وأوضح للطاقة الشمسية الخلايا الكهروضوئية والكهرباء

تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء

الخلية الكهروضوئية (PV) ، والتي تسمى عادةً بالخلية الشمسية ، هي جهاز غير ميكانيكي يحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. يمكن لبعض الخلايا الكهروضوئية تحويل الضوء الاصطناعي إلى كهرباء.

تحمل الفوتونات الطاقة الشمسية

يتكون ضوء الشمس من فوتونات أو جزيئات من الطاقة الشمسية. تحتوي هذه الفوتونات على كميات متفاوتة من الطاقة تتوافق مع الأطوال الموجية المختلفة لـ

أ

تدفق الكهرباء

تؤدي حركة الإلكترونات ، التي يحمل كل منها شحنة سالبة ، نحو السطح الأمامي للخلية إلى خلل في الشحنة الكهربائية بين السطحين الأمامي والخلفي للخلية. هذا الخلل ، بدوره ، يخلق جهدًا محتملاً مثل المحطات السالبة والموجبة للبطارية. تمتص الموصلات الكهربائية الموجودة في الخلية الإلكترونات. عندما يتم توصيل الموصلات في دائرة كهربائية بحمل خارجي ، مثل البطارية ، تتدفق الكهرباء في الدائرة.

تختلف كفاءة الأنظمة الكهروضوئية حسب نوع التكنولوجيا الكهروضوئية

تختلف الكفاءة التي تقوم بها الخلايا الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء حسب نوع مادة أشباه الموصلات وتكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية. بلغ متوسط ​​كفاءة الوحدات الكهروضوئية المتاحة تجارياً أقل من 10٪ في منتصف الثمانينيات ، وزادت إلى حوالي 15٪ بحلول عام 2015 ، وتقترب الآن من 20٪ للوحدات الحديثة. حققت الخلايا الكهروضوئية التجريبية والخلايا الكهروضوئية للأسواق المتخصصة ، مثل الأقمار الصناعية الفضائية ، كفاءة تقارب 50٪.

كيف تعمل الأنظمة الكهروضوئية

الخلية الكهروضوئية هي لبنة البناء الأساسية لنظام الكهروضوئية. يمكن أن تختلف الخلايا الفردية في الحجم من حوالي 0.5 بوصة إلى حوالي 4 بوصات. ومع ذلك ، تنتج خلية واحدة فقط 1 أو 2 واط ، وهو ما يكفي فقط من الكهرباء للاستخدامات الصغيرة ، مثل تشغيل الآلات الحاسبة أو ساعات اليد.

يتم توصيل الخلايا الكهروضوئية كهربائيًا في وحدة أو لوحة PV مغلفة ومحكمة الطقس. تختلف الوحدات الكهروضوئية في الحجم وكمية الكهرباء التي يمكن أن تنتجها. تزداد قدرة توليد الكهرباء للوحدة الكهروضوئية مع عدد الخلايا في الوحدة أو في مساحة سطح الوحدة. يمكن توصيل الوحدات الكهروضوئية في مجموعات لتشكيل مجموعة PV. يمكن أن تتكون مجموعة PV من وحدتين أو مئات من الوحدات الكهروضوئية. يحدد عدد الوحدات الكهروضوئية المتصلة في صفيف PV إجمالي كمية الكهرباء التي يمكن أن تولدها المجموعة.

تولد الخلايا الكهروضوئية تيارًا كهربائيًا مباشرًا (DC). يمكن استخدام كهرباء التيار المباشر هذه لشحن البطاريات التي بدورها تعمل على تشغيل الأجهزة التي تستخدم التيار الكهربائي المباشر. يتم توفير جميع الكهرباء تقريبًا كتيار متناوب (AC) في أنظمة نقل وتوزيع الكهرباء. الأجهزة تسمى

ستنتج الخلايا والوحدات الكهروضوئية أكبر كمية من الكهرباء عندما تواجه الشمس مباشرة. يمكن للوحدات والمصفوفات الكهروضوئية استخدام أنظمة التتبع التي تحرك الوحدات لمواجهة الشمس باستمرار ، ولكن هذه الأنظمة باهظة الثمن. تحتوي معظم الأنظمة الكهروضوئية على وحدات في وضع ثابت مع مواجهة الوحدات النمطية للجنوب مباشرة (في نصف الكرة الشمالي - شمالًا مباشرة في نصف الكرة الجنوبي) وبزاوية تعمل على تحسين الأداء المادي والاقتصادي للنظام.

يتم تجميع الخلايا الكهروضوئية الشمسية في لوحات (وحدات) ، ويمكن تجميع الألواح في صفائف ذات أحجام مختلفة لإنتاج كميات صغيرة إلى كبيرة من الكهرباء ، مثل مضخات المياه لمياه الماشية ، أو لتوفير الكهرباء للمنازل ، أو للمرافق- مقياس توليد الكهرباء.

المصدر: المختبر الوطني للطاقة المتجددة (حقوق الطبع والنشر)

تطبيقات الأنظمة الكهروضوئية

أصغر أنظمة الطاقة الكهروضوئية هي الآلات الحاسبة وساعات اليد. يمكن للأنظمة الأكبر أن توفر الكهرباء لضخ المياه ، أو لتشغيل معدات الاتصالات ، أو لتزويد الكهرباء لمنزل أو شركة واحدة ، أو لتشكيل صفائف كبيرة توفر الكهرباء لآلاف مستهلكي الكهرباء.

بعض مزايا الأنظمة الكهروضوئية

â يمكن للأنظمة الكهروضوئية توفير الكهرباء في المواقع التي لا توجد فيها أنظمة توزيع الكهرباء (خطوط الكهرباء) ، ويمكنها أيضًا توفير الكهرباء إلى
يمكن تثبيت المصفوفات الكهروضوئية بسرعة ويمكن أن تكون بأي حجم.
• الآثار البيئية للأنظمة الكهروضوئية الموجودة في المباني ضئيلة.

المصدر: المختبر الوطني للطاقة المتجددة (حقوق الطبع والنشر)

المصدر: المختبر الوطني للطاقة المتجددة (حقوق الطبع والنشر)

تاريخ الخلايا الكهروضوئية

تم تطوير أول خلية PV عملية في عام 1954 من قبل باحثين في Bell Telephone. بدءًا من أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، تم استخدام الخلايا الكهروضوئية لتشغيل أقمار الفضاء الأمريكية. بحلول أواخر السبعينيات ، كانت الألواح الكهروضوئية توفر الكهرباء في المناطق النائية ، أو

تقدر إدارة معلومات الطاقة الأمريكية (EIA) أن الكهرباء المولدة في محطات الطاقة الكهروضوئية على نطاق المرافق زادت من 76 مليون كيلووات في الساعة (kWh) في عام 2008 إلى 69 مليار (kWh) في عام 2019. محطات الطاقة على نطاق المرافق لديها ما لا يقل عن 1000 كيلوواط (أو واحد ميغاواط) من قدرة توليد الكهرباء. تقدر EIA أن 33 مليار كيلوواط ساعة تم توليدها من خلال الأنظمة الكهروضوئية الصغيرة المتصلة بالشبكة في عام 2019 ، ارتفاعًا من 11 مليار كيلو واط في الساعة في عام 2014. الأنظمة الكهروضوئية الصغيرة هي الأنظمة التي لديها أقل من واحد ميغاواط من قدرة توليد الكهرباء. يقع معظمها في المباني ويطلق عليها أحيانًا