حول الطاقة الشمسية : مولد الطاقة الشمسية

ما هي الطاقة الشمسية ولماذا يجب استخدامها؟

وفقًا للباحثين ، فإن كمية الطاقة الشمسية التي تتلقاها الأرض تزيد عن 10000 ضعف استخدام الإنسان الحالي للطاقة.

علاوة على ذلك ، إذا تمكنا من تحويل 100٪ من الطاقة الشمسية إلى كهرباء في ساعة واحدة ، فإن الطاقة المولدة من الطاقة الشمسية ستكون كافية لتشغيل الكوكب بأكمله لمدة عام واحد.

يعد إنتاج الطاقة الشمسية أكثر أشكال توليد الطاقة كفاءةً لأنه يتطلب خطوات أقل (لتوليد الكهرباء) مقارنة بالطرق الأخرى.

يمكن تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء بطريقتين.

في إحدى العمليات ، تُستخدم الطاقة الشمسية أساسًا كمصدر للحرارة.

ثم يتم استخدام هذه الحرارة لتوليد البخار ، والذي يعمل على تشغيل التوربينات البخارية.

يشار إلى طريقة إنتاج الطاقة هذه باسم توليد الطاقة الحرارية الشمسية.

في الطريقة الثانية ، يتم تحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلى طاقة كهربائية باستخدام الخلايا الشمسية.

تتكون الخلية الشمسية من مادة السيليكون شبه الموصلة.

فيما يلي بعض العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار توليد الطاقة الشمسية:

• الطاقة الشمسية وفيرة وفعالة ، ولا تتطلب مصدر طاقة.

• يمكن تركيب الأنظمة الكهروضوئية في غضون أشهر ، بينما قد يستغرق بناء مولدات الطاقة التقليدية بضع سنوات.

• الطاقة الشمسية هي طاقة نظيفة لأنها لا تلوث الهواء أو الماء.

  علاوة على ذلك ، لا توجد أجزاء متحركة لتوليد التلوث الضوضائي.

  على عكس الوقود الأحفوري ، لا ينتج عن توليد الطاقة الشمسية أي انبعاثات سامة في البيئة.

• الطاقة الشمسية لها تكاليف تشغيل أقل.

  بمجرد إجراء الاستثمار الرأسمالي الأولي ، ليست هناك حاجة لمواصلة شراء الوقود الأحفوري لأن الطاقة الشمسية مجانية بشكل أساسي.

كيف يتم إنتاج الطاقة الشمسية بواسطة الخلايا الكهروضوئية؟

الخلية الكهروضوئية (المعروفة أيضًا باسم الخلية الشمسية) هي جهاز أشباه الموصلات يحول طاقة ضوء الشمس إلى كهرباء دون أي خطوات تحويل طاقة إضافية.

يتم تحقيق هذا التحويل من خلال التأثير الكهروضوئي ، وهذا هو سبب تسميتها بالخلايا الكهروضوئية (PV).

عندما يضربها ضوء الشمس ، فإنه يولد الجهد والتيار عند أطرافه.

يتم تحديد طريقة وكمية الطاقة التي تنتجها الخلية الشمسية من خلال كمية أشعة الشمس التي تضربها.

يتضمن هذا أيضًا جوانب مهمة مثل شدة الضوء والزاوية التي يصطدم بها الضوء وحجم الخلية.

كلما زادت شدة الضوء ، زادت الطاقة المتولدة.

تزيد مساحة الخلية من كمية الطاقة المولدة.

يولد أكبر قدر من الطاقة عندما يكون الضوء المتساقط عليه عموديًا على الجانب الأمامي للخلية.

تصنع الخلايا الشمسية من مادة السيليكون شبه الموصلة التي تم معالجتها بالفوسفور والبورون لتشكيل رقاقة سيليكون رقيقة.

بعد أن يتم تخدير طبقات الرقاقة ، يتم توصيلها لتشكيل خلايا شمسية.

مواصفات مولدات الطاقة الشمسية

بغض النظر عن التقنية أو المواد المستخدمة ، كل خلية شمسية لها طرفان (موجب وسالب) لتلقي تيار كهربائي.

تتكون الخلية الشمسية عادةً من جهة اتصال أمامية في الأعلى ، وتقاطع PN في المنتصف ، ووصلة خلفية في الأسفل.

يتكون ضوء الشمس بشكل أساسي من حزم من الفوتونات ، ولكل منها كمية محدودة من الطاقة.

يجب أن تمتص خلية شمسية هذه الفوتونات لتنتج الكهرباء.

تحدد طاقة الفوتون وطاقة فجوة النطاق لمادة أشباه الموصلات امتصاص الفوتون.

يتم امتصاص الفوتونات الموجودة في ضوء الشمس بواسطة مادة شبه موصلة للوحة الشمسية.

نتيجة لذلك ، تتشكل أزواج ثقب الإلكترون عند التقاطع.

عندما يتم توصيل الخلية الشمسية بحمل ، يتم فصل الإلكترونات والثقوب عند التقاطع ، مع تجميع الإلكترونات في الطرف السالب وتجميع الثقوب عند الطرف الموجب.

نتيجة لذلك ، يتشكل جهد كهربائي بين المحطات ويتولد جهد عبره.

يؤدي هذا إلى توجيه التيار (DC) إلى أحمال التيار المستمر أو العاكس أو دائرة شحن البطارية.

يزداد التيار المتولد مع امتصاص المزيد من الفوتونات.

لكن جزءًا كبيرًا من الإشعاع الشمسي الذي يضرب الخلية الشمسية لا يتم تحويله إلى كهرباء.

وذلك لأن الضوء يتكون من فوتونات ذات أطوال موجية متفاوتة.

تصطدم بعض الفوتونات بالخلية الشمسية وتنعكس ، مما يمنعها من دخول الخلية.

قبل أن يتم سحبها إلى التيار ، تتحد الإلكترونات المنتجة في بعض المواد مع جزيئات أخرى.

وبالمثل ، هناك العديد من الأسباب لانخفاض معدل التحويل أو الأداء.

تتراوح كفاءة تحويل الألواح الشمسية المستخدمة في المساكن الفردية بين 6 و 10٪.

تم بناء الألواح الشمسية للتركيبات واسعة النطاق ومولدات الطاقة الشمسية باستخدام أفضل التقنيات والمواد لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة تتراوح من 40 إلى 60٪ ، لكنها أيضًا الأغلى تكلفة.

عند التعرض لأشعة الشمس ، تولد خلية شمسية مفردة بحجم 4 سم 2 جهدًا كهربائيًا يتراوح من 0.5 إلى 1 فولت وتنتج 0.7 واط من الطاقة.

عادةً ما يكون أداء الألواح الشمسية الأفضل تصميمًا هو 25٪.

ترتبط هذه الخلايا الفردية لإنتاج فرق جهد أعلى أو جهد كهربائي والمزيد من الكهرباء.

بعض الخلايا موصلة بأسلاك متسلسلة ، وبعضها متصل بالتوازي.

يتم إنشاء الوحدات الكهروضوئية عن طريق توصيل سلسلة من الخلايا الشمسية معًا.

وترتبط العديد من الوحدات الكهروضوئية معًا لتشكيل مجموعة PV يمكن استخدامها لتطبيقات توليد الطاقة المنخفضة والعالية.

مكونات نظام مولدات الطاقة الشمسية

عندما ترى الألواح الشمسية على سطح شخص ما ، فأنت تعلم أن هذا الشخص قد استثمر في مولد للطاقة الشمسية ، ولكن هل فكرت يومًا في المكونات الأخرى المطلوبة حتى يعمل النظام بشكل صحيح؟

فيما يلي دليل شامل لجميع المكونات المطلوبة لمولد الطاقة الشمسية.

الألواح الشمسية

تعتبر الألواح الشمسية أهم مكون في مولد الطاقة الشمسية.

هناك أنواع عديدة من الألواح الشمسية في السوق.

اللوحة الشمسية ، المعروفة أيضًا باسم الوحدة الشمسية ، هي أساسًا مجموعة من الخلايا الشمسية المتسلسلة والمتوازية.

يبلغ فرق الجهد الذي تم تطويره عبر خلية شمسية حوالي 0.5 فولت ، لذلك يجب توصيل العدد المطلوب من هذه الخلايا في سلسلة لتحقيق 14 إلى 18 فولت لشحن بطارية قياسية بجهد 12 فولت.

تتكون مجموعة الطاقة الشمسية من ألواح شمسية مرتبطة ببعضها البعض.

يتم ربط الألواح المتعددة على التوازي والمتسلسل للوصول إلى التيار والجهد الأمثل ، على التوالي.

مراقب

إن الشحن الزائد أو الشحن المنخفض لبطارية حمض الرصاص ليست فكرة جيدة.

يمكن أن يتسبب كل من الشحن الزائد والشحن المنخفض في حدوث أضرار جسيمة لنظام البطارية.

لتجنب أي من هاتين الحالتين ، يجب توصيل وحدة تحكم بالنظام للحفاظ على تدفق التيار من وإلى البطاريات.

البطاريات

لا يشتمل كل مولد للطاقة الشمسية على مجموعة بطاريات ، ولكن بعض الأنظمة التي تولد كهرباء أكثر مما هو مطلوب للمبنى الذي يشغله تشتمل على بطارية لتخزين الطاقة الزائدة.

عندما لا تنتج الألواح الشمسية طاقة كافية ، مثل الأيام الملبدة بالغيوم أو الممطرة ، يمكن استخدام الطاقة المخزنة.

العاكس

الكهرباء المولدة من الألواح الشمسية هي تيار مباشر (DC).

الكهرباء التي نحصل عليها من الشبكة هي تيار متناوب (AC).

لذلك ، لتشغيل المعدات المشتركة من كل من الشبكة والنظام الشمسي ، يجب تركيب عاكس لتحويل التيار المستمر للنظام الشمسي إلى تيار متردد من نفس مستوى إمداد الشبكة.

يتم توصيل العاكس مباشرة عبر أطراف البطارية في نظام خارج الشبكة ، مما يحول التيار المستمر من البطاريات إلى التيار المتردد قبل تغذيته بالجهاز.

في نظام ربط الشبكة ، يتم توصيل اللوحة الشمسية مباشرة بعاكس ، والذي يغذي نفس الجهد وطاقة التردد للشبكة.

يتم توصيل كل وحدة شمسية في نظام ربط شبكي حديث بالشبكة عبر عاكس صغير فردي للحصول على طاقة التيار المتردد ذات الجهد الأمثل من كل لوحة شمسية.

مكونات مولد الطاقة الشمسية المستقلة

في مولد طاقة شمسية قائم بذاته ، يتم تغذية الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية أولاً في وحدة التحكم بالطاقة الشمسية ، والتي تقوم بعد ذلك بشحن بنك البطاريات أو تزودها مباشرة بمعدات التيار المستمر ذات الجهد المنخفض مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة وأنظمة الإضاءة LED.

عادة ، يتم تغذية البطارية بواسطة وحدة التحكم بالطاقة الشمسية ، ولكن يمكنها أيضًا تغذية وحدة التحكم بالطاقة الشمسية عندما يكون مصدر الطاقة من الألواح الشمسية غير كافٍ.

وبالتالي يتم الحفاظ على الإمداد عالميًا للأجهزة ذات الجهد المنخفض المتصلة مباشرة بوحدة التحكم في الطاقة الشمسية.

يتم أيضًا توصيل أطراف بنوك البطارية عبر عاكس في هذا النظام.

يقوم العاكس بتحويل طاقة التيار المستمر المخزنة لبنك البطارية إلى تيار متردد عالي الجهد في الأجهزة المنزلية الأكبر مثل الغسالات وأجهزة التلفزيون الكبيرة وأجهزة المطبخ ، إلخ.

مكونات مولد الطاقة الشمسية شبكة ربط

هناك نوعان من الأنظمة الشمسية المرتبطة بالشبكة: تلك التي تحتوي على عاكس مركزي كبير واحد وتلك التي تحتوي على محولات صغيرة متعددة.

في النوع الأول من النظام الشمسي ، ترتبط الألواح الشمسية وإمدادات الشبكة بعاكس مركزي مشترك يُعرف باسم عاكس ربط الشبكة.

يقوم العاكس هنا بتحويل التيار المستمر من اللوحة الشمسية إلى تيار متردد على مستوى الشبكة ثم يغذيه إلى الشبكة ولوحة التوزيع الخاصة بالمستخدم بناءً على الطلب الفوري للنظام.

في هذه الحالة ، يقوم عاكس الربط الشبكي أيضًا بمراقبة الطاقة التي توفرها الشبكة.

افترض أنه اكتشف انقطاع التيار الكهربائي في الشبكة.

في هذه الحالة ، يقوم بتنشيط نظام تبديل النظام الشمسي لفصله عن الشبكة ، مما يضمن عدم إعادة تغذية الطاقة الشمسية إلى الشبكة أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

يتم توصيل عداد طاقة واحد بخط إمداد الشبكة الرئيسي لتتبع تصدير الطاقة والواردات من الشبكة.

في الأنظمة ذات المحولات الدقيقة المتعددة ، يتم توصيل كل وحدة شمسية بمحولها الصغير.

يتم توصيل المحولات الدقيقة معًا لتوليد جهد التيار المتردد العالي المطلوب.

يضاف جهد الخرج المتناوب الفردي للمحولات الدقيقة معًا لتوليد جهد متناوب عالي.

عمل خطوة بخطوة لمولد الطاقة الشمسية

• عندما يتم توصيل الألواح بوحدة البطارية وتعرضها لأشعة الشمس ، فإنها تولد طاقة التيار المستمر ، والتي يتم توجيهها إلى وحدة التحكم في الشحن.

  يمكن أن يتراوح الجهد المتولد بين 12 فولت و 18 فولت اعتمادًا على شدة ضوء الشمس وسطح اللوحة (الأفضل نظافة وخالية من الخدوش).

• إذا تجاوز الجهد الوارد 12-13 فولت ، فإن وحدة التحكم في الشحن سترسل الطاقة الإضافية إلى البطارية.

  سيحول أولاً طاقة التيار المستمر المتغيرة إلى طاقة تيار مستمر أكثر ثباتًا.

  عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل ، يقوم جهاز التحكم بالشحن تلقائيًا بإيقاف نقل الطاقة من مصدر الطاقة.

• سوف يتسبب تيار جهاز التحكم في الشحن في حدوث تفاعل كيميائي داخل البطارية ، مع تخزين الطاقة للمنتج كطاقة كيميائية محتملة.

  عندما يتم توصيل حمولة بالبطارية ، فإن التفاعل الكيميائي العكسي يسمح للطاقة الكيميائية الكامنة بالتحول إلى طاقة كهربائية.

  لا يزال التيار المتدفق من البطارية تيارًا مباشرًا ، ويلزم وجود عاكس في الإعداد إذا كان الحمل الكهربائي المعني مناسبًا للتيار المتردد.

• إذا كان الجهاز الذي تحاول تشغيله باستخدام المولد الشمسي تيارًا مباشرًا ومصنّفًا لتيار بجهد 12 فولت ، فيمكن توصيله مباشرة بالبطارية / اللوحة.

  هذه إحدى فوائد الطاقة الشمسية.

  تشتمل المولدات المحمولة عادةً على وظائف لإخراج تيار مستمر بجهد 12 فولت ، والذي يمكن استخدامه لتشغيل أحمال التيار المستمر.

  إذا كانت الأجهزة لا تقبل سوى التيار المتردد (AC) ، يتم توجيه الطاقة إلى العاكس للتحويل.

• يقوم العاكس بتعديل طاقة التيار المستمر بجهد 12 فولت من البطارية لتشغيل الأدوات التي تدعم التيار المتردد مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة التي يتم التقاطها في رحلة تخييم.

  يتم تحويل هذه الطاقة إلى 110-120 فولت تيار متردد ، على غرار قابس منفذ المنزل.

  يحتوي أي مولد شمسي محمول على قابس إخراج مماثل يقرأ 120 فولت تيار متردد على غلافه.

  يمكن تشغيل الأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والثلاجات الصغيرة مباشرة من خلال هذا القابس ، تمامًا كما هو الحال في المنزل.

  السماح باستخدام أجهزة التيار المتردد يجعل المولدات الشمسية متعددة الاستخدامات مثل المولدات الاحتياطية.

نصائح وحيل حول كيفية تحقيق أقصى استفادة من مولد الطاقة الشمسية

تكتسب الطاقة الشمسية شعبية سريعة في جميع أنحاء العالم.

إنه ينمو بمعدل سنوي قدره 2٪ ، وإذا استمرت الاتجاهات الحالية ، فسيكون مصدر الطاقة المفضل على مستوى العالم.

تشجع معظم الدول الحديثة الناس على الاعتماد على هذا المورد المتجدد لتوفير المزيد من المال والمساعدة في إنقاذ البيئة.

إذا تم الحفاظ على هذا الاتجاه جيدًا ، يمكن أن يستمر في توفير الفوائد لعقود قادمة.

إليك بعض النصائح والحيل الإضافية:

موقع

أولاً وقبل كل شيء ، ضع في اعتبارك موقعك الحالي.

هل هناك الكثير من الغطاء السحابي ، أم تمطر أو تتساقط الثلوج بكثرة؟

ما مقدار الضوء الطبيعي الذي تحصل عليه كل يوم؟

تعتبر بعض المواقع مثالية لتركيب ألواح الخلايا الشمسية ، بينما قد يستفيد البعض الآخر أكثر من مصدر كهربائي أو بطارية.

يمكن أن تكون أنظمة الطاقة الشمسية مفيدة في المناطق التي تتلقى ما لا يقل عن 4 إلى 6 ساعات من ضوء الشمس يوميًا.

تحديد زاوية الشمس لتحديد أفضل المواقع للتثبيت.

الموارد

هل يوجد متجر أجهزة قريب يبيع الأجزاء التي ستحتاجها لإعداد نظام الطاقة الشمسية الخاص بك؟

هل الطلب عبر الإنترنت بسيط ومريح؟

هل هناك وكالات أو متخصصون يمكنهم تقديم خدمات موثوقة وعالية الجودة لتركيب وصيانة الألواح الشمسية؟

هل المواد بأسعار معقولة وذات جودة عالية؟

هذه بعض الأسئلة التي يجب أن تطرحها للحصول على أفضل الصفقات.

يحدد موقعك وطريقة النقل راحة الطلب عبر الإنترنت.

إذا كنت تعتقد أن إعداد النظام وصيانته سيكون صعبًا ، فقد ترغب في الانتظار حتى تصبح التكنولوجيا متاحة على نطاق أوسع في منطقتك.

الدخل

عادة ما تكون أنظمة الخلايا الشمسية باهظة الثمن في البداية.

لاحقًا ، ستلاحظ أن التكاليف تبدأ في الانخفاض لأن الطاقة المشتقة من الشمس مجانية ومتاحة في جميع الأوقات.

من خلال تحديد المنطقة التي يجب تغطيتها بألواح شمسية ، يمكنك التفكير في ميزانيتك.

تعد الميزانية أمرًا ضروريًا حتى لا تنفق الكثير على أشياء لا تحتاجها حقًا.

يجب أن تفكر أيضًا في الأدوات والأجهزة التي سيتم تشغيلها بواسطة الطاقة الشمسية.

طول العمر

يمكن أن يستمر نظام الطاقة الشمسية الذي يتم صيانته جيدًا لمدة 30 عامًا.

قد تستمر عمليات الإعداد الأخرى بضعة أشهر أو أسابيع فقط إذا كانت الظروف الخارجية قاسية للغاية أو يمكن أن تلحق الضرر بسهولة بالمواد.

يمكنك إما صنع الخلايا الشمسية الخاصة بك أو شرائها من المتجر.

سيتم تحديد طول عمر الإعداد من خلال جودة المواد والاستخدام والتطبيقات.

السعر لا يعني دائمًا الجودة أو الاستمرارية.

يجب أن تتعلم المزيد عن العلامات التجارية المختلفة وأن ترى أي اختلافات من حيث الميزات التي ستؤدي في النهاية إلى زيادة العمر الافتراضي.

اطلب المشورة من الأصدقاء وغيرهم ممن استخدموا الإعداد.

مع تطور التكنولوجيا في صناعة الطاقة الشمسية ، ستصبح مولدات الطاقة الشمسية أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأسهل في الاستخدام وأقل تكلفة مع استمرار انخفاض تكاليف الألواح الشمسية.

عند اختيار مولد يعمل بالطاقة الشمسية ، من الضروري اختيار مولد يلبي احتياجاتك من حيث الحجم والسعة ، بالإضافة إلى علامة تجارية مرموقة ذات عمر طويل للوحة الشمسية.

أخيرًا ، قبل إجراء عملية شراء ، تأكد من قراءة بعض المراجعات الموثوقة لمولد الطاقة الشمسية.