الألواح الشمسية - ما هي ، تاريخ نشأتها ، ما هي ، كيف تعمل؟

مبدأ التشغيل

تم تصميم العديد من الخلايا الشمسية على أساس أنها ، بالمعنى المادي ، محولات كهروضوئية. يتجلى تأثير توليد الطاقة في مكان تقاطع "p - n".

لتركيز الطاقة الشمسية في حد ذاتها ، يتم تصنيع أشباه الموصلات على شكل ألواح. لهذا السبب ، حصلت هذه الهياكل على نفس الاسم ، بغض النظر عن شكلها (مرن أو ثابت) - الألواح الشمسية.

ما هو مبدأ الألواح الشمسية والأنظمة القائمة عليها؟ تشتمل اللوحة على لوحين من حجر الصوان بخصائص يمكن تمييزها عن بعضها البعض. تكون عملية توليد الكهرباء كالآتي:

1. التعرض لأشعة الشمس في البداية يؤدي إلى نقص الإلكترونات.
2. عند تعرضها للوحة الثانية ، فإنها تتلقى فائضًا من الإلكترونات.
3. يتم توصيل الشرائط النحاسية ، الموصلة للتيار ، باللوحات.
4. تتصل الشرائط بمحولات الجهد ببطاريات مدمجة.

القاعدة عبارة عن رقائق السيليكون. ولكن من أجل استخدام هذا الهيكل كمصدر طاقة غير منقطع (وليس فقط أثناء الانقلاب الشمسي) ، لا يتم توصيل البطاريات الرخيصة به (بمساعدتهم ، تستهلك الكائنات المتصلة بالشبكة الطاقة في الليل).

في الصناعة ، يتكون هيكل امتصاص الطاقة الشمسية من عدة خلايا ضوئية مغلفة متصلة ببعضها البعض ويتم وضعها على دعامة مرنة أو صلبة.

يتم حساب كفاءة الهيكل بناءً على تطبيق عوامل مختلفة. أهمها نقاء السيليكون المتضمن وموضع البلورات.

عملية تنقية السيليكون معقدة نوعًا ما ، وليس من السهل ترتيب البلورات في اتجاه واحد. يترجم تعقيد العمليات المسؤولة عن زيادة الكفاءة إلى ارتفاع سعر هذه المعدات.

تعد الألواح الشمسية اتجاهًا واعدًا في قطاع الطاقة ، لذلك يتم استثمار مليارات الدولارات في البحث عن مشاريع جديدة في هذا المجال. يزداد التحويل الكهروضوئي كل ثلاثة أشهر بسبب التلاعب بالموصلات والعناصر الهيكلية. في الوقت نفسه ، لا يمكن اعتبار السيليكون فقط كأساس.

كيف تعمل البطارية الشمسية

طبقتان من السيليكون لهما خصائص فيزيائية مختلفة تشكلان صفيحة رقيقة. الطبقة الداخلية عبارة عن سيليكون نقي أحادي البلورية مع موصلية من النوع p ، وهي مغطاة من الخارج بطبقة من السيليكون "الملوث". يمكن أن يكون هذا ، على سبيل المثال ، شوائب الفوسفور. لديها الموصلية من النوع n. الجانب الخلفي من اللوحة مغطى بطبقة معدنية صلبة.

في الإطار ، يتم إصلاح الخلايا الضوئية بطريقة يمكن استبدالها إذا كانت معطلة. الهيكل بأكمله مغطى بالزجاج المقسى أو البلاستيك ، مما يحميه من التأثيرات السلبية للعوامل الخارجية.

أنواع المحولات الكهروضوئية

في الصناعة ، يوجد تصنيف للخلايا الشمسية حسب نوع الجهاز والطبقة الكهروضوئية المستخدمة.

حسب الجهاز ينقسمون إلى:

• ألواح من عناصر مرنة ، فهي مرنة ؛
• ألواح مصنوعة من عناصر صلبة.

عند نشر الألواح ، غالبًا ما يتم استخدام الألواح ذات الأغشية الرقيقة المرنة. يتم وضعها على السطح ، متجاهلة بعض العناصر غير المستوية ، مما يجعل هذا النوع من الأجهزة أكثر تنوعًا.

حسب نوع الطبقة الكهروضوئية للتحويل اللاحق للطاقة ، تنقسم الألواح إلى:

1. السيليكون (بلورة مفردة ، متعدد البلورات ، غير متبلور).
2. التيلوريوم - الكادميوم.
3. بوليمر.
4. عضوي.
5. الزرنيخيد - الغاليوم.
6. سيلينيد الإنديوم - النحاس - الغاليوم.

على الرغم من وجود العديد من الأصناف ، إلا أن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون والتيلوريوم والكادميوم لها نصيب الأسد في معدل دوران المستهلكين. يتم اختيار هذين النوعين بسبب نسبة الكفاءة / السعر.

جهاز البطارية الشمسية ومبدأ التشغيل

مبدأ تشغيل الخلية الشمسية هو التأثير الكهروضوئي ، أو تأثير أشباه الموصلات. إنها القدرة على تحويل أشعة الشمس إلى تيار كهربائي.
الأكثر كفاءة من بين جميع أشباه الموصلات المعروفة هو السيليكون. الطبقة العلوية / الصفيحة مصنوعة منها (n-layer (-) و p-layer ()).

يبدأ عمل الهيكل بحقيقة أن ضوء الشمس يدخل إلى الخلايا الضوئية. تسخن رقاقات السيليكون ، وتبدأ الإلكترونات في الانطلاق ، والتي تلتقطها ذرات الرقاقة السفلية. ثم يتم إرسال الإلكترونات على طول الموصلات إلى البطاريات ، ثم تعود إلى القمة مرة أخرى.

جهاز الخلايا الشمسية:

1. لوحة الجسم - لتثبيت الهيكل.

2. وحدات التحويل - الخلايا الشمسية السيليكونية (الألواح الشمسية). تحويل أشعة الشمس إلى تيار. توصيل بطريقة متوازية التسلسلي. هذا يساهم في الحصول على أعلى قوة وجهد في التيار الكهربائي.

3. البطاريات - الرئيسية والاحتياطية. تراكم التيار الكهربائي. تزود البطارية الرئيسية المنزل على الفور بالتيار ، وتحفظ البطارية الاحتياطية موردًا وتعمل عندما ينخفض ​​الجهد.

4. أجهزة إضافية - وحدات تحكم ، الثنائيات. يراقب المشرفون مستوى شحن البطارية. الثنائيات تحمي من ارتفاع درجة الحرارة.

في كثير من الأحيان ، في مواجهة الحاجة إلى تركيب الألواح الشمسية ، يسأل الشخص عن جدوى المؤسسة. لأنه في معظم الحالات ، تكون النسبة المئوية للأيام المشمسة أدنى بكثير من القيمة المماثلة للغيوم.

نسبة مماثلة نموذجية لمناطق المنطقة الوسطى ، ويتميز مناخ المناطق الشمالية بعدد أكبر من الأيام الملبدة بالغيوم.

يرتبط عدم كفاية عدد الأيام المشمسة ارتباطًا مباشرًا بكفاءة الأجهزة التي تعالج طاقة كوكب الأرض. نتيجة لذلك ، يتم تقليل تغلغل ضوء الشمس على سطح البطارية. هذه العملية تسمى التشميس.

يمكن استخدام الألواح الشمسية في أنظمة التدفئة كمورد للتدفئة المتوسطة أو الطاقة للأجهزة الكهربائية

يكمن جوهرها في حقيقة أن أي طائرة ، بغض النظر عن الغرض منها ، تأخذ كمية معينة من الطاقة الشمسية. في المناطق الجنوبية ، تكون هذه الكمية أعلى بشكل طبيعي ، مما يجعل تركيب الألواح الشمسية أكثر أهمية.

ومع ذلك ، كما تظهر الممارسة ، فإن سوق المعدات التكنولوجية في مجال تخليق الطاقة الشمسية يعمل باستمرار على تحسين منتجاته ، وبالتالي تعمل الخلايا الشمسية الحديثة في الألواح الشمسية بشكل مثالي حتى في المناطق ذات المستوى المنخفض من التشمس.

توزيع النشاط الشمسي على مثال خريطة روسيا. المعامل الأعلى نموذجي للمناطق الجنوبية ()

تعتبر الألواح الشمسية مصدر كهرباء فعال للغاية وصديق للبيئة. في العقود الأخيرة ، اكتسبت هذه التكنولوجيا شعبية في جميع أنحاء العالم ، مما حفز الكثير من الناس على التحول إلى الطاقة المتجددة الرخيصة. الغرض من هذا الجهاز هو تحويل طاقة أشعة الضوء إلى تيار كهربائي يمكن استخدامه لتشغيل مجموعة متنوعة من الأجهزة المنزلية والصناعية.

تخصص حكومات العديد من البلدان مبالغ ضخمة من أموال الميزانية ، لرعاية المشاريع التي تهدف إلى تطوير محطات الطاقة الشمسية. تستفيد بعض المدن بالكامل من الكهرباء من الشمس. في روسيا ، غالبًا ما تُستخدم هذه الأجهزة لتوفير الكهرباء للمنازل الريفية والخاصة كبديل ممتاز لخدمات الإمداد بالطاقة المركزية.

كما ذكرنا سابقًا ، يعتمد مبدأ التشغيل على تأثير أشباه الموصلات. يعد السيليكون أحد أكثر أشباه الموصلات كفاءة والتي تعرفها البشرية حاليًا.

عندما يتم تسخين الخلية الكهروضوئية (لوحة السيليكون العلوية لكتلة المحول) ، يتم إطلاق الإلكترونات من ذرات السيليكون ، وبعد ذلك يتم التقاطها بواسطة ذرات اللوحة السفلية. وفقًا لقوانين الفيزياء ، تميل الإلكترونات إلى العودة إلى موقعها الأصلي. وفقًا لذلك ، تتحرك الإلكترونات من اللوحة السفلية على طول الموصلات (أسلاك التوصيل) ، وتتخلى عن طاقتها لشحن البطاريات والعودة إلى اللوحة العلوية.

جهاز المصفوفة الشمسية بسيط للغاية ويتكون من عدة مكونات:

• الخلايا الضوئية / الألواح الشمسية مباشرة ؛
• العاكس تحويل العاصمة إلى التيار المتردد ؛
• تحكم مستوى شحن البطارية.

يجب شراء بطاريات الألواح الشمسية مع مراعاة الوظائف الضرورية. يخزنون ويطلقون الكهرباء. يتم التخزين والاستهلاك على مدار اليوم ، وفي الليل يتم استهلاك الشحنة المتراكمة فقط. وبالتالي ، هناك إمداد ثابت ومستمر للطاقة.

سيؤدي الشحن الزائد للبطارية وتفريغها إلى تقصير عمرها الإنتاجي. تقوم أجهزة التحكم في الشحن الشمسي تلقائيًا بتعليق تراكم الطاقة في البطارية عندما تصل إلى الحد الأقصى لمعاييرها ، وتفصل حمل الجهاز عند تفريغه بقوة.

(Tesla Powerwall - بطارية تعمل بالطاقة الشمسية بقوة 7 كيلو وات - وشاحن منزلي للسيارات الكهربائية)

العاكس الشمسي على الشبكة هو أهم عنصر تصميم. يحول الطاقة المتلقاة من أشعة الشمس إلى تيار متناوب من قوى مختلفة. كمحول متزامن ، فهو يجمع بين جهد خرج التيار الكهربائي في التردد والمرحلة مع شبكة ثابتة.

يمكن توصيل الخلايا الضوئية في سلسلة أو بالتوازي. يزيد الخيار الأخير من معلمات الطاقة والجهد والتيار ويسمح للجهاز بالعمل حتى إذا فقد أحد العناصر وظيفته. يتم تصنيع النماذج المجمعة باستخدام كلا المخططين. تبلغ مدة خدمة اللوحات حوالي 25 عامًا.

خصائص خلايا السيليكون الشمسية

مسحوق الكوارتز مادة خام للسيليكون. يوجد الكثير من هذه المواد في جبال الأورال وسيبيريا ، وبالتالي ، فإن الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون هي التي تستخدم وستستخدم بشكل أكبر من الأنواع الفرعية الأخرى.

أحادي البلورة

تحتوي الرقائق أحادية البلورية (أحادية - Si) على لون مزرق داكن ، موزعة بالتساوي على الرقاقة بأكملها. لمثل هذه الرقائق ، يتم استخدام السيليكون الأكثر تنقية. كلما كانت أكثر نظافة ، زادت الكفاءة وأعلى تكلفة للألواح الشمسية في السوق لمثل هذه الأجهزة.

مزايا الكريستال الواحد:

1. أعلى كفاءة - 17-25٪.
2. الانضغاط - استخدام مساحة أصغر مقارنةً بالبوليكريستال لنشر المعدات في ظروف ذات قوة مماثلة.
3. مقاومة التآكل - يتم ضمان التشغيل المستمر لتوليد الطاقة دون استبدال المكونات الرئيسية لمدة ربع قرن.

سلبيات:

1. الحساسية للأتربة والأوساخ - لا يسمح الغبار المستقر للبطاريات بالعمل مع الضوء الصادر من المصباح ، وبالتالي يقلل من الكفاءة.
2. السعر المرتفع يساوي فترة الاسترداد المتزايدة.

نظرًا لأن mono - Si يتطلب طقسًا واضحًا وضوءًا للشمس ، يتم تثبيت الألواح في مناطق مفتوحة ورفعها إلى ارتفاع. أما بالنسبة للمنطقة ، فيعطى الأفضلية للمناطق التي يسود فيها طقس صافٍ ، وعدد الأيام المشمسة يقترب من الحد الأقصى.

بوليكريستال

تتمتع الألواح متعددة الكريستالات (متعدد Si) بلون أزرق غير متساوٍ بسبب البلورات متعددة الاتجاهات. السيليكون ليس نقيًا كما هو الحال في أحادي Si المستخدم ، وبالتالي فإن الكفاءة أقل إلى حد ما ، إلى جانب تكلفة هذه الخلايا الشمسية.

حقائق البولي كريستال الإيجابية:

1. الكفاءة 12-18٪.
2. في الأحوال الجوية غير المواتية ، تكون الكفاءة أفضل من كفاءة Mono-Si.
3. سعر هذه الوحدة أقل ، وفترة الاسترداد أقل بكثير.
4. لا يعد التوجه نحو الشمس أمرًا بالغ الأهمية ، لذا يمكنك وضعها على أسطح المباني المختلفة.
5. مدة التشغيل - تنخفض كفاءة امتصاص الطاقة وتخزين الكهرباء إلى 20٪ بعد 20 سنة من التشغيل المستمر.

سلبيات:

1. يتم تقليل الكفاءة إلى 12-18٪.
2. يطالبون بالمكان. تتطلب محطة توليد الطاقة العادية مساحة أكبر للنشر من بطارية بلورية واحدة.

السيليكون غير المتبلور

تختلف تقنية إنتاج الألواح بشكل كبير عن التقنيتين السابقتين. يشمل الطهي أبخرة ساخنة تنزل على الركيزة دون تكوين بلورات. في الوقت نفسه ، يتم استخدام مواد إنتاج أقل ويؤخذ ذلك في الاعتبار عند تحديد السعر.

فوائد:

1. تبلغ الكفاءة 8-9٪ في الجيل الثاني وتصل إلى 12٪ في الجيل الثالث.
2. كفاءة عالية في طقس أقل مشمسًا.
3. يمكن استخدامها على وحدات مرنة.
4. لا تنخفض كفاءة البطاريات مع ارتفاع درجة الحرارة ، مما يسمح بتركيبها على أي سطح بشكل غير قياسي.

يمكن اعتبار العيب الرئيسي كفاءة أقل (عند مقارنتها بالنظائر الأخرى) ، وبالتالي يتطلب مساحة كبيرة للحصول على عائد مماثل من الجهاز.

بطارية شمسية محمولة - خاصة للسياح

كل شخص في الوقت الحاضر لديه أدوات إلكترونية. ليس الهدف أن شخصًا ما لديه عدد أقل ، ولكن شخصًا أكثر. كل منهم بحاجة إلى الشحن ، وهذا يتطلب أجهزة شحن. لكن هذه المشكلة حادة بشكل خاص لأولئك الذين يجدون أنفسهم في أماكن لا يوجد بها مصدر طاقة. المنافذ الوحيدة هي الألواح الشمسية. لكن الأسعار بالنسبة لهم تظل مرتفعة والخيار صغير. الخيار الأفضل ، كما هو شائع ، هو منتجات شركة Goal Zero (على الرغم من وجود منتجات روسية وصينية - كما هو الحال دائمًا).

لكن اتضح أنه ليس كل شيء سيئًا في الصين أو كوريا. مسرور بشكل خاص بشركة البطاريات الشمسية YOLK من شيكاغو ، التي بدأت في إنتاج ورق شمسي مضغوط للطاقة الشمسية - أنحف وأخف وزنًا. وزنه 120 جرام فقط. ولكن هناك مزايا أخرى أيضًا - يسمح التصميم المعياري بزيادة الطاقة. اللوح الشمسي يشبه الصندوق البلاستيكي ، يشبه في حجمه جهاز iPad ، ونصف نحيفته فقط. يوجد لوح شمسي على جانبه الأمامي. يوجد منفذ لجهاز كمبيوتر محمول ومنافذ USB على العلبة لتوصيل الألواح الشمسية الأخرى ، بالإضافة إلى مصباح يدوي. داخل صندوق المعجزة هذا توجد البطاريات ولوحة التحكم. يمكنك شحن الجهاز من منفذ ، وفي نفس الوقت يمكن أن يكون هاتف وجهازي كمبيوتر محمول. بالطبع ، الجهاز مشحون أيضًا من الشمس. بمجرد أن يضرب الضوء ، يضيء المؤشر. في الظروف الميدانية ، لا يمكن الاستغناء عن اللوحة الشمسية: فهي تشحن بنجاح جميع الأجهزة الضرورية - الهواتف بشكل أسرع ، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة.

الألواح الشمسية المحمولة مدمجة الحجم: حتى أنها تأتي في شكل سلاسل مفاتيح يمكن ربطها بأي شيء. تم تطويرها بحيث يمكنك اصطحابها في رحلة صيد ، أو في نزهة ، وما إلى ذلك. يجب أن يكون لديها مصباح يدوي حتى تتمكن من إضاءة الطريق ، والخيمة ، وما إلى ذلك ، في الليل ، مما يسهل وضعها على حقائب الظهر ، قوارب الكاياك ، الخيام ... من المهم جدًا أن يحتوي هذا الجهاز على بطارية مدمجة تسمح بشحن الأجهزة ليلاً.

نظرة عامة على الوحدات غير المصنوعة من السيليكون

تصل الألواح الشمسية المصنوعة من نظائر أغلى ثمناً إلى معامل 30٪ ؛ ويمكن أن تكون أغلى بعدة مرات من الأنظمة المماثلة القائمة على السيليكون. لا يزال البعض منهم يتمتع بكفاءة أقل ، مع القدرة على العمل في بيئة عدوانية.لتصنيع هذه الألواح ، غالبًا ما يستخدم تيلورايد الكادميوم. يتم استخدام عناصر أخرى أيضًا ، ولكن في كثير من الأحيان.

دعنا نسرد المزايا الرئيسية:

1. كفاءة عالية ، من 25 إلى 35٪ ، مع القدرة على الوصول ، في ظروف مثالية نسبيًا ، حتى 40٪.
2. الخلايا الضوئية مستقرة حتى في درجات حرارة تصل إلى 150 درجة مئوية.
3. من خلال تركيز الضوء من المصباح على لوحة صغيرة ، يتم تشغيل المبادل الحراري للماء ، مما ينتج عنه بخار يحول التوربين ويولد الكهرباء.

كما قلنا سابقًا ، فإن العيب هو السعر المرتفع ، لكن في بعض الحالات يكونون هم الحل الأفضل. على سبيل المثال ، في البلدان الاستوائية ، حيث يمكن أن يصل سطح الوحدات النمطية إلى 80 درجة مئوية.

تعليمات تركيب الخلايا الشمسية

الألواح الشمسية. لقد كتبنا عن كيفية جمعها في هذه المقالة (سيتم فتحها في نافذة جديدة). يمكنك شراء مجموعة شمسية جاهزة لمنزلك ، ولكن لتوفير المال ، يمكنك شراء الخلايا الشمسية متعددة الكريستالات وتجميع الألواح الشمسية لمنزلك بيديك.

العاكس. تولد الألواح الشمسية تيارًا مباشرًا ، قريبًا من 12 أو 24 فولت (اعتمادًا على الاتصال) ، يقوم العاكس بتحويله إلى تيار متناوب 220 فولت و 50 هرتز ، يمكن من خلاله تشغيل جميع الأجهزة المنزلية.

بطارية. حتى نظامهم. لا يتم إنتاج الطاقة الشمسية باستمرار. في ساعات الذروة ، يمكن أن يكون هناك زيادة في العرض ، ومع بداية الغسق ، يتوقف إنتاجه تمامًا. تخزن البطاريات الكهرباء خلال ساعات النهار وتطلقها في المساء / الليل. يتم كتابة كيفية اختيار بطارية لمحطة الطاقة الشمسية في هذه المقالة (يفتح في نافذة جديدة).

من المهم أن تعرف. لا يوصى باستخدام بطاريات السيارات العادية لهذه الأغراض - فهي تصبح غير صالحة للاستعمال بعد 2-3 سنوات من التشغيل (وهي مصممة لمثل هذا العمر التشغيلي)

مراقب. يوفر شحنًا كاملاً للبطارية ويحميها من الشحن الزائد والغليان. لقد كتبنا عن وحدة التحكم التي يجب اختيارها في هذه المقالة (سيتم فتحها في نافذة جديدة).

أصبحت الألواح الشمسية تدريجياً أرخص وأكثر كفاءة. يتم استخدامها الآن لإعادة شحن البطاريات في مصابيح الشوارع ، والهواتف الذكية ، والسيارات الكهربائية ، والمنازل الخاصة ، وعلى الأقمار الصناعية في الفضاء. حتى أنهم بدأوا في بناء محطات طاقة شمسية كاملة (SPP) بأحجام كبيرة من التوليد.

تتكون البطارية الشمسية من العديد من الخلايا الكهروضوئية (المحولات الكهروضوئية FEP) التي تحول طاقة الفوتونات من الشمس إلى كهرباء

تم تصميم كل بطارية شمسية ككتلة من عدد معين من الوحدات التي تجمع بين الخلايا الكهروضوئية شبه الموصلة المتصلة في سلسلة. لفهم مبادئ عمل مثل هذه البطارية ، من الضروري فهم تشغيل هذا الرابط النهائي في جهاز الألواح الشمسية ، الذي تم إنشاؤه على أساس أشباه الموصلات.

يوجد عدد كبير من خيارات FEP من عناصر كيميائية مختلفة. ومع ذلك ، فإن معظمهم من التطورات المبكرة. حتى الآن ، يتم حاليًا إنتاج الألواح الشمسية القائمة على السيليكون فقط على نطاق صناعي.

نقترح أن تتعرف على تكوين تسوس الخشب

تُستخدم أشباه موصلات السيليكون في تصنيع الخلايا الشمسية نظرًا لتكلفتها المنخفضة ، ولا يمكنها التباهي بكفاءة عالية بشكل خاص

عندما تصطدم الفوتونات بـ PVC بين طبقات أشباه الموصلات هذه ، بسبب عدم تجانس البلورة ، تتشكل بوابة emf للصور ، ونتيجة لذلك ينشأ فرق جهد وتيار إلكتروني.

تختلف ألواح السيليكون من الخلايا الضوئية في تكنولوجيا التصنيع من أجل:

1. أحادي البلورية.
2. متعدد البلورات.

تتميز الأولى بكفاءة أعلى ، لكن تكلفة إنتاجها أعلى أيضًا من تكلفة الثانية. خارجيًا ، يمكن تمييز خيار واحد عن الآخر على لوحة شمسية من خلال شكله.

تتميز PVC أحادية البلورية ببنية متجانسة ، وهي مصنوعة على شكل مربعات بزوايا مقطوعة. في المقابل ، فإن العناصر متعددة الكريستالات لها شكل مربع بدقة.

تتشكل البلورات المتعددة عن طريق التبريد التدريجي للسيليكون المصهور. هذه الطريقة بسيطة للغاية ، وبالتالي فإن هذه الخلايا الكهروضوئية غير مكلفة.

لكن إنتاجيتهم من حيث توليد الكهرباء من أشعة الشمس نادرا ما تتجاوز 15٪. ويرجع ذلك إلى "شوائب" رقاقات السيليكون الناتجة وبنيتها الداخلية. هنا ، كلما كانت الطبقة p من السيليكون أنقى ، زادت كفاءة PVC منه.

نقاء البلورات المفردة في هذا الصدد أعلى بكثير من نظائرها متعددة البلورات. إنها ليست مصنوعة من مصهور ، ولكن من بلورة سيليكون صلبة مزروعة صناعياً. يصل معامل التحويل الكهروضوئي لمثل هذا PVC بالفعل إلى 20-22٪.

يتم تجميع الخلايا الضوئية الفردية في وحدة مشتركة على إطار من الألومنيوم ، ولحمايتها من الأعلى ، يتم تغطيتها بزجاج متين لا يتداخل مع أشعة الشمس.

عندما تسقط أشعة الشمس على الخلية الكهروضوئية ، تتولد أزواج ثقوب إلكترونية غير متوازنة فيها. يتم نقل الإلكترونات الزائدة و "الثقوب" جزئيًا عبر تقاطع p-n من طبقة أشباه الموصلات إلى أخرى.

نتيجة لذلك ، يظهر التوتر في الدائرة الخارجية. في هذه الحالة ، يتشكل قطب موجب للمصدر الحالي عند ملامسة الطبقة p ، وقطب سالب عند الطبقة n.

يظهر فرق الجهد (الجهد) بين ملامسات الخلية الكهروضوئية نتيجة للتغير في عدد "الثقوب" والإلكترونات من جوانب مختلفة من الوصلة p-n نتيجة لإشعاع الطبقة n بضوء الشمس

تشكل الخلايا الضوئية المتصلة بحمل خارجي على شكل بطارية دائرة مغلقة معها. ونتيجة لذلك ، تعمل الألواح الشمسية كنوع من العجلة ، حيث "تعمل" البروتينات جنبًا إلى جنب مع الإلكترونات. والبطارية القابلة لإعادة الشحن تكتسب شحنة تدريجية.

المحولات الكهروضوئية القياسية للسيليكون هي خلايا تقاطع مفردة. يحدث تدفق الإلكترونات إليها فقط من خلال تقاطع pn واحد مع منطقة من هذا الانتقال محدودة في طاقة الفوتون.

أي أن كل خلية ضوئية كهذه قادرة على توليد الكهرباء فقط من طيف ضيق من الإشعاع الشمسي. يتم إهدار كل الطاقة الأخرى. هذا هو السبب في أن كفاءة FEP منخفضة للغاية.

من أجل زيادة كفاءة الخلايا الشمسية ، بدأت مؤخرًا عناصر أشباه الموصلات السليكونية في جعلها متعددة الوصلات (تتالي). توجد بالفعل عدة انتقالات في عمليات FEP الجديدة. علاوة على ذلك ، تم تصميم كل واحد منهم في هذه السلسلة من أجل طيف ضوء الشمس الخاص به.

تزداد الكفاءة الكلية لتحويل الفوتونات إلى تيار كهربائي في هذه الخلايا الضوئية في النهاية. لكن سعرها أعلى من ذلك بكثير. هنا ، إما سهولة التصنيع بتكلفة منخفضة وكفاءة منخفضة ، أو عوائد أعلى مقترنة بتكلفة عالية.

يمكن للبطارية الشمسية أن تعمل في الصيف والشتاء (تحتاج إلى ضوء وليس حرارة) - فكلما قل الغيوم وكلما كانت الشمس أكثر إشراقًا ، كلما تولدت الألواح الشمسية تيارًا كهربائيًا

نتيجة لذلك ، يولد الطراز نفسه للبطارية الشمسية تيارًا أقل في الحرارة مما هو عليه في البرد. تظهر الخلايا الضوئية أقصى قدر من الكفاءة في يوم شتاء صافٍ. هناك عاملان هنا - الكثير من أشعة الشمس والتبريد الطبيعي.

علاوة على ذلك ، إذا تساقطت الثلوج على اللوحة ، فستستمر في توليد الكهرباء. علاوة على ذلك ، لن يكون لدى رقاقات الثلج الوقت حتى للاستلقاء عليها ، لتذوب من حرارة الخلايا الكهروضوئية الساخنة.

من المستحسن تركيب الألواح التي تنتمي إلى الطبقة "المسطحة" في فصل الصيف ، عندما يكون مستوى التشمس أعلى. سيكون هذا هو الخيار الأفضل لنسبة السعر والطاقة المستلمة ، مما يعني أن شراء مثل هذه المجمعات الشمسية سيبرر تمامًا جميع الأموال التي يتم إنفاقها.

بطريقة أو بأخرى ، تسمح إمكانات الطاقة للمعدات باستخدامها في إمدادات الماء الساخن وأنظمة التدفئة.

عملية تحويل الطاقة حساسة للغاية لدرجات الحرارة القصوى. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار أثناء التثبيت.تتمثل الخطوة الأولى في التأكد من أن المسكن معزول تمامًا ، وإلا فقد تحدث أعطال غير متوقعة في تشغيل النظام.

نظام التسخين مع الألواح الشمسية عبارة عن حلقة مغلقة مع سائل تبريد يدور من خلاله

لكل منطقة خيار التثبيت الأمثل للمعدات. يعتمد الحساب على درجة التشمس نفسه. وفقًا لقواعد الاستخدام ، يجب وضع المجمع بحيث تكون زاوية حدوث ضوء الشمس على سطحه 90 درجة.

فقط في هذه الحالة سيتم تعظيم كفاءة النظام. يمكنك تحقيق الدقة المطلقة عند تركيب الألواح عن طريق قياس خط عرض المنطقة.

سيكون العامل المهم هو الاتجاه الذي يتم فيه وضع الألواح. نظرًا لحقيقة أن أعلى مستوى للطاقة يتم تحقيقه بشكل أساسي في منتصف اليوم ، فإن الأمر يستحق توجيه الألواح في اتجاه جنوبي. يُسمح ببعض الانحرافات أثناء عملية التثبيت ، في اتجاه الشرق أو الغرب ، ولكن ليس كثيرًا.

بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما يكون هناك انخفاض في الكفاءة عندما تضرب ظلال الأشجار لوحة التجميع. في فصل الشتاء ، يوصى بزيادة زاوية ميل الألواح الشمسية ، مما يؤدي إلى تحسين مستوى أداء النظام.

تعتمد كفاءة المجمعات بشكل أساسي على زاوية اللوحة بالنسبة للسطح الأفقي. لامتصاص الضوء بشكل مثالي ، يوصى بالحفاظ على الميل حوالي 45 درجة.

تعتمد زاوية الميل المثلى للوحة الشمسية على الموسم. من الجيد أن يكون الجهاز مزودًا بجهاز لتصحيح الزاوية

يجب أن يبقى السمت عند 0 درجة (الجنوب المباشر). يُسمح ببعض الانحرافات من 30-40 درجة لتشمس أفضل. لزيادة الصلابة هناك خاص. هياكل الألمنيوم.

هذا نموذجي في المقام الأول لتركيب المجمعات على سقف مائل. سوف يمنعون التغييرات في المعلمات المحددة بسبب الظروف الجوية ، وسرعة التثبيت السريعة ، باستخدام خطافات التثبيت والملفات الشخصية ، ستوفر الوقت.

في المرحلة الأولى ، يتم تثبيت جميع مكونات التسخين: غلايات ، ضواغط ، موصلات حرارية ، إلخ. للراحة ، يوصى بوضع عناصر النظام في مكان يسهل الوصول إليه. عند تثبيت خزان التمدد ، ضع في اعتبارك أنه لا توجد عوائق بينه وبين الفتحات.

يتم قياس درجة الحرارة داخل الخزان بجهاز استشعار درجة الحرارة. يجب أن تعلق على قاع الخزان.

ستكون الخطوة التالية هي تنظيم نظام التهوية. عند تثبيت الدائرة ، من الضروري إنشاء مخرج هواء يغادر خزان التمدد. أفضل حل هو توصيل الاتصالات إلى السطح. سيساهم ذلك في تنظيم انخفاض الضغط داخل نظام التدفئة.

تعد الألواح الشمسية جزءًا من نظام التدفئة ، والذي يجب أن يشمل أيضًا الغلايات ومضخات الطرد المركزي والأنابيب وما إلى ذلك.

البطاريات البوليمرية والعضوية

أصبحت الوحدات القائمة على البوليمر والمواد العضوية منتشرة على نطاق واسع في السنوات العشر الماضية ، ويتم إنشاؤها في شكل هياكل فيلم ، نادراً ما يتجاوز سمكها 1 مم. تقترب كفاءتها من 15٪ ، وتكلفتها أقل بعدة مرات من نظيراتها البلورية.

فوائد:

1. تكلفة إنتاج منخفضة.
2. شكل (لفة) مرن.

عيب الألواح المصنوعة من هذه المواد هو انخفاض الكفاءة لمسافات طويلة. ولكن لا تزال هذه المشكلة قيد البحث ويتم تحديث الإنتاج باستمرار لإزالة العيوب التي قد تظهر في الجيل الحالي من هذا النوع من البطاريات خلال 5-10 سنوات.

الجسم والزجاج

الألواح الشمسية للمنزل لها غلاف من الألومنيوم. هذا المعدن لا يتآكل ، مع قوة كافية له كتلة صغيرة. يجب تجميع جسم عادي من ملف تعريف يوجد فيه على الأقل قوتان. بالإضافة إلى ذلك ، يجب إدخال الزجاج في أخدود خاص ، وعدم تثبيته من الأعلى. هذه كلها علامات على الجودة العادية.

يجب ألا يكون هناك وهج على العلبة

حتى عند اختيار لوحة شمسية ، انتبه للزجاج. في البطاريات العادية ، يكون محكمًا وليس ناعمًا. لمسة خشنة ، إذا كنت تمسك أظافرك ، يمكنك سماع حفيف. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون لها طلاء عالي الجودة يقلل من الوهج. هذا يعني أنه لا ينبغي أن ينعكس أي شيء فيه. إذا كانت انعكاسات الكائنات المحيطة مرئية على الأقل من أي زاوية ، فمن الأفضل العثور على لوحة أخرى.

كيف تتخذ القرار الصحيح؟

بالنسبة لأصحاب المنازل الموجودين في القارة الأوروبية ، فإن الاختيار بسيط للغاية - إنه متعدد البلورات أو أحادي البلورة مصنوع من السيليكون. في الوقت نفسه ، مع وجود مناطق محدودة ، يجدر اتخاذ خيار لصالح الألواح أحادية البلورية ، وفي حالة عدم وجود مثل هذه القيود - لصالح البطاريات متعددة الكريستالات. عند اختيار الشركة المصنعة ، والمعايير الفنية للمعدات والأنظمة الإضافية ، يجدر الاتصال بالشركات التي تعمل في كل من بيع وتركيب المجموعات. ضع في اعتبارك أنه بغض النظر عن الشركة المصنعة ، من غير المرجح أن تختلف جودة الأنظمة من "كبار" الشركات المصنعة ، لذلك لا تنخدع بدراسة سياسة التسعير.

إذا قررت طلب تثبيت "مزرعة شمسية" بنظام تسليم المفتاح ، ضع في اعتبارك أن الألواح نفسها في حزمة هذه الخدمات ستأخذ ثلث التكلفة الإجمالية فقط ، وسيقترب العائد من حوالي:

1. سيكون خيار الميزانية ولكن الفعال هو الألواح من Amerisolar ، الطراز متعدد البلورات يسمى AS-6P30 280W ، بحجم 1640 × 992 ملم وينتج ، على التوالي ، 280 واط من الطاقة. كفاءة الوحدة 17.4٪. من السلبيات - الضمان 2 سنوات فقط. لكن التكلفة ∼7 آلاف روبل.
2. ستكون وحدة RS 280 POLY من Runda الصينية متشابهة في السعة ، والتكلفة أقل - حوالي 6 آلاف روبل.
3. إذا كانت المساحة محدودة ، يجب الانتباه إلى منتج LEAPTON SOLAR - LP72-375M PERC ، والكفاءة هي 19.1٪ ، وبأبعاد 1960x992 مم نحصل على 375 واط من الطاقة عند الإخراج. تبلغ تكلفة هذه البطارية حوالي 10 آلاف روبل.
4. خيار آخر فعال بأبعاد أصغر ، 1686 × 1016 مم ، سيكون منتجًا جديدًا من إل جي - NeOn 340 W. "ليس هو" يتميز بكفاءة تبلغ 19.8٪ ، ولكن لا يمكن أن يتباهى بتكلفة ، سيكون أكثر من النصف أعلى من السابق عينة - حوالي 16 ألف روبل ...
5. بالنسبة لأولئك الذين يرغبون في توجيه انتباههم إلى القطاع المتميز ، أطلقت شركة BenQ التايوانية وحدة أحادية البلورة SunForte PM096B00 333W في السوق ، وتنتج 333 واط من الطاقة عند الخرج ، بكفاءة اسمية تبلغ 20.4٪ بأبعاد 1559x1046 ملم . تلقت هذه الوحدة تكلفة رائعة تقارب 35 ألف روبل.

فيديو. كيف تحسب الكمية المطلوبة من الألواح الشمسية لمنزلك

يوضح الفيديو بوضوح إجراء حساب مساحة الألواح الشمسية لمنزل خاص. مفيد لأولئك الذين يريدون أن يأخذوا في الاعتبار جميع تكاليف بناء نظام إمداد طاقة شمسية مستقل بالفعل في مرحلة التخطيط.

نختار بطارية لمحطة الطاقة الشمسية Power Bank مع بطارية شمسية - حساب الأمية هل من المربح شراء مجموعة من الألواح الشمسية للمنازل الصيفية طاحونة هوائية لمنزل خاص - لعبة أم بديل حقيقي

يجب أن تحتوي الخلية الشمسية الجيدة بجهد 12 فولت على 36 خلية ، ويجب أن تحتوي البطارية 24 فولت على 72 خلية ضوئية. هذا المبلغ هو الأمثل. مع عدد أقل من الخلايا الضوئية ، لن تحصل أبدًا على التيار المذكور. وهذا هو الخيار الأفضل.

لا تشتري الألواح الشمسية المزدوجة - 72 و 144 خلية ، على التوالي. أولاً ، إنها كبيرة جدًا ، وهي غير ملائمة للنقل. ثانيًا ، في درجات حرارة منخفضة بشكل غير طبيعي ، والتي لدينا بشكل دوري ، يكونون أول من يفشل. الحقيقة هي أن حجم فيلم الترقق يتناقص بشكل كبير أثناء الصقيع.

تحتوي اللوحة الشمسية 4V على 7 عناصر

العامل الثاني. يجب أن يكون للألواح الكبيرة سماكة أكبر للعلبة والزجاج. بعد كل شيء ، زيادة انحراف القذيفه بفعل الهواء وأحمال الثلج. لكن هذا لا يتم دائمًا ، لأن السعر يرتفع بشكل كبير.إذا رأيت لوحة مزدوجة ، وكان سعرها أقل من اللوحين "العاديين" ، فمن الأفضل أن تبحث عن شيء آخر.

نقترح أن تتعرف على وصف البتولا للأطفال. وصف أوراق البتولا

مرة أخرى: الخيار الأفضل هو لوحة شمسية بجهد 12 فولت لمنزلك ، وتتكون من 36 خلية شمسية. هذا هو الخيار الأفضل ، ثبت بالممارسة.

لماذا الكفاءة مهمة جدا؟

تكتسب الكفاءة أهمية كبيرة عند حساب المساحة التي يمكنك استخدامها لنظام المصفوفة الشمسية. مع أحجام مماثلة للوحدات الموصوفة من Amerisolar AS-6P30 280W (1.63 متر مربع) و NeOn 340 W من LG (1.71 متر مربع) ، سيكون الفرق في الطاقة لكل متر مربع عند الإخراج 15.6٪. من ناحية أخرى ، قد لا يبدو هذا فعالًا للغاية ، نظرًا لوجود أكثر من ضعف فرق السعر ، ولكن في حالة المساحة المحدودة أو البيئة الأكثر عدوانية ، فقد يغير اختيارك لصالح هذه الشركة المصنعة المعروفة.

لا تؤكد الكفاءة المتزايدة على كفاءة تقنية التصنيع فحسب ، بل تؤكد أيضًا على جودة المواد المستخدمة في التصنيع. يمكن أن يؤثر هذا على عمر الأجهزة ، ومقاومة الألواح لما يسمى التدهور. لا تنس أيضًا التزامات ضمان الشركة المصنعة. من خلال المكاتب التمثيلية وخدمات الضمان في جميع أنحاء العالم تقريبًا ، ستتمكن LG من التباهي بنهج أكثر ولاءً للعملاء والوفاء بالتزاماتها.

المواصفات: ما الذي تبحث عنه

تشير الألواح الشمسية المعتمدة دائمًا إلى تيار التشغيل والجهد ، بالإضافة إلى جهد الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن جميع المعلمات يشار إليها عادة لدرجة حرارة 25 درجة مئوية. في يوم مشمس على السطح ، ترتفع درجة حرارة البطارية إلى درجات حرارة أعلى بكثير من هذا الرقم. هذا ما يفسر ارتفاع جهد التشغيل.

مثال على الخصائص التقنية للألواح الشمسية للمنزل

انتبه أيضًا إلى جهد الدائرة المفتوحة. في البطاريات العادية ، يكون حوالي 22 فولتًا وسيكون كل شيء على ما يرام ، ولكن إذا قمت بتنفيذ العمل على الجهاز دون فصل الألواح الشمسية ، فإن جهد الدائرة المفتوحة سوف يتلف العاكس أو أي جهاز متصل آخر غير مصمم لمثل هذا الجهد االكهربى.

مم تتكون الألواح الشمسية؟

الهيكل عبارة عن نظام من العناصر المترابطة في هيكل يستخدم مبدأ التأثير الكهروضوئي. اعتمادًا على الشركة المصنعة ونوع التركيب ، تحتوي مجموعات الألواح الشمسية الجاهزة لمنزل خاص على المكونات التالية:

1. مادة شبه موصلة تقع تحت الزجاج المقسى. يتكون من طبقتين من المواد ذات الموصلية المختلفة. فبعضها يحتوي على كمية زائدة من الإلكترونات ، بينما يعاني البعض الآخر من نقص. يتم فصلها بطبقة رقيقة من العنصر لمقاومة الاختلاط.
2. مزود الطاقة.
3. بطارية تخزن وتخزن الطاقة.
4. وحدة تحكم شحن الألواح الشمسية.
5. محول العاكس.
6. منظم ضغط كهربي.
7. توصيل الأسلاك.

كيف تعمل الألواح الشمسية؟

في السابق ، كانت الخلايا الشمسية تُستخدم فقط في الفضاء كمصدر رئيسي للطاقة للأقمار الصناعية. حاليًا ، يتم تضمين الألواح الشمسية بشكل متزايد في حياتنا ، لكن قلة من الناس يعرفون كيفية عملها. يجدر معرفة كيفية حدوث تحويل الأشعة إلى كهرباء. بدون تفاصيل تقنية معقدة ، يوصف مبدأ الألواح الشمسية للمنزل على النحو التالي:

1. توجد خلايا كهروضوئية ، تتكون من مادة شبه موصلة ، معبأة في إطار مشترك.
2. عندما تصطدم الأشعة بسطحها ، فإنها تسخن ، وتمتص الطاقة جزئيًا ، وبالتالي تطلق الإلكترونات في الداخل.
3. بمساعدة مجال كهربائي ، تتحرك الإلكترونات الحرة في اتجاه معين ، مما يشكل تيارًا.
4. يسافر على طول الخيوط النحاسية التي تغطي البطارية ويسافر مباشرة إلى وجهتها.يمكن أن يكون جهازًا إلكترونيًا أو بطارية تخزن التيار.