اليوم ، أصبحت الألواح الشمسية مصادر حقيقية لإمدادات الطاقة البديلة لمنزل خاص. يتم تمثيلها على نطاق واسع في السوق ، واستخدام محطة طاقة شمسية صغيرة مربحة للغاية. ويرجع هذا الوضع إلى النمو المستمر في إنتاج الألواح الشمسية والمعدات الإضافية ، وانخفاض أسعار عناصر النظام ، ونتيجة لذلك ، تكلفة التوليد.
محتوى
- مبدأ تشغيل البطارية الشمسية
- أنواع الألواح الشمسية
- الخلايا الشمسية أحادية السليكون
- خلايا السيليكون متعددة الكريستالات
- بطاريات سيليكون غير متبلورة
- بطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة
- الألواح الشمسية البوليمر
- اختيار الألواح الشمسية
- نوع من
- القوة والجهد
- تركيب الألواح الشمسية
- كثيرا ما يطلب
- مراجعة الفيديو مع حسابات الألواح الشمسية
مبدأ تشغيل البطارية الشمسية
أي بطارية شمسية هي محول ضوئي يستخدم الضوء لإنتاج الطاقة الكهربائية. في الوقت الحاضر ، التأثير الكهروضوئي في مواد أشباه الموصلات له قيمة عملية.
يعتمد التأثير على ظهور ناقلات الشحنات الكهربائية المجانية في هياكل أشباه الموصلات غير المتجانسة عند تعرضها للفوتونات الضوئية. لوحظ في أشباه الموصلات المختلفة - على أساس السيليكون ، زرنيخيد الغاليوم ، تيلورايد الكادميوم ، جزيئات البوليمر الكبيرة.
نظرًا لظهور ناقلات حرة ، لا تكفي طاقتها للتغلب على فجوة النطاق ، يتشكل فرق الجهد (الجهد) بين أقطاب العنصر. عند توصيل الدوائر الخارجية ، ينشأ تيار كهربائي بينها.
مخطط الألواح الشمسية
تقوم الخلايا الضوئية التي تعتمد على أشباه موصلات مختلفة بتحويل أجزاء مختلفة من الطيف الشمسي إلى طاقة كهربائية. وهكذا ، تلتقط وحدات السيليكون البلورية ما يصل إلى 80 ٪ من الإشعاع مع تحول أحمر ، ويمكن أيضًا أن تعمل عناصر الفيلم القائمة على السيليكون غير المتبلور في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، ويمتص ثاني أكسيد التيتانيوم الأشعة فوق البنفسجية والأشعة فوق البنفسجية.
في بعض العينات المختبرية ، اقترب الباحثون من علامة 50٪. إذا تم الحصول على نفس النتائج في الإنتاج الصناعي ، يمكن تخفيض تكلفة التوليد بأكثر من النصف مقارنة بالمستوى الحالي.
أنواع الألواح الشمسية
السمة الرئيسية لتصنيف الوحدات الشمسية هي مواد أشباه الموصلات المستخدمة في التصنيع. اليوم ، تشغل الألواح الشمسية القائمة على السيليكون أكثر من 80٪. هذه هي الأنواع التي تلقت أوسع استخدام تجاري ممكن ، يتم تقديمها من قبل الغالبية العظمى من البائعين العاملين في الصناعة.
بدورها ، يتم تقسيم الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون إلى:
أنواع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون
الخلايا الشمسية أحادية السليكون
الخلايا الشمسية أحادية البلورية هي خلايا متصلة كهربائيًا مصنوعة من رقائق رقيقة أحادية البلورة من السيليكون (240 ميكرون). يتم توجيه المحاور البصرية في نفس الاتجاه ، ويتم استخدام مادة عالية النقاء (أكثر من 99.99٪). هذا يضمن أقصى قدر من كفاءة التحويل.مع كفاءة ممكنة نظريًا لعنصر سيليكون بنسبة 30 ٪ ، في العينات التسلسلية ، يصل الرقم إلى 18-24 ٪.
خارجيًا ، من السهل التمييز بين البطاريات أحادية البلورة - فهي ذات لون أسود عميق ، ويتشكل العنصر في مربع عادي (مستطيل) بزوايا مقطوعة أثناء القطع.
إن تكنولوجيا إنتاج هذه الخلايا الشمسية هي صاحبة الرقم القياسي من حيث التكلفة بين خلايا السيليكون. تفسر التكلفة العالية للإنتاج من خلال العمليات المعقدة لتنظيف المواد الخام ، وتنمية بلورة واحدة وتقطيعها بدقة.
نتيجة لذلك ، تتمتع البطاريات أحادية البلورية بأعلى سعر - حوالي 0.9-1.1 دولار لكل 1 واط من الطاقة.
هذه العناصر لها أيضًا عيب خطير آخر - نظرًا للتوجيه الدقيق للمحاور الضوئية للبلورات ، لا يمكن الحصول على العائد الأمثل إلا عندما تسقط أشعة الشمس بشكل عمودي على مستوى العنصر. مع حدوث تغيير كبير في زاوية الإضاءة ، وكذلك في الضوء المتناثر ، لوحظ انخفاض حاد في التوليد.
خلايا السيليكون متعددة الكريستالات
خلايا السيليكون متعددة الكريستالات
في البطاريات متعددة الكريستالات ، تشتمل الخلية على مجموعة بلورات ذات اتجاه عشوائي للمحاور الضوئية. لا يتطلب إنتاجها مواد خام بدرجة عالية من التنقية - مصادر ثانوية (على وجه الخصوص ، بطاريات السيليكون المعاد تدويرها) ، يمكن استخدام النفايات الناتجة عن إنتاج المعادن.
نتيجة لذلك ، يتم تقليل تكلفة التصنيع بشكل كبير. ومع ذلك ، فإن هذا يقلل أيضًا من كفاءة التحويل - تُظهر أفضل العينات كفاءة بنسبة 15-18 ٪.
خارجيا ، الكريستالات عبارة عن لوحات مستطيلة منتظمة من اللون الأزرق المشبع. تبلغ تكلفة إنشاء الألواح "الزرقاء" حوالي 0.7-0.9: لكل 1 وات.في الوقت نفسه ، تظهر انخفاضًا أقل بكثير في الإضاءة المنتشرة ووقوع الضوء بزوايا أخرى غير 90 درجة.
بطاريات سيليكون غير متبلورة
إنها مصنوعة من السيليكون غير المتبلور (غير البلوري) a-Si عن طريق ترسيب بخار هيدريد السيليكون على ركيزة مرنة. نتيجة لذلك ، يتم الحصول على تأثير كهروضوئي مستقر بالفعل بسمك غشاء يبلغ عدة ميكرونات.
تعتبر العملية التكنولوجية أرخص بكثير بسبب الحد الأدنى من المواد الخام المطلوبة من السيليكون ، وانخفاض متطلبات نقاوتها ، وغياب العمليات المعقدة ، مثل زراعة الكريستال وتقطيعه.
تبلغ كفاءة التحويل حوالي 8-11٪ ، وتقع تكلفة التوليد في حدود 0.5-0.7٪ لكل 1 وات. العيب الرئيسي لهذه البطاريات هو كفاءة التحويل المنخفضة ، الأمر الذي يتطلب مساحة كبيرة لتوفير الطاقة المطلوبة. ومع ذلك ، فإن القدرة على التثبيت على أي سطح يمكن تعويضها - فالركيزة المرنة لا تتطلب حتى قواعد وهياكل خاصة للتثبيت.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للوحدات النمطية الحديثة متعددة الأشكال أن تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء ، مما يقلل بشكل كبير من خسائر الكفاءة تحت الإضاءة المنتشرة. نتيجة لذلك ، تمثل حصة العناصر غير المتبلورة اليوم حوالي 10٪ من السوق العالمية.
بطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة
بطاريات CdTe ذات الأغشية الرقيقة
يمكن أن تصبح الخلايا الشمسية القائمة على تيلورايد الكادميوم (CdTe) بديلاً حقيقيًا لخلايا السيليكون. حاليًا ، تُظهر كفاءة التحويل ، في المتوسط ، بنسبة 20٪ أعلى من السيليكون غير المتبلور المماثل بتكلفة أقل بنسبة 20٪.يتم تحقيق ذلك بسبب الخصائص الفريدة لأشباه الموصلات ، والتي توفر فجوة النطاق المثلى.
تصنع هذه الألواح عن طريق تطبيق طبقة من مادة أشباه الموصلات على الأغشية الرقيقة. لا تزال التكنولوجيا متاحة لعدد محدود من الشركات المصنعة ، ولكن تم بالفعل إطلاق الإنتاج التسلسلي لهذه البطاريات من قبل الشركة الأمريكية First Solar.
الألواح الشمسية البوليمر
في وحدات البوليمر الشمسية ، يتم توفير التأثير الكهروضوئي من خلال طبقة من "أشباه الموصلات البوليمرية" - جزيئات كبيرة من المركبات العضوية. في الوقت الحاضر ، تقترب تكنولوجيا مثل هذه المنتجات من نشر الإنتاج على نطاق واسع (بعض الشركات الأوروبية قد أنشأت بالفعل إنتاجًا تجاريًا).
الألواح الشمسية البوليمر
تقدر كفاءة التحويل لهذه الأجهزة في حدود 8-11٪. نظرًا للإنتاج الرخيص غير القياسي ، واستخدام مواد البوليمر المرنة ، وعدم وجود مشاكل في التخلص ، في المستقبل القريب ، ستتمكن وحدات البوليمر الشمسية من التنافس بجدية مع المنتجات المصنعة بالفعل.
يعمل المصنعون أيضًا بنشاط على تطوير الألواح الشمسية بناءً على:
- زرنيخيد الغاليوم ، سيلينيدات النحاس والإنديوم والجاليوم (CGIS) ؛
- التقنيات الهجينة ، حيث تعمل العديد من عناصر أشباه الموصلات على أساس مختلف في أجزاء مختلفة من الطيف الشمسي ؛
- خلايا حساسة للضوء ، مع قوارير جريتزل كعنصر عامل ؛
- nanoantennas ، حيث يؤدي ضوء الشمس مثل الإشعاع الكهرومغناطيسي إلى إحداث EMF ، إلخ.
اختيار الألواح الشمسية
عند اختيار الألواح الشمسية ، من الضروري تحديد ليس فقط النوع ، ولكن أيضًا تحديد المعلمات الكهربائية - الطاقة والجهد.
نوع من
اختر نوع الألواح الشمسية من ظروف التشمس (عدد الأيام المشمسة ، كثافة الإشعاع):
- لذا ، فإن بطاريات السليكون أحادية البلورية مناسبة تمامًا للتركيب في المناطق الجنوبية.
- في الممر الأوسط والأراضي الروسية الأخرى ، سيكون الخيار الأفضل هو الألواح متعددة الكريستالات ، والتي أثبتت نفسها جيدًا في ظروف الإضاءة المنتشرة.
- في خطوط العرض الشمالية ، ينبغي إيلاء المزيد من الاهتمام للوحدات غير المتبلورة ، والتي تسمح بإنشاء منطقة بطارية كبيرة دون أعمال تركيب إضافية.
تتطلب فئة الجودة أيضًا الاهتمام. في وضع العلامات على البطاريات ، يُشار إلى هذه المعلمة على أنها الدرجة أ أو ب أو ج.
يتم تعيين فئات الجودة الأقل للمنتجات بناءً على نتائج اختبارات المصنع ، والتي تكشف عن انحراف عن المعلمات الاسمية لا تزيد عن 5٪ (الدرجة B) و 30٪ (الدرجة C) أثناء التشغيل.
القوة والجهد
يتم تحديد قوة الألواح على النحو التالي:
احسب متوسط إجمالي استهلاك الطاقة (حسب مؤشرات عداد الكهرباء ، فواتير الكهرباء). بالنسبة لمتوسط الاستهلاك اليومي ، يتم تقسيم الأرقام الشهرية على عدد الأيام.- يتم إضافة 20-30٪ إلى النتيجة التي تم الحصول عليها من أجل الحصول على هامش ، مع مراعاة عامل التحويل (الخسائر في شحن البطارية وتشغيل العاكس).
- بناءً على البيانات التي تم الحصول عليها ، يتم حساب طاقة الخرج للوحات مع مراعاة مدة ساعات النهار. بالنسبة للحسابات ، يتم أخذ 6 ساعات ، على التوالي ، يجب أن تتجاوز طاقة البطارية متوسط الاستهلاك بمقدار 4 مرات.
- حدد جهد اللوحة. كقاعدة عامة ، تقدم الشركات المصنعة بطاريات بجهد خرج يبلغ 12 فولت.ومع ذلك ، من أجل شحن أجهزة التخزين وزيادة كفاءة تحويل الجهد المباشر إلى جهد متناوب على العاكس (خاصة عند الطاقة العالية) ، فمن الأفضل الحصول على قيم أعلى.
الاستخدام القياسي:- 12 فولت للأنظمة حتى 1 كيلو واط.
- 24 فولت أو 36 فولت - حتى 5 كيلو واط.
- 48 فولت - أكثر من 5 كيلو واط.
يتم الحصول على هذه الفولتية عن طريق ربط الألواح في سلسلة.
- يتم تحديد قوة الذروة من خلال تلخيص قوة جميع المستهلكين في المنزل.
- يتم تحديد قدرة الذروة بهامش 10-20٪ ، على سبيل المثال ، لتيارات البدء للمحركات الكهربائية وتشغيل عناصر التسخين لنظام الماء الساخن والغسيل وغسالات الصحون وما إلى ذلك.
- تحدد قوة الذروة الحد الأقصى الحالي للوحات.
- تجد الكتب المرجعية معامل التشمس (في الصيف والشتاء) للمنطقة.
لمزيد من العمليات الحسابية ، استخدم الصيغة:
P = Kc * Wn * Ki ، مع مراعاة
- Кс - المعامل الموسمي ، بالنسبة لفصل الصيف ، فهو يساوي 0.5 ، لفصل الشتاء - 0.7 ؛
- كي هو معامل التشمس لفصل الصيف والشتاء ؛
- Wn هي القوة المقدرة للوحة.
بعد اختيار العديد من طرز البطاريات في كتالوجات الشركات المصنعة ، يتم حساب طاقة التوليد لكل منها في الشتاء والصيف.
ثم يتم تحديد العدد المطلوب من اللوحات بقسمة متوسط استهلاك الطاقة المحسوب أعلاه (بهامش) على طاقة التوليد. يتم إجراء الحسابات لفترتي الشتاء والصيف ، ونتيجة لذلك تأخذ قيمة أكبر.
بعد التحقق من الحسابات:
- الحد الأقصى للحمل الحالي على اللوحة حسب ذروة الاستهلاك. إذا كان الحد الأقصى للتيار أكبر من ذلك الذي توفره البطاريات المتصلة بالتوازي ، فيجب اختيار بطاريات أقوى.
- ميزانية. يتم تحديد التكلفة الإجمالية للوحات ومقارنتها بالمبلغ المخصص لشرائها.
- ميدان. يتم حساب المساحة الإجمالية للألواح ومقارنتها بمساحة المكان المخصص للتركيب. إذا لم تكن هناك مساحة كافية ، فسيتم إعادة حسابها لبطاريات أكثر قوة.
تركيب الألواح الشمسية
لا توجد متطلبات صارمة لتركيب الألواح الشمسية. يمكن تركيب المجمع الشمسي بزاوية ، على سطح عمودي أو أفقي. في الوقت نفسه ، يتم تثبيت الألواح الصلبة (أحادية ومتعددة البلورات) على إطار صلب ، مثبتة عند نقاط التعلق باستخدام مثبتات كاملة. تسمح البطاريات الموجودة على دعامة مرنة بوضعها على الأسطح غير المستوية (على سبيل المثال ، سقف متموج).
يتم إجراء التوصيلات بين الألواح بموصلات مجدولة مع تركيبات طرفية. يتم حساب المقطع العرضي للعناصر الحاملة الحالية من قيمة التيار المقنن والحد الأقصى.
عند اختيار الموقع وزاوية التثبيت ، ينبغي للمرء أن يأخذ في الاعتبار الشرط الرئيسي لتوليد الحد الأقصى - حدوث ضوء الشمس بشكل عمودي على مستوى البطارية.
يمكن تحقيق ذلك:
- اتجاه الوحدات في اتجاه الجنوب.
- بوضعهم بزاوية مساوية لخط العرض الجغرافي للمنطقة.
- التغير في زاوية الميل في حدود +/- 20٪ على التوالي في الشتاء والصيف.
بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للوحات أحادية البلورة ، من الضروري الاهتمام بغياب التظليل - في الضوء المنتشر ، تنخفض كفاءتها بشكل كبير.
كثيرا ما يطلب
عادة ما يتم ضمان بطاريات الدرجة A لمدة 15-25 عامًا. خلال هذا الوقت ، لا يتجاوز الانخفاض في المؤشرات من الاسمية 20 ٪.
لا يساهم التشمس في هذه المناطق في التشغيل الفعال للبطاريات أحادية البلورية. يمكن تحسين الموضع بشكل طفيف عن طريق أجهزة التتبع الدوارة الخاصة بالمصابيح ، لكن تنفيذها يزيد بشكل كبير من تكلفة التركيب ككل.
ليس بالضرورة ، يقول معظم المصنّعين أن الترسيب الطبيعي كافٍ لغسل الغبار للتشغيل العادي. ومع ذلك ، لن يكون من الضروري رش الماء من الخرطوم عدة مرات في الموسم. بالطبع ، تأكد من إزالة الثلج في الشتاء بعد تساقط الثلوج.
من خلال الحساب الصحيح لعدد الألواح والمعدات الإضافية (البطاريات ، العاكس) ، ستتعامل محطة الطاقة الشمسية تمامًا مع مصدر الطاقة للمنزل دون تكرار المصادر.
تستخدم معظم الشركات المصنعة الصغيرة وحدات من الشركات في TOP 10. يمكن التحقق بسهولة من سمعة الشركة المصنعة على موقع كاليفورنيا (https://gosolarcalifornia.org/equipment/pv_modules.php) أو TUV الأوروبية (https: // www .tuev-sued.de / industry_and_consumer_products / الشهادات) للمختبرات.
مراجعة الفيديو مع حسابات الألواح الشمسية
