الألواح الشمسية : ما هي الألواح الشمسية؟

ما هي الألواح الشمسية؟

تُستخدم الخلايا الكهروضوئية (PV) ، المعروفة غالبًا باسم الخلايا الشمسية ، في الألواح الشمسية لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

يمكن بعد ذلك توصيل هذه الطاقة بمصدر الكهرباء الرئيسي في منزلك.

تكنولوجيا الطاقة الشمسية قديمة جدا.

ومع ذلك ، في حين أن الأساسيات لا تزال كما هي ، فقد تحسنت كفاءة الألواح الشمسية بشكل كبير في السنوات الأخيرة.

تتكون الغالبية العظمى من الخلايا الشمسية من السيليكون ، مما أدى إلى تحسين الكفاءة والتكلفة مع تقدم المواد من النوع غير المتبلور (غير البلوري) إلى أنواع السيليكون متعدد البلورات والبلورات (بلورة مفردة).

على عكس خلايا الوقود أو البطاريات ، لا تستخدم الخلايا الشمسية تفاعلات كيميائية أو تحتاج إلى وقود لتوليد الكهرباء ، ولا تمتلك أي أجزاء متحركة بخلاف المولدات الكهربائية.

يمكن تجميع الخلايا الشمسية في مصفوفات ، وهي مجموعات هائلة من الخلايا.

تتكون هذه المصفوفات من آلاف الخلايا الفردية.

يمكن أن تعمل كمحطات طاقة مركزية ، وتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء وتوزيعها على المستهلكين التجاريين والصناعيين والسكنيين.

وضع أصحاب المنازل الخلايا الشمسية في تصميمات أصغر بكثير على أسطح منازلهم ، والمعروفة باسم ألواح الخلايا الشمسية أو الألواح الشمسية فقط ، لاستبدال أو استكمال مصدر الطاقة الطبيعي.

تُستخدم ألواح الخلايا الشمسية أيضًا لتزويد الكهرباء في العديد من المناطق الأرضية البعيدة حيث تكون مصادر الطاقة الكهربائية العادية إما غير متوفرة أو تكون باهظة الثمن للغاية في البناء.

كيف تعمل الألواح الشمسية؟

تجمع الألواح الشمسية وتحول الطاقة المتجددة النقية في ضوء الشمس إلى كهرباء ، والتي يمكن استخدامها لاحقًا لأحمال الطاقة الكهربائية.

تتكون الألواح الشمسية من عدة خلايا شمسية ، كل منها يتكون من طبقات من السيليكون والفوسفور (الذي يعطي شحنة سالبة) والبورون (الذي يعطي شحنة موجبة).

يتم امتصاص الفوتونات بواسطة الألواح الشمسية ، والتي تولد تيارًا كهربائيًا.

تتسبب الطاقة المنبعثة عندما تصطدم الفوتونات بسطح اللوحة الشمسية في دفع الإلكترونات خارج المدارات الذرية وتفريغها في المجال الكهربائي الناتج عن الخلايا الشمسية ، والذي يسحب فيما بعد هذه الإلكترونات الحرة إلى التيار الاتجاهي.

يشير التأثير الكهروضوئي إلى العملية برمتها.

تمتلك الأسرة المتوسطة مساحة سقف كافية لاستيعاب العدد المطلوب من الألواح الشمسية لتوليد ما يكفي من الكهرباء الشمسية لتلبية احتياجاتها من الطاقة.

يتم تغذية أي فائض من الكهرباء المتولدة في شبكة الطاقة الرئيسية ، والتي تدفع مقابلها في تقليل استخدام الكهرباء في الليل.

تولد المصفوفة الشمسية الطاقة خلال النهار والتي يتم استخدامها لاحقًا في المنزل ليلاً في الإعداد المتوازن جيدًا والمتصل بالشبكة.

قد يحصل مالكو مولدات الطاقة الشمسية على تعويض إذا كان نظامهم يولد طاقة أكثر مما هو مطلوب في المنزل ، وذلك بفضل برامج القياس الصافي.

تعتبر وحدة التحكم في الشحن وبنك البطارية ، وفي معظم الحالات ، العاكس مكونات ضرورية في أنظمة الطاقة الشمسية خارج الشبكة.

ينقل جهاز التحكم في الشحن الكهرباء الحالية المباشرة من المصفوفة الشمسية إلى بنك البطارية.

يتم بعد ذلك نقل الطاقة من بنك البطارية إلى العاكس ، مما يؤدي إلى تحويل تيار التيار المستمر إلى تيار متردد (AC) ، والذي قد تستخدمه الأجهزة غير العاملة بالتيار المستمر.

يتم ضبط حجم صفائف الألواح الشمسية لتلبية متطلبات الحمل الكهربائي الأكثر شدة بمساعدة العاكس.

يمكن لتيار التيار المتردد تشغيل الأحمال في المنازل والشركات ، والمركبات الترفيهية والقوارب ، والكبائن البعيدة ، والبيوت ، أو المساكن ، وأكثر من ذلك بكثير.

ما هي أنواع الألواح الشمسية المختلفة؟

عندما يتعلق الأمر بالألواح الشمسية ، عادة ما تفكر في التكلفة والجماليات وكفاءة الطاقة.

في حين أن هذه كلها اعتبارات مهمة ، هناك عامل واحد في الألواح الشمسية سيؤثر على الثلاثة: نوع الألواح الشمسية التي تختارها.

ستؤثر الأنواع المختلفة من الألواح الشمسية المتوفرة في السوق اليوم على تكلفة التركيب والتصنيع ، فضلاً عن مظهر الألواح على سطح منزلك.

إنه من بين أهم العوامل التي يجب مراعاتها أثناء تركيب الألواح الشمسية.

هناك ثلاثة أنواع من الألواح الشمسية ، ولكل منها مجموعة مزاياها وعيوبها.

الألواح الشمسية الكريستالات ، الأحادية ، والأغشية الرقيقة هي الأنواع الثلاثة من الألواح الشمسية.

سيتم تحديد أفضل الألواح الشمسية بالنسبة لك من خلال السيناريو الفريد الخاص بك وما تعتقد أن الألواح الشمسية ستحققه.

سنستعرض العديد من أنواع الألواح الشمسية وفوائدها وعيوبها وكيفية اختيار النوع المناسب لك في هذا الدليل.

الألواح الشمسية أحادية البلورية

كما يوحي الاسم ، يتم إنتاج الألواح أحادية البلورة من بلور السيليكون النقي الذي يتم تقطيعه إلى شرائح عديدة.

يمكن تمييزها بسهولة من خلال لونها الأسود الغامق ، مما يدل على أنها مصنوعة من السيليكون النقي.

تعد الألواح أحادية البلورية إلى حد بعيد هي الأكثر كفاءة في استخدام المساحة وطويلة الأمد من بين أنواع الألواح الشمسية الثلاثة نظرًا لاستخدامها للسيليكون النقي.

ومع ذلك ، فإن هذا يأتي بتكلفة: يتم إهدار كمية كبيرة من السيليكون في إنتاج خلية أحادية البلورية ، وأحيانًا تتجاوز 50٪.

نتيجة لذلك ، فإن السعر مرتفع للغاية.

الألواح الشمسية الكريستالات

هذه ، كما يوحي المصطلح ، تتكون من العديد من بلورات السيليكون بدلاً من واحدة فقط.

يتم صهر شظايا السيليكون وصبها في قالب مربع.

هذا يجعل الخلايا متعددة الكريستالات أقل تكلفة نظرًا لوجود القليل من النفايات ، مما يمنحها شكل مربع مميز.

ومع ذلك ، نظرًا لأن نقاوتها وهيكلها السيليكوني أقل من الألواح أحادية البلورية ، فهي أقل فعالية في توليد الطاقة والفضاء.

كما أن لديها قدرة تحمل منخفضة للحرارة ، مما يجعلها أقل فعالية في حالات درجات الحرارة المرتفعة.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، على عكس الألواح الشمسية متعددة الكريستالات والأحادية ، مبنية من مجموعة من المواد.

الكادميوم تيلورايد (CdTe) هو أكثر مواد الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة شيوعًا.

يقوم المصنعون بإدخال طبقة من CdTe بين الطبقات الموصلة الشفافة ، مما يساعد على التقاط ضوء الشمس في إنشاء هذا النوع من الألواح ذات الأغشية الرقيقة.

يحتوي هذا النوع من تقنية الأغشية الرقيقة أيضًا على طبقة زجاجية واقية في الأعلى.

يمكن أيضًا استخدام السيليكون غير المتبلور (a-Si) ، الذي يمكن مقارنته بهيكل الألواح متعددة الكريستالات والأحادية ، في صناعة الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة.

على الرغم من أن هذه الألواح الرقيقة تحتوي على السيليكون ، إلا أنها لا تتكون من رقائق سيليكون كبيرة.

إنها مصنوعة من السيليكون غير البلوري الذي تم وضعه فوق طبقة من البلاستيك أو الزجاج أو المعدن.

أخيرًا ، تعد ألواح CIGS (Copper Indium Gallium Selenide) تقنية شائعة للأغشية الرقيقة.

جميع الأجزاء الأربعة من ألواح CIGS محصورة بين طبقتين موصلتين (بلاستيك ، ألومنيوم ، زجاج ، أو صلب) ، مع وجود أقطاب كهربائية في الجزء الأمامي والخلفي من المادة تلتقط التيارات الكهربائية.

كيف تبدو الأنواع المختلفة من الألواح الشمسية؟

يختلف مظهر كل نوع من أنواع الألواح الشمسية بسبب الاختلافات في المواد والإنتاج:

الألواح الشمسية أحادية البلورية

من المحتمل أن تكون لوحة أحادية البلورية إذا واجهت لوحة شمسية تتميز بخلايا سوداء.

بسبب الطريقة التي يتعامل بها الضوء مع بلورة السيليكون النقي ، تبدو هذه الخلايا سوداء.

في حين أن الخلايا الشمسية سوداء ، فإن الألواح الخلفية وإطارات الألواح الشمسية أحادية البلورية تأتي بألوان مختلفة.

عادة ما تكون اللوحة الخلفية للوحة الشمسية سوداء أو فضية أو بيضاء ، وعادة ما تكون الإطارات المعدنية سوداء أو فضية.

الألواح الشمسية الكريستالات

على عكس الخلايا الشمسية أحادية البلورية ، تظهر الخلايا الشمسية متعددة البلورات لونًا مزرقًا بسبب انعكاس الضوء بشكل مختلف عن شظايا السيليكون في الخلية عن انعكاسه عن رقاقة السيليكون أحادي البلورية النقية.

تتميز الألواح متعددة الكريستالات ، مثل الألواح أحادية البلورية ، بألواح وإطارات خلفية ملونة مميزة.

عادة ما تكون إطارات الألواح متعددة الكريستالات فضية ، بينما تكون الألواح الخلفية فضية أو بيضاء.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

فيما يتعلق بالألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، فإن النحافة التي تتمتع بها التكنولوجيا والانحدار الجانبي هي السمات الجمالية الأكثر تميزًا.

عادةً ما تكون الألواح ذات الأغشية الرقيقة أرق من أنواع الألواح الأخرى ، كما يوحي اسمها.

هذا هو الحال لأن الخلايا الموجودة في الألواح أرق 350 مرة من الرقاقات البلورية المستخدمة في الألواح الشمسية متعددة البلورات وأحادي البلورية.

بينما قد تكون خلايا الأغشية الرقيقة أرق بكثير مقارنة بالخلايا الشمسية العادية ، قد تكون السماكة الكلية للوحة الأغشية الرقيقة مماثلة لتلك الخاصة باللوح الشمسي متعدد البلورات أو أحادي البلورية إذا كان يشتمل على إطار سميك.

لا تزال هناك ألواح شمسية من الأغشية الرقيقة اللاصقة تلتصق بسطح السقف بأكبر قدر ممكن ، ولكن هناك أيضًا ألواح شمسية رقيقة أخرى أكثر متانة بإطارات يصل سمكها إلى خمسين ملم.

تأتي الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بألوان مختلفة ، بما في ذلك الأزرق والأسود ، اعتمادًا على المواد التي تتكون منها.

كفاءة الألواح الشمسية وتقييمات الطاقة

تختلف كمية الطاقة التي يمكن أن يولدها كل نوع من الألواح الشمسية.

الألواح الشمسية متعددة الكريستالات وأحادي البلورية

تتمتع الألواح أحادية البلورية بأفضل كفاءة وسعة طاقة من أي نوع لوحة.

يمكن أن تحقق الألواح الشمسية أحادية البلورة كفاءات تزيد عن 20٪ ، بينما تحقق الألواح الشمسية متعددة البلورات في كثير من الأحيان كفاءات من 15 إلى 17٪.

تنتج الألواح الشمسية أحادية البلورية طاقة أكبر من الأنواع الأخرى من الألواح نظرًا لكفاءتها ولأنها متوفرة في وحدات كهربائية أكبر.

تتمتع معظم الألواح الشمسية أحادية البلورية بسعة طاقة تزيد عن 300 واط (W) ، ويتجاوز بعضها مؤخرًا 400 واط.

الواط من الألواح الشمسية الكريستالات أقل.

هذا لا يعني أن الألواح الشمسية متعددة البلورات وأحادي البلورية لا يمكن مقارنتها ماديًا ؛ في الواقع ، يحتوي كلا النوعين من الألواح الشمسية عادةً على 60 خلية سيليكون ، مع 72 أو 96 نوعًا من الخلايا المتاحة (عادةً للتركيبات واسعة النطاق).

يمكن أن تنتج الألواح أحادية البلورية المزيد من الكهرباء بنفس عدد الخلايا.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أقل كفاءة ولديها قدرة طاقة أقل من الألواح متعددة الكريستالات أو أحادية البلورات.

تختلف الكفاءة اعتمادًا على نوع المادة المستخدمة في الخلايا ، لكنها عادة ما تكون حوالي 11٪.

على عكس الألواح الشمسية متعددة الكريستالات والأحادية ، المتوفرة بأحجام 60 و 72 و 96 خلية موحدة ، فإن تقنية الأغشية الرقيقة لا تفعل ذلك.

نتيجة لذلك ، سيتم تحديد سعة الطاقة للوحة واحدة من الأغشية الرقيقة إلى حد كبير من خلال حجمها المادي.

ستتمتع الألواح الشمسية متعددة الكريستالات وأحادي البلورية ، في المتوسط ، بسعة طاقة أعلى لكل قدم مربع (قدم مربع) من الألواح ذات الأغشية الرقيقة.

تأتي الألواح الشمسية في نطاقات أسعار متنوعة

نظرًا لاختلاف تقنيات إنتاج الألواح متعددة البلورات وأحادي البلورية والأغشية الرقيقة ، فإن كل نوع من الألواح له سعر مختلف.

أغلى خيار هو الألواح الشمسية أحادية البلورية.

من المتوقع أن تكون الألواح الشمسية أحادية البلورية هي الأغلى من بين جميع أنواع الألواح الشمسية.

هذا يرجع في المقام الأول إلى عملية الإنتاج: نظرًا لأن الخلايا الشمسية تتكون من بلورة سيليكون واحدة ، يجب على الشركات المصنعة دفع تكاليف صنع هذه البلورات.

هذه التقنية ، التي يطلق عليها اسم عملية Czochralski ، تستهلك الكثير من الطاقة وتهدر السيليكون (والذي يمكن استخدامه لاحقًا لتصنيع الخلايا الشمسية متعددة الكريستالات).

الألواح الشمسية الكريستالات هي حل وسط جيد.

غالبًا ما تكون الألواح الشمسية المصنوعة من البلورات متعددة البلورات أقل تكلفة من الألواح الشمسية أحادية البلورات.

لأن الخلايا تتكون من شظايا من السيليكون بدلاً من بلورة سيليكون نقية واحدة ، هذا هو الحال.

يتيح ذلك عملية تصنيع خلايا أبسط إلى حد كبير ، مما يوفر المال لكل من الشركات المصنعة والمستخدمين النهائيين.

يتم تحديد تكلفة الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة في الغالب حسب نوع الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ؛ عادةً ما تكون الألواح الشمسية CdTe هي الأقل تكلفة ، في حين أن الألواح الشمسية CIGS تكون أكثر تكلفة بكثير في التصنيع من CdTe أو السيليكون غير المتبلور.

بسبب العمالة الإضافية المطلوبة ، قد تكون التكلفة الإجمالية لتركيب نظام الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة أقل من تركيب نظام الألواح الشمسية متعدد البلورات وأحادي البلورية ، بغض النظر عن تسعير الألواح نفسها.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تتطلب عمالة أقل في التركيب لأنها أخف وزنا وأسهل في المناورة ، مما يسهل على القائمين بالتركيب رفع الألواح على أسطح المنازل وحمايتها في مكانها.

هذا يترجم إلى انخفاض نفقات العمالة ، والتي يمكن أن تسهم في تركيب الطاقة الشمسية بأسعار معقولة بشكل عام.

ما هو أفضل نوع من الألواح الشمسية لتركيبك؟

سيعتمد الكثير من قرارك بشأن نوع الألواح الشمسية التي تريدها لنظامك على تفاصيل الموقف والممتلكات.

تتميز كل من الألواح متعددة البلورات وأحادي البلورية والأغشية الرقيقة بمجموعة من المزايا والعيوب الخاصة بها ، ويعتمد الخيار الأفضل بالنسبة لك على الممتلكات وأهداف مشروع الطاقة الشمسية الخاص بك.

يمكن أن يؤدي تركيب الألواح الكريستالات منخفضة التكلفة والأقل كفاءة إلى توفير المال مقدمًا لأصحاب العقارات الذين لديهم مساحة كبيرة للألواح الشمسية.

يعد تركيب الألواح الشمسية أحادية البلورية عالية الكفاءة خيارًا جيدًا إذا كان لديك مساحة محدودة وترغب في توفير المال على فاتورة الكهرباء.

عندما يتعلق الأمر بألواح الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، يتم استخدامها بشكل شائع عند تثبيتها على سطح تجاري ضخم لا يمكنه تحمل الوزن الإضافي لمعدات الطاقة الشمسية النموذجية.

نظرًا لأن لديها مساحة أكبر لوضع الألواح الرقيقة عليها ، فإن هذه الأنواع من الأسطح يمكنها أيضًا تحمل كفاءتها المنخفضة.

يمكن أن تفيد الألواح ذات الأغشية الرقيقة أيضًا أنظمة الطاقة الشمسية المحمولة ، مثل تلك التي تظهر على متن المركبات الترفيهية أو القوارب.

الأسئلة المتداولة (FAQs)

فيما يلي بعض الأسئلة المتداولة التي نتلقاها حول الألواح الشمسية.

كيف تعمل البطاريات والألواح الشمسية؟

تسمح لك الألواح الشمسية باستهلاك الكهرباء بمجرد إنشائها.

البطاريات الشمسية ، من ناحية أخرى ، متاحة الآن لتخزين الطاقة التي تولدها الألواح الخاصة بك خلال النهار حتى تتمكن من استخدامها لاحقًا.

تأتي البطاريات الشمسية بأشكال وأحجام مختلفة ، ولكل منها مجموعة من الخصائص والإمكانيات الخاصة بها.

بعضها بحجم بطارية السيارة ، والبعض الآخر بحجم المولد أو الغسالة.

معظم الأشخاص الذين يقومون بتركيب الألواح الشمسية يفعلون ذلك بدون بطارية لأنهم يريدون استخدام الطاقة من شبكة الطاقة عندما لا تنتج الألواح الكهرباء.

عادةً ما يتم استخدام البطاريات الشمسية من قبل الأشخاص الملتزمين بالعيش "خارج الشبكة".

كيف تعمل الألواح الشمسية خارج الشبكة؟

يشير مصطلح "خارج الشبكة" إلى موقع غير متصل بالشبكة الوطنية.

نتيجة لذلك ، تتطلب الألواح الشمسية خارج الشبكة تخزين البطارية لتعمل.

يجب أن يكون النظام خارج الشبكة قادرًا على:

• إنتاج طاقة كافية على مدار السنة

• لديها سعة بطارية كافية لتلبية متطلبات الأسرة

نظرًا لأن صيانة البطاريات والمحولات والمولدات الاحتياطية باهظة الثمن ، فغالبًا ما توجد هذه الأنظمة فقط في الأماكن المعزولة حيث يكون الاتصال بشبكة الطاقة غير عملي.

هل الألواح الشمسية فعالة؟

لا تكون الألواح الشمسية فعالة بنسبة 100٪ أبدًا لأن الظروف ليست مثالية أبدًا.

تتمتع معظم اللوحات المنزلية بكفاءة بنسبة 20٪ ، والتي قد تبدو منخفضة ولكنها كافية لتغطية معظم (إن لم يكن كل) استخدام الطاقة في المنزل.

مع تقدم قطاع تكنولوجيا الطاقة الشمسية ، قد نتوقع أن تصبح أنظمة الطاقة الشمسية المنزلية أكثر كفاءة في المستقبل.

هل من الممكن تركيب الألواح الشمسية على سطح مسطح؟

يمكن أن تعمل الألواح الشمسية بفعالية على أسطح المنازل المسطحة بقدر ما يمكن أن تعمل على الأسطح المائلة لأنها تستخدم إطارات تثبيت محددة تسمح لها بالميل في أفضل زاوية ممكنة.

تتميز الأسطح المسطحة بمزايا أخرى تتمثل في سهولة الوصول إليها ، مما يجعل تركيب الألواح وصيانتها أسهل بكثير ؛ لا تتطلب إزالة البلاط ، مما يجعل الألواح أقل وضوحًا من الشارع.

هل تعمل الألواح الشمسية في الظلام أم في الليل؟

لا ، الألواح الشمسية ليست فعالة جدًا في الليل.

ومع ذلك ، فإن تخزين ألواح الطاقة الشمسية التي تولدها على مدار اليوم أصبح الآن أسهل من أي وقت مضى.

الأسلوب الأكثر شيوعًا هو استخدام البطاريات ، التي أصبحت أكثر توفرًا واقتصادية مع استمرار انخفاض أسعارها عامًا بعد عام.

هل يمكن استخدام الألواح الشمسية في الأيام الملبدة بالغيوم؟

نعم يفعلون.

سيكون ضوء النهار العادي كافياً حتى تعمل اللوحات بشكل صحيح.

على الرغم من أنها تكون أكثر غزارة في الأيام الصافية المشمسة وطوال الصيف عندما تكون ساعات النهار أطول ، إلا أنها لا تتطلب ضوءًا كثيفًا ورائعًا.

كما أنها تعمل بشكل أفضل في المناطق ذات الغطاء السحابي الأقل.