أنواع الخلايا الشمسية وخصائصها

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

بدأت البطاريات الشمسية تكتسب شعبية بين السكان. يتم تثبيتها على أسطح المنازل والمركبات. تم تكييف بعضها حتى للإلكترونيات ، في ساعات المعصم. في الوقت الحالي ، أصبحوا بديلاً كاملاً للطاقة الكهربائية أو يعملون كمكملات

كيف يعملون؟

الوحدات الشمسية هي أهم عنصر في النظام الكهروضوئي. وهي عبارة عن لوحة تحتوي على خلايا شمسية مصنوعة من السيليكون

لتوليد الكهرباء ، يتم تجميع كل هذه المكونات في كتل ، ثم يتم تغطيتها بغشاء مصفح - وهذا ضروري للإغلاق. بعد ذلك ، يتم وضع كل شيء في الإطار. الجهاز بسيط للغاية ، ولكن سيكون من الصعب تجميعه في المنزل. من المستحيل تجميع خلية كهروضوئية بنفسك ، وهو ما لا يمكن قوله عن اللوحة

المشاهدات

البطاريات الشمسية مقسمة إلى عدة أنواع. يمكن تمييز ثلاثة منهم:

• أحادي البلورية. في عملية تصنيعها ، يتم استخدام مادة على شكل سيليكون نقي. يتيح لك هذا الأساس الحصول على مزيد من الكفاءة من العمل. تتراوح الكفاءة في هذه الحالة من 15 إلى 20٪
• سيليكون غير متبلور. في وقت الإنتاج ، يتم استخدام نظام - مرحلة التبخر. السيليكون مغطى بطبقة واقية. يتضمن عدد من مزايا خلايا السيليكون الشمسية تكلفة مقبولة ، والتي يتم الحصول عليها بسبب التكنولوجيا البسيطة المستخدمة في الإنتاج. هذه الأنظمة كبيرة في المنطقة. تتراوح الكفاءة من 5٪ إلى 8٪.
• متعدد البلورات. يتم إنتاج هذه الخلية الشمسية على أساس السيليكون غير المتبلور. لا يتم شدها أثناء عملية التصنيع. بتكلفة منخفضة. يمكن استخدامه ليس فقط في الحياة اليومية ، ولكن أيضًا في الصناعة. تتراوح الكفاءة بين 10 و 14٪

إيجابيات وسلبيات الألواح الشمسية

تتكون الألواح الشمسية من الخلايا الكهروضوئية التي تحول الطاقة من الشمس إلى كهرباء أثناء التشغيل.

تتضمن بعض المزايا النقاط التالية:

1. التصميم الكامل للبطارية بسيط للغاية ، ولا توجد أجزاء متحركة فيه. يتم العمل بثبات وبدون انقطاع مستوى الموثوقية مرتفع
2. أعمال التثبيت ليست صعبة. لا يتطلب صيانة مكلفة للنظام.
3. يتم تحويل الطاقة من الشمس على الفور إلى كهرباء ، ولا حاجة لوقت إضافي.
4. تتولد الطاقة طوال اليوم ما دامت الشمس موجودة. في بعض الحالات يمكن الحصول على الكهرباء في أوقات الغيوم لكن كفاءة العمل ستنخفض.
5. عمر الخدمة طويل ، لا يتم قياسه بالسنوات ، ولكن بعشرات السنين.
6. عملية الإنتاج باستخدام مواد صديقة للبيئة ، والتي تعتبر مهمة جدًا في مجتمع اليوم ، حيث توجد بيئة صعبة مع البيئة.

بالرغم من كل المميزات قد تكون هناك جوانب سلبية في العمل:

1. أشباه الموصلات القائمة على السيليكون غالية الثمن. تعتبر هذه المادة العنصر الرئيسي في النظام بأكمله. يؤثر على تكلفة اللوحة نفسها وتكلفة الطاقة المستلمة.
2. الكفاءة منخفضة. حتى الآن ، تبلغ طاقة البطارية لكل 1 مربع حوالي 120 واط. هذا المؤشر غير مهم لدرجة أنه من المستحيل تمامًا استخدام الكهرباء المستلمة لتركيبات الإضاءة في غرفة صغيرة.
3. يعتمد الحصول على الكهرباء على طول ساعات النهار والظروف الجوية والمواسم. على سبيل المثال ، في فصل الشتاء ، ينخفض مستوى الطاقة المستلمة بشكل كبير. هذا بسبب السماء الملبدة بالغيوم والضباب وقصر ساعات النهار.

أين يمكنني استخدامه؟

تستخدم هذه اللوحات على نطاق واسع ليس فقط في الحياة اليومية ، وفي عملية الحياة ، ولكن أيضًا في الصناعة والإنتاج:

• يشحنون البطاريات المنزليةأجهزة كهربائية ؛
• جارٍ شحن السيارة الكهربائية ؛
• يمكن استخدامها لتوفير الكهرباء للمباني بأكملها ؛
• في بعض الحالات يمكن استخدامه في مناطق معينة ؛
• يمكنك الحصول على الطاقة منها حتى في الفضاء.

يتم تخزين كل الطاقة التي يتم توليدها خلال ساعات النهار في بطاريات ، وبعد ذلك يمكن للأجهزة العمل حتى في الظلام.

ما هو مبدأ التشغيل والجهاز؟

تعمل الخلايا الشمسية على نفس المبدأ الذي كانت عليه عندما تم تطويرها لأول مرة. هذا المبدأ مألوف للجميع ، حيث تمت دراسته في المناهج الدراسية وإجراء التجارب البدنية. الترانزستور ، الذي ليس له غطاء علوي ، سمح للضوء بدخول تقاطعات p و n.

بعد توصيل الفولتميتر ، يمكن ملاحظة أنه تم إطلاق كمية صغيرة من الطاقة في اللحظة التي تضرب فيها أشعة الشمس. في السابق ، أجرى العلماء تجارب في العمل ، وزاد من مساحة التحولات. نتيجة لذلك ظهرت الألواح الشمسية

يحتوي تصميم النظام الشمسي للعناصر على:

• سطح مصنوع من الزجاج الشفاف. تسقط عليها أشعة الشمس
• النظارات متصلة بالحواف الصلبة للوحة. وهي عبارة عن صفائح مصنوعة من المعدن وتعمل في نفس الوقت كأقطاب موجبة.
• عنصر كيميائي شمسي. نوع السيليكون ص
• نوع السيليكون n.
• الركيزة السفليةمصنوع من المعدن وهو مصمم ليكون بمثابة اقطاب سالبة

من الجدير معرفة أنه لا يمكن الحصول على الطاقة من الشمس طوال اليوم. البطاريات غير قادرة على العمل في الليل. في الشتاء ، يتم تقليل ساعات النهار. في مثل هذه اللحظات ، يحتاج الجهاز الرئيسي إلى إضافة على شكل جهاز تخزين للطاقة.

في معظم الحالات ، يتم استخدام بطارية كهربائية. وهي متصلة باللوحة وتخزن الطاقة المتولدة مما ينتج عنه العمل في المساء.

مستوى الكفاءة يعتمد كليا على المواد المستخدمة. على سبيل المثال ، عند استخدام السيليكون أحادي البلورة ، يكون 20٪ تقريبًا ، ويقلل السيليكون متعدد الكريستالات هذا الرقم بنسبة 10٪. يمكن أن يتأثر مستوى الكفاءة بنعومة السطح ودرجة حرارة الهواء وموقع البطاريات للشمس.

ما هي أهمية الاستخدام؟

اليوم ، استخدام المواد الصديقة للبيئة هو الأكثر صلة. الكهرباء ، التي يتم الحصول عليها في محطات الطاقة - النووية والمائية والحرارية ، تزداد تكلفة باستمرار. هذا بسبب الإنتاج الباهظ. في اللحظة التي يتم فيها استخدام بطارية شمسية ، يمكن لأي شخص أن يعتبر نفسه مستقلاً ، حتى من دولة توفر الكهرباء للاستخدام بتكلفة متضخمة.

إذا أنفقت مبلغًا معينًا من المال مرة واحدة ، فيمكنك أن تنسى تمامًا فواتير الخدمات والعدادات والمرافق. في الوقت الذي يتم فيه تثبيت هذه الألواح ، تتم ترجمة المنزل بأكمله. هذا لا يشملالضوء فقط ، ولكن أيضا التدفئة والسباكة - الماء الساخن.

الشمس المشرقة هي مصدر ممتاز للكهرباء. والأهم من ذلك أن هذا المصدر مجاني وصديق للبيئة ولا ينضب.

خطوات في إنتاج العناصر بناءً على بلورة واحدة

معظم الخلايا الشمسية مصنوعة من السيليكون متعدد البلورات وأحادي البلورية. تتطلب عملية الإنتاج الكثير من الوقت والجهد والمال.

خطوات الإنتاج الرئيسية للسيليكون أحادي البلورية هي:

1. إنتاج السيليكون. من أجل الحصول على السيليكون يتم استخدام رمل الكوارتز الذي يحتوي على كمية كبيرة من ثاني أكسيد السيليكون. يمر هذا الرمل بعدة مراحل من التنقية ، مما يسمح لك بالتخلص من الأكسجين تمامًا. هذا بسبب الذوبان في درجة حرارة عالية باستخدام المواد الكيميائية.
2. الحصول على الكريستال. بعد التنظيف ، يصبح السيليكون شفافًا. تبدأ البلورات في النمو لتبسيط الهيكل. وتتم العملية على النحو التالي: توضع قطع السيليكون في بوتقة وتُسخن وتتعرض للذوبان. تضاف عينات الكريستال إلى الكتلة المنصهرة ، والتي يتم توزيعها بالتساوي على السطح بأكمله وتبدأ في النمو في طبقات. تستغرق هذه العملية وقتًا طويلاً ، مما ينتج عنه بلورة كبيرة وموحدة.
3. معالجة. تبدأ هذه العملية بقياس البلورة ومعالجتها لإعطاء الشكل المطلوب. عند الخروجمن البوتقة ، الكريستال لها شكل دائري ، وهو غير مناسب للاستخدام مرة أخرى. لاستخدامه ، يجب أن يكون على شكل مربع. بعد معالجة المواد النهائية باستخدام خيوط فولاذية ، يتم تقطيعها إلى ألواح متطابقة باستخدام سلك. يتراوح حجم الألواح من 0.25 إلى 0.3 سم. بعد ذلك يخضعون للتنظيف والتحقق من العيوب ومستوى الطاقة التي يمكن توليدها.
4. تطوير الخلية الضوئية. لكي يتمكن السيليكون من توليد الطاقة الكهربائية ، يضاف البورون مع الفوسفور إليه. بعد المعالجة ، يكون الفسفور إلكترونًا حرًا من النوع n ، ولا يحتوي الجانب الذي يحتوي على البورون على هذه الإلكترونات ومن النوع p. وهكذا يظهر انتقال بين الجانبين
5. عملية التجميع. في البداية ، يتم توصيل اللوحات في سلسلة ، ثم في كتلة. يبلغ متوسط قوة اللوحة الواحدة 2 فولت و 0.6 واط من الجهد. تعتمد طاقة البطارية كليًا على عدد الخلايا. يتم الحصول على مستوى الجهد من تسلسل الاتصال. جميع العناصر والوحدات متصلة بالتوازي مع بعضها البعض. جميع الخلايا مغطاة بغشاء خاص ، وتنقل إلى السطح الزجاجي وتوضع في إطار مستطيل. بعد أن تصبح الوحدة جاهزة ، يتم اختبارها. بعد الفحص الكامل ، يصبح جاهزًا للاستخدام.

يمكن توصيل الألواح الشمسية ببعضها البعض بالتوازي أو على التوالي أو بالتوازي على التوالي. يعتمد الاختيار كليًا على مستوى الجهد الذي تحتاجه للحصول على هذه العملية.

عملية إنتاج السيليكون متعدد الكريستالات

العمليةيتم إنتاج وحدة تعتمد على السيليكون متعدد الكريستالات بنفس الطريقة كما هو الحال مع السيليكون أحادي البلورة. الفرق موجود فقط في نمو البلورات. هناك عدة طرق لهذا ، ولكن في الوقت الحالي اكتسبت شعبية واحدة فقط - عملية سيمنز. يكمن جوهر الطريقة بالكامل في حقيقة أن السيلان يتم تقليله مبدئيًا ويتم ترسيب السيليكون الحر. يتم ذلك عن طريق التفاعل مع خليط خاص يحتوي على عنصري الهيدروجين والسيلان باستخدام نظام درجة حرارة تتراوح من 600 إلى 1350 درجة مئوية.

هكذا تتم عملية تصنيع الخلايا الشمسية

كيف تصنع الألواح الشمسية في المنزل؟

يميل الكثيرون إلى افتراض أن الخلايا الشمسية التي تعمل بنفسك صعبة التجميع ، بل تكاد تكون مستحيلة. في الواقع ، كل شيء مختلف. سيستغرق الأمر الكثير من الجهد ، لكن العملية نفسها ليست صعبة كما يبدو في البداية. الصعوبة الرئيسية التي قد تواجهها في عملية العمل هي جمع خلية شمسية بيديك. إذا تمكنت من إنشاء مثل هذه الآلية بمفردك ، فلا يمكنك التفكير فقط في رفض الدفع مقابل المرافق ، ولكن أيضًا في تنفيذ عملك الخاص. في الوقت الحالي ، تعتبر الألواح الشمسية وثيقة الصلة ببيع الطاقة المستنسخة بواسطتها. والأهم من ذلك ، أن الدفع يتم بعملة واحدة من أكثر العملات استقرارًا - اليورو. هل انتاج الخلايا الشمسية لا يستحق الاهتمام

للعمل مع الخلايا الضوئية ، يجب أن يكون لديكالمهارات والخبرة في هذا المجال. بادئ ذي بدء ، يتعلق هذا باللحام ، وكذلك احترام جميع العناصر. للعمل ، يجب أن يكون لديك أداة لحام جيدة مناسبة للعمل الدقيق. لن ينجح الأمر في إنشاء بلورات أحادية ومتعددة بمفردك. لهذا يمكنك استخدام الفراغات الجاهزة.

الخلايا الضوئية

الخطوة الأولى في العمل هي اختيار الخلايا الضوئية اللازمة. لتشغيل البطارية ، يمكن استخدام السيليكون مع بولي وخلايا أحادية. أهم شيء هو مراعاة مستوى الأداء والفوارق الدقيقة عند العمل. على سبيل المثال ، في الخلايا الأحادية ، تكون الكفاءة أعلى ، ولكن في الخلايا المتعددة ، يتم فقد طاقة كبيرة في الطقس الغائم.

جميع الخلايا مقسمة إلى فئات. هناك أربعة منهم في المجموع. الدرجة أ أفضل جودة بدون عيوب. يتم استخدام هذه الفئة في عمل المؤسسات والشركات القوية والكبيرة. الاداء عالى لكن التكلفة ستكون مناسبة

عندما تكون البطارية ذاتية الإنتاج ، يمكن اختيار الفئة B. تكون الكفاءة أقل من الخلايا السابقة ، بينما تختلف التكلفة بشكل كبير. تستخدم بعض المؤسسات هذه الفئة عند تصنيع البطاريات للبيع ، وهو ما يفسر الكفاءة المنخفضة.

يشتري بعض الأشخاص كل ما يحتاجونه من خلال المتاجر عبر الإنترنت. إذا ذهبت إلى متجر متخصص ، يمكنك شراء جميع المكونات مرة واحدة. ثم لن تضطر إلى انتظار التسليم.

مجموعات

لتجميع خلية شمسية ، لن تكون الخلايا وحدها كافية ، لأنها يجب أن تكون بطريقة ماتواصل مع بعضها البعض وفقا للمخطط. سيتطلب ذلك استخدام موصلات ومواد إضافية. هذا هو السبب في أن بعض الشركات المصنعة تقدم مجموعة جاهزة للشراء ، حيث تكون جميع المواد اللازمة عند العمل موجودة بالفعل.

يمكن أن تتضمن هذه المجموعة ما يصل إلى 72 عنصرًا ، وموصلات ، وإطارات ، وثنائيات للدائرة ، بالإضافة إلى قلم رصاص ، والذي يتضمن حمضًا خاصًا للحام.

قد تحتوي بعض المجموعات على خلايا ضوئية جاهزة يتم لحام الموصلات بها. للتجميع ، يكفي فقط جمع كل شيء وفقًا للمخطط والاتصال. هذا الخيار هو الأفضل عند توصيل الخلايا الشمسية لتجميع الألواح الشمسية يدويًا. المادة صغيرة جدًا وهشة ، مما يسبب عددًا من المشاكل في العملية.

لحام

في حالة شراء جميع المواد - العناصر والموصلات - بشكل منفصل ، فإن العملية الكاملة لخلايا اللحام الشمسية ستبدو كما يلي:

1. يتم قطع الموصلات إلى الطول المطلوب. من الأفضل القيام بهذا العمل حسب النموذج.
2. يتم وضع الموصلات بدقة على الخلية الكهروضوئية.
3. يتم وضع حامض ولحام في مكان اللحام. لتجنب الإزاحة ، يمكنك وضع جسم ثقيل على طرف واحد.
4. الموصل يحتاج إلى لحام بعناية. نظرًا لأن الخلايا هشة جدًا ، فلا يوصى بالتصرف عليها بالقوة.

هذا العمل شاق للغاية ، وليس حقيقة أن كل شيء سيعمل بشكل صحيح في المرة الأولى ، فقد تحتاج إلى تكرار العملية برمتها عدة مرات. إذا كنت تدرس القواعد ، يمكنك أن تفهمأن ترسيب الموصلات الفضية مصمم لثلاث دورات لحام. هناك حالات يتم فيها تطبيق اللحام مسبقًا على الموصلات ، والتي تحذر الشركة المصنعة منها على الفور. لكن من الأفضل تطبيقه بشكل إضافي. أثناء التشغيل يحظر تكديس الخلايا الشمسية فوق بعضها البعض ، حيث يمكن أن تتلف بسبب الضغط العالي.

الختم

المرحلة الأخيرة من العمل هي ختم جميع العناصر. ولكن قبل الشروع في ذلك ، عليك الانتباه إلى موثوقية اللحام. لهذا ، يتم استخدام مقياس متعدد. يمكن إجراء الفحص بعد الانتهاء من جميع الأعمال أو أثناء العملية برمتها ، بعد لحام كل عنصر على حدة.

غالبًا ما يستخدم السيليكون مانع التسرب لعملية الختم. بادئ ذي بدء ، يتم تطبيقه على مفاصل العناصر ، ثم على سطح اللوحة بالكامل. لمثل هذا العمل ، يمكنك استخدام فرشاة ، لكنك تحتاج إلى استخدامها فقط للمفاصل ، لأنه من الممكن نقل الخلايا بسهولة من مكانها. بعد أن يجف كل شيء يمكنك غلق الغطاء

اختيار بطارية في المنزل

في الوقت الحالي ، يمكنك العثور على بطاريات بنوعين من الخلايا الشمسية: أحادي البلورية ، متعدد البلورات.

كل نوع له إيجابيات وسلبيات قيد التشغيل ، والتي تحتاج إلى معرفتها مسبقًا ، قبل إجراء عملية شراء.

فرص السوق والإنتاج لا تزال قائمة ، تظهر المنتجات الجديدة بانتظام في عملية التصنيع التي تستخدم تقنيات مختلفة. قبل الاختيار ، يوصى بالاهتمام بالخصائصالخلايا الشمسية: على مستوى الكفاءة ، عن وجود بطارية قادرة على تجميع الطاقة خلال ساعات النهار وإنتاجها ليلاً. يتم توفير كل هذه البيانات مسبقًا من قبل الشركة المصنعة ، ويمكن العثور عليها في متجر متخصص. من الأفضل أولاً العثور على معلومات على الإنترنت أو مناقشة الخيار الأفضل مع المتخصصين.