الضوئية الطاقة الشمسية

الطاقة الشمسية الضوئية

تشير التقديرات إلى أنه عند خطوط العرض في فرنسا ، حوالي 45 درجة ، فإن الطاقة التي يمكن استخدامها من الشمس هي 1500 كيلووات ساعة / متر مربع في السنة.

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.


ما يسمى بالألواح الشمسية "غير المتكاملة".

مبدأ التشغيل من الضوئية

تتكون الخلية الكهروضوئية من مواد شبه موصلة. هذه قادرة على تحويل الطاقة التي توفرها الشمس إلى شحنة كهربائية وبالتالي إلى كهرباء لأن ضوء الشمس يثير إلكترونات هذه المواد. يبدأ منحنى الامتصاص لهذه المواد من أطوال موجية منخفضة حتى طول موجي محدد وهو 1,1 ميكرومتر للسيليكون.

السيليكون هو المكون الرئيسي للخلية الكهروضوئية.

فيزياء الخلية الكهروضوئية (مأخوذة من موقع CEA)


رسم تخطيطي وظيفي لخلية كهروضوئية.

تم اختيار السيليكون لصنع الخلايا الشمسية الكهروضوئية لخصائصه الإلكترونية ، والتي تتميز بوجود أربعة إلكترونات على طبقتها المحيطية (العمود الرابع من جدول مندلييف). في السيليكون الصلب ، ترتبط كل ذرة بأربعة جيران ، وتشارك جميع الإلكترونات في الطبقة المحيطية في الروابط. إذا تم استبدال ذرة من السيليكون بذرة من العمود V (الفوسفور على سبيل المثال) ، فإن أحد الإلكترونات لا يشارك في الروابط ؛ لذلك يمكن أن تتحرك في جميع أنحاء الشبكة. هناك توصيل بواسطة إلكترون ، ويقال أن أشباه الموصلات من النوع n مخدر. على العكس من ذلك ، إذا تم استبدال ذرة السيليكون بذرة من العمود الثالث (البورون على سبيل المثال) ، فإن الإلكترون مفقودًا لصنع جميع الروابط ، ويمكن أن يأتي الإلكترون لملء هذه الفجوة. ثم نقول أن هناك توصيلًا من خلال ثقب ، ويقال أن أشباه الموصلات من النوع p مخدر. الذرات مثل البورون أو الفوسفور هي منبسطة من السيليكون.

اقرأ أيضا:  الهيدروجين الشمسي الكهروكيميائي أو PEC

عندما يتلامس أشباه الموصلات من النوع n مع أشباه الموصلات من النوع p ، تنتشر الإلكترونات الزائدة في المادة n في المادة p. تصبح المنطقة المخدرة مبدئيًا مشحونة إيجابًا ، وتصبح المنطقة المشبعة في البداية مشحونة سالبة. لذلك يتم إنشاء مجال كهربائي بين منطقتي n و p ، والذي يميل إلى دفع الإلكترونات مرة أخرى إلى المنطقة n ويتم إنشاء التوازن. تم إنشاء تقاطع ، وإضافة ملامسات معدنية على منطقتي 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:  القدرة التنافسية للطاقات المتجددة

تتميز الوحدات النمطية الحالية بنوع السيليكون 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.
  • السيليكون غير المتبلور: يتم تصنيع الألواح "المنتشرة" من السيليكون غير المتبلور مع قوة تنشيط قوية ويتم تقديمها في أشرطة مرنة تسمح بالتكامل المعماري المثالي.

بناة الخلية.

تشارك أكبر خمس شركات تصنيع الخلايا الكهروضوئية 60٪ من السوق العالمية. هذه هي الشركات اليابانية Sharp و Kyocera ، والشركتان الأمريكيتان BP Solar و Astropower ، و RWE Schott Solar الألمانية. تنتج اليابان ما يقرب من نصف الخلايا الكهروضوئية في العالم.

تطبيقات الطاقة الشمسية

مجالات الاستخدام الرئيسية حاليًا هي المساكن المعزولة ولكن أيضًا للأجهزة العلمية مثل أجهزة قياس الزلازل.

المجال الأول الذي استخدم هذه الطاقة هو المجال الفضائي. في الواقع ، يتم توفير كل الطاقة الكهربائية للأقمار الصناعية تقريبًا بواسطة الخلايا الكهروضوئية (بعض الأقمار الصناعية لديها محركات ستيرلينغ صغيرة).

فوائد

  • الطاقة الكهربائية غير الملوثة المستخدمة وجزء من مبدأ التنمية المستدامة ،
  • مصدر طاقة متجددة لأنه لا ينضب على المستوى البشري ،
  • يمكن استخدامه إما في البلدان النامية التي لا توجد بها شبكة كهرباء مهمة أو في مواقع منعزلة مثل الجبال حيث لا يمكن الاتصال بشبكة الكهرباء الوطنية.


مثال لإمداد موقع معزول ، جهاز قياس الزلازل مدعوم بلوحة كهروضوئية من بركان سوفرير في جوادلوب.

عيوب

  • التكلفة الكهروضوئية مرتفعة لأنها تأتي من التكنولوجيا المتقدمة ،
  • تعتمد التكلفة على طاقة الذروة ، وتبلغ التكلفة الحالية لذروة واط حوالي 3,5 يورو أو حوالي 550 يورو / متر مربع من الخلايا الشمسية ،
  • لا يزال الناتج الحالي للخلايا الكهروضوئية منخفضًا إلى حد ما (حوالي 10 ٪ لعامة الناس) وبالتالي لا يوفر سوى طاقة منخفضة ،
  • السوق محدودة للغاية ولكن في التنمية
  • يتم إنتاج الكهرباء فقط خلال النهار بينما يكون الطلب الأعلى في الليل ،
  • يعد تخزين الكهرباء أمرًا صعبًا للغاية مع التقنيات الحالية (التكلفة البيئية العالية للبطاريات) ،
  • العمر الافتراضي: 20 إلى 25 سنة ، بعد أن "يتبلور" السيليكون ويجعل الخلية غير صالحة للاستعمال ،
  • التلوث أثناء التصنيع: تدعي بعض الدراسات أن الطاقة المستخدمة لتصنيع الخلايا لن تكون مربحة أبدًا خلال 20 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 *