قام علماء فيزياء من روسيا بتحسين كفاءة الألواح الشمسية بنسبة 20٪

العلاقة بين الكفاءة والمواد والتقنيات

كيف تعمل الألواح الشمسية؟ بناء على خصائص أشباه الموصلات. ينتج الضوء الذي يسقط عليها إلكترونات تقع في المدار الخارجي للذرات بواسطة جسيماتها. ينتج عدد كبير من الإلكترونات جهدًا للتيار الكهربائي - في ظل ظروف الدائرة المغلقة.

لتوفير مؤشر طاقة عادي ، لن تكفي وحدة واحدة. كلما زاد عدد الألواح ، زادت كفاءة تشغيل المشعات ، التي توفر الكهرباء للبطاريات ، حيث ستتراكم.ولهذا السبب تعتمد كفاءة الألواح الشمسية أيضًا على عدد الوحدات المركبة. وكلما زاد عددهم ، زادت الطاقة الشمسية التي يمتصونها ، وأصبح مؤشر قوتهم أعلى بترتيب من حيث الحجم.

هل يمكن تحسين كفاءة البطارية؟ هذه المحاولات قام بها مبتكروها ، وأكثر من مرة. قد يكون المخرج في المستقبل هو إنتاج عناصر تتكون من عدة مواد وطبقاتها. يتم اتباع المواد بطريقة تمكن الوحدات النمطية من امتصاص أنواع مختلفة من الطاقة.

على سبيل المثال ، إذا كانت إحدى المواد تعمل مع طيف الأشعة فوق البنفسجية ، والأخرى مع طيف الأشعة تحت الحمراء ، فإن كفاءة الخلايا الشمسية تزداد بشكل كبير. إذا كنت تفكر على مستوى النظرية ، فإن أعلى كفاءة يمكن أن تكون مؤشرًا بحوالي 90٪.

كما أن لنوع السيليكون تأثير كبير على كفاءة أي نظام شمسي. يمكن الحصول على ذراته بعدة طرق ، وتنقسم جميع الألواح ، بناءً على ذلك ، إلى ثلاثة أنواع:

• بلورات واحدة
• الكريستالات.
• عناصر السيليكون غير متبلور.

يتم إنتاج الخلايا الشمسية من البلورات الأحادية التي تبلغ كفاءتها حوالي 20٪. إنها باهظة الثمن لأنها الأكثر كفاءة. تعد البلورات المتعددة أقل تكلفة بكثير ، حيث أن جودة عملها في هذه الحالة تعتمد بشكل مباشر على نقاء السيليكون المستخدم في تصنيعها.

أصبحت العناصر القائمة على السيليكون غير المتبلور الأساس لإنتاج الألواح الشمسية المرنة ذات الأغشية الرقيقة. تقنية تصنيعها أبسط بكثير ، والتكلفة أقل ، لكن الكفاءة أقل - لا تزيد عن 6 ٪. تبلى بسرعة. لذلك ، لتحسين عمر الخدمة ، تمت إضافة السيلينيوم والغاليوم والإنديوم إليها.

إستعمال

الإلكترونيات المحمولة

لتوفير الكهرباء و / أو إعادة شحن البطاريات لمختلف الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية - الآلات الحاسبة ، والمشغلات ، والمصابيح الكهربائية ، إلخ.

امدادات الطاقة للمباني

بطارية شمسية على سطح المنزل

تستخدم الخلايا الشمسية كبيرة الحجم ، مثل المجمعات الشمسية ، على نطاق واسع في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية مع عدد كبير من الأيام المشمسة. تحظى بشعبية خاصة في دول البحر الأبيض المتوسط ​​، حيث يتم وضعها على أسطح المنازل.

تم تجهيز المنازل الإسبانية الجديدة بسخانات المياه بالطاقة الشمسية منذ مارس 2007 لتوفير ما بين 30٪ و 70٪ من احتياجاتهم من الماء الساخن ، اعتمادًا على موقع المنزل واستهلاك المياه المتوقع. يجب أن تحتوي المباني غير السكنية (مراكز التسوق والمستشفيات وما إلى ذلك) على معدات كهروضوئية.

حاليًا ، يتسبب الانتقال إلى الألواح الشمسية في الكثير من الانتقادات بين الناس. ويرجع ذلك إلى ارتفاع أسعار الكهرباء وفوضى المناظر الطبيعية. معارضو الانتقال يتم انتقاد الألواح الشمسية لمثل هذا الانتقال ، باعتبارهم أصحاب المنازل والأراضي التي عليها تركيب الألواح الشمسية ومزارع الرياح ، تحصل على إعانات من الدولة ، لكن المستأجرين العاديين لا يحصلون عليها. في هذا الصدد ، وضعت وزارة الاقتصاد الفيدرالية الألمانية مشروع قانون من شأنه أن يسمح في المستقبل القريب بتقديم مزايا للمستأجرين الذين يعيشون في منازل يتم تزويدها بالطاقة من التركيبات الكهروضوئية أو محطات توليد الطاقة الحرارية. إلى جانب دفع الإعانات المالية لأصحاب المنازل التي تستخدم مصادر طاقة بديلة ، من المخطط دفع إعانات للمستأجرين الذين يعيشون في هذه المنازل.

استخدم في الفضاء

تعد الألواح الشمسية إحدى الطرق الرئيسية لتوليد الطاقة الكهربائية على المركبات الفضائية: فهي تعمل لفترة طويلة دون استهلاك أي مواد ، وفي نفس الوقت فهي صديقة للبيئة ، على عكس مصادر الطاقة النووية والنظائر المشعة.

ومع ذلك ، عند الطيران على مسافة كبيرة من الشمس (خارج مدار المريخ) ، يصبح استخدامها مشكلة ، لأن تدفق الطاقة الشمسية يتناسب عكسياً مع مربع المسافة من الشمس. عند السفر إلى كوكب الزهرة وميركوري ، على العكس من ذلك ، تزداد قوة البطاريات الشمسية بشكل كبير (في منطقة الزهرة مرتين ، في منطقة عطارد بمقدار 6 مرات).

استخدم في الطب

طور علماء كوريا الجنوبية خلية شمسية تحت الجلد. يمكن زرع مصدر طاقة مصغر تحت جلد الشخص لضمان التشغيل السلس للأجهزة المزروعة في الجسم ، مثل جهاز تنظيم ضربات القلب. هذه البطارية أرق 15 مرة من الشعر ويمكن شحنها حتى لو تم وضع كريم واق من الشمس على الجلد.

ما هي الكفاءة

لذا ، فإن كفاءة البطارية هي مقدار الإمكانات التي تولدها بالفعل ، ويُشار إليها كنسبة مئوية. لحسابها ، من الضروري تقسيم قوة الطاقة الكهربائية على قوة الطاقة الشمسية التي تسقط على سطح الألواح الشمسية.

الآن هذا الرقم في حدود 12 إلى 25٪. على الرغم من أنه في الممارسة العملية ، نظرًا للظروف الجوية والظروف المناخية ، لا يرتفع فوق 15. والسبب في ذلك هو المواد التي تُصنع منها البطاريات الشمسية. السيليكون ، وهو "المادة الخام" الرئيسية لتصنيعها ، ليس لديه القدرة على امتصاص طيف الأشعة فوق البنفسجية ويمكنه العمل فقط مع الأشعة تحت الحمراء.لسوء الحظ ، بسبب هذا النقص ، فإننا نهدر طاقة طيف الأشعة فوق البنفسجية ولا نستخدمها بشكل جيد.

التأثير على أداء العوامل المختلفة.

تعد زيادة كفاءة الوحدات الشمسية مصدر إزعاج لجميع الباحثين العاملين في هذا الاتجاه. حتى الآن ، تتراوح كفاءة هذه الأجهزة من 15 إلى 25٪. النسبة منخفضة جدا. تعد الألواح الشمسية جهازًا غريب الأطوار للغاية ، ويعتمد تشغيله المستقر على العديد من الأسباب.

تشمل العوامل الرئيسية التي يمكن أن تؤثر على الأداء بطريقتين ما يلي:

• المادة الأساسية للخلايا الشمسية. الأضعف في هذا الصدد هو الألواح الشمسية متعددة الكريستالات بكفاءة تصل إلى 15٪. يمكن اعتبار الوحدات التي تعتمد على الإنديوم-غاليوم أو الكادميوم-التيلوريوم ، والتي تصل إلى 20٪ من الإنتاجية ، واعدة.
• اتجاه مستقبل الطاقة الشمسية. من الناحية المثالية ، يجب أن تواجه الألواح الشمسية مع سطح العمل الشمس بزاوية قائمة. في هذا الموقف ، يجب أن تكون أطول فترة ممكنة. لزيادة مدة الوضع الصحيح للوحدات في منطقة الشمس ، تمتلك النظراء الأغلى ثمناً في ترسانتهم جهاز تتبع للشمس يقوم بتدوير البطاريات بعد حركة النجم.
• ارتفاع درجة حرارة المنشآت. درجات الحرارة المرتفعة لها تأثير سلبي على توليد الطاقة ، لذلك ، أثناء التثبيت ، من الضروري ضمان التهوية والتبريد الكافي للألواح. يتم تحقيق ذلك عن طريق تركيب فجوة جيدة التهوية بين اللوحة وسطح التثبيت.
• يمكن أن يفسد الظل الناتج عن أي كائن بشكل كبير كفاءة النظام بأكمله.

بعد استيفاء جميع المتطلبات ، وإذا أمكن ، تركيب الألواح في الموضع الصحيح ، يمكنك الحصول على الألواح الشمسية بكفاءة عالية. إنه مرتفع وليس الحد الأقصى. الحقيقة هي أن الكفاءة المحسوبة أو النظرية ، هي قيمة مشتقة في ظروف معملية ، بمتوسط ​​معلمات لساعات النهار وعدد الأيام الملبدة بالغيوم.

في الممارسة العملية ، بالطبع ، ستكون نسبة الكفاءة أقل.

التقاط الطاقة الشمسية بطاريات لمنزلك، فمن الأفضل التركيز على حد الأداء الأدنى بدلاً من الحد الأعلى. من خلال اختيار وحدات الطاقة الشمسية وجميع المكونات المناسبة للتشغيل ، يمكن التأكد من السعة الكافية للتركيب المراد تثبيته. من خلال اختيار حد أداء أقل في الحسابات ، يمكنك التوفير عند شراء لوحات إضافية يتم شراؤها لإعادة التأمين في حالة نقص الطاقة.

تشجيع آفاق التنمية.

حتى الآن ، يعود السجل المطلق للكفاءة في الطاقة الشمسية إلى المطورين الأمريكيين وهو 42.8٪. هذه القيمة أعلى بنسبة 2٪ من الرقم القياسي السابق في عام 2010. تم تحقيق قدر قياسي من الطاقة مع تحسين خلية شمسية مصنوعة من السيليكون البلوري. إن تفرد مثل هذه الدراسة هو حقيقة أن جميع القياسات تم إجراؤها حصريًا في ظروف العمل ، أي ليس في المختبر ومباني الدفيئة ، ولكن في أماكن حقيقية للتركيب المقترح.

وعلى هامش كل المعامل الفنية ذاتها ، فإن العمل على زيادة الرقم القياسي الأخير لا يتوقف. الهدف التالي للمطورين هو حد كفاءة الوحدات الشمسية بنسبة 50٪.تقترب البشرية كل يوم من اللحظة التي ستحل فيها الطاقة الشمسية محل مصادر الطاقة الضارة والمكلفة المستخدمة حاليًا ، وستصبح على قدم المساواة مع عمالقة مثل محطات الطاقة الكهرومائية.

كفاءة أنواع الألواح الشمسية المختلفة

تعمل جميع الخلايا الشمسية الحديثة على أساس الخصائص الفيزيائية لأشباه الموصلات. تسقط فوتونات ضوء الشمس على الألواح الكهروضوئية ، وتقطع الإلكترونات من المدارات الخارجية للذرات. نتيجة لذلك ، تبدأ حركتهم ، مما يؤدي إلى ظهور تيار كهربائي.

لا يمكن أن توفر الألواح الفردية طاقة عادية ، لذا فهي متصلة بكميات معينة ببطارية شمسية مشتركة. كلما زاد عدد الخلايا الكهروضوئية المشاركة في النظام ، زاد إنتاج الطاقة من الكهرباء.

معرفة مبدأ الألواح ، يمكنك تحديد كفاءتها. من الناحية النظرية ، تعريف الكفاءة هو مقدار الكهرباء المنتجة مقسومة على كمية الطاقة من أشعة الشمس التي تسقط على لوحة معينة. نظريًا ، الأنظمة الحديثة قادرة على تقديم ما يصل إلى 25٪ ، لكن في الواقع لا يزيد هذا الرقم عن 15٪. يعتمد الكثير على المادة التي تصنع منها الألواح. على سبيل المثال ، السيليكون المستخدم على نطاق واسع قادر على امتصاص الأشعة تحت الحمراء فقط ، وطاقة الأشعة فوق البنفسجية لا تدركها وتضيع.

يجري العمل حاليًا على إنشاء ألواح متعددة الطبقات ، مما يجعل من الممكن تصنيع الألواح الشمسية بكفاءة عالية. يتضمن تصميمها مواد مختلفة تقع في عدة طبقات. يتم اختيارهم بطريقة تمكنهم من التقاط كل كميات الطاقة الرئيسية.أي أن كل طبقة من مادة معينة قادرة على امتصاص أحد أنواع الطاقة.

من الناحية النظرية ، يمكن أن تزيد الكفاءة لمثل هذه الأجهزة بنسبة تصل إلى 87٪ ، ولكن من الناحية العملية ، فإن تقنية تصنيع هذه الألواح معقدة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تكلفتها أعلى بكثير مقارنة بأنظمة الطاقة الشمسية القياسية.

تعتمد كفاءة البطارية الشمسية بشكل كبير على نوع السيليكون المستخدم في الخلايا الشمسية. كل الألواح المبنية على هذه المادة مقسمة إلى ثلاثة أنواع:

• أحادي البلورية ، بكفاءة 10-15٪. تعتبر الأكثر فاعلية وسعرها أعلى بشكل ملحوظ من الأجهزة الأخرى.
• الكريستالات لها معدلات أقل ، لكن تكلفتها لكل واط أقل بكثير. عند استخدام مواد عالية الجودة ، تتفوق هذه الألواح أحيانًا في الكفاءة على البلورات المفردة.
• ألواح رقيقة مرنة تعتمد على السيليكون غير المتبلور. إنها سهلة التصنيع ومنخفضة التكلفة. ومع ذلك ، فإن كفاءة هذه الأجهزة منخفضة للغاية ، حوالي 5-6٪. تدريجيًا ، أثناء التشغيل ، ينخفض ​​أدائهم ، وتصبح الإنتاجية أقل.

الايجابيات

1. نظرًا لعدم وجود أجزاء وعناصر متحركة في الألواح ، تزداد المتانة. يضمن المصنعون عمر خدمة يبلغ 25 عامًا.
2. إذا اتبعت جميع قواعد الصيانة والتشغيل الروتينية ، فإن تشغيل هذه الأنظمة يزيد إلى 50 عامًا. الصيانة بسيطة للغاية - تنظيف الخلايا الكهروضوئية في الوقت المناسب من الغبار والثلج والملوثات الطبيعية الأخرى.
3. إن متانة النظام هي العامل الحاسم لشراء وتركيب الألواح. بعد سداد جميع التكاليف ، ستكون الكهرباء المولدة مجانية.

إن أهم عقبة أمام انتشار استخدام مثل هذه الأنظمة هي ارتفاع تكلفتها. مع انخفاض كفاءة الألواح الشمسية المنزلية ، هناك شكوك جدية حول الحاجة الاقتصادية لهذه الطريقة الخاصة لتوليد الكهرباء.

ولكن مرة أخرى ، من الضروري إجراء تقييم معقول لقدرات هذه الأنظمة ، وبناءً على ذلك ، حساب العائد المتوقع. لن يكون من الممكن استبدال الكهرباء التقليدية تمامًا ، ولكن من الممكن تمامًا توفير المال باستخدام أنظمة الطاقة الشمسية.

بالإضافة إلى ذلك ، من الصعب عدم ملاحظة مزايا مثل:

• الحصول على الكهرباء في أبعد المناطق عن الحضارة ؛
• استقلال؛
• الصمت.

مساوئ الطاقة الشمسية

• الحاجة إلى استخدام مساحات كبيرة ؛
• لا تعمل محطة الطاقة الشمسية في الليل ولا تعمل بكفاءة في المساء ، بينما ذروة استهلاك الطاقة تحدث على وجه التحديد في ساعات المساء ؛
• على الرغم من النظافة البيئية للطاقة المتلقاة ، تحتوي الخلايا الشمسية نفسها على مواد سامة ، مثل الرصاص والكادميوم والغاليوم والزرنيخ ، إلخ.

تتعرض محطات الطاقة الشمسية لانتقادات بسبب ارتفاع تكاليفها ، فضلاً عن قلة ثبات هاليدات الرصاص المعقدة وسمية هذه المركبات. حاليًا ، يجري تطوير أشباه الموصلات الخالية من الرصاص للخلايا الشمسية ، على سبيل المثال ، على أساس البزموت والأنتيمون.

بسبب كفاءتها المنخفضة ، والتي تصل إلى 20 في المائة في أحسن الأحوال ، تصبح الألواح الشمسية شديدة الحرارة. 80 في المائة المتبقية من الطاقة الشمسية يسخن الضوء الألواح الشمسية حتى متوسط ​​درجة الحرارة حوالي 55 درجة مئوية. من زيادة في درجة حرارة الخلية الكهروضوئية بواسطة 1 درجة ، تنخفض كفاءتها بنسبة 0.5٪.هذا الاعتماد غير خطي وتؤدي زيادة درجة حرارة العنصر بمقدار 10 درجات إلى انخفاض الكفاءة بمقدار ضعفين تقريبًا. تستهلك العناصر النشطة لأنظمة التبريد (المراوح أو المضخات) التي تضخ المبردات كمية كبيرة من الطاقة ، وتتطلب صيانة دورية وتقلل من موثوقية النظام بأكمله. تتميز أنظمة التبريد السلبي بأداء منخفض جدًا ولا يمكنها التعامل مع مهمة تبريد الألواح الشمسية.

حساب الأداء

إن استخدام الطاقة الشمسية والعقلانية الاقتصادية لمثل هذه المفاهيم تحدد فعالية الجميع أنواع أنظمة الألواح الشمسية. بادئ ذي بدء ، تؤخذ تكاليف التحول في الاعتبار. تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء.

إلى أي مدى يتم تحديد هذه الأنظمة المربحة والفعالة من خلال عوامل مثل:

• نوع الألواح الشمسية والمعدات ذات الصلة ؛
• كفاءة الخلايا الكهروضوئية وتكلفتها ؛
• الظروف المناخية. المناطق المختلفة لها نشاط شمسي مختلف. كما أنه يؤثر على فترة الاسترداد.

كيفية اختيار الأداء المناسب

قبل شراء الألواح ، عليك أن تعرف ما هي الكفاءة المطلوبة للبطارية الشمسية.

إذا كان مستوى استهلاكك المحلي ، على سبيل المثال ، 100 كيلوواط / شهر (حسب عداد الكهرباء) ، فمن المستحسن أن تنتج الخلايا الشمسية نفس الكمية.

قررت على هذا. لنذهب أبعد من ذلك.

من الواضح أن المحطة الشمسية تعمل فقط خلال النهار. علاوة على ذلك ، سيتم تحقيق قوة اللوحة في وجود سماء صافية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تحقيق قوة الذروة بشرط أن تسقط أشعة الشمس على السطح. بزاوية قائمة.

مع تغير موضع الشمس ، تتغير أيضًا زاوية اللوحة.وفقًا لذلك ، عند الزوايا الكبيرة ، سيتم ملاحظة انخفاض ملحوظ في القوة. هذا فقط في يوم صاف. في الطقس الغائم ، يمكن ضمان انخفاض القوة بمقدار 15-20 مرة. حتى السحابة الصغيرة أو الضباب يؤدي إلى انخفاض في الطاقة بمعدل 2-3 مرات

يجب أن يؤخذ هذا أيضا في الاعتبار

الآن - كيف تحسب وقت تشغيل اللوحات؟

فترة التشغيل التي يمكن للبطاريات أن تعمل فيها بفعالية بكامل طاقتها تقريبًا هي 7 ساعات. من 9:00 صباحاً حتى 4:00 مساءً في الصيف ، تزداد ساعات النهار ، لكن توليد الكهرباء في الصباح والمساء يكون ضئيلاً للغاية - في حدود 20-30٪. الباقي ، 70٪ ، سيتولد ، مرة أخرى ، خلال النهار ، من الساعة 9 صباحًا حتى 4 مساءً.

لذلك ، اتضح أنه إذا كانت الألواح تتمتع بقوة لوحة اسمية تبلغ 1 كيلوواط ، ففي الصيف ، يكون أكثر إشراقًا سيولد اليوم 7 كيلو واط / ساعة كهرباء. شريطة أن يعملوا من 9 إلى 16 ساعة في اليوم. أي أنها ستصل إلى 210 كيلو وات ساعة من الكهرباء شهريًا!

هذه مجموعة لوحة. ومقبس واحد بقوة 100 واط فقط؟ في يوم واحد سيعطي 700 واط / ساعة. 21 كيلوواط شهريا.

كيف تجعل الألواح الشمسية تعمل بكفاءة قدر الإمكان

يعتمد أداء أي نظام شمسي على:

• مؤشرات درجة الحرارة
• زاوية حدوث أشعة الشمس.
• حالة السطح (يجب أن تكون نظيفة دائمًا) ؛
• احوال الطقس؛
• وجود الظل أو عدم وجوده.

الزاوية المثلى لحدوث أشعة الشمس على اللوحة هي 90 درجة ، أي خط مستقيم. توجد بالفعل أنظمة شمسية مجهزة بأجهزة فريدة. إنها تسمح لك بمراقبة موقع النجم في الفضاء. عندما يتغير موقع الشمس بالنسبة إلى الأرض ، تتغير أيضًا زاوية ميل النظام الشمسي.

كما أن التسخين المستمر للعناصر ليس له أفضل تأثير على أدائها. عندما يتم تحويل الطاقة ، تحدث خسائر فادحة. لذلك ، يجب دائمًا ترك مساحة صغيرة بين النظام الشمسي والسطح الذي تم تركيبه عليه. تيارات الهواء التي تمر فيه ستكون بمثابة وسيلة طبيعية للتبريد.

يعد نقاء الألواح الشمسية أيضًا عاملاً مهمًا يؤثر على كفاءتها. إذا كانت ملوثة بشدة ، فإنها تجمع كمية أقل من الضوء ، مما يعني أن كفاءتها تنخفض.

أيضًا ، التثبيت الصحيح يلعب دورًا كبيرًا. عند تركيب النظام ، من المستحيل ترك الظل عليه. أفضل جانب يوصى بالتثبيت عليه هو الجنوب.

بالانتقال إلى الأحوال الجوية ، يمكننا في نفس الوقت الإجابة على السؤال الشائع حول ما إذا كانت الألواح الشمسية تعمل في طقس غائم. بالطبع ، يستمر عملهم ، لأن الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الشمس يضرب الأرض في جميع أوقات السنة. بالطبع ، سيكون أداء الألواح (COP) أقل بشكل ملحوظ ، لا سيما في المناطق التي تكثر فيها الأيام الممطرة والغيوم في السنة. بمعنى آخر ، سوف يولدون الكهرباء ، ولكن بكميات أقل بكثير من المناطق ذات المناخ المشمس والحار.

العوامل المؤثرة على كفاءة الخلايا الشمسية

تتسبب ميزات هيكل الخلايا الضوئية في انخفاض أداء الألواح مع زيادة درجة الحرارة.

يؤدي التعتيم الجزئي للوحة إلى انخفاض جهد الخرج بسبب الخسائر في العنصر غير المضاء ، والذي يبدأ في العمل كحمل طفيلي. يمكن التخلص من هذا العيب عن طريق تثبيت تجاوز على كل خلية ضوئية من اللوحة.في الطقس الغائم ، وفي غياب ضوء الشمس المباشر ، تصبح الألواح التي تستخدم العدسات لتركيز الإشعاع غير فعالة للغاية ، حيث يختفي تأثير العدسة.

من منحنى أداء اللوحة الكهروضوئية ، يمكن ملاحظة أنه من أجل تحقيق أكبر قدر من الكفاءة ، يلزم الاختيار الصحيح لمقاومة الحمل. للقيام بذلك ، لا يتم توصيل الألواح الكهروضوئية مباشرة بالحمل ، ولكنها تستخدم وحدة تحكم في إدارة النظام الكهروضوئي تضمن التشغيل الأمثل للألواح.

كيف تعمل البطارية الشمسية؟

تعمل جميع الخلايا الشمسية الحديثة بفضل الاكتشاف الذي قام به الفيزيائي ألكسندر بيكريل في عام 1839 - وهو مبدأ تشغيل أشباه الموصلات.

إذا تم تسخين خلايا السيليكون الضوئية الموجودة على اللوحة العلوية ، يتم تحرير ذرات أشباه الموصلات السيليكونية. إنهم يحاولون التقاط ذرات الصفيحة السفلية. بالتوافق التام مع قوانين الفيزياء ، يجب أن تعود إلكترونات الصفيحة السفلية إلى حالتها الأصلية. تفتح هذه الإلكترونات طريقًا واحدًا - عبر الأسلاك. يتم نقل الطاقة المخزنة إلى البطاريات وإعادتها إلى رقاقة السيليكون العلوية.

قصة

في عام 1842 ، اكتشف ألكسندر إدموند بيكريل تأثير تحويل الضوء إلى كهرباء. بدأ تشارلز فريتس في استخدام السيلينيوم لتحويل الضوء إلى كهرباء. تم إنشاء النماذج الأولية للخلايا الشمسية بواسطة الكيميائي الضوئي الإيطالي جياكومو لويجي تشاميتشان.

في 25 مارس 1948 ، أعلنت مختبرات بيل عن إنشاء أول خلايا شمسية قائمة على السيليكون لتوليد التيار الكهربائي. تم هذا الاكتشاف من قبل ثلاثة موظفين في الشركة - كالفن سوثر فولر وداريل تشابين وجيرالد بيرسون. بالفعل بعد 4 سنوات ، في 17 مارس 1958 ، تم إطلاق قمر صناعي يستخدم الألواح الشمسية ، Avangard-1 ، في الولايات المتحدة الأمريكية. في 15 مايو 1958 ، تم إطلاق قمر صناعي يستخدم الألواح الشمسية ، Sputnik-3 ، في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية.

هذا مثير للاهتمام: في ألمانيا ، تم بناء أعلى مزرعة الرياح في العالم

ما مدى سرعة الألواح الشمسية تؤتي ثمارها؟

تكلفة الألواح الشمسية اليوم مرتفعة للغاية. وبالنظر إلى القيمة المنخفضة لكفاءة اللوحات ، فإن مسألة استردادها مهمة للغاية. تبلغ مدة خدمة البطاريات التي تعمل بالطاقة الشمسية حوالي 25 عامًا أو أكثر. سنتحدث عن سبب هذه الخدمة الطويلة بعد ذلك بقليل ، لكن في الوقت الحالي سنكتشف السؤال الذي تم التعبير عنه أعلاه.

تتأثر فترة الاسترداد بما يلي:

• نوع المعدات المختارة. تتمتع الخلايا الشمسية أحادية الطبقة بكفاءة أقل مقارنة بالخلايا متعددة الطبقات ، ولكن أيضًا بسعر أقل بكثير.
• الموقع الجغرافي ، أي أنه كلما زاد ضوء الشمس في منطقتك ، زادت سرعة الوحدة المثبتة.
• تكلفة المعدات. كلما زادت الأموال التي أنفقتها على شراء وتركيب العناصر التي تشكل نظام توفير الطاقة الشمسية ، زادت فترة الاسترداد.
• تكلفة موارد الطاقة في منطقتك.

متوسط ​​فترة الاسترداد لبلدان جنوب أوروبا هو 1.5-2 سنوات ، بالنسبة لبلدان وسط أوروبا - 2.5-3.5 سنة ، وفي روسيا تتراوح فترة الاسترداد ما يقرب من 2-5 سنوات.في المستقبل القريب ، سترتفع كفاءة الألواح الشمسية بشكل كبير ، ويرجع ذلك إلى تطوير تقنيات أكثر تقدمًا تزيد من الكفاءة وتقلل من تكلفة الألواح. ونتيجة لذلك ، فإن الفترة التي سيدفع خلالها نظام توفير الطاقة على الطاقة الشمسية تكاليفها ستنخفض أيضًا.

أحدث التطورات التي تزيد من الكفاءة

في كل يوم تقريبًا ، يعلن العلماء في جميع أنحاء العالم عن تطوير طريقة جديدة لزيادة كفاءة الوحدات الشمسية. دعونا نتعرف على أكثرها إثارة للاهتمام. في العام الماضي ، قدمت Sharp خلية شمسية للجمهور بكفاءة 43.5٪. تمكنوا من تحقيق هذا الرقم عن طريق تركيب عدسة لتركيز الطاقة مباشرة في العنصر.

لا يتخلف الفيزيائيون الألمان عن Sharp. في يونيو 2013 ، أدخلوا خليتهم الشمسية بمساحة 5.2 متر مربع فقط. مم ، تتكون من 4 طبقات من عناصر أشباه الموصلات. سمحت هذه التقنية بتحقيق كفاءة بنسبة 44.7٪. يتم تحقيق أقصى قدر من الكفاءة في هذه الحالة أيضًا من خلال وضع المرآة المقعرة في البؤرة.

في أكتوبر 2013 ، تم نشر نتائج عمل العلماء من جامعة ستانفورد. لقد طوروا مركبًا جديدًا مقاومًا للحرارة قادرًا على زيادة أداء الخلايا الكهروضوئية. تبلغ القيمة النظرية للكفاءة حوالي 80٪. كما كتبنا أعلاه ، فإن أشباه الموصلات ، التي تشمل السيليكون ، قادرة على امتصاص الأشعة تحت الحمراء فقط. لذا فإن عمل المادة المركبة الجديدة يهدف إلى تحويل الإشعاع عالي التردد إلى الأشعة تحت الحمراء.

كان علماء اللغة الإنجليزية هم التاليين. لقد طوروا تقنية قادرة على زيادة كفاءة الخلية بنسبة 22٪.واقترحوا وضع مسامير نانوية من الألومنيوم على السطح الأملس للألواح ذات الأغشية الرقيقة. تم اختيار هذا المعدن لأنه لا يمتص أشعة الشمس ، بل على العكس من ذلك ، ينثرها. وبالتالي ، تزداد كمية الطاقة الشمسية الممتصة. ومن هنا جاءت الزيادة في أداء البطاريات الشمسية.

هنا يتم عرض التطورات الرئيسية فقط ، لكن الأمر لا يقتصر عليها. العلماء يقاتلون من أجل كل عُشر بالمائة ، وقد نجحوا حتى الآن. دعونا نأمل أن تكون كفاءة الألواح الشمسية في المستوى المناسب في المستقبل القريب. بعد كل شيء ، فإن الاستفادة من استخدام الألواح ستكون قصوى.

أعد المقال عبد الله ريجينا

تستخدم موسكو بالفعل تقنيات جديدة لإضاءة الشوارع والمتنزهات ، وأعتقد أنه تم حساب الكفاءة الاقتصادية هناك:

أنواع الخلايا الكهروضوئية الشمسية وكفاءتها

يعتمد تشغيل الألواح الشمسية على خصائص عناصر أشباه الموصلات. يسقط ضوء الشمس على الألواح الكهروضوئية إلكترونات من المدار الخارجي للذرات بواسطة الفوتونات. يوفر العدد الكبير الناتج من الإلكترونات تيارًا كهربائيًا في دائرة مغلقة. لوحة واحدة أو لوحتان للطاقة العادية ليست كافية. لذلك ، يتم دمج عدة قطع في الألواح الشمسية. للحصول على الجهد والطاقة المطلوبين ، يتم توصيلهما بالتوازي والتسلسل. يعطي عدد أكبر من الخلايا الشمسية مساحة أكبر لامتصاص الطاقة الشمسية وإنتاج المزيد من الطاقة.

ضوئية

إحدى طرق زيادة الكفاءة هي إنشاء لوحات متعددة الطبقات. تتكون هذه الهياكل من مجموعة من المواد مرتبة في طبقات. يتم اختيار المواد بطريقة يتم فيها التقاط كميات من الطاقات المختلفة.تمتص الطبقة التي تحتوي على مادة واحدة نوعًا واحدًا من الطاقة ، والآخر آخر ، وهكذا. نتيجة لذلك ، من الممكن إنشاء ألواح شمسية بكفاءة عالية. من الناحية النظرية ، يمكن أن توفر هذه الألواح العازلة كفاءة تصل إلى 87 بالمائة. لكن هذا من الناحية النظرية ، ولكن من الناحية العملية ، فإن تصنيع مثل هذه الوحدات يمثل مشكلة. بالإضافة إلى أنها باهظة الثمن.

تتأثر كفاءة الأنظمة الشمسية أيضًا بنوع السيليكون المستخدم في الخلايا الشمسية. اعتمادًا على إنتاج ذرة السيليكون ، يمكن تقسيمها إلى 3 أنواع:

• أحادي البلورية.
• الكريستالات.
• ألواح السيليكون غير المتبلور.

تبلغ كفاءة الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة 10-15 بالمائة. هم الأكثر كفاءة والأكثر تكلفة. تتميز موديلات السليكون متعدد الكريستالات بأنها أرخص واط من الكهرباء. يعتمد الكثير على نقاوة المواد ، وفي بعض الحالات ، يمكن أن تكون العناصر متعددة البلورات أكثر فعالية من البلورات المفردة.

لوحة السيليكون غير متبلور