الخلايا الشمسية


(con_eng) #1

الخلايا الشمسية
[

الخلية الشمسية هى جهاز يقوم بتجميع الضوء الشمسي وتحويله مباشرة الى طاقه كهربية . وتختلف الخلايا الشمسية عن الخلايا الضوئية فى ان الاولى تقوم بتجميع الضوء الشمسي بينما الضوئية تقوم بتجميع اى ضوء من اى مصدر . ولا توجد الخلايا الشمسية كوحدات مفردة وانما توجد فى تجمعات تسمى بـ modules والغرض من تلك التجمعات هو زيادة التيار والجهد المقننين واللذان يمكن الحصول عليهم من الخلية .

[COLOR=black][FONT=Times New Roman]ويرجع هذا الى ان الخلية الواحدة تكون قيمة التيار والجهد الناتجة منها صغيرة جدا لا تكفى وحدها لادارة ابسط الاحمال .ومن هنا تنطلق الابحاث العلمية المختلفة وغرضها جميعا كيفية زيادة كفاءة الخلايا الشمسية وفى نفس الوقت تقليل تكلفة التصنيع الخاصة بها .

تركيب الخلية الشمسية
تتكون الخلايا الشمسية من العديد من اشباه الموصلات . فاشباه الموصلات هي مواد ليست جيدة التوصيل للتيار الكهربي وايضا ليست رديئة وتصبح اشباه الموصلات موصله كهربيا اذا سقط عليها الضوء سواء شمسي او من مصدر اخر . ونجد ان نسبة تزيد عن 95% من الخلايا الشمسية المستخدمة على نطاق العالم هى مصنوعه من السيليكون .
خواص الخلايا الشمسية
قيمة الجهد الناتج من الخليه الشمسية يعتمد على نوع شبه الموصل المستخدم فنجد ان فى حالة استخدام السيليكون يكون الجهد الناتج فى حدود 0.5 فولت تقريبا وهى قيمة صغيرة بالفعل وهى معتمد ة بالدرجة الاولى على الاشعاع الضوئي المعروف باسم light radiation فى حين ان شده التيار الكهربي الناتج تعتمد على زيادة الاضاءة luminosity فعلى سبيل المثال نجد ان اعلى كثافة للتيار الكهربي هى 2 امبير و تم الحصول عليها عند ما كان الاشعاع 1000 وات / متر 2 .
مراحل تطور صناعه الخلايا الشمسية
مرت الخلايا الشمسية باطوار فى عمليه التصنيع وتسمي بالاجيال ويتم التصنيف الى 3 اجيال .
الجيل الاول :
كانت الخلايا الشمسية فى الجيل الاول من اهم خواصها اتساع المساحة وارتفاع الجودة وانها تتكون من وصله ثنائية وحيدة ونجد ان نظريا كفاءة ذلك الجيل 31%. ولكن عمليا نجد ان كفاءة جميع الخلايا الشمسية لاتزيد عن 16% !!!
الجيل الثانى :
هوعبارة عن خلايا عديدة التبلر هذا بالاضافه الى ان السيليكون يتم معالجته كيميائيا قبل الاستخدام بغرض زيادة قدرته على التوصيل وفي ذلك الجيل يتم تقليل الحرارة المتولدة بداخل الخلية والتى تؤدى الى تقليل الكفاءة بصورة واضحة وايضا تم استخدام مواد اخرى مخلقه من اجل تقليل كفاءة الانتاج المرتفعة جدا لتلك الخلايا .
احد هذه المواد هو الكادميوم توليريد CdTe

الجيل الثالث:
كان الغرض منه هو تحسين الاداء الكهربي المتواضع لتلك الخلايا واستخدمت فيه تكنولوجيا معروفة باسم thin-film technologies وغرضها هو تحسين الكفاءة وابقاء التكلفة منخفضة . وتتراوح كفاءة التحويل من 30-60% نظريا

الان مع اتساع تطبيقات النانو نكنولوجى بدت الامال واضحة امام العلماء وبالفعل تم الحصول على كفاءات ممتازة مقارنة مع كل ما سبق التوصل اليه من قبل.

تطويع الخلايا للاستخدام
يتم الاستفادة من الخلايا الشمسية بتجميعها او بمعنى ادق توفيرها فى تجمعات تسمى modules وتكون تلك التجمعات موصله معا توالى وتوازى ايضا .فالتوصيل بالتوالى الغرض منه زيادة الجهد الناتج بينما التوصيل بالتوازى الغرض منه زيادة التيار الكهربي .
[SIZE=4][URL=“http://www.energymasters.com/images/faq_pics/solar_panel_and_solar_cell.gif”][/size]](http://www.solarnavigator.net/images/solar_cells_panels_array_monocrystaline.jpg)

الطاقه الناتجة من الخلايا الشمسية تقاس بالوات او الكيلووات حتى تقوم بحساب الطاقه التى تحتاجها لتغذيه حمل ما او لتطبيق معين لابد من قياس الوات- ساعه او الكيلووات – ساعه او الكيلووات- ساعه فى اليوم وهى الاكثر استخداما .
ونجد ان القدرة المتوسطة average power تساوى 20% من القدرة العظمى peak power فنجد ان الكيلووات الواحد من الطاقه العظمى peak يعادل 4.8 كيلووات ساعه لليوم الواحد (24 ساعه *1 كيلووات *20% = 4.8 كيلووات ساعه لليوم ).

ولكى تتم الاستفادة من تلك الطاقه فيتم توصيلها مع الشبكة من خلال انفرتر وذلك فى حال استخدمها بمفردها وايضا يتم استخدام نظام بطاريات لتخزين الطاقه . ويجب ان تتمتع بانظمة تحكم عاليه تتضمن مصداقيه الفصل والتوصيل مع الشبكة بمعنى ان يتم تغذيه المنزل مثلا بالطاقه الشمسية في حالة انقطاع الكهرباء مباشرة اتوماتيكيا وهذه احد اهم تطبيقات الخلايا " التجمعات " المفردة .

كيف تعمل الخلية الشمسية
هنا بعدما سبق يتوجب علينا معرفه كيف تعمل الخلايا الشمسية

يتكون ضوء الشمس من فوتونات واى ضوء يتكون من فوتونات تلك الفوتونات هيه كميه من الطاقه حينما تسقط على شبه الموصل سواء من النوع N او النوع .P

تلك الطاقه اذا كانت اكبرمن الطاقه التى تقوم ببقاء الالكترون مرتبط بالذرة بمعنى آخر اذا كانت كافيه لتحريرالالكترون فانه ينفصل من مكانه تاركا فجوة تحمل شحنه موجبه فبالتالى تكون اكثر رغبه فى جذب الالكترون من الذرة المجاورة تاركا هذا الالكترون ايضا فجوة وهكذا تظل الفجوة تتحرك من مكان الى اخر وكذلك الالكترون وهذا ما تعنيه الكهربية حركة الالكترونات من مكان لاخر وبهذا تتولد الكهرباء

هل هذا ما يحدث ؟ هل كل الفوتونات قادرة على تحرير الالكترونات ؟

سنعرف الاجابة فى المشاركات القادمة ان شاء الله

[/font][/color]


(con_eng) #2

بالطبع لا ليست كل الالكترونات قادرة على التحرر بواسطة الفوتونات
هناك ثلاث احتمالات لوضع الفوتون :
1- يمكن للفوتون ان يمرخلال شبه الموصل بدون اتخاذ اى تاثيرعلى الروابط الموجودة وهذا فى حالة الفوتونات ذات الطاقة المنخفضة اى اقل من قوة الرابطة التساهمية .
2- يمكن للفوتون ان ينعكس من السطح بدون الاختراق .
3- ان يخترق الفوتون الشبه موصل ويقوم بتحرير الالكترونات وهذا عندما تكون طاقته اكبر من قوة الرابطة التساهمية. وتلك هي الحالة المقصودة.

الدائرة المكافئة للخلية الشمسية

لكى نفهم سلوك الخلية الشمسية كان لابد من عمل نموذج كهربي مكافئ لها وذلك النموذج مبنى على مكونات كهربية معروفة سهلة الدراسة والتحليل.
فى النموذج المثالى للخلايا الشمسية يتم تمثيل الخليه بمصدر للتيار الكهربي معه موحد ثنائي Diode ولكن عمليا لا توجد خليه شمسية مثالية لذلك يتم وضع مقاومة على التوازى shunt resistance ومقاومة اخرى على التوالى series resistance كمحاكاة للواقع .
[](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c4/Solar_cell_equivalent_circuit.svg/601px-Solar_cell_equivalent_circuit.svg.png)

وهذا هو الرمز المستخدم للخلية الشمسية


التيار الناتج من الخلية الشمسية = التيار الناتج من المصدرIL - التيارالمار فى الموحد الثنائي ID- التيارالمار فى المقاومة الموجودة على التوازى RSH
الجهد الكهربي على طرفي الموحد الثنائى المقاومة = الجهد الموجود على الاطراف V+ التيار*المقاومة )(IR.
العوامل المؤثرة على كفاءة الخلية الشمسية
1- كفاءة التحويل energy conversion efficiency
وهى المعبرة عن كمية الضوء المتحولة الى كهرباء

eta (efficiency )= Pm/(Ac*E).
حيث ان E هو الاشعاع الضوئى و AC هى مساحة سطح الخليه و Pm هى اكبر قدرة تم الحصول عليها .
2- الكفاءة الحرارية Thermodynamic efficiency limit
حيث ان الخلية الشمسية تعمل كجهاز يقوم بتحويل الطاقه الكمية
3- الكفاءة الكمية Quantum efficiency

القدرة القصوى Maximum-Power Point
نظرا لان الخلايا الشمسية تنتج كميات صغيرة من الكهرباء وتحتاج الى مساحات واسعه من اجل انشاء تجمعات معا لاجل انتاج اكبر كمية ممكنة من الطاقة قام الباحثون بعمل نظام تعقب لاشعه الشمس بحيث يقوم بتوجيه الخليه دائما لاقصي مكان به تركيز عالى من الاشعه بحيث يمكن الاستفادة باكبر شكل ممكن من تلك الاشعه .
صواعق البرق والخلايا الشمسية :
بما ان الخلايا الشمسية يتم وضعها فى مسطحات واسعه واحيانا كثيرة يتم وضعها باعلى المنازل والفنادق فى حالة استخدمها كنظام للطاقة قائم بذاته stand alone فهذا يجعلها عرضه لصواعق البرق والجهود الزائدة .


من المعروف علميا ان ليس بالضرورى ان تؤثر صاعقة البرق مباشرة على سطح الاجهزة الالكترونية حتى تتخذ التاثير السلبي عليها وانما يكفى ان تؤثر بجوارها فانها تحمل الكابلات جهود زائدة .

للحماية ضد صواعق البرق تستخدم مانعات الصواعق او الاقطاب المعدنية تلك الاقطاب او الموانع اذا تم وضع احدها فوق مكان ما فانها توفر الحماية للمنطقة التى اسفلها في شكل مخروطى اى توفر مكان آمن فقط داخل المخروط كما يتضح من الشكل التالى واذا تواجد اى جسم خارج ذلك المخروط فلا حمايه له ويمكن استخدام اجهزة لحمايته خاصه به .







يتبع ان شاء الله


(مهندس صلاح يحيى) #3

جزاك الله خيرا


(con_eng) #4

وجزاكم مثله ان شاء الله


(con_eng) #5

حتى مثل تلك الاضرار تنشا من صواعق البرق الغير مباشرة ولذلك يختلف اسلوب الحماية هنا , فنجد انه للحمايه من مثل تلك الصواعق نتبع التالى :-
عمل نظام ارضي ممتاز وتوصيل جميع الاسطح المعدنية الى النظام الارضي ايضا ترتيب الكابلات ووضعها بحيث تقلل من المجال الكهرومغناطيسي المتولد.


نظم الطاقه الشمسية مكلفة جدا فى الانشاء ولهذا يجب توفير نظام حماية قوى وايضا نظام تحكم لتعقب آشعه الشمس , الطاقة الشمسية هى طاقة نظيفة وهى مستقبل الطاقة المتجددة فان كانت هى الاكثر تكلفة الا ان الطاقه الشمسية هى اصل كل الطاقات الموجودة على سطح الارض سواء كانت غاز طبيعي او بترول .
[COLOR=black][FONT=Times New Roman]بعض تطبيقات الخلايا الشمسية

تمتاز الخلايا الشمسية بالعديد منالمميزات أهمها:
· الخلايا الشمسية تقوم بتحويل الإشعاع الشمسيمباشرة إلى تيار كهربائي مستخدمة التأثير الفولتي دون اللجوءإلى المعالجةالحرارية.
· الخلايا الشمسية تعطي طاقة غير ناضبة ولا تحتاج إلى صيانةكثيرة وتلائم المناطق النائية.
· الخلايا الشمسية لها استجابة فورية معالإشعاع الشمسي ومتوقع لها عمر يزيد عن عشرين سنة.
· يمكن وضعها في مكانالاستعمال ولا تحتاج إلى إلي شبكات توزيع لتشغيلها.
· تعتبر مصدرا لطاقةنظيفة دون أي مخلفات تلحق الضرر بالبيئة.
· لا يوجد تداخل بينها وبينأنظمة الرادار والاتصالات السلكية واللاسلكية.
تستخدم الطاقة المنتجةبالخلايا الشمسية في العديد من المجالات منها :

المجالاتالفضائية:
تستخدم في شحن نضائد التشغيل لمركبات الأقمارالصناعية.

مجالات الاتصالات الأرضية:
تستخدم في محطات الإرسالوالاستقبال.

مجالات تشغيل الأجهزة الدقيقة:
تستخدم في الساعاتوالحاسبات الالكترونية وأجهزة التحكم بالمناطق النائية.

المجالاتالبترولية:
تستخدم في الحماية المهبطية لأنابيب النفط والغاز من التآكلالمعدني.

مجال إنتاج الطاقة:
تستخدم في توليد الطاقةالكهربائية وإنتاج غاز الهيدروجين كوسيلة لتحويل الطاقة الشمسية إلى وقود للسياراتوتخزينها للاستعمال فيما بعد.
وقد تم تصنيع سيارات تعمل بالطاقة الشمسية ولكنها لم تنتشر بعد بسبب التكلفة العالية.
[/font][/color]
يتبع ان شاء الله ,


(sara sara) #6

بارك الله فيك وجزاك الله خيرا


(con_eng) #7

وبارك فيكم وجزاكم حسن الجزاء


(محمد حمدى ناصف) #8

شكراااااااااااااوجزاك الله خيرا


(البعث) #9

مشكور اخي العزيز وبارك الله بيك


(البعث) #10

مشكوووووووووووووووور اخي العزيز


(con_eng) #11

جزاكم الله خيرا خوانى


(system) #12

بارك اللله فيك


(system) #13

شكرا شكرا مشكور…
لكن هل تحتاج الخلايا لكابلات خاصة للتوصيل ؟
وشكرا مرة اخرى لقبولي بينكم


(abdullah2000) #14

شكرا جزيلا لكم على هذا البحث الممتاز


(abdullah2000) #15

شكرا جزيلا الله يعطيك العافية


(abdullah2000) #16

شكرا جزيلا لكم على البحث الجيد


(abdullah2000) #17

شكرا جزيلا لكم على البحث الجيد


(abdullah2000) #18

شكرا جزيلا لكم أخي العزيز


(system) #19

باور جروب powergroup تقدم جميع أنواع السخانات الشمسية بجميع أنواعها بالأنابيب المفرغة بجودةعالية ألمانية وسخانات شمسية ايطالى ويونانى ومحلى وأيضا خلايا شمسية وتدفئة حمامات السباحة بالطاقة الشمسية.ولدينا المزيد من العروض التجارية المتميزة لمنتجات متنوعة.

جميع أنظمة الطاقة الشمسية “سخانات الشمسية، تكييفات شمسية، خلايا شمسية، …”

power group باور جروب

سخانات،شمسية،سخان،شمسى،السخانات،الشمسية،السخان،الشمسى،بالأنابيب،المفرغة،ايطالى،يونانى،اريستون،flat,panel,solar,energy,powergroup,


(system) #20

جزاك الله خير