الشمسية بالشكل.
معرض الصور
صورة من
محطة توليد الطاقة الشمسية في منطقة الضواحي
الخلايا الشمسية أحادية البلورية
ظهور الخلايا الشمسية على بلورات مفردة
وحدة شمسية أحادية البلورية
توريد ألواح شمسية جاهزة للتركيب
خلية شمسية متعددة البلورات
بطارية الخلايا الشمسية الكريستالات
تصنيع الخلايا الشمسية DIY
PECs البلورية المفردة لها بنية متجانسة ؛ وهي مصنوعة على شكل مربعات ذات زوايا مقطوعة. في المقابل ، العناصر المتعددة البلورات لها شكل مربع بدقة.
يتم الحصول على البلورات عن طريق تبريد السيليكون المصهور تدريجيًا. هذه الطريقة بسيطة للغاية ، وبالتالي فإن هذه الخلايا الضوئية غير مكلفة.
لكن الإنتاجية من حيث توليد الكهرباء من ضوء الشمس نادرا ما تتجاوز 15٪. ويرجع ذلك إلى "شوائب" رقائق السليكون التي تم الحصول عليها وهيكلها الداخلي. هنا ، كلما كانت طبقة p من السيليكون أنقى ، زادت كفاءة PEC منها.
نقاء البلورات المفردة في هذا الصدد أعلى بكثير من نظائرها متعددة البلورات. وهي ليست مصنوعة من المنصهر ، ولكن من بلورة سيليكون كاملة مصطنعة. يصل معامل التحويل الكهروضوئي لهذه الخلايا الشمسية بالفعل إلى 20-22 ٪.
في الوحدة النمطية الشائعة ، يتم تجميع الخلايا الضوئية الفردية على إطار من الألومنيوم ، ولحمايتها من الأعلى ، يتم إغلاقها بزجاج متين ، والذي لا يتداخل مع أشعة الشمس على الإطلاق
تتكون الطبقة العليا من لوحة الخلايا الشمسية التي تواجه الشمس من نفس السيليكون ، ولكن مع إضافة الفوسفور. وهو الأخير الذي سيكون مصدر الإلكترونات الزائدة في نظام تقاطع pn.
أصبح تطوير الألواح المرنة مع السيليكون الكهروضوئي غير المتبلور إنجازًا حقيقيًا في مجال استخدام الطاقة الشمسية:
معرض الصور
صورة من
خيار شمسي مرن
ملصق ضوئي مرن على الستائر
شاحن هاتف محمول مرن
مقاومة الإجهاد الميكانيكي
مبدأ تشغيل الألواح الشمسية
عندما يسقط ضوء الشمس على خلية ضوئية ، لا يتم إنشاء أزواج ثقب إلكتروني كاملة. تنتقل الإلكترونات الزائدة و "الثقوب" جزئيًا من خلال تقاطع pn من طبقة شبه موصلة إلى أخرى.
ونتيجة لذلك ، يظهر الجهد في الدائرة الخارجية. في هذه الحالة ، يتم تشكيل قطب موجب من المصدر الحالي عند ملامسة الطبقة p ، وعمود سالب عند الطبقة n.
يظهر الفرق المحتمل (الجهد) بين جهات اتصال الخلية الكهروضوئية بسبب تغير عدد "الثقوب" والإلكترونات من جوانب مختلفة من تقاطع pn نتيجة لإشعاع الطبقة n بالأشعة الشمسية
تشكل الخلايا الضوئية المتصلة بحمل خارجي على شكل بطارية دائرة مفرغة معها. ونتيجة لذلك ، تعمل الألواح الشمسية كنوع من العجلات التي "تسير" عبرها الإلكترونات على طول البروتينات. والبطارية القابلة لإعادة الشحن تكتسب تدريجياً.
الخلايا الكهروضوئية السليكونية القياسية هي خلايا تقاطع أحادي. يحدث نقل الإلكترونات إليها فقط من خلال تقاطع p-n مع منطقة من هذا الانتقال محدودة في طاقة الفوتون.
أي أن كل خلية ضوئية قادرة على توليد الكهرباء فقط من طيف ضيق من الإشعاع الشمسي. يتم إهدار كل الطاقة الأخرى. لذلك ، فإن كفاءة الخلايا الشمسية منخفضة للغاية.
لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية ، تم مؤخراً تصنيع عناصر أشباه الموصلات السيليكونية متعددة الوصلات (شلال). هناك بالفعل العديد من التحولات في FEP الجديد. علاوة على ذلك ، تم تصميم كل واحد منهم في هذا الشلال من أجل طيفه الخاص من ضوء الشمس.
تزداد الكفاءة الكلية لتحويل الفوتونات إلى تيار كهربائي في هذه الخلايا الضوئية في نهاية المطاف. لكن سعرها أعلى بكثير. هنا ، إما سهولة التصنيع بتكلفة منخفضة وكفاءة منخفضة ، أو عوائد أعلى مقترنة بتكلفة عالية.
يمكن للبطارية الشمسية أن تعمل في كل من الصيف والشتاء (تحتاج إلى الضوء ، لا الحرارة) - كلما قل التعتيم وأصبحت الشمس أكثر إشراقًا ، كلما ولدت الألواح الشمسية تيارًا كهربائيًا
أثناء التشغيل ، يتم تسخين الخلية الكهروضوئية والبطارية بأكملها تدريجيًا. يتم تحويل كل الطاقة التي لم تذهب لتوليد التيار الكهربائي إلى حرارة. غالبًا ما ترتفع درجة الحرارة على سطح الهليوبانيل إلى 50-55 درجة مئوية. ولكن كلما كانت أعلى ، كانت الكفاءة أقل في عمل الخلايا الكهروضوئية.
ونتيجة لذلك ، يولد نفس النموذج للبطارية الشمسية تيارًا أقل في الحرارة مقارنة بالطقس البارد. تظهر الخلايا الضوئية أقصى قدر من الكفاءة في يوم شتوي صافٍ. هناك عاملان يؤثران على ذلك - الكثير من أشعة الشمس والتبريد الطبيعي.
علاوة على ذلك ، إذا تساقط الثلج على اللوحة ، فسيستمر في توليد الكهرباء على أي حال. علاوة على ذلك ، ليس للرقائق الثلجية وقت للاستلقاء عليها ، تذوب من حرارة الخلايا الضوئية الساخنة.
كفاءة البطارية الشمسية
تعطي خلية ضوئية واحدة حتى الظهيرة في الطقس الصافي قدرًا كبيرًا من الكهرباء ، يكفي فقط لعمل مصباح LED.
لزيادة الطاقة الناتجة ، يتم دمج العديد من الخلايا الشمسية في دائرة موازية لزيادة جهد التيار المستمر وفي سلسلة لزيادة القوة الحالية.
تعتمد فعالية الألواح الشمسية على:
- درجة حرارة الهواء والبطارية نفسها ؛
- الاختيار الصحيح لمقاومة الحمل ؛
- زاوية حدوث ضوء الشمس ؛
- وجود / عدم وجود طلاء مضاد للانعكاس ؛
- قوة تيار الضوء.
كلما انخفضت درجة الحرارة الخارجية ، زادت كفاءة الخلايا الكهروضوئية والبطارية الشمسية ككل. كل شيء بسيط هنا. ولكن مع حساب الحمل ، يكون الوضع أكثر تعقيدًا. يجب تحديده بناءً على التيار الذي تم إنشاؤه بواسطة اللوحة. لكن قيمتها تختلف باختلاف عوامل الطقس.
يتم تصنيع الألواح الشمسية بجهد إخراج مضاعف 12 فولت - إذا كان يجب توفير 24 فولت للبطارية ، فيجب توصيل لوحين بالتوازي معها
من الصعب مراقبة معلمات البطارية الشمسية باستمرار وضبط تشغيلها يدويًا. للقيام بذلك ، من الأفضل استخدام وحدة تحكم تحكم ، والتي تقوم تلقائيًا بتعديل إعدادات اللوحة الشمسية نفسها من أجل تحقيق أقصى أداء منها وأوضاع التشغيل المثلى.
الزاوية المثالية لحدوث أشعة الشمس على الخلية الشمسية مستقيمة. ومع ذلك ، عندما يكون الانحراف في غضون 30 درجة عن العمودي ، فإن كفاءة اللوحة تنخفض فقط حوالي 5 ٪. ولكن مع زيادة أخرى في هذه الزاوية ، سوف تنعكس نسبة متزايدة من الإشعاع الشمسي ، وبالتالي تقليل كفاءة الخلايا الشمسية.
إذا كانت البطارية مطلوبة لإعطاء أقصى طاقة في الصيف ، فيجب أن تكون موجهة بشكل عمودي على متوسط موضع الشمس ، الذي تشغله في أيام الاعتدال في الربيع والخريف.
بالنسبة لمنطقة موسكو ، تتراوح درجة الحرارة من 40 إلى 45 درجة في الأفق. إذا كان الحد الأقصى مطلوبًا في فصل الشتاء ، فيجب وضع اللوحة في وضع أكثر عمودية.
وهناك شيء آخر - الغبار والأوساخ يقلل بشكل كبير من أداء الخلايا الشمسية. إن الفوتونات عبر هذا الحاجز "القذر" لا تصل إليها ببساطة ، مما يعني أنه لا يوجد شيء يمكن تحويله إلى كهرباء. يجب غسل الألواح بشكل منتظم أو وضعها بحيث يتم غسل الغبار بواسطة المطر من تلقاء نفسها.
تحتوي بعض الخلايا الشمسية على عدسات مدمجة لتركيز الإشعاع على الخلايا الشمسية. في الطقس الصافي ، يؤدي هذا إلى زيادة الكفاءة. ومع ذلك ، مع الغطاء السحابي الثقيل ، فإن هذه العدسات تضر فقط.
إذا استمرت اللوحة التقليدية في هذه الحالة في توليد التيار ، وإن كان ذلك بأحجام أصغر ، فإن نموذج العدسة سيتوقف عن العمل بشكل كامل تقريبًا.
من الناحية المثالية ، يجب إضاءة الشمس من بطارية الخلايا الشمسية بالتساوي. إذا تبين أن أحد أقسامه أصبح أكثر قتامة ، فإن PEC غير المضاء يتحول إلى حمولة طفيلية. ليس فقط أنهم لا يولدون الطاقة في مثل هذه الحالة ، ولكنهم أيضًا يأخذونها بعيدًا عن عناصر العمل.
يجب تثبيت الألواح بحيث لا تكون هناك أشجار أو مباني أو عوائق أخرى في مسار أشعة الشمس.
مخطط قوة المنزل من الشمس
يشمل نظام الطاقة الشمسية:
- الألواح الشمسية.
- مراقب.
- البطاريات
- العاكس (المحول).
تحكم في هذه الدائرة يحمي كل من الألواح الشمسية والبطاريات. من ناحية ، يمنع التيارات العكسية من التدفق في الليل وفي الطقس الغائم ، ومن ناحية أخرى ، يحمي البطاريات من الشحن / التفريغ المفرط.
يجب اختيار بطاريات الألواح الشمسية بنفس العمر والسعة ، وإلا سيحدث الشحن / التفريغ بشكل غير متساوٍ ، مما سيؤدي إلى انخفاض حاد في عمر الخدمة
لتحويل تيار DC 12 أو 24 أو 48 فولت إلى 220 فولت متناوب ، هناك حاجة إلى العاكس.لا يُنصح باستخدام بطاريات السيارة في مثل هذه الدائرة بسبب عدم قدرتها على تحمل عمليات إعادة الشحن المتكررة. من الأفضل إنفاق المال وشراء بطاريات الهيليوم AGM الخاصة أو بطاريات OPzS الهلامية الخاصة.
ليست مبادئ التشغيل ومخطط الاتصال للألواح الشمسية معقدًا للغاية بحيث لا يمكن فهمها. ومع مواد الفيديو التي تم جمعها من قبلنا أدناه ، سيكون من الأسهل فهم جميع تعقيدات عمل الألواح الشمسية وتركيبها.
يمكن الوصول إليها وفهمها كيف تعمل البطارية الشمسية الكهروضوئية ، في جميع التفاصيل:
كيف يتم ترتيب الألواح الشمسية ، انظر الفيديو التالي:
تجميع DIY للوحة شمسية من الخلايا الضوئية:
يجب تحديد كل عنصر في نظام إمداد الطاقة الشمسية للكوخ بشكل صحيح. تحدث خسائر الطاقة الحتمية على البطاريات والمحولات ووحدة التحكم. ويجب تخفيضها إلى الحد الأدنى ، وإلا سيتم تخفيض الكفاءة المنخفضة بما يكفي للألواح الشمسية إلى الصفر بشكل عام.
خلال دراسة المواد كانت هناك أسئلة؟ أو هل تعرف معلومات قيمة حول موضوع المقال ويمكنك إخبار قرائنا بها؟ يرجى ترك تعليقاتك في المربع أدناه.