ألواح الطاقة الشمسية أنواعها وطرق توصيلها

ألواح الطاقة الشمسية :

اللوح هو أول وحدة في منظومة توليد الطاقة الشمسية حيث يقوم بتحويل طاقة الشمس الى تيار كهربائي مكون من عدد من الخلايا الشمسية الموصلة مع بعضها البعض ومغطاة بطبقة من الزجاج ذو نفاذية عالية ومقاومة للكسر والخدش، انصحك بقراءة نصائح قبل شراء منظومة طاقة شمسية ومقال بطاريات الطاقة الشمسية انواعها وطريقة توصيلها.

آلية عمل لوح اللوح :

كيف تعمل ألواح الطاقة الشمسية ؟

يحتوي ضوء الشمس الساقط على اللوح على فوتونات تقوم بإثارة الإلكترونات من الذرات في المواد شبه الموصلة (معظمها من السيليكون) هي المكون الرئيسي المُستخدَم في صناعة ألواح الطاقة شمسية و المسؤولة عن توليد تدفق الشحنات الكهربائية على شكل تيار مستمر (تيار مباشر).

أنواع ألواح الطاقة الشمسية:

أولا: خلايا شمسية سيليكونية أحادية البلورة:

صُنعت الخلايا الشمسية في البداية من السيليكون أحادي البلورية، ممّا يعني أنّها كانت مُصنّعة من السيليكون النقي، ومن الجدير بالذكر أنّ عملية تصنيعها تبدأ بسحب بلورة بذرية من كتلة من السيليكون المصهور بهدف الحصول على سبيكة أسطوانية في بناء بلوري واحد متصل، بعدها تُقصّ البلورات إلى رقائق، ومن ثمّ تُصقل لبناء وصلة الموجب والسالب التي تُسمّى (بالإنجليزية: p-n Junction)، ثمّ تُطلى فيما بعد بطبقة مضادة للانعكاس، وأخيراً تُجمّع لتكوّن الخلية الشمسية، ويُشار إلى أنّ هذه الخلايا تمتاز بكفاءة عالية لكنّ عملية تصنيعها بطيئة وطويلة، ممّا يجعلها ذات سعر مرتفع مقارنةً بالأنواع الأخرى.

ثانيا: خلايا شمسية سيليكونية متعددة البلورات:

تُصنّع خلايا السيليكون الشمسية متعددة البلورات من سبائك سيليكونية مُربّعة الشكل، وتتمّ عملية تصنيعها من خلال تبريد السيليكون المصهور وصبّه في كتل مُقسّمة إلى ألواح رفيعة، وينتُج عن تصلّبها خلايا تحتوي على العديد من البلورات، ومن الجدير بالذكر أنّ سطح هذه الخلايا يكون أقلّ فعاليةً في امتصاص أشعة الشمس مُقارنةً بسطح الخلايا السيليكونية أحادية البلورة، وبالتالي فإنّها تُنتج كميةً أقلّ من الطاقة الكهربائية، ولتعويض ذلك يكون حجمها أكبر من الخلايا الأخرى، ممّا يعني حاجتها لمساحة أكبر، لكنّ ذلك لا يُلغي أنّ عملية تصنيعها أسهل وسعرها أقلّ.

ثالثا: الخلايا الشمسية الرقيقة:

تُحوّل الخلايا الشمسية الرقيقة الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية من خلال التأثير الكهروضوئي، وتتكوّن من طبقات مادة لها قدرة عالية على امتصاص فوتونات الضوء مُثّبتةً فوق ركيزة مرنة، ومن الجدير بالذكر أنّها قُدّمت للعالم في السبعينيات من قِبل باحثين في قسم الطاقة في جامعة ديلاوير في الولايات المتحدة الأمريكية، ومن ثمّ تطوّرت هذه التكنولوجيا تِباعاً حتّى وصلت للشكل الموجود اليوم، والذي يُستخدم بشكل واسع بسبب انخفاض سعرها وكفاءتها الجيدة.

رابعا: الخلايا الشمسية ذات الكفاءة العالية:

طُوِّرت الخلايا الشمسية بسبب الحاجة لخلايا شمسية ذات كفاءة أعلى، لكنّ تكاليف صناعتها والمواد اللازمة لذلك تسبّبت في جعل انتشارها محدوداً حتّى اللحظة، ومن أنواعها ما يأتي:

خامسا: خلايا زرنيخيد الغاليوم:

تُعد مادة زرنيخيد الغاليوم من المواد شبه الموصلة المشهورة في عالم الخلايا الشمسية، حيث يُمكن لكفاءتها أن تصل حتّى 30%، إذ تمتاز بخصائص كهربائية جيدة، بالإضافة إلى مقاومتها للحرارة.

سادسا: الخلايا الشمسية متعددة الوصلات:

يتمّ تطوير الخلايا الشمسية بشكل متسارع، وتُعدّ الخلايا الشمسية مُتعدّدة الوصلات تكنولوجيا حديثة قد ترفع من كفاءة الخلايا الشمسية في المستقبل لِما تملكه من قدرة على امتصاص أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الشمسي باستخدام طبقات متعددة، ممّا يجعلها أكثر كفاءة من الخلايا أحادية الوصلة.

سابعا: الخلايا التكنولوجية المُستجدة:

يُمكن استخدام العديد من المواد للاستفادة من الإشعاع الشمسي في توليد الطاقة كما هو الحال عند استخدام المواد العضوية في خلايا بيروفسكايت الشمسية (بالإنجليزية: Perovskite solar cells) ذات البناء البلوري المُحدّد، كما تحتوي هذه الخلايا على العديد من المواد، مثل الكلور، والبروم، واليود، والرصاص، وهي رخيصة نسبياً وذات كفاءة عالية، لكنّها محدودة الاستخدام بسبب قصر عمرها، ويُشار إلى وجود أنواع أخرى من الخلايا، ومنها ما يأتي:

• الخلايا الشمسية العضوية: تتكوّن من طبقات مبلمرة ذات كفاءة وانتشار محدودَين بالرغم من رخص ثمنها.
• الخلايا الشمسية الصبغية: تُصنع من ثنائي أكسيد التيتانيوم، وتغلّف بطبقة رقيقة جداً من المُحسّسات، حيث تعتمد على تكنولوجيا النانو في التصنيع، ومن الجدير بالذكر أنّها لا تزال تحت الفحص المخبري التجريبي بالرغم من كفاءتها العالية نظرياً.

توجد انواع كثيرة في السوق وتختلف في قدراتها وكفاءتها حسب الجهة المصنعه وبلد المنشأ مثل:

1. الواح جينكو jinkko
2. الواح ترينا Trina
3. الواح جي اس بي GSB

كفاءة اللوح:

وهي قدرة اللوح على توليد أكبر قدر من الطاقة الكهربائية من اشعة الشمس الساقطة عليه وتكون في شكل نسبة مئوية من ١٤- ٢٢٪ فكلما كانت النسبة أكبر ذادت كفاءة اللوح علما بأن كفاءة تقل مع مرور الوقت فلن تكون كفاء اللوح بعد عامين أو ثلاث مثل كفاءتة اليوم.

العناية بالواح الطاقة الشمسية:

• تثبيت اللوح جيدا وبزاوية تمكنه من إستقبال أكبر كمية من أشعة الشمس لزيادة كمية الطاقة المولدة.
• نظافة اللوح من الغبار والأتربة التي تعيق إمتصاص أشعة الشمس.
• تأريض اللوح لحمايتة من التفريغ الكهربائي بسبب البرق وغيره.
• توصيل الألواح بالأخرى المساوية لها في القدرة لتحقيق كفاءة أعلى وتجنب الأعطال مستقبلا.

توصيل ألواح الطاقة الشمسية:

توصل ألواح الطاقة الشمسية بطريقتين: طريقة التوصيل على التوالي للحصول على جهد اعلى وتيار ثابت مساو لتيار اللوح الواحد وطريقة التوصيل على التوازي للحصول على تيار أعلى وجهد مساو لجهد اللوح الواحد وفي كلا الطريقتين تظل القدرة النهائية مساوية لمجموع قدرات الألواح .

نوع التيار في الطاقة الكهربائية المولدة من الالواح الشمسية هو تيار مباشر أو مستمر Direct Current (DC) ويمكن تخزينة في بطاريات الطاقة الشمسية لاستخدامة في عدم وجود الشمس وهو غير التيار المستخدم في كهرباء المنازل الذي هو من نوع التيار المتغير Alternative Current (AC) ، لذا يجب تحويل التيار المباشر الى تيار متردد أو متغير بواسطة جهاز يسمى إنفرتر Invertet حتى يستخدم في المنازل.

 

مواصفات اللوح الجيد:

• سطحه غير لاصق.
• مقاومة الخدش والكسر والثقب.
• كفاءتة أعلى.
• عمره الإفتراضي أكثر.
• فترة ضمانه أطول.

مدونة كدا صح م/م ع/٢٥٣٢٢