الألواح الشمسية : ما مدى كفاءة الألواح الشمسية؟

العوامل المؤثرة في كفاءة الألواح الشمسية

تمتلك معظم الألواح الشمسية اليوم معدل كفاءة في استخدام الطاقة من 11 إلى 15٪ ، وهي النسبة المئوية للطاقة الشمسية المحولة إلى كهرباء قابلة للاستخدام.

في حين أن هذه قد تبدو نسبة صغيرة ، إلا أن التقدم في تقنيات الطاقة الشمسية يتم إحرازه باستمرار ، ويمكن للألواح الحديثة أن تلبي أكثر من متطلبات الطاقة لمعظم الاحتياجات السكنية والتجارية.

يعمل الباحثون باستمرار على تحسين أداء تكنولوجيا الطاقة الشمسية اليوم.

حقق العلماء الآن أداءً قياسيًا بنسبة 40٪ باستخدام خلايا متعددة الوصلات تم ضبطها لتجميع أطوال موجية مختلفة من الضوء على الطيف الكهرومغناطيسي.

إذا كان لديك سقف أصغر ومساحة محدودة ، فقد تكون الألواح الشمسية الأكثر كفاءة هي الخيار الأفضل لك.

قد تكون هذه الألواح أغلى قليلاً بسبب كفاءتها العالية ، لكنها ستظل تلبي احتياجاتك من الطاقة.

ومع ذلك ، إذا كان لديك مساحة أكبر ، فقد تتمكن من تلبية احتياجاتك من الطاقة باستخدام لوحات أقل كفاءة وأقل تكلفة ، مما يوفر لك المال عند التثبيت.

يمكن أن تساعدك التكلفة الإجمالية للألواح بالإضافة إلى خرج الكيلووات في تحديد الأفضل لتركيبك.

لا يتم تحويل كل طاقة الشمس التي تصطدم بالخلية الكهروضوئية إلى كهرباء.

الغالبية العظمى منه ضاع.

تساهم مجموعة متنوعة من العوامل في تصميم الألواح الشمسية في قدرة الخلية على تحويل ضوء الشمس الذي تجمعه.

يمكن تحقيق زيادة الأداء من خلال وضع هذه العوامل في الاعتبار:

تكرار

يتكون الضوء من الفوتونات ، أو حزم الطاقة ، مع نطاق واسع من الأطوال الموجية والطاقات.

تتراوح ترددات ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض من الأشعة فوق البنفسجية إلى المرئية إلى الأشعة تحت الحمراء.

تنعكس بعض الفوتونات عندما يضرب الضوء سطح لوح شمسي ، بينما يمر الآخرون من خلاله.

بعض الفوتونات الممتصة تتحول طاقتها إلى حرارة.

يحتوي الباقي على طاقة كافية لفصل الإلكترونات عن روابطها الذرية ، مما ينتج عنه إلكترونات حرة وتيار كهربائي.

إعادة التركيب

يمكن أن يتدفق "حامل الشحنة" ، مثل الإلكترون سالب الشحنة ، عبر أشباه الموصلات للسماح للتيار الكهربائي بالتدفق.

"الثقب" هو نوع آخر من حامل الشحنة يشير إلى عدم وجود إلكترون داخل المادة ويعمل كحامل شحنة موجبة.

عندما يصطدم إلكترون بفتحة ، فإنه قد يتحد وبالتالي يلغي مساهمته في التيار الكهربائي.

إعادة التركيب المباشر ، حيث تتصادم الإلكترونات والثقوب المتولدة من الضوء ، وتعيد توحيدها ، وتولد فوتونًا ، مما يؤدي إلى عكس عملية توليد الطاقة الكهربائية في الألواح الشمسية.

إنه من بين العوامل الأساسية التي تحد من الكفاءة.

تحدث إعادة التركيب غير المباشر عندما تتلامس الإلكترونات أو الثقوب مع شوائب ، أو عيب في التركيب البلوري ، أو واجهة تسمح لها بإعادة الاتحاد وإطلاق الطاقة الحرارية.

درجة حرارة

عادة ، تعمل الألواح الشمسية بشكل أفضل في درجات الحرارة المنخفضة.

تؤدي الزيادات في درجة الحرارة إلى تحول خصائص أشباه الموصلات ، مما يؤدي إلى زيادة طفيفة في التيار ولكن انخفاض أكبر في الجهد.

يمكن أن يؤدي ارتفاع درجات الحرارة أيضًا إلى إتلاف الخلية ومواد الوحدة الأخرى ، مما يؤدي إلى عمر تشغيل أقصر.

نظرًا لأن جزءًا كبيرًا من ضوء الشمس الذي يضرب الخلايا يتحول إلى حرارة ، فإن المقاومة الحرارية المناسبة تعمل على تحسين الأداء والعمر.

انعكاس

يمكن تحسين أداء الألواح الشمسية عن طريق تقليل كمية الضوء المنعكس بعيدًا عن سطحها.

السيليكون غير المعالج ، على سبيل المثال ، يعكس أكثر من 30 في المائة من الضوء الوارد.

تساعد الطلاءات المضادة للانعكاس والأسطح المنسوجة في تقليل الانعكاس.

ستكون الخلية عالية الكفاءة باللون الأزرق الداكن أو الأسود.

التظليل الشمسي

الألواح الشمسية معرضة بشدة للتظليل الشمسي.

التظليل الكامل أو الجزئي له تأثير كبير على قدرة توصيل الطاقة وقد يؤدي إلى تقليل الكفاءة وفقدان الطاقة.

عادة ما يتم توصيل الخلايا الموجودة في الألواح الشمسية في سلسلة لإنتاج جهد أعلى وبالتالي كمية كافية من الكهرباء.

ومع ذلك ، عند حدوث التظليل ، فإن هذه البنية لها بعض القيود.

عندما تكون خلية شمسية واحدة مظللة ، فإن تيار السلسلة بأكملها تمليه الوحدة التي تنتج أقل تيار.

عندما تكون الخلية مظللة ، يتم تظليل السلسلة بأكملها بشكل فعال.

تُستخدم الثنائيات الالتفافية بشكل شائع في التركيبات لمنع فقد الطاقة.

يتم توصيل الخلايا الشمسية بالتوازي مع الثنائيات الالتفافية.

عندما تكون خلية شمسية مظللة ، يوفر الصمام الثنائي الالتفافي مسارًا للتيار يمكّن التسلسل المتكامل للخلايا الشمسية من إنتاج الكهرباء بجهد أقل.

تحديد كفاءة الألواح الشمسية

يقيس الباحثون كفاءة الخلية الشمسية للتنبؤ بكمية الطاقة التي ستولدها الخلية.

ناتج التيار والجهد هو الكهرباء.

يتم قياس الخواص الكهربائية للألواح الشمسية باستخدام علاقات التيار والجهد.

عندما يتم توصيل مقاومة "حمل" محددة بين طرفي خلية أو وحدة ، يتم ضبط التيار والجهد المنتج (التيار من خلال موصل بين نقطتين يتناسب طرديًا مع فرق الجهد عبر النقطتين).

يتم تقييم الكفاءة من خلال تعريض الخلية لكمية أساسية ثابتة من الضوء مع الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للخلية وقياس التيار والجهد المتولد لمقاومات الحمل المختلفة.

حساب أداء الألواح الشمسية

عندما يتعلق الأمر بالطاقة الشمسية لمنزلك ، فأنت تريد الحصول على أكبر عائد على الاستثمار.

ومع ذلك ، ما هي الألواح الشمسية التي تولد أكبر قدر من الطاقة؟

يتم تحديد الإجابة من خلال مجموعة متنوعة من العوامل ، بما في ذلك حجم اللوحة ، والكفاءة التي تحول بها اللوحة ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية ، وكمية ضوء الشمس التي تتلقاها اللوحة ، ومحاذاة اللوحة بالنسبة للشمس ، ومجموعة متنوعة من متغيرات أخرى.

شروط الاختبار القياسية للوحات

يتم تحديد المقياس القياسي لإنتاج كهرباء الألواح الشمسية عن طريق اختبار الألواح في ظل الظروف العادية ، والمشار إليها بشروط الاختبار القياسية (STC).

تحسب شركة الاتصالات السعودية (STC) توليد الطاقة من الألواح الشمسية بناءً على الظروف الشائعة مثل التعرض للضوء والاتجاه ودرجة حرارة اللوحة.

تولد اللوحة 250 وات 250 وات من الكهرباء عندما يكون ضوء الشمس على اللوحة 1000 وات لكل متر مربع أثناء التشغيل عند 25 درجة مئوية ، وفقًا لشركة الاتصالات السعودية.

بموجب شركة الاتصالات السعودية ، يجب على شركات الطاقة الشمسية تصنيع الخلايا الشمسية التي تلبي أو تتجاوز إنتاجها من الطاقة المسوقة.

عامل آخر يؤثر على كمية الطاقة التي تنتجها الألواح الشمسية هو كفاءتها.

على سبيل المثال ، لوحة بكفاءة 20٪ ستحول 20٪ من كل الضوء الذي يضربها إلى كهرباء.

سيتم تحويل المزيد من ضوء الشمس إلى طاقة من خلال لوحة ذات تصنيف أداء أعلى.

غالبية الألواح الشمسية لها معدلات كفاءة تتراوح من 15٪ إلى 18٪.

ومع ذلك ، نظرًا لاختلاف ظروف العالم الحقيقي عن STC ، نادرًا ما تولد اللوحة القياسية خرج الطاقة الأمثل المسوق.

على سبيل المثال ، نادرًا ما تكون درجة حرارة اللوح الشمسي 25 درجة مئوية.

غالبية الألواح الشمسية أكثر سخونة بمقدار 20 درجة مئوية من الهواء المحيط.

بمعنى آخر ، إذا كانت درجة الحرارة بالخارج 20 درجة مئوية ، فمن المحتمل أن تكون درجة حرارة اللوح الشمسي حوالي 40 درجة مئوية.

درجة الحرارة لها تأثير على كفاءة الألواح الشمسية.

درجة حرارة خلية التشغيل الاسمية (NOCT) ومعامل درجة الحرارة لأقصى معامل درجة حرارة الطاقة (Pmax) هما رقمان رئيسيان يجب مراعاتهما عند تحديد مقدار الطاقة التي ستحصل عليها من الألواح الشمسية.

NOCT هي درجة الحرارة التي تصل إليها اللوحة عند تعرضها لـ 800 واط / م 2 من النشاط الشمسي (الطاقة المكافئة للشمس المعتدلة) عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

معامل درجة حرارة Pmax هو النسبة المئوية للطاقة المفقودة بواسطة الألواح الشمسية لكل درجة مئوية فوق درجة حرارة STC البالغة 25 درجة مئوية.

لتقييم مستويات الأداء (على عكس الكفاءة المثالية) لألواحك الشمسية ، اطرح درجة حرارة اللوح الشمسي من درجة حرارة STC البالغة 25 درجة مئوية ، ثم اضرب هذا الرقم في معامل درجة حرارة Pmax.

سينتج عن هذا التقدير نسبة مئوية سلبية ، والتي يمكنك بعد ذلك خصمها من تقييم الأداء الأولي الخاص بك.

ستاندرد مقابل بريميوم سولار بانل

عند تحديد مكان وضع الألواح الشمسية ، ضع في اعتبارك تقييمات الكفاءة.

على نحو مفضل ، ستتمكن من الحصول على ألواح شمسية عالية الكفاءة وتثبيتها في مكان مشمس.

ومع ذلك ، قم بتثبيت الألواح في منطقة عالية الشمس.

قد تكون قادرًا على التخلص من تركيب الألواح بمعدل كفاءة متوسط أو منخفض نسبيًا لأنها ستحصل على أقصى قدر من التعرض.

افترض أنك تقوم بتركيب الألواح في مكان لا تتعرض لأشعة الشمس الكافية.

في هذه الحالة ، سترغب في الاستثمار في لوحات ذات تصنيف أداء أعلى لتحسين كمية الكهرباء التي تحصل عليها ، خاصةً إذا كانت مساحة سطحك محدودة.

معدل تدهور اللوح الشمسي الخاص بك هو عامل آخر يؤثر على أدائها.

تولد الألواح الشمسية كهرباء أقل بمرور الوقت.

معدل التحلل هو المعدل الذي يفقدون به قدرتهم على توليد الطاقة.

التدهور والوقت وكفاءة الألواح الشمسية

كان هناك العديد من التطورات التي ساهمت في جعل الألواح الشمسية أكثر كفاءة.

لقد تطورت هذه التطورات بشكل كبير لدرجة أن الطاقة الشمسية النظيفة أصبحت الآن خيارًا قابلاً للتطبيق لعدد أكبر بكثير من الناس مما كانت عليه في السابق.

نظرًا لأن كل شركة مصنعة للألواح الشمسية تقوم بتصنيع لوحاتها بشكل مختلف قليلاً ، فإن كل لوحة لها معدل تدهور مختلف.

وفقًا للأبحاث ، انخفض أداء الألواح الشمسية بحوالي 0.8٪.

بمعنى آخر ، بعد عام واحد ، ستولد لوحتك الشمسية 99.2٪ من الطاقة الكهربائية التي كانت تنتجها عندما كانت جديدة ؛ بعد عشر سنوات ، ستولد 92٪ من الكهرباء التي كانت تنتجها عندما كانت جديدة ؛ وهكذا.

من المرجح أن تتحلل الألواح الشمسية المتطورة بمعدل أبطأ بكثير.

حتى أن البعض يدعي أن معدلات تدهور منخفضة تصل إلى 0.3٪.

تؤثر البيئة التي تضع فيها الألواح الشمسية أيضًا على إنتاج الطاقة.

كلما زاد ضوء الشمس الذي تجمعه الألواح الخاصة بك ، زادت الكهرباء التي يمكن أن تولدها.

إذا تم وضع الألواح الشمسية في منطقة مظللة بأشجار عالية أو هياكل أخرى ، فلن تولد قدرًا من الكهرباء بقدر ما تستطيع.

وفقًا للبحث ، يمكن أن يؤدي التظليل بنسبة 20 إلى 30٪ إلى تقليل إنتاج الطاقة بنسبة 30 إلى 40٪.

وبالمثل ، إذا كانت الألواح الشمسية متسخة أو مغبرة أو مغطاة بالثلوج أو الأوراق أو غيرها من الحطام ، فلن تولد الكثير من الكهرباء كما لو كانت نظيفة.

العاكس هو عنصر أساسي آخر من مكونات الألواح الشمسية التي تؤثر على إنتاج الكهرباء.

يقوم العاكس بتحويل التيار الكهربائي المباشر (DC) إلى التيار المتردد (AC) (النوع الذي تستخدمه في المنزل).

تحدد كفاءة العاكس مقدار طاقة التيار المستمر التي يتم تحويلها إلى كهرباء التيار المتردد.

النوع الأكثر كفاءة هو العواكس غير المحولات.

ومع ذلك ، فإن المحولات الدقيقة الجديدة ومحسنات الطاقة التي تتصل بالعديد من الألواح الشمسية بدلاً من المجموعة بأكملها تساعد في زيادة الطاقة على أساس كل لوحة ، مما يجعلها خيارًا أفضل للصفيفات الكبيرة متعددة اللوحات.

يتأثر توليد الطاقة أيضًا بمدى توافق اللوحات داخل النظام.

إذا كانت لوحات الجهد المختلفة مترابطة ، فستستخدم المجموعة بأكملها اللوحة ذات الجهد المنخفض ، مما يقلل من كفاءة النظام.

هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند تحديد مقدار الطاقة التي ستولدها من الألواح الشمسية.

أفضل طريقة لضمان النجاح هي الشراء من شركة معتمدة معروفة بإنتاج لوحات عالية الكفاءة ووضع الألواح الخاصة بك بحيث تتلقى أكبر قدر من ضوء الشمس.

أنواع الألواح الشمسية وكفاءتها

هناك العديد من العناصر التي تشكل كفاءة الألواح الشمسية ، وقد قمنا بتفصيلها أدناه.

ألواح السيليكون أحادية البلورية

يمكن القول إن الألواح السليكونية أحادية البلورية أو المفردة هي أكثر أنواع الألواح الشمسية الكهروضوئية فعالية المتاحة اليوم.

هذه الألواح مربعة الشكل مناسبة للأنظمة الكهربائية الشمسية المثبتة على السطح.

إنها أكثر تكلفة من الأنواع الأخرى من الألواح نظرًا لارتفاع محتوى السيليكون المستخدم في التصميم.

نظرًا لتحويل المزيد من الطاقة الشمسية إلى كهرباء ، فإن معظم تكوينات الأسطح تحتاج إلى عدد أقل من الألواح لتحقيق نفس متطلبات الطاقة.

ألواح السليكون الكريستالات

نظرًا لأن الألواح متعددة الكريستالات أو متعددة الطبقات السيليكونية تستخدم كمية أقل من السيليكون ، فإنها غالبًا ما تكون أقل تكلفة من نظيراتها الأكثر كفاءة.

يستخدمون تصميمًا للمساعدة في تقليل فقدان الكفاءة ، مما يسمح باستخدامهم على الأنظمة المثبتة على السقف.

نظرًا لأنها أقل تكلفة ، فهي مناسبة للمشاريع والتركيبات الأكبر.

ألواح السيليكون متعدد الكريستالات هي أيضًا أكثر مقاومة للحرارة.

بناء الألواح الكهروضوئية المتكاملة

مظهر المبنى أمر بالغ الأهمية.

قد يتردد مالكو المباني التاريخية أو أصحاب التصميمات الجمالية المميزة ، على سبيل المثال ، في تشويه خصوصية المبنى عن طريق تركيب نظام كهربائي شمسي.

تتوفر الخلايا الكهروضوئية المتكاملة للمباني للمساعدة في مواجهة التغيرات الجمالية التي قد تسببها الألواح الشمسية.

في حين أنها قد تحتفظ بمظهر الأسقف التقليدية ، فإن هذه الألواح أغلى ثمناً وأقل كفاءة من البدائل.

تقنية الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

تعد خلايا الأغشية الرقيقة تقنية شمسية أحدث تتكون من طبقة واحدة أو أكثر من أغشية الخلايا الكهروضوئية الرقيقة المرتبطة بمواد موجودة مثل الأسقف المعدنية أو النوافذ الزجاجية.

نظرًا لأن هذه الأغشية الكهروضوئية رقيقة جدًا ، فهي أخف وزنًا وأكثر مرونة من الألواح الشمسية الأخرى.

في حين أن تقنية الأغشية الرقيقة متعددة الاستخدامات بشكل لا يصدق ، إلا أنها لا تخلو من عيوبها.

تعد أنظمة الأغشية الرقيقة أقل كفاءة وتتحلل بسرعة أكبر من الأنظمة الشمسية التقليدية ، لكنها تحاول التحسين مع تقدم التكنولوجيا.

عوامل أخرى تؤثر على كفاءة الألواح الشمسية

لا تؤثر هذه العوامل على كفاءة الألواح نفسها ، ولكن على مدى جودة إنتاج نظام الطاقة الشمسية لديك للطاقة لتستخدمها في منزلك.

خطط الطاقة الشمسية

بطريقة ملحوظة ، ستساعد خطتك الشمسية في تحديد الكفاءة.

ستساعد خطتك الشمسية في تقييم مدى فعالية تكلفة الألواح الشمسية لديك بدلاً من رفع أو خفض أدائها.

سترغب في العثور على أفضل صفقة لك ولظروفك الخاصة.

تصميم نظام الطاقة الشمسية

التصميم هو اعتبار حاسم في تحديد كفاءة الألواح الشمسية.

إذا لم يتم تثبيت الألواح الشمسية بشكل صحيح ، فقد لا تولد طاقة كافية لتلبية متطلباتك.

تحسينات المنزل

إن جعل منزلك أكثر كفاءة في استخدام الطاقة هو علاج آخر سيساعد الألواح الشمسية على تزويدك بالطاقة التي تحتاجها.

على سبيل المثال ، إذا كان لديك سخان مياه كهربائي ، فسيتم استخدام كمية كبيرة من الكهرباء لتسخين المياه.

يمكن أن يؤدي التبديل إلى سخان مياه كهربائي قائم على المضخة الحرارية إلى توفير الكهرباء في بعض الحالات.

تستخدم الكهرباء أيضًا في الأجهزة مثل غسالات الصحون والغسالات ومجففات الملابس ومكيفات الهواء.

يجب ترقية كل هذه الأجهزة بانتظام.

هذا لا يعني أنه يتعين عليك استبدالها كل عام ، ولكن إذا كنت تستطيع ذلك ، فابدأ وافعل ذلك.

بصرف النظر عن ترقية أجهزتك ، يمكنك إجراء العديد من التحسينات الأخرى في جميع أنحاء المنزل لتحقيق أقصى استفادة من الألواح الشمسية.

ابحث عن طرق لجعل منزلك أكثر كفاءة في استخدام الطاقة لجعل الكهرباء من الألواح الشمسية تعمل بكفاءة أكبر.

متوسط التعرض لأشعة الشمس

تتعرض بعض المنازل لأشعة الشمس بشكل ملحوظ أكثر من غيرها.

قد يكون هذا بسبب وجود شجرة كبيرة في الفناء.

قد يكون السبب هو أن المنزل يقع بجوار مبنى أطول يحجب أشعة الشمس.

يمكن أن يكون مجرد مشكلة الطقس.

بعض الأماكن لا تتعرض للكثير من أشعة الشمس.

يمكن أن يكون اتجاه منزلك أو شكل سقفك.

أيًا كان السبب ، فإن التحول في التعرض لأشعة الشمس سيؤدي إلى تحول في إخراج الألواح الشمسية.

حتى في نفس المنطقة ، يمكن أن تختلف هذه التغييرات بشكل كبير من منزل إلى آخر.