النصر للطاقة الشمسية

الألواح الشمسية

الألواح الشمسية PV solar panels هي المكون الرئيسي في انظمة الطاقة الشمسية و تقوم بتوليد الكهرباء التي يتم تخزينها في بطاريات الطاقة الشمسية بعد مرور التيار علي منظم الشحن.

ما هي الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء ؟

الالواح-الشمسية-الخلايا-الشمسية
هي عبارة عن مجموعة من الخلايا الشمسية PV cells المتصلة مع بعضها في اطار واحد وموصلة بينها وبين بعضها توصيل متوالي او متوازي.
أما اذا تم تجميع مجموعة من الألواح الشمسية في اطار اكبر ففي هذه الحالة نسميها مصفوفة الواح شمسية او Solar Array كما هو موضح بالصورة.
وأختصار PV هو اختصار كلمة PhotoVoltaic اي الكهروضوئية. وهذا المصطلح يعبر عن طريقة عمل الخلايا الموجودة داخل الالواح الشمسية حبث انها تقوم بتحويل الضوء الساقط عليها الي فرق جهد يؤدي لمرور تيار كهربي في الاسلاك.
الألواح الشمسية أهم مكون من مكونات انظمة الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء. لذلك فان اختيار نوع الألواح الشمسية المناسب هو أول ما يجب التأني فيه جيدا.
فان اختيار الألواح الشمسية الاكثر كفاءة او الاغلي ثمنا ليس دائما هو الحل الأمثل فهناك عدة معايير يجب وضغها في الحسابات وهي

  1. التكلفة
  2. كمية الطاقة الكهربية المطلوب توليدها
  3. المساحة المتوفرة للمشروع و الموقع الجغرافي

ثم نبدأ في أختيار افضل الالواح الشمسية التي توفر الكفاءة المطلوبة بأقل تكلفة.
تكنولوجيا الألواح الشمسية المنتشرة الآن تعتمد علي كريستالات السيليكون وهذه التقنية بدأت منذ ما يقرب من 50 عام وأول استخدام لها كان في الأقمار الصناعية
أعلي كفاءة يمكن الحصول عليها في افضل انواع الألواح الشمسية هي 21%, و هذه النسبة فقط من اشعة الشمس يتم تحوياها الي كهرباء
و مع التفدم العلمي بمكن زيادة هذه النسبة في المستقبل القريب

أنواع الألواح الشمسية الكهروضوئية :

و هناك متوفر في الاسواق تلاتة انواع رئيسية وهي:

  1. Monocrystalline Silicon

    الألواح الأحادية يمكن تميزها بمظهرها المتناسق الذي يدل علي نقاء كريستالات السليكون. والخلايا المكونة للألواح الشمسية الاحادية عبارة عن سبائك سليكون تم تقطيعها الي شرائح. وتستطيع ان تري ان أحرف الخلايا ليست متلاصقة وهذا ما يعطي الالواح الشمسية الاحادية مظهرها المميز كما هو واضح بالصورة.
    هذه الالواح هي اغلي الانواع حيث انها مصنوعة من كريستالات السليكون النقية كما انها تعطي اعلي كفاءة والتي تصل الي 21 %
    هذه الكفاءة العالية تقلل المساحة المطلوبة لتنفيذ المشروع حوالي 15%
    عمرها الافتراضي كبير وتأتي بضمان 20 سنة او اكثر
    هي مفيدة في حالة ضيق المساحة, اما في حالة توافر المساحة فيعتبر استخدامها غير مجزي اقتصاديا

    الألواح الشمسية الأحادية
  2. Polycrystalline Silicon

    الألواح الشمسية متعددة الكريستالات و الفرق بينها وبين الأحادية واضح جدا من حيث الشكل في الصورتين, حبث تكون فيها الخلايا الشمسية عبارة عن مربعات متراصة.
    تتميز بانخفاض ثمنها مقارنة بالألواح الشمسية الأحادية.
    كفائتها تتراوح ما بين 15-17%
    عمرها الافتراضي كبير ايضا وتأتي بضمان 20 سنة او اكثر
    انخقاض الكفائة عن نظيرتها الاحادية يجعلك تحتاج الي مساحة اكبر للحصول علي نفس كمية الكهرباء.
    كما ان لها عيب لا يهم الكثيرين ولكنه احيانا ما يأخذ في الاعتبار وهو ان مظهرها ليس جماليا كما في حالة المظهر الازرق الانسيابي الجميل للألواح الشمسية الاحادية.
    الألواح الشمسية متعددة الكريستالات

  3. Thin Film

    هذا النوع من الألواح الشمسية رقيق وانسيابي كما هو واضح بالصورة ويأخذ شكل السطح الذي يتم تثبيته عليه
    معظم التطويرات والأبحاث التي تجري حاليا تقوم علي التطوير في هذه النوع بالتحديد نظرا لأن له انسيابية ووزنه وسمكه قليل.
    تميز بانسيابيتها الذي يجعلها صالحة للعديد من التطبيقات مثل اسطح المراكب و سيارات النقل
    مظهرها متناسق ويعطي مظهر جميل
    اغلي الانواع ثمنا
    من عيوبها انها اقل الانواع كفاءة فكفائتها قد لا تزيد عن 10%’ و مع التطور العلمي هذه الكفائة سوف تكافي كفائة الالواح التقليدية في المستقبل القريب
    عمرها الافتراضي اقل من نظيرتها الاحادية والمتعددة.
    الألواح-الشمسية-الرقيقة

ما هي أفضل الألواح الشمسية الكهروضوئية لتوليد الكهرباء ؟

  1. في حالة الوحدات السكنية التي بها اكثر من شقة ومساحة السطح محدودة فلا بديل عن الألواح الشمسية الاحادية Monocrystalline
  2. في حالة وحدات سكنية بها شقة واحدة او اثنين او اذا كانت مساحة الاسطح كبيرة جدا وواسعة ف الألواح الشمسية المتعددة Polycrystalline تصلح جدا لهذا الغرض
  3. اما في حالة الأستخدام في التطبيقات المتنقلة مثل المخيمات او المراكب او سيارات النقل ف الألواح الشمسية المرنة Thin Film هي الانسب

طرق معرفة جودة الألواح

بالعين المجردة و اجهزة القياس البسيطة يمكن معرفة جودة الألواح الشمسية طبقا لأتي:

  1. عدد الشرائط الفضية في الخلية Busbars

    الBus Bar هي الخطوط المعدنية الرأسية التي توجد في الخلايا الشمسية . و هي اسلاك مصنوعة من الفضة تسمح بتدفق التيار الكهربائي , و يتم ربطها ببعض علي التوالي ليكون جهد الخلية الواحدة في اللوح الشمسي 0.5 فولت مثلأ.
    تكلفة هذه القضبان عالية و تمثل نسبة كبيرة من التكلفة الكلية للخلية الشمسية
    اهمية هذه القضبان:
    1- تعطي متانة للخلية التي يصل عمرها الأفتراضي الي 25 عام يجب خلالها ان تحمل الظروف الجوية الصعبة من رياح و درجات حرارة متفاوتة
    2- تقلل الفاقد في الأنتاجية في حالة حدوث شروخ بالخلية نتيجة العوامل الجوية

    لوحات ذات خلايا بها 3 او 5 قضبان Bus bars

    لوحتين واحدة ذات خلايا 3Busbar و الأخري 5BusBar

    الموديلات القديمة و الرخيصة من الخلايا لها ثلاثة قضبان توصيل فقط كما في اللوحة علي اليسار. – 3BB
    النماذج الجديدة و المنتشرة تجاريا لديها 4 قضبان – 4BB
    كما ان هناك تكنولوجيا متطورة الخلية بها 5 قضبان كما في اللوحة التي علي يمين الصورة . و لكن هذا النموذج مرتفع التكلفة و غير منتشر – 5BB
    عند شراء اللوح الشمسي الجيد يجب الـتأكد من ان الخلايا 4BB و ليست 3BB

  2. نوع الزجاج

    عادة ما يتك استخدام زجاج بسمك 3.2mm في تصنيع الألواح الشمسية.
    هذا الزجاج يكون خشن من الوجهين وهذا مطلوب
    1- الوجه الداخلي شخن لأنه خلال عملية التصنيع تحتاج الخلية إلى التماسك مع الزجاج تماما, و الزجاج الزجاج الأملس لا يتماسك بشكل جيد و سيؤدي إلى إزالة التصفيح.
    2- الوجه الخارجي يكون ايضا خشن ايضا للمساعدة في امتصاص اشعة الشمس و التقليل من الأنعكاس كما هو موضح في الصورة
    امتصاص الضوء
    ان استخدام الزجاج الخشن من الوجهين يزيد من تكلفة انتاج اللوح الشمسي
    في الأنواع الرخيصة من الألواح نجد السطح الخارجي املس مثل المرايا يمكن اذا نظرنا اليه نري انعكاس الأشياء المحيطة بوضوح, مثل اي زجاج شباك منزلي اخر, و للأسف الشديد الكثير من الناس يتصور ان اللوح الشمسي اللأمع هو الأكثر جودة!

    الواح شمسية زجاج لأمع

    صورة الواح لأمعة ذات كفائة اقل نتيجة عدم امتصاص الأشعة

    تصنع الألواح الشمسية عالية الجودة من الزجاج السيكوريت (المقوي بالحرارة) تماما مثل زجاج السيارات.
    و يصل قوة تحمله إلى ستة أضعاف قوة الزجاج العادي.
    و ميزة استخدام ها الزجاج المقوي في الألواح الشمسية هي المساعدة في الصمود أمام تأثير البرد و أحمال الرياح و الثلوج
    عندما ينكسر الزجاج المقوي يتحطم الى قطع صغيرة غير ضارة بدلا من القطع الكبيرة ذات الشفرات الحادة مثل الزجاج العادي.
    الأنواع الرخيصة من الألواح الشمسية التي تنتجها الشركات الصغيرة تستخدم الزجاج العادي الذي لأ يتحمل العوامل الجوية فضلأ عن التسبب في انخفاض انتاجية الألواح للطاقة مع مرور الزمن.

  3. وجود الصمامات الثنائية (الدايود) Bypass Diodes

    على الجزء الخلفي من كل لوحة طاقة شمسية هناك علبة من البلاستيك الأسود بها مخرج السلك الموجب و السالب
    داخل هذا العلبة يتم تجميع خطوط الخلايا الشمسية معا علي التوالي لتوفير الجهد المجمع لجميع الخلايا.
    فمثلأ يتم تجميع 3 خطوط ذات جهد 11 فولت علي التوالي للحصول علي لوحة شمسية ذات جهد 33 فولت
    و لكن عند تجميع هذه الخطوط يجب استخدام قطعة كهربائية تعرف باسم الدايود Bypass Diode كما في الصورة

    علبة تجميع بها 3 Bypass Diode

    علبة تجميع بداخلها 3 دايود ثنائي

    في الأنواع الرخصية و الغير معتمدة من الألواح الشمسية لا يتم استخدام هذه الصمامات للتوفير في التكلفة كما في الصورة

    علبة تجميع بدون اي Bypass Diodes

    علبة خيصة بدون اي دايود – منتج غير معتمد

    هذه الصمامات الثنائية (الدايود) لها وظيفتين:

    1. لفهم وظيفة هذه الصمامات نستعرض المثال التالي:
      لوحة شمسية تتكون 60 خلية شمسية حيث يتم تجمع كل 20 خلية علي التوالي في خط يذهب الي لوحة التجمع البلاستيكية الموجودة في ظهر اللوحة, حيث يوجد 3 خطوط لل60 خلية
      عندما يتم توصيل الخلايا الشمسية علي التوالي في خط متصل كل خلية في الخط تنتج طاقة طبقا للخيلة الأضعف
      لذلك إذا كان الخط مكون من 20 خلية و أحدي هذه الخلايا عليها ظل و لا تتعرض للشمس , فأنها سوف تحد بشكل كبير انتاج الطاقة في جميع الخلايا ال20 الاخري.
      و عند تجميع هذه الخلايا ال20 في العلبة البلاستيكتة مع باقي إل40 خلايا أخرى في علبة التجميع دون وجود الصمامات الثنائية Bypass Diodes فان ذلك من شأنه أيضا أن يؤثر علي انتاجية الخلايا ال40 المتبقية نتيجة وجود خلية واحدة فقط مظللة!!
      ولكن مع استخدام الدايود هذا التظليل يقتصر فقط على ال20 خلايا الأولى حيث لا تتأثر الخلايا المتبقية.
      و من هنا نستنتج ان الBypass Diodes تقلل نسبة الفاقد في انتاجية الألواح الشمسية في حالة تعرض جزء من اللوح للظلال
      و كلما زاد عدد الصمامات كلما كان هذا افضل
      اغلب انواع الألواح الشمسية المتاحة تجاريا تحتوي علي 3 Bypass Diode
    2. وظيفة أخرى للدايود هي منع البقع الساخنة على الألواح الشمسية.
      عند وجود جزء من اللوحة شمسية لا تولد كهرباء كما ينبغي بسبب التظليل والأوساخ والضرر, فأن بقية نظام الطاقة الشمسية يمكن أن يرى هذا الجزء من الدائرة بمثابة حمل Load،
      و ذلك يودي الي سريان التيار الكهربائي الي هذا الجزء مما قد يودي الي سخونية و تلف الألواح الشمسية ، ومن هنا تأتي أهمية الدايود الذي يمنع سربان التيار الكهربائي في الاتجاه المعاكس!
  4. قياس قدرة اللوحة الشمسية

    يمكن استخدام الافوميتر Multimeter العادي لقياس اللوح الشمسي

    الافوميتر

    هناك نوعان من القراءات المختلفة التي يجب التحقق منها للتأكد من ان الألواح الشمسية تعمل بشكل صحيح ورؤية كمية الطاقة التي تولدها.

    1. قياس الفولت Voc
      – يتم فصل الألواح الشمسية تماما من البطارية ومنظم الشحن
      – يتم توجيه لوحة الطاقة الشمسية نحو الشمس
      – ضمان أن يتم تعيين الأفوميتر لقياس الجهد بين القطب الموجب و السالب للوحة الشمسية
    2. قياس الامبير Isc
      يتم عمل نفس الخطوات السابقة و لكن بتعيين الأفوميتر لقياس التيار

    و يمكن ببساطة قياس قدرة اللوح الشمسي بعد قراءة هذه القيم باستخدام المعادلة الأتية
    القدرة = الفولت * الأمبير
    فمثلأ لو كانت قراءة الفولت 37.5 و الأمبير 6
    يكون قدرة اللوح = 37.5 * 6 = 225 وات

    من المعروف ان قدرة اللوحة الشمسية يتم تحديدها بناء علي اختبار معملي تحت درجة حرارة 25 مئوية و ظروف خاصة في المعمل
    بالتالي من المستحيل الحصول علي نفس قيمة القدرة المكتوبة علي اللوحة عند اجراء قياس الجهد و التيار بالطريقة السابقة.
    و لكن يمكن معرفة كفائة اللوحة المراد اختبارها بمقارنتها بلوحة اخري يتم اختبارها في نفس الزمان و المكان
    و بصورة تقريبية يجب ان لا تقل قدرة اللوحة عند قياسها عن 80% من القدرة المكتوبة عليها, و ذلك عند اجراء الأختبار في منتصف النهار مع توجيه اللوحة عمودية علي اشعة الشمس
    كما يمكن استخدام هذا الأختبار البسيط لقياس و تحديد اي لوحة معيوبة من ضمن طرد كبير

stamp©جميع الحقوق محفوظة
- النصر للطاقة الشمسية
- 126 حي 3/4 التجمع الخامس , مصر
- تليفون: 01117777488