كيف تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء؟

الطاقة الشمسية تقود الثورة الخضراء. إذا كنت تفكر في تثبيت نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية (PV) في منزلك ، فلن تحتاج إلى معرفة كيفية عمل الخلايا الكهروضوئية. يعرف مقاول الطاقة الشمسية التفاصيل ، ويعرف أنواع الألواح التي يجب استخدامها في تطبيق معين.

لكن الأنظمة الكهروضوئية تكلف الكثير من المال ، ويهتم العملاء عمومًا بمعرفة التفاصيل قدر الإمكان. كلما فهمت أكثر ، كانت عملية اتخاذ القرار الخاصة بك أفضل.

الخلية الكهروضوئية القياسية عبارة عن شطيرة رقيقة من أشباه الموصلات ، مع طبقتين من السيليكون عالي النقاء. المصفوفات الكهروضوئية ليست أكثر من مصفوفات ضخمة من أشباه الموصلات المترابطة. تتألف الأنظمة الكهروضوئية القابلة للاستخدام من جميع أنواع المعدات التي تحمي المستخدم من الصدمات الكهربائية ، وتخزن الكهرباء في بنوك البطاريات ، وتحول التيار المباشر (DC) إلى تيار متناوب (AC) ، وهو ما يستخدمه الناس في منازلهم. ولكن في قلب كل نظام هناك عملية تحويل بسيطة.

تقوم الخلية الكهروضوئية بتحويل الضوء إلى كهرباء.

يبلغ سمك الخلية الأساسية حوالي 1/100 من البوصة ، مع نطاق واسع من المساحات السطحية. يبلغ العمر الافتراضي النموذجي أكثر من 25 عامًا ، وهناك خلايا تنتج الكهرباء بشكل موثوق لأكثر من 40 عامًا. يعود هذا الاستمرارية في النهاية إلى الطلاءات وهياكل الإطارات التي تحمي الخلايا.

الوحدة النمطية هي مجموعة من الخلايا الفردية ، متصلة في ترتيبات متسلسلة ومتوازية مصممة لتحقيق الأداء الأمثل.

في اتصال متسلسل ، يكون الجهد مضافًا ، بينما في اتصال متوازي ، يكون التيار مضافًا.

تنتج الخلية الكهروضوئية النموذجية حوالي نصف فولت من الناتج الكهربائي. عندما يتم توصيل 36 خلية PV في سلسلة ، تكون النتيجة وحدة 18 فولت. الوحدة النمطية أو اللوحة عبارة عن عدد من الخلايا الفردية المترابطة والموجودة في منتج نهائي. تبلغ مساحة الوحدة النمطية الكهروضوئية النموذجية في تطبيق سكني حوالي 2.5 قدمًا في 5 أقدام ، إما باللون الأزرق أو الأسود. الإطارات إما بلون الألمنيوم أو الأسود ، مع كون هذا الأخير هو الاختيار الساحق لمعظم مالكي المنازل هذه الأيام (تبدو أفضل فقط).

من الممكن تحقيق مجموعة واسعة من مخرجات الجهد والتيار ، اعتمادًا على كيفية اتصال الخلايا الفردية معًا. كمية الطاقة التي يمكن أن تنتجها الوحدة هي دالة على مساحة السطح الإجمالية ، بالإضافة إلى مقدار ضوء الشمس الذي يصيب الوحدة.

الوحدات النموذجية مستطيلة ومتوفرة بأحجام وتكوينات متنوعة. تنتج الوحدات الصغيرة (النوع المستخدم في الآلات الحاسبة المحمولة) أقل من واط واحد من الطاقة ، بينما تنتج الوحدة السكنية النموذجية حوالي 200 واط من الطاقة ، أكثر أو أقل.

تتميز الوحدات بما يلي:

• مادة الخلية ، أو نوع عملية السيليكون المستخدمة

• مواد التزجيج

• الهيكل والتوصيلات الكهربائية

أهم ميزة للخلية هي تكوين بنية السيليكون. يمكن صب الخلايا البلورية المفردة في سبيكة من بلورات متعددة. أو يمكن أيضًا ترسيب المواد المتبلورة كغشاء رقيق ، والذي يشار إليه باسم السيليكون غير المتبلور .

يتم تضمين رقائق السيليكون الفردية المستخدمة في تصنيع الخلايا الكهروضوئية بملامسات معدنية (أسلاك). يتم تغليف الخلايا بمادة مضادة للانعكاس بحيث يتم امتصاص أقصى قدر من ضوء الشمس في كل خلية.

تعد الخلايا البلورية المفردة أكثر كفاءة من الكريستالات لأنه ، في الخلايا متعددة البلورات ، تقدم الحدود بين الحبيبات مقاومة لتدفق التيار (الذي يستهلك الطاقة). يعتبر تصنيع السيليكون غير المتبلور أقل تكلفة بكثير ، ولكنه يكافئ النصف فقط في تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام. من الناحية العملية ، هذا يعني أن النظام غير المتبلور يتطلب ضعف مساحة السطح لإنتاج نفس القدر من الطاقة. اعتمادًا على مقدار مساحة السطح المتاحة ، قد تكون هذه مشكلة أو لا. في معظم التطبيقات السكنية ، تكون مساحة السطح المناسبة محدودة ، لذا تعد الكفاءة عاملاً مهمًا.