أنواع الألواح الشمسية: نظرة عامة مقارنة على التصاميم والنصائح لاختيار الألواح

تتطور الطاقة البديلة قدر الإمكان في أوروبا ، وتظهر نتائج وعدها. تظهر أنواع جديدة من الألواح الشمسية ، وزيادة كفاءتها.

إذا كنت ترغب في ضمان تشغيل مبنى صناعي أو مبنى سكني بسبب طاقة الشمس ، يجب عليك أولاً معرفة الاختلافات في المعدات ، لفهم الألواح الشمسية المناسبة للظروف المناخية لمنطقة معينة.

سنساعد على فهم هذه المشكلة. تصف المقالة مبدأ تشغيل المحولات الكهروضوئية ، وتوفر لمحة عامة عن أنواع مختلفة من الألواح الشمسية مع الإشارة إلى خصائصها ومزاياها وعيوبها. بعد قراءة المادة ، يمكنك الاختيار الصحيح لترتيب نظام شمسي فعال.

مبدأ تشغيل الألواح الشمسية

الغالبية العظمى من الألواح الشمسية هي محولات ضوئية فيزيائية. يحدث تأثير توليد الكهرباء في موقع تقاطع أشباه الموصلات.

إن رقائق السيليكون هي التي تشكل أساس تكلفة الألواح الشمسية ، ولكن عند استخدامها كمصدر للكهرباء على مدار الساعة ، سيكون عليك شراء بطاريات باهظة الثمن إضافية

تتكون اللوحة من اثنين من رقائق السيليكون ذات خصائص مختلفة. تحت تأثير الضوء في أحدها يوجد نقص في الإلكترونات ، وفي الآخر - فائضها. تحتوي كل لوحة على شرائط موصلة من النحاس تتصل بمحولات الجهد.

تتكون الألواح الشمسية الصناعية من العديد من الخلايا الكهروضوئية الرقائقية المرتبطة ببعضها البعض ومثبتة على ركيزة مرنة أو صلبة.

تعتمد كفاءة المعدات إلى حد كبير على نقاء السيليكون واتجاه بلوراتها. هذه هي المعايير التي كان المهندسون يحاولون تحسينها في العقود الأخيرة.المشكلة الرئيسية في هذه الحالة هي التكلفة العالية للعمليات التي تقوم عليها تنقية السيليكون وموقع البلورات في اتجاه واحد على اللوحة بأكملها.

في كل عام ، تتغير الكفاءات القصوى للألواح الشمسية المختلفة لأعلى ، لأن مليارات الدولارات تُستثمر في البحث عن مواد كهروضوئية جديدة (+)

يمكن صنع أشباه الموصلات من المحولات الكهروضوئية ليس فقط من السيليكون ، ولكن أيضًا من مواد أخرى - مبدأ البطارية لا يتغير.

أنواع المحولات الكهروضوئية

يتم تصنيف الألواح الشمسية الصناعية حسب ميزات التصميم ونوع الطبقة الكهروضوئية العاملة.

توجد هذه الأنواع من البطاريات حسب نوع الجهاز:

• ألواح مرنة;
• وحدات جامدة.

تحتل ألواح الأغشية الرقيقة المرنة تدريجياً مكانًا كبيرًا بشكل متزايد في السوق بسبب تنوعها المتزايد ، لأنه يمكنك تثبيتها على معظم الأسطح مع مجموعة متنوعة من الأشكال المعمارية.

عادة ما تكون الخصائص الفعلية للألواح الشمسية أقل من تلك المشار إليها في التعليمات. لذلك ، قبل تثبيتها في المنزل ، من المستحسن رؤية مشروع مكتمل مماثل بنفسك

وفقًا لنوع الطبقة الكهروضوئية العاملة ، تنقسم الخلايا الشمسية إلى مثل هذه الأصناف:

1. السليكون: أحادي البلورية ، متعدد البلورات ، غير متبلور.
2. تيلوريوم كادميوم.
3. على أساس سيلينيد الإنديوم - النحاس - الغاليوم.
4. بوليمر.
5. عضوي
6. على أساس زرنيخيد الغاليوم.
7. مجتمعة ومتعددة الطبقات.

لا تهم جميع المستهلكين الألواح الشمسية ، ولكن النوعين البلوريين الأولين فقط.

على الرغم من أن بعض الأنواع الأخرى من الألواح تتمتع بكفاءة عالية ، ولكن بسبب التكلفة العالية ، فهي لا تستخدم على نطاق واسع.

خلايا السيليكون الضوئية حساسة جدًا للحرارة. درجة الحرارة الأساسية لقياس توليد الطاقة هي 25 درجة مئوية. عندما تزداد درجة واحدة ، تنخفض كفاءة الألواح بنسبة 0.45-0.5 ٪.

بعد ذلك ، سيتم فحص الألواح الشمسية الأكثر اهتمامًا بالمستهلك بالتفصيل.

خصائص الألواح السليكونية

السليكون للألواح الشمسية مصنوع من بلورات الكوارتز - مسحوق الكوارتز المسحوق. أغنى رواسب المواد الخام في غرب سيبيريا والأورال الوسطى ، وبالتالي ، فإن آفاق هذه المنطقة من الطاقة الشمسية تكاد تكون بلا حدود.

حتى الآن ، تحتل ألواح السيليكون البلورية وغير المتبلورة بالفعل أكثر من 80 ٪ من السوق. لذلك ، يجدر النظر فيها بمزيد من التفصيل.

ألواح السليكون أحادية البلورية

رقائق السيليكون أحادية الكريستال الحديثة (أحادية Si) لها لون أزرق داكن موحد على السطح بأكمله. لإنتاجها ، يتم استخدام السيليكون الأكثر نقاء. تتمتع الخلايا الضوئية أحادية البلورية بين جميع رقائق السيليكون بأعلى سعر ، ولكنها توفر أيضًا أفضل كفاءة.

تتناسب الألواح الشمسية الكبيرة الأحادية البلورية مع الآليات الدوارة تمامًا مع المناظر الطبيعية الصحراوية. توفر الظروف لأقصى إنتاجية.

ترجع التكلفة العالية للإنتاج إلى صعوبة توجيه جميع بلورات السيليكون في اتجاه واحد. نظرًا لهذه الخصائص الفيزيائية لطبقة العمل ، يتم ضمان أقصى قدر من الكفاءة فقط عندما يكون ضوء الشمس متعامدًا على سطح اللوحة.

تتطلب البطاريات أحادية البلورة معدات إضافية تقوم بتدويرها تلقائيًا خلال النهار بحيث يكون مستوى الألواح متعامدًا مع أشعة الشمس قدر الإمكان.

يتم قطع طبقات السيليكون مع بلورات موجهة من جانب واحد من شريط معدني أسطواني ، لذلك فإن الكتل الكهروضوئية النهائية لها شكل زاوية مربعة مستديرة.

تشمل مزايا بطاريات السيليكون أحادية الكريستال ما يلي:

1. كفاءة عالية بقيمة 17-25٪.
2. الدمج - مساحة أصغر لوضع المعدات لكل وحدة طاقة ، مقارنة بألواح السيليكون متعددة البلورات.
3. طول العمر - يتم توفير الكفاءة الكافية لتوليد الطاقة حتى 25 سنة.

هناك عيبان فقط لهذه البطاريات:

1. تكلفة عالية واسترداد طويل.
2. الحساسية من التلوث. الغبار ينثر الضوء ، وبالتالي فإن كفاءة الألواح الشمسية المطلية به تنخفض بشكل حاد.

بسبب الحاجة لأشعة الشمس المباشرة ، بلورات مفردة يتم تثبيت الألواح الشمسية بشكل رئيسي في المناطق المفتوحة أو على المرتفعات. كلما اقتربت المنطقة من خط الاستواء وكلما كانت الأيام المشمسة فيها ، كلما كان من الأفضل تركيب هذا النوع الخاص من الخلايا الكهروضوئية.

الألواح الشمسية الكريستالية

تتميز ألواح السليكون متعدد البلورات (متعدد Si) بلون أزرق غير متساوٍ بسبب الاتجاه متعدد الاستخدامات للبلورات. نقاء السليكون المستخدم في إنتاجها أقل بقليل من نظائر الكريستال الواحد.

يوفر تعدد اتجاهات البلورات كفاءة عالية مع ضوء مشتت - 12-18٪. إنها أقل من البلورات أحادية الاتجاه ، ولكن في الظروف الملبدة بالغيوم ، تكون هذه الألواح أكثر فعالية.

يؤدي عدم تجانس المادة أيضًا إلى انخفاض في تكلفة إنتاج السيليكون. يسكب المعدن المنقى للألواح الشمسية الكريستالية في قوالب بدون حيل خاصة.

في الإنتاج ، يتم استخدام تقنيات خاصة لتشكيل البلورات ، ولكن لا يتم التحكم في اتجاهها. بعد التبريد ، يتم قطع السيليكون إلى طبقات ومعالجته وفقًا لخوارزمية خاصة.

لا تتطلب الألواح متعددة البلورات توجيهًا مستمرًا نحو الشمس ، وبالتالي ، يتم استخدام أسطح المنازل والمباني الصناعية بنشاط لوضعها.

خلال النهار ، مع غائم خفيف ، لن تكون مزايا الألواح الشمسية السليكونية غير المتبلورة ملحوظة ، يتم الكشف عن مزاياها فقط مع السحب الكثيفة أو في الظل (+)

تشمل مزايا الألواح الشمسية مع البلورات متعددة الاتجاهات ما يلي:

1. أداء عالي في الضوء المحيط.
2. إمكانية التثبيت الثابت على أسطح المباني.
3. تكلفة أقل بالمقارنة مع الألواح أحادية البلورية.
4. مدة العملية - انخفاض الكفاءة بعد 20 سنة من التشغيل فقط 15-20٪.

عيوب الألواح الكريستالية متوفرة أيضًا:

1. كفاءة منخفضة بقيمة 12-18٪.
2. الضخامة النسبية - يتطلب مساحة أكبر للتثبيت لكل وحدة طاقة مقارنة بالنظائر البلورية المفردة.

تكتسب الألواح الشمسية الكريستالية حصة متزايدة في السوق بين بطاريات السيليكون الأخرى. يتم ضمان ذلك من خلال الفرص المحتملة الواسعة للحد من تكلفة إنتاجها. تزداد كفاءة هذه الألواح سنويًا ، حيث تقترب بسرعة من 20 ٪ للمنتجات الجماعية.

الألواح الشمسية السليكونية غير المتبلورة

تختلف آلية إنتاج الألواح الشمسية السليكونية غير المتبلورة بشكل أساسي عن تصنيع الخلايا الكهروضوئية البلورية. هنا ، لا يتم استخدام غير معدن نقي ، ولكن هيدريده ، الذي تترسب أبخرةه الساخنة على الركيزة.

نتيجة لهذه التكنولوجيا ، لم يتم تشكيل البلورات الكلاسيكية ، ويتم تخفيض تكاليف الإنتاج بشكل حاد.

يمكن تركيب خلايا ضوئية من السيليكون غير المتبلور المترسبة على ركيزة بوليمر مرنة وعلى صفائح زجاجية صلبة

في الوقت الحالي ، هناك بالفعل ثلاثة أجيال من الألواح المصنوعة من السيليكون غير المتبلور ، وفي كل منها تزداد الكفاءة بشكل ملحوظ. إذا كانت كفاءة الوحدات الكهروضوئية الأولى 4-5٪ ، فإن طرازات الجيل الثاني بكفاءة 8-9٪ يتم بيعها بكميات كبيرة في السوق.

تتمتع الألواح غير المتبلورة من أحدث التطوير بكفاءة تصل إلى 12 ٪ وتبدأ بالفعل في الظهور للبيع ، لكنها لا تزال باهظة الثمن.

نظرًا لميزات تقنية الإنتاج هذه ، من الممكن إنشاء طبقة سليكون على ركيزة صلبة ومرنة. وبسبب هذا ، يتم استخدام وحدات السليكون غير المتبلورة بنشاط في وحدات الطاقة الشمسية الرقيقة المرنة. لكن الخيارات مع الدعم المرن أغلى بكثير.

يسمح التركيب الفيزيائي الكيميائي للسيليكون غير المتبلور بالامتصاص الأقصى لفوتونات الضوء المتناثر الضعيف لتوليد الكهرباء. لذلك ، هذه الألواح مناسبة للاستخدام في المناطق الشمالية ذات المناطق الحرة الكبيرة.

لا تنخفض كفاءة البطاريات السليكونية غير المتبلورة حتى في درجات الحرارة المرتفعة ، على الرغم من أنها أقل شأنا في هذه المعلمة من لوحات زرنيخيد الغاليوم.

بنفس تكلفة المعدات ، تظهر الألواح الشمسية هيدريد السيليكون أداءً أعلى من نظائرها الأحادية والمتعددة البلورات (+)

للتلخيص ، يمكننا الإشارة إلى المزايا التالية للألواح الشمسية غير المتبلورة:

1. براعة - القدرة على تصنيع الألواح المرنة والرقيقة ، وتركيب البطاريات على أي شكل معماري.
2. كفاءة عالية في الضوء المحيط.
3. عمل مستقر في درجات حرارة عالية.
4. بساطة وموثوقية التصميم. هذه الألواح عمليا لا تنكسر.
5. الحفاظ على الأداء في الظروف الصعبة - انخفاض الأداء عند السطح المترب من نظائرها البلورية

عمر الخدمة لهذه الخلايا الكهروضوئية ، بدءًا من الجيل الثاني ، هو 20-25 سنة مع انخفاض في الطاقة بنسبة 15-20 ٪. تشمل عيوب لوحات السليكون غير المتبلورة فقط الحاجة إلى مناطق أكبر لاستيعاب معدات الطاقة المطلوبة.

نظرة عامة على الأجهزة الخالية من السيليكون

بعض الألواح الشمسية المصنوعة باستخدام معادن نادرة ومكلفة لها كفاءة أكثر من 30 ٪. إنها أغلى بكثير من نظيراتها السليكونية ، ولكنها مع ذلك احتلت مكانة تجارية عالية التقنية ، بفضل خصائصها الخاصة.

الألواح الشمسية المعدنية النادرة

هناك عدة أنواع من الألواح الشمسية المصنوعة من المعادن النادرة ، وليس لها جميعها كفاءة أعلى من وحدات السليكون أحادية الكريستال.

ومع ذلك ، فإن القدرة على العمل في الظروف القاسية تسمح لمصنعي هذه الألواح الشمسية بإنتاج منتجات تنافسية وإجراء المزيد من البحوث.

تستخدم ألواح تيلورايد الكادميوم بشكل فعال لمواجهة المباني في الدول الاستوائية والعربية ، حيث يسخن سطحها حتى 70-80 درجة بعد الظهر

السبائك الرئيسية المستخدمة لتصنيع الخلايا الكهروضوئية هي تيلوريد الكادميوم (CdTe) ، سيلينيوم جاليوم الإنديوم (CIGS) وسيلينيد الإنديوم النحاس (CIS).

الكادميوم معدن سام ، والإنديوم والغاليوم والتيلوريوم نادرة ومكلفة للغاية ، لذا فإن الإنتاج الضخم للألواح الشمسية القائمة عليها مستحيل نظريًا.

تبلغ كفاءة هذه الألواح مستوى 25-35٪ ، على الرغم من أنها يمكن أن تصل إلى 40٪ في حالات استثنائية. في السابق ، كانت تُستخدم بشكل أساسي في صناعة الفضاء ، ولكن الآن ظهر اتجاه واعد جديد.

نظرًا للتشغيل المستقر للخلايا الشمسية المعدنية النادرة عند درجات حرارة 130-150 درجة مئوية ، يتم استخدامها في محطات الطاقة الحرارية الشمسية. في هذه الحالة ، تتركز أشعة الشمس من عشرات أو مئات المرايا على لوحة صغيرة ، والتي تولد الكهرباء في نفس الوقت وتضمن نقل الطاقة الحرارية إلى مبادل حراري للمياه.

نتيجة لتسخين الماء ، يتشكل البخار ، مما يؤدي إلى دوران التوربين وتوليد الكهرباء. وبالتالي ، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية في وقت واحد بطريقتين مع أقصى قدر من الكفاءة.

البوليمر ونظائرها العضوية

بدأ تطوير الوحدات الكهروضوئية القائمة على المركبات العضوية والمركبات البوليمرية فقط في العقد الماضي ، لكن الباحثين حققوا بالفعل تقدمًا كبيرًا. تظهر الشركة الأوروبية أكبر قدر من التقدم هيليتك، التي جهزت بالفعل العديد من المباني الشاهقة بألواح شمسية عضوية.

سمك بناء فيلم لفة نوع Heliafilm 1 مم فقط.

في تصنيع ألواح البوليمر ، يتم استخدام مواد مثل الفوليرين الكربوني ، فثالوسيانين النحاس ، والبوليفينيللين وغيرها. تصل كفاءة هذه الخلايا الشمسية بالفعل إلى 14-15 ٪ ، وتكلفة الإنتاج أقل عدة مرات من الألواح الشمسية البلورية.

قضية فترة تدهور طبقة العمل العضوية حادة. حتى الآن ، لا يمكن التأكد بشكل موثوق من مستوى كفاءته بعد عدة سنوات من التشغيل.

فوائد الألواح الشمسية العضوية هي:

• إمكانية التخلص منها بشكل صديق للبيئة ؛
• انخفاض تكلفة الإنتاج ؛
• تصميم مرن.

تشمل عيوب هذه الخلايا الضوئية الكفاءة المنخفضة نسبيًا ونقص المعلومات الموثوقة عن فترات التشغيل المستقر للألواح. من الممكن أن تختفي جميع عيوب الخلايا الشمسية العضوية خلال 5-10 سنوات ، وستصبح منافسة جادة لرقائق السيليكون.

أي الألواح الشمسية للاختيار؟

اختيار الألواح الشمسية للمنازل الريفية على خط عرض 45-60 درجة ليست صعبة. هنا ، يجدر النظر في خيارين فقط: ألواح السيليكون البلورية أحادية البلورية.

إذا كان هناك نقص في المساحة ، فمن الأفضل إعطاء الأفضلية لنماذج أكثر كفاءة ذات اتجاه أحادي من البلورات ، مع مساحة غير محدودة ، يوصى بشراء بطاريات متعددة البلورات.

يجب ألا تعتمد على توقعات الشركات التحليلية لتطوير سوق الألواح الشمسية ، لأن أفضل عيناتها ربما لم يتم اختراعها بعد

اختيار مصنع معين ، والقدرة المطلوبة والمعدات الإضافية أفضل بمشاركة مديري الشركات المشاركة في بيع وتركيب هذه المعدات. يجب أن تدرك أن جودة وسعر الوحدات الكهروضوئية في أكبر الشركات المصنعة تختلف قليلاً.

يرجى ملاحظة أنه عند طلب مجموعة كاملة من المعدات ، ستكون تكلفة الألواح الشمسية نفسها 30-40 ٪ فقط من الإجمالي. فترات الاسترداد لهذه المشاريع هي 5-10 سنوات ، وتعتمد على مستوى استهلاك الطاقة وإمكانية بيع فائض الكهرباء لشبكة المدينة.

يفضل بعض الحرفيين تجميع الألواح الشمسية بأيديهم. توجد على موقعنا مقالات مع وصف تفصيلي لتقنية تصنيع هذه الألواح ، واتصالها وترتيب أنظمة التدفئة الشمسية.

ننصحك بالتآلف مع:

1. كيفية صنع بطارية شمسية بيديك: تعليمات التجميع الذاتي
2. أنظمة التدفئة الشمسية: تحليل تكنولوجيا التدفئة على أساس الأنظمة الشمسية
3. مخطط توصيل للألواح الشمسية: إلى وحدة التحكم والبطارية والأنظمة المخدومة

استنتاجات وفيديو مفيد حول الموضوع

تظهر مقاطع الفيديو المقدمة تشغيل مختلف الألواح الشمسية في ظروف حقيقية. سيساعدون أيضًا على فهم مشاكل اختيار المعدات ذات الصلة.

قواعد اختيار الألواح الشمسية والمعدات ذات الصلة:

أنواع الألواح الشمسية:

اختبار الألواح المفردة البلورية والكريستالات:

بالنسبة للسكان والمنشآت الصناعية الصغيرة ، لا يوجد بديل حقيقي لألواح السيليكون البلورية. لكن وتيرة تطوير أنواع جديدة من الألواح الشمسية تسمح لنا أن نأمل أن تصبح طاقة الشمس قريبًا المصدر الرئيسي للكهرباء في العديد من المنازل الريفية.

نحن نقدم لجميع المهتمين بمسألة اختيار واستخدام الألواح الشمسية لترك التعليقات وطرح الأسئلة والمشاركة في المناقشات. يقع نموذج الاتصال في الكتلة السفلية.