الضوئية الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية الضوئية

تشير التقديرات إلى أنه في خطوط العرض بفرنسا ، حوالي 45 درجة ، تكون الطاقة التي يمكن استخدامها من الشمس 1500 كيلووات / متر مربع سنويًا.

انظر خريطة أشعة الشمس الفرنسية وDNI الإشعاع الشمسي من فرنسا.

مع العوائد الحالية من حوالي 10 إلى 15٪ ، نحصل على من 150 إلى 225kwh / m².an.


الألواح الشمسية تسمى "غير متكامل".

مبدأ التشغيل من الضوئية

تتكون الخلايا الضوئية من مواد أشباه الموصلات. هذه قادرة على تحويل الطاقة التي توفرها الشمس إلى شحنة كهربائية وبالتالي إلى كهرباء لأن أشعة الشمس تثير إلكترونات هذه المواد. يبدأ منحنى الامتصاص لهذه المواد من أطوال موجية قصيرة إلى طول موجي حد يبلغ 1,1 ميكرومتر للسيليكون.

السيليكون هو المكون الرئيسي للخلية الضوئية.

فيزياء خلية كهروضوئية (مأخوذة من موقع CEA)


رسم تخطيطي لخلية كهروضوئية.

تم اختيار السيليكون لصنع خلايا شمسية ضوئية لخصائصها الإلكترونية ، والتي تتميز بوجود أربعة إلكترونات على الطبقة المحيطية (العمود الرابع من جدول منديليف). في السيليكون الصلب ، ترتبط كل ذرة بأربعة جارات ، وتشارك جميع الإلكترونات من الطبقة المحيطية في الروابط. إذا تم استبدال ذرة السيليكون بذرة من العمود V (الفسفور على سبيل المثال) ، فإن أحد الإلكترونات لا يشارك في الروابط ؛ وبالتالي يمكن أن تتحرك من خلال الشبكة. يوجد توصيل بواسطة الإلكترون ، ويقال إن أشباه الموصلات مخدر من النوع n. على العكس من ذلك ، إذا تم استبدال ذرة من السيليكون بذرة من العمود III (البورون على سبيل المثال) ، فإنها تفوت الإلكترون لتنفيذ جميع الاتصالات ، ويمكن أن يأتي الإلكترون لملء هذا النقص. نقول بعد ذلك أن هناك توصيل عبر ثقب ، ويقال إن أشباه الموصلات مخدر من النوع p. ذرات مثل البورون أو الفوسفور عبارة عن منشطات سيليكون.

اقرأ أيضا: تحميل: الرياح ايلينا فيريد الحلزون المزدوج

عندما يتم ملامسة أشباه الموصلات من النوع n بأشباه الموصلات من النوع p ، تنتشر الإلكترونات الزائدة في المادة n في المادة p. تصبح المنطقة المخدرة مبدئياً مشحونة إيجابياً ، وتصبح المنطقة المخدرة مبدئياً مشحونة سالبة. لذلك يتم إنشاء مجال كهربائي بين المنطقتين n و p ، والذي يميل إلى صد الإلكترونات في المنطقة n ويتم إنشاء توازن. تم إنشاء تقاطع ، وإضافة جهات اتصال معدنية في المناطق n و p ، يتم الحصول على الصمام الثنائي.
عندما تضاء هذه الصمام الثنائي ، يتم امتصاص الفوتونات بواسطة المادة ويولد كل فوتون إلكترونًا وثقبًا (نتحدث عن زوج ثقب الإلكترون). يفصل تقاطع الصمام الثنائي بين الإلكترونات والثقوب ، مما يؤدي إلى وجود فرق محتمل بين التلامسين n و p ، ويتدفق التيار إذا تم وضع المقاوم بين ملامسات الصمام الثنائي (الشكل).

التقنيات المتاحة في السوق.

اقرأ أيضا: الديناميكا الحرارية الشمسية

تختلف الوحدات الحالية وفقًا لنوع السليكون الذي تستخدمه:

  • السيليكون أحادي البلورية: تعتمد المستشعرات الضوئية على بلورات السيليكون المغلفة في غلاف بلاستيكي.
  • السيليكون متعدد الكريستالات: تعتمد مجسات الطاقة الضوئية على الكريستالات السليكونية ، والتي تعد أقل تكلفة لتصنيعها من السيليكون أحادي البلورية ، ولكن لها أيضًا إنتاجية أقل قليلاً. يتم الحصول على هذه الكريستالات عن طريق ذوبان خردة السيليكون ذات الجودة الإلكترونية.
  • السليكون غير المتبلور: تصنع الألواح "الممتدة" من السيليكون غير المتبلور مع طاقة تنشيط عالية ويتم تقديمها في شرائط مرنة تسمح بتكامل معماري مثالي.

بناة الخلية.

تشترك أكبر خمس شركات تصنع الخلايا الكهروضوئية بنسبة 60٪ من السوق العالمية. هذه هي الشركات اليابانية Sharp و Kyocera ، والشركات الأمريكية BP Solar و Astropower ، والألمانية RWE Schott Solar. تنتج اليابان ما يقرب من نصف الخلايا الضوئية في العالم.

تطبيقات الطاقة الشمسية الكهربائية

حاليا المناطق الرئيسية للاستخدام هي المنازل المعزولة ولكن أيضا للأجهزة العلمية مثل الزلازل.

المجال الأول الذي يستخدم هذه الطاقة هو مجال الفضاء. في الواقع ، يتم توفير جميع الطاقة الكهربائية للأقمار الصناعية تقريبًا بواسطة الخلايا الكهروضوئية (بعض الأقمار الصناعية سيكون لها محركات ستيرلينغ صغيرة).

فوائد

  • استخدام الطاقة الكهربائية غير الملوثة ويتماشى مع مبدأ التنمية المستدامة ،
  • مصدر الطاقة المتجددة لأنه لا ينضب على نطاق الإنسان ،
  • يمكن استخدامه إما في البلدان النامية بدون شبكة كهربائية كبيرة أو في مواقع معزولة مثل الجبال حيث لا يمكن الاتصال بالشبكة الكهربائية الوطنية.


مثال على العرض المعزول للمواقع ، وهو جهاز لقياس الزلازل مدعوم من لوحة فلطائية من بركان سوفرير في غواديلوب.

عيوب

  • التكلفة الكهروضوئية مرتفعة لأنها تأتي من التكنولوجيا المتقدمة ،
  • تعتمد التكلفة على القوة القصوى ، حيث تبلغ التكلفة الحالية للذروة حوالي 3,5 يورو أو حوالي 550 يورو / متر مربع من الخلايا الشمسية ،
  • يبقى العائد الحالي للخلايا الكهروضوئية منخفضًا جدًا (حوالي 10٪ لعامة الناس) وبالتالي يوفر طاقة منخفضة فقط ،
  • السوق محدودة للغاية ولكن في التنمية
  • يتم إنتاج الكهرباء فقط خلال النهار بينما يتم زيادة الطلب في الليل ،
  • تخزين الكهرباء أمر صعب للغاية مع التقنيات الحالية (التكلفة البيئية المرتفعة للغاية للبطاريات) ،
  • العمر: 20 إلى 25 سنوات ، بعد أن "يبلور" السيليكون ويجعل الخلية غير صالحة للاستعمال ،
  • التلوث أثناء التصنيع: تدعي بعض الدراسات أن الطاقة المستخدمة لتصنيع الخلايا ليست مربحة أبدًا خلال العشرين عامًا من الإنتاج ،
  • وبالمثل في نهاية الحياة: إعادة تدوير الخلايا يطرح مشاكل بيئية

اقرأ المزيد:
- توازن الطاقة من الطاقة الشمسية الضوئية
- خريطة الحقل الشمسي الفرنسي
- أنظمة الطاقة الشمسية الضوئية المدمجة في المبنى (وثيقة CEA)

قم بكتابة تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *