Conducteur, Isolant, Semi-conducteur et jonction PN, Cellule Photovoltaïque

(Solar Power Panel)

بسم الله الرحمن الرحيم

مقدمة

الطاقة الشمسية الكهربائية بدأت عندما ظهرت الواح الطاقة الشمسية فهي أساس أنظمة الطاقة الشمسية

و انواع الالواح الشمسية هي كالتالي.

​

 -الواح مونو كرستلين

  (Monocrystalline)

-الواح بولي كرستلين

  (Polycrystalline)

-مسحوق السيلكون الرقيق

(Thin Film Amorphous Silicon)

افضل هذه الأنواع هو مونوكرستلين (Monocrystalline) , هي عباره عن خلاية كل واحدة منها طولها 10سم  و عرضها 10سم   تصنع بمواد نصف ناقلة كهربائيا واشهر هذه المواد هو السيليسيوم المستخرج من الرمال 

وهو مادة متوفرة بكثرة في وطننا الجزائر خصوصا و وطننا العربي عموما, و تصمم هذه الخلاية بطريقه معقدة لهذا سعرها اعلى من الاخريات , ولها مقدره اكبر على تحمل الحرارة , كما ان فعاليتها اعلى ثم تجمع هذه الخلاية الصغيرة وتربط مع بعضها لتشكل لوح شمسي متكامل .

النوع الثاني بوليكرستلين (Polycrystalline) وهو اقل فعالية بشيء بسيط عن المونوكرستلين  وهو عبارة عن خلية شمسية ولكن تبدو فيها عدة قطع فهي ليست كريستالة واحدة مثل المونو  فتبدوا كانها قطعة انكسرة واعيدة تجميعها وهذا راجع لاختلاف طرق تصنيعهما  و يكون لها لون ازرق كرستالي.

النوع الثالث والأخير هو مايعرف بمسحوق السيلكون الرقيق (Thin Film Amorphous Silicon) , من مسماه هو عباره عن مسحوق كرستلين السيلكا يتم نشره على جميع الاجسام , وهو مرن يستخدم عند الحاجه الى الواح مرنه ويمكن رشه على الاسطح المختلفه , هو اقل الالواح فعالية وكفائه.

هناك نوع اخر يوجد في مراكز الأبحاث الامريكية ويتعامل معه بسرية ويسمى ملتي جنكشن (Multi Junction) وهذا النوع متعدد الربط وليس كخلايا الألواح الأخرى رابط واحد، فعاليته تصل الى 47% وهذا الرقم كبير اكثر من ضعف ما هو موجود في الأسواق حاليا . والرسم البياني التالي يوضح فعالية الالواح منذ عام 1975 م , الخط البنفسجي هو مايعرف بملتي جنكشن بنل , اللون الأزرق والاخضر والاحمر هي الالواح الأخرى المتوفرة تجارياً.

مكونات الالواح

يتكون اللوح الواحد من عدة خلايا وكل خلية تنتج تقريبا 0.5 فولت وعند توصيل مجموعه منها بطريقة تسلسلية يعطي اللوح الواحد مجموع الفولت الناتج من توصيل هذه الخلايا بطريقة تسلسلية فمثلا لوح يحوي 36 خلية يعطي (0.5 * 36 = 18 فولت).

عند ربط مجموعة من الالواح اما بطريقة تسلسلية او متوازية تسمى شريط (String) وعند ربط مجموعه من الأشرطة اما بطريقة تسلسلية او متوازية تسمى مصفوفة (Array). سوف نتطرق الى طرق الربط التسلسلي والمتوازي لاحقا.

مواصفات الالواح 

جميع هذه الأنواع لها مقاسات وقوى مختلفة للفولت والامبير كما انها تعطي كهرباء تيار مستمر ( DC ), غالبا مواصفتها توجد في الخلف توضح جميع خصائص هذه الالواح.

من الضروري معرفة هذه المواصفات وماذا تعني لان وزن النظام بأكمله يعتمد على فهم مواصفات الالواح ومن ثم توصيلها بالطريقة المناسبة لكي تعطي القوة المطلوبة.

الشكل التالي يبين مثال لهذه القائمة وماتحتوية تقل او تنقص وذلك حسب الشركة المصنعة ولكن هناك معلومات اساسية يجب ان تكون موجوده في كل لوح.

هذه القائمة تحوي غالبا قراءة قوة اللوح مثل الوات والفولت والامبير والتي تم اخذها في حالة ما يسمى وضع الاختبار القياسي (STC) عند درجة حرارة 25 درجة مئوية واشعة شمس مقدارها ألف وات للمتر، هذا الوضع القياسي هو الوضع المثالي فهو لا يكون كذلك في الواقع فعند ارتفاع الحرارة ستنخفض فعالية الالواح وكما سبق ان قلنا الالواح تعمل على اشعة الشمس لا على حرارتها فحرارة الشمس تقلل اداءها ودائما في الشتاء عندما تكون السماء صافية يكون أداء الالواح أفضل.

خلفية اللوح كما هو موضح بالصورة ادناه تحوي صندوق صغير يحوي دايوود وهو الذي يمنع انعكاس اتجاه التيار اثناء الليل، يخرج من هذا الصندوق سلكين أحدهما سالب والأخر موجب، في نهاية هذين السلكين يوجد ما يسمى ام سي فور (MC4) عن طريقه يتم توصيل اللوح وهو ضروري مضاد للعوامل الجوية ويمنع الخطاء اثناء التشبيك.

قائمة المواصفات تحوي حجم ومقاس الالواح ووزنها وربما كذلك تحوي مقاس الفيوز المطلوب لقوة اللوح. الجدول التالي يوضح معاني بعض هذه المواصفات.

توصيل الالواح

توصيل الالواح ببعض له طريقتين اما تسلسلية (Series) او متوازية (Parallel).

التوصيل التسلسلي هو عند توصيل السلك السالب في اللوح الاول مع السلك الموجب في اللوح الثاني وتوصيل سالب الثاني مع موجب الثالث وهكذا حتى تصل لتسلسل العدد المطلوب.

(تحذير: توصيل السالب مع الموجب في نفس اللوح او سالب مع موجب شريط او مصفوفة واحده يسبب في تلف الالواح واحتراقها).

التوصيل التسلسلي يؤدي الى مضاعفة الفولت وإبقاء الامبير ثابت فمثلا 4 الواح قوة كل لوح 20 فولت و 7 امبير يكون الناتج (4 * 20 = 80 فولت) والامبير يبقى ثابت 7 امبير. الشكل التالي يوضح طريقة توصيل الالواح تسلسليا.

التوصيل المتوازي هو عند توصيل السلك السالب في اللوح الاول مع السلك السالب في اللوح الثاني وتوصيل موجب الثاني مع موجب الذي يليه وهكذا حتى تصل للعدد المطلوب.

التوصيل المتوازي يؤدي الى مضاعفة الامبير وإبقاء الفولت ثابت .

فمثلاً 4 الواح قوة كل لوح 20 فولت و 7 امبير يكون الناتج (4 * 7 = 28 امبير ) والفولت يبقى ثابت 20 فولت . الشكل التالي يوضح طريقة توصيل الالواح بشكل متوازي.

استخدام أي من الطريقتين لن يغير القوه الناتجه ( الوات )  ولن يزيد او ينقص من القوة شيء.

تستخدم أحد هذه الطرق عندما مثلا تكون الالواح في موقع بعيد ونحتاج ان نزيد الفولت لكي نعوض فقدان الفولت بسبب بعد المسافة ومن المعلوم ان الفولت هو الضغط، مثل ضغط الماء في الانابيب القادمة من خزان المياه كلما بعد الخزان كلما قل الضغط وهكذا الفولت.

 اتجاة الالواح

الواح الطاقة الشمسية لابد ان توجه الى زاوية واتجاه الشمس، دائما اتجاه الالواح في جميع الدول التي تقع شمال خط الاستواء جنوباً  و الجزائر تقع شمال خط الاستواء إذا اتجاه الالواح يكون جنوبا.

تبقى الزاوية وهي تختلف من مدينة الى أخرى وذلك على حسب موقع الشمس وهي تختلف من فصل الى فصل في الشتاء لها زاوية والصيف زاوية أخرى والخريف كذلك، ايضاً الزاوية السمتية وهي شروق وغروب الشمس من الشرق الى الغرب.

تتبع الشمس طوال الوقت غير عملي مع انه الأفضل لهذا غالبا يتم تثبيت الالواح جنوبا بزاوية معدل تحرك الشمس ونحن في الجزائر أفضل زاوية 45 درجة وهي المعدل بين الصيف والشتاء.

الشكل التالي يوضح حركة الشمس واختلاف زواياها وارتفاعها من فتره الى أخرى.

تثبيت الالواح له طرقة وأدواته الخاصة التي تحمي الالواح ومن العوامل الجوية الرياح وغيرها ويتم تثبيتها باحكام , تثبيت الالوح في الاسقف يختلف عن تثبيتها على الأرض.

من الضروري إدراك ان الالواح خطرة وهي تولد كهرباء عند تعرضها لأشعة الشمس وعند توصيلها يجب ان توصل بالسلك الأرضي (Ground) وذلك لتفادي أي التماس وكذلك حمايتها من الصواعق ويوجد أدوات تحمي الالواح من الصواعق لان الالواح عرضه لها باستمرار.