مكونات الألواح الكهروضوئية

مكونات الألواح الكهروضوئية هي جهاز توليد طاقة يولد تيارًا مستمرًا عند تعرضه لأشعة الشمس، وتتكون من خلايا كهروضوئية صلبة رقيقة مصنوعة بالكامل تقريبًا من مواد أشباه الموصلات مثل السيليكون.

نظرًا لعدم وجود أجزاء متحركة، يُمكن تشغيلها لفترات طويلة دون التسبب في أي تآكل. تُشغّل الخلايا الكهروضوئية البسيطة الساعات وأجهزة الكمبيوتر، بينما تُوفّر الأنظمة الكهروضوئية الأكثر تعقيدًا إضاءةً للمنازل وشبكات الكهرباء. يُمكن تصنيع مُجمّعات الألواح الكهروضوئية بأشكال مُختلفة، ويمكن توصيلها لتوليد المزيد من الكهرباء. تُستخدم مُكوّنات الألواح الكهروضوئية على أسطح المباني وأسطحها، كما تُستخدم كجزء من النوافذ أو فتحات السقف أو أجهزة التظليل. غالبًا ما تُعرف هذه التركيبات الكهروضوئية باسم الأنظمة الكهروضوئية المُلحقة بالمباني.

الخلايا الشمسية:

الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة

تبلغ كفاءة التحويل الكهروضوئي لخلايا السيليكون الشمسية أحادية البلورة حوالي 15%، وأعلى نسبة هي 24%، وهي أعلى كفاءة تحويل كهروضوئي بين جميع أنواع الخلايا الشمسية حاليًا، إلا أن تكلفة إنتاجها مرتفعة للغاية، مما يحول دون استخدامها على نطاق واسع. ولأن السيليكون أحادي البلورة مغلف عادةً بالزجاج المقسّى والراتنج المقاوم للماء، فهو قوي ومتين، وعمره الافتراضي يصل عادةً إلى 15 عامًا، ويصل إلى 25 عامًا.

الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات

تتشابه عملية إنتاج خلايا السيليكون متعددة البلورات الشمسية مع خلايا السيليكون أحادية البلورة، إلا أن كفاءة التحويل الكهروضوئي أقل بكثير (وهي أعلى كفاءة في العالم). من حيث تكلفة الإنتاج، فهي أرخص من خلايا السيليكون أحادية البلورة، وموادها سهلة التصنيع، وتوفر استهلاك الطاقة، وتكلفة الإنتاج الإجمالية أقل، مما أدى إلى تطويرها بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فإن عمر خدمة خلايا السيليكون متعددة البلورات الشمسية أقصر من عمر خلايا السيليكون أحادية البلورة. من حيث الأداء، تتفوق خلايا السيليكون أحادية البلورة قليلاً من حيث التكلفة.

الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون غير المتبلور

الخلايا الشمسية السيليكونية غير المتبلورة هي نوع جديد من الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، ظهر عام ١٩٧٦. تختلف تمامًا عن طريقة إنتاج الخلايا الشمسية السيليكونية أحادية البلورة ومتعددة البلورات. تتميز هذه الخلايا بتبسيطها الكبير، واستهلاكها المنخفض لمواد السيليكون، واستهلاكها المنخفض للطاقة. وتكمن ميزتها في قدرتها على توليد الكهرباء حتى في ظروف الإضاءة الخافتة. إلا أن المشكلة الرئيسية للخلايا الشمسية السيليكونية غير المتبلورة هي انخفاض كفاءتها التحويلية الكهروضوئية، حيث يبلغ مستوى التقدم الدولي حوالي ١٠٪، كما أنها غير مستقرة بما يكفي. ومع مرور الوقت، تنخفض كفاءتها التحويلية.

الخلايا الشمسية متعددة المركبات

الخلايا الشمسية متعددة المركبات هي الخلايا الشمسية غير المصنوعة من مواد أشباه موصلات أحادية العنصر. هناك العديد من أنواع الأبحاث في مختلف البلدان، ومعظمها لم يُصنّع بعد، ومن أهمها: أ) خلايا شمسية من كبريتيد الكادميوم، ب) خلايا شمسية من زرنيخيد الغاليوم، ج) خلايا شمسية من سيلينيد النحاس والإنديوم (خلايا شمسية جديدة من الأغشية الرقيقة Cu(In, Ga)Se2 ذات فجوة نطاقية متدرجة).

سمات:

يتميز بكفاءة تحويل ضوئية عالية وموثوقية عالية؛ وتضمن تقنية الانتشار المتقدمة توحيد كفاءة التحويل في جميع أنحاء الشريحة؛ وتضمن التوصيل الكهربائي الجيد والالتصاق الموثوق وقابلية اللحام الجيدة للأقطاب الكهربائية؛ وشبكة سلكية عالية الدقة، والرسومات المطبوعة والمسطحة العالية تجعل البطارية سهلة اللحام والقطع بالليزر تلقائيًا.

وحدة الخلايا الشمسية

1. صفائح

2. تحمي سبيكة الألومنيوم الرقائق وتلعب دورًا معينًا في الختم والدعم

٣. صندوق التوصيلات: يحمي نظام توليد الطاقة بأكمله ويعمل كمحطة نقل تيار. في حال حدوث قصر في الدائرة الكهربائية للمكون، يقوم صندوق التوصيلات تلقائيًا بفصل سلسلة بطاريات القصر الكهربائي لمنع احتراق النظام بأكمله. أهم ما في صندوق التوصيلات هو اختيار الثنائيات. تختلف الثنائيات المقابلة باختلاف نوع خلايا الوحدة.

٤. خاصية سد السيليكون، تُستخدم لسد الوصلات بين المكون وإطار سبائك الألومنيوم، وبين المكون وصندوق الوصلات. تستخدم بعض الشركات شريطًا لاصقًا مزدوج الجوانب ورغوة لاستبدال هلام السيليكا. يُستخدم السيليكون على نطاق واسع في الصين. العملية بسيطة ومريحة وسهلة التشغيل واقتصادية. سعرها منخفض جدًا.

هيكل صفائحي

1. الزجاج المقسّى: وظيفته هي حماية الجسم الرئيسي لتوليد الطاقة (مثل البطارية)، مطلوب اختيار انتقال الضوء، ويجب أن يكون معدل انتقال الضوء مرتفعًا (عادةً أكثر من 91٪)؛ معالجة مقواة باللون الأبيض الفائق.

٢. مادة EVA: تُستخدم لربط وتثبيت الزجاج المقسّى والهيكل الرئيسي لمولد الطاقة (مثل البطاريات). تؤثر جودة مادة EVA الشفافة بشكل مباشر على عمر الوحدة. فهي معرضة للهواء وتتعرض للشيخوخة وتتحول إلى اللون الأصفر، مما يؤثر على نفاذية الضوء للوحدة. بالإضافة إلى جودة مادة EVA نفسها، فإن عملية التصفيح التي يتبعها مصنعو الوحدات لها تأثير كبير أيضًا. على سبيل المثال، لزوجة لاصق EVA غير مطابقة للمواصفات، وقوة التصاق EVA بالزجاج المقسّى واللوحة الخلفية غير كافية، مما يؤدي إلى تلف مبكر لمكونات الوحدة. يؤثر الشيخوخة على عمر المكونات.

٣. الهيكل الرئيسي لتوليد الطاقة: وظيفتها الرئيسية هي توليد الكهرباء. وتُعد الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية والخلايا الشمسية الرقيقة من أهم مصادر توليد الطاقة في السوق. ولكل منهما مزاياه وعيوبه. فتكلفة الرقاقة مرتفعة، لكن كفاءة التحويل الكهروضوئي عالية أيضًا. وتُعدّ الخلايا الشمسية الرقيقة أكثر ملاءمةً لتوليد الكهرباء في ضوء الشمس الخارجي. ورغم ارتفاع تكلفة المعدات، إلا أن استهلاكها وتكلفة البطارية منخفضان جدًا، إلا أن كفاءة التحويل الكهروضوئي تزيد عن نصف كفاءة خلايا السيليكون البلورية. كما أن تأثير الإضاءة المنخفضة ممتاز، ويمكنها أيضًا توليد الكهرباء في الضوء العادي.

4. يجب أن تكون مادة اللوحة الخلفية والختم والعزل والماء (عادةً TPT و TPE وما إلى ذلك) مقاومة للشيخوخة. يتمتع معظم مصنعي المكونات بضمان لمدة 25 عامًا. الزجاج المقسّى وسبائك الألومنيوم جيدة بشكل عام. يكمن المفتاح في الجزء الخلفي. ما إذا كان اللوح وهلام السيليكا يمكنهما تلبية المتطلبات. قم بتعديل المتطلبات الأساسية لهذه الفقرة 1. يمكن أن توفر قوة ميكانيكية كافية، بحيث يمكن لوحدة الخلايا الشمسية أن تتحمل الضغط الناتج عن الصدمات والاهتزازات وما إلى ذلك أثناء النقل والتركيب والاستخدام، ويمكنها تحمل قوة نقر البرد؛ 2. لديها جيدة 3. لديها أداء عزل كهربائي جيد؛ 4. لديها قدرة قوية على مقاومة الأشعة فوق البنفسجية؛ 5. تم تصميم جهد التشغيل وقوة الخرج وفقًا لمتطلبات مختلفة. توفير مجموعة متنوعة من طرق الأسلاك لتلبية متطلبات الجهد والتيار وخرج الطاقة المختلفة؛

5. إن فقدان الكفاءة الناجم عن الجمع بين الخلايا الشمسية على التوالي والتوازي صغير؛

6. اتصال الخلايا الشمسية موثوق به؛

7. عمر عمل طويل، حيث يتطلب استخدام وحدات الخلايا الشمسية لأكثر من 20 عامًا في ظل الظروف الطبيعية؛

8. في ظل الظروف المذكورة أعلاه، يجب أن تكون تكلفة التغليف منخفضة قدر الإمكان.

حساب الطاقة:

يتكون نظام توليد الطاقة الشمسية المترددة من ألواح شمسية، ووحدات تحكم في الشحن، ومحولات كهربائية، وبطاريات؛ بينما لا يتضمن نظام توليد الطاقة الشمسية المستمر المحول الكهربائي. ولتمكين نظام توليد الطاقة الشمسية من توفير طاقة كافية للحمل، من الضروري اختيار كل مكون بدقة وفقًا لقوة الجهاز الكهربائي. لنأخذ طاقة خرج 100 واط، ونستخدمها لمدة 6 ساعات يوميًا كمثال لشرح طريقة الحساب:

1. أولاً، احسب عدد ساعات الواط المستهلكة يوميًا (بما في ذلك خسائر العاكس):

إذا كانت كفاءة تحويل العاكس 90٪، فعندما تكون طاقة الخرج 100 وات، يجب أن تكون طاقة الخرج المطلوبة الفعلية 100 وات / 90٪ = 111 وات؛ إذا تم استخدامه لمدة 5 ساعات في اليوم، فإن استهلاك الطاقة هو 111 وات * 5 ساعات = 555 وات في الساعة.

2. احسب اللوحة الشمسية:

بناءً على مدة سطوع الشمس اليومية الفعالة البالغة 6 ساعات، ومع مراعاة كفاءة الشحن والفقد أثناء عملية الشحن، يجب أن تكون طاقة خرج اللوحة الشمسية 555 واط/6 ساعات/70% = 130 واط. ومن بينها، 70% هي الطاقة الفعلية التي تستهلكها اللوحة الشمسية أثناء عملية الشحن.