الطاقة الشمسية هي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس اللذان قام
الإنسان باستخدامهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل
التكنولوجيا التي تتطور باستمرار. وتضم تقنيات استخدام الطاقة الشمسية استخدام
الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكي لحركة أو
لطاقة كهربائية، أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية باستخدام ألواح
الخلايا الضوئية الجهدية بالإضافة إلى التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال
الطاقة الشمسية، وهي تقنيات تستطيع المساهمة بشكل بارز في حل بعض من أكثر مشاكل
العالم إلحاحا اليوم
تُعزى معظم مصادر الطاقة المتجددة المتوافرة على سطح الأرض إلى الإشعاعات الشمسية
بالإضافة إلى مصادر الطاقة الثانوية، مثل طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة
الكهرومائية والكتلة الحيوية. من الجدير بالذكر أنه لم يتم استخدام سوى جزء صغير من
الطاقة الشمسية المتوافرة في حياتنا. يتم توليد طاقة كهربية من الطاقة الشمسية
بواسطة محركات حرارية أو محولات فولتوضوئية. وبمجرد أن يتم تحويل الطاقة الشمسية
إلى طاقة كهربية، فإن براعة الإنسان هي فقط التي تقوم بالتحكم في استخداماتها. ومن
التطبيقات التي تتم باستخدام الطاقة الشمسية نظم التسخين والتبريد خلال التصميمات
المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، والماء الصالح للشرب خلال
التقطير والتطهير، واستغلال ضوء النهار، وتسخين المياه، والطهو بالطاقة الشمسية،
ودرجات الحرارة المرتفعة في أغراض صناعية
تتسم وسائل التكنولوجيا التي تعتمد الطاقة الشمسية بشكل عام بأنها إما أن تكون نظم
طاقة شمسية سلبية أو نظم طاقة شمسية إيجابية وفقًا للطريقة التي يتم استغلال وتحويل
وتوزيع ضوء الشمس من خلالها. وتشمل التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية
الإيجابية استخدام اللوحات الفولتوضوئية والمجمع الحراري الشمسي، مع المعدات
الميكانيكية والكهربية، لتحويل ضوء الشمس إلى مصادر أخرى مفيدة للطاقة. هذا، في حين
تتضمن التقنيات التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية السلبية توجيه أحد المباني
ناحية الشمس واختيار المواد ذات الكتلة الحرارية المناسبة أو خصائص تشتيت الأشعة
الضوئية، وتصميم المساحات التي تعمل على تدوير الهواء بصورة طبيعية
الألواح الضوئية (بالإنجليزية: Photovoltaics) أو طاقة ضوئية جهدية هي نظام
كهروضوئي يستخدم الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية بكلفة زهيدة. وقد بدأت
المدن باستخدامها بصورة واسعة، خصوصا بعد ارتفاع أسعار النفط بصورة كبيرة. وتعمل
على تحويل طاقة أشعة الشمس مباشرة إلى طاقة كهربائية، ويمكن تخزين الطاقة
الكهربائية الناتجة في بطاريات ضخمة لاستخدامها في وقت غياب الشمس. ومن البديهي أن
دولاً كالسعودية والإمارات تهتم بهذه التقنية للحصول على الطاقة لتوفر أشعة الشمس
أغلب أيام السنة
شيدت في الولايات المتحدة مؤخرا أكبر محطتين في العالم لتوليد الكهرباء من الأشعة
الشمسية بواسط الألواح الضوئية . قدرة كل منهما 550 ميجاوات المحطة الأولى محطة
توباز سولار فارم للطاقة الشمسية والثانية محطة دسرت سنلايت للطاقة الشمسية، وبدأتا
العمل في نهاية عام 2014
بدءًا بالاستخدام المتزايد للفحم الذي تزامن مع الثورة الصناعية، تحول استهلاك
الطاقة بشكل ثابت من الخشب والكتل الحيوية إلى الوقود الحفري. ونتج التطور المبكر
لتقنيات استخدام الطاقة الشمسية، والذي بدأ في ستينيات القرن التاسع عشر، عن توقع
احتمالية ندرة الفحم في وقت قريب. ومع ذلك، فقد أصبح تطور تقنيات استخدام الطاقة
الشمسية أبطء في بدايات القرن العشرين نظرًا لازدياد استخدام الفحم والبترول
ولوفرته ورخص ثمنه. أدى حظر استخدام النفط في عام 1973 وأزمة الطاقة التي حدثت في
عام 1979 إلى إعادة تنظيم سياسات استهلاك الطاقة حول العالم وإعادة الاهتمام مجددًا
بتطوير تقنيات استخدام الطاقة الشمسية. وقد ركزت استراتيجيات توزيع الطاقة على
البرامج المحفزة مثل برنامج "استخدام الطاقة الفولتوضوئية الفيدرالي" في الولايات
المتحدة الأمريكية وبرنامج "صن شاين" في اليابان. كذلك، ومن مظاهر الجهود التي بذلت
أيضًا إنشاء أماكن ومعامل للبحث العلمي في الولايات المتحدة الأمريكية (معامل SERI
والمعروفة حاليًا بالمعامل القومية لمصادر الطاقة المتجددة وفي اليابان؛ (منظمة
تطوير تكنولوجيا الصناعة والطاقة الجديدة)وفي ألمانيا؛ جمعية فراونهوفر. ISE
بدأت سخانات الماء التجارية التي تعمل بالطاقة الشمسية في الظهور في الولايات
المتحدة الأمريكية في تسعينيات القرن التاسع عشر. وشهدت هذه الأجهزة استخدامًا
متزايدًا حتى عشرينيات القرن العشرين، ولكن تم استبدالها بالتدريج بوقود تسخين أرخص
ثمنًا وأكثر فاعلية. وكما هو الحال بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالطاقة
الفولتوضوئية، فإن سخانات الماء التي تعمل بالطاقة الشمسية جذبت الانتباه مجددًا
إليها نتيجةً لأزمة النفط في سبعينيات القرن العشرين، ولكن تقلص حجم هذا الاهتمام
في ثمانينيات القرن العشرين بسبب هبوط أسعار البترول. واستمر تطور أجهزة تسخين
الماء التي تعمل بالطاقة الشمسية بشكل مطرد على مدار التسعينيات وأصبح متوسط معدل
النمو 20% في السنة منذ 1999. وعلى الرغم من عدم الاهتمام بأجهزة تسخين الماء
بالطاقة الشمسية بشكل عام، فإنها تُعد أكبر تقنيات استخدام الطاقة الشمسية وأكثرها
شيوعًا، والتي وصلت قدرتها تقريبًا إلى 154 جيجا وات في عام 2007 القدرة الإنتاجية
العالمية من الطاقة الشمسية: تعدت القدرة الإنتاجية العالمية من الطاقة الشمسية
الآن (أكتوبر 2010) إلى 30 غيغاواط أي ما يكفي تزويد 10 ملايين أسرة بالطاقة
الشمسية النظيفة، حسب موقع نقودي
تاريخ
تم اكتشاف ظاهرة توليد الكهرباء من الضوء في أوائل القرن التاسع عشر، لكن لم
يتم تطبيقها بشكل فعلي حتى منتصف القرن العشرين. تم تطوير أول خلية ضوئية جهدية من
أجل برامج الفضاء في الولايات المتحدة، حيث كان عدد الخلايا قليلاً ومرتفعة الثمن.
وبدأ بتطوير الخلايا الكهروضوئية كمصدر للطاقة في مخابر الولايات المتحدة الأمريكية
في أوائل سبعينات القرن العشرين
استخداماتها
تستخدمها الإمارات العربية المتحدة في أكثر من مشروع بالتعاون مع ألمانيا في
المشاريع الخضراء وهي على سبيل المثال مستخدمة بصورة فعالة في منتجع محمية المها في
دبي. حيث يتوسطها فندق من فئة الخمسة نجوم تدار مرافقه بالكامل بالإضافة إلى
التبريد باستخدام الطاقة الكهربائية التي تولدها الألواح الضوئية وذلك حفاظا على
البيئة المحيطة ومنعا للتلوث. وقد حصل بسبب ذلك على جائزة المدن العربية وتستخدم في
تزويد الطاقة لأجهزة دفع رسوم مواقف السيارات وفي كثير من أعمدة إنارة الشوارع
كما أن السواتل والمركبات الفضائية تعتمدها في توليد الطاقة الكهربائية بصورة
مستمرة بالإضافة للاستخدامات العسكرية في كثير من الأسلحة والمواقع
علامة ايزو 9050: عام 2003. خاصة بجودة الزجاج في المباني حيث يُقاس مدى قدرته على
نقل ضوء الشمس المباشر لداخل المبنى ومدى جودته لنقل الطاقة الشمسية وكذلك الأشعة
فوق البنفسجية وغيرها من العوامل المتعلقة بمدى صقل الزجاج
علامة ايزو 9059: عام 1990.خاصة بالطاقة الشمسية، ومدى جدوى أجهزة البايروهيلوميتر
للقياس الميداني مقارنة بالنوع المنعكس من نفس الأجهزة
علامة ايزو 9060: عام 1990. خاصة بالطاقة الشمسية، تحديد وتصنيف أدوات قياس الإشعاع
الشمسي على نصف الكرة والمباشر
علامة ايزو 9488: عام 1999. خاصة بالطاقة الشمسية، المفردات
علامة ايزو 9553 : عام 1997. خاصة بالطاقة الشمسية، طرق اختبار أختام مطاطية تمت
إعادة تشكيلها وختم المركبات المستخدمة في المجمعات (باللغة الإنكليزية فقط)
علامة ايزو 9845 : عام 1992. خاصة بالطاقة الشمسية، يرجع إلى إرسال الإشعاع الطيفي
الشمسي في ظل ظروف استقبال مختلفة على الأرض، لجزء 1 : إرسال ضوء إشعاعي عادي مباشر
ونصف كروي للكتلة الهوائية قدرها 1.5 (باللغة الإنكليزية فقط)
علامة ايزو 9846 : عام 1993. خاصة بالطاقة الشمسية، مدى جدوى أجهزة بايروهيلوميتر
للقياس الميداني مقارنة بالنوع المنعكس من نفس الأجهزة
علامة ايزو 9847 : عام 1992. خاصة بالطاقة الشمسية، مدى جدوى أجهزة بايروهيلوميتر
للقياس الميداني مقارنة بالنوع المنعكس من نفس الأجهزة
علامة ايزو 9901: المنظمة الدولية للتوحيد القياسي / طن تبريد 9901 : عام 1990.
خاصة بالطاقة الشمسية—أجهزة بايروهيلوميتر للقياس الميداني، الممارسات الموصى بها
للاستعمال (باللغة الإنكليزية فقط)
علامة ايزو 10217|المنظمة الدولية للتوحيد القياسي / 10217 طن تبريد : عام
1989.خاصة بالطاقة الشمسية—نظم تسخين الماء—دليل اختيار المواد باعتبار معدل تآكل
جزيئاتها الداخلية
أنواع الخلايا الشمسية
خلية شمسية أحادية البلورة : وهو عبارة عن خلايا قُطعت من بلورة سيليكون مفردة
وكفاءة هذا النوع من الخلايا من 11 إلى 16% مما يعني أن امتصاص الخلايا من الإشعاع
القادم من الشمس الذي تبلغ قوته 1000 وات لكل متر مربع وذلك في يوم مشمس بالقرب من
خط الاستواء أي أن الواحد متر مربع من هذه الخلايا يمتص الإشعاع الشمسي بهذه
الكفاءة ينتج ما بين 110 إلى 160 وات وهو ذو كفاءة عالية مقارنة بالأنواع الأخرى
ولكنه مكلف اقتصادياً
خلايا شمسية متعددة البلورة: وهي عبارة عن رقائق من السليكون كُشطت من بلورات
سليكون أسطوانية ثم تعالج كيميائياً في أفران لزيادة خواصها الكهربية وبعد ذلك تغطي
أسطح الخلايا بمضاد الانعكاس لكي تمتص الخلايا أشعة الشمس بكفاءة عالية وكفاءة هذا
النوع من 9-13% وهو أقل كفاءة من البلورة الأحادية ولكنه أقل تكلفة اقتصادياً
خلايا شمسية غير متبلورة: وفيها مادة السيليكون تترسب على هيئة طبقات رفيعة علي
أسطح من الزجاج أو البلاستيك لذلك فإن تصنيع هذه الخلايا يتم بتقنية سهلة ولكن
كفاءتها أقل من 3 إلى 6% وأسعارها أيضا أقل. وهي مناسبة لتطبيقات من 40 وات إلى ما
أقل وكفاءته وتكلفته أقل من الأنواع المذكورة
تتسم هذه المنتجات بأن الخلايا مدعمة بإطار من الألومنيوم للحماية وأيضاً بزوج من
الدايود للحماية الكهربية
تطبيقات استخدام الخلايا في مجال الاتصالات عن بعد (شبكات الموبايل) في المؤسسات
الضخمة – الحماية الكاثودية – مضخات المياه – أنظمة الإضاءة
ثانياً أجهزة التحكم في الشحن (battery charge controllers) لأن استمرار شحن
البطارية بعد تمام شحنها يعرضها للتلف وأيضا سحب الشحن من البطارية عند قرب تفريغ
البطارية يتلفها أيضاً لذلك وجب وجود متحكم يعمل علي فصل البطارية بمجرد ان يتم
شحنها ووقف عملية سحب الفولت منها. وهذه المتحكمات موديلات تتراوح بين: 1- 8 امبير
(12 فولت الي 24) حيث يستخدم في أنظمة الأضاءة الصغيرة ونظم الخلايا المنزلية
وأيضاَ يستهلك ثمن ملي امبير. 2 يتحكم في بطارية جهدها 12 فولت الي 24 وشدة التيار
10 امبير يستخدم في التطبيقات الخفيفة المتوسطة. 3- متحكم التطبيقات المتوسطة 30
امبير وهو مزود بشاشة يستخدم في اضاءة الشوارع والاستخدامات التجارية وأيضاً أنظمة
الحماية 4- متحكم 960 امبير يستخدم في مقويات موجات الميكروويف (أبراج تقوية شبكات
المحمول
جاء في دراسة قامت بها المفوضية الأوروبية في إيطاليا وجدت أن مساحة الأسطح المتاحة
(مع اتجاه الجنوب أو الشرق أو الغرب) تبلغ 370.000.000 متر مربع، في حين أk تبلغ
الواجهات تقريبا = 200,000,000 متر مربع
إذا كانت هذه المساحات مغطاة بوحدات ضوء جهدية، سيكون من الممكن إنتاج نحو 130 تيرا
واط ساعة TWh سنويا، أي 130 ألف مليون كيلوواط في السنة وهو ما يعادل الاستهلاك
السنوي من الكهرباء من جانب أكثر من 30 مليون أسرة (الاستهلاك المتوسط لكل أسرة =
4.000 كيلو واط في السنة)
البطاريات تتراوح من 12 فولت (20 امبير \ساعة) الي 16850 امبير\ساعة (2 فولت)
ويتراوح عمر البطارية التي صممت عليه من 8 – 15 – 18 – 20 سنة. لمبات اضاءة مزودة
بخلايا شمسية بداً من الكشاف اليدوي حتي اللمبة الفلوروسنت الخطية ولهذه اللمبات
ميزات رائعة حيث أنها من الممكن ان تشحن من الكهرباء العادية بالإضافة لشحنها من
الخلايا الشمسية من الممكن ان تشحن من بطارية السيارة من الممكن ان تشحن منها
الهاتف المحمول وأيضاً هناك أعمدة انارة تعمل بالخلايا الشمسية وبطاريات للإضاءة
الليلية
تاريخ الخلايا الشمسية
إن أصل مصطلح "الضوئية" (photovoltaic) من اليونانية (φῶς (phōs)) ويعني
الضوء ومن اسم فولتا وهو فيزيائي إيطالي، فولت -وحدة تابعة للقوة الدافعة
الكهربائية-،و بذا أصبح المصطلح(photovoltaic) باللغة الإنجليزية منذ عام 1849
تم التعرف لأول مرة على تأثير الضوئية في عام 1839 من قبل الفيزيائي الفرنسي
بيكريل. ومع ذلك فقد تم بناء أول خلية ضوئية عام 1883 من قبل شارلز فريتز، الذي قام
بتغليف- السيلينيوم أشباه الموصلات- بطبقة رقيقة جدا من الذهب لتشكيل التقاطعات.
وكانت كفاءة الجهاز حوالي 1٪ فقط. وفي عام 1888 بنى الروسي الفيزيائي
الكسندرستوليتوف أول خلية كهروضوئية على أساس تأثير الكهروضوئي الخارجي الذي اكتشفه
هاينريش هيرتز في وقت سابق من عام 1887
وقد وضح ألبرت آينشتاين التأثير الكهروضوئي في عام 1905 وقد حصل على جائزة نوبل في
الفيزياء عام 1921، أكتشف فاديم فوشكوراف الوصلة الثنائية بي إن (p–n junction) في
Cu{\displaystyle _{2}}{\displaystyle _{2}}O وكبريتيد الفضة سنة 1941، وقد حصل
روسل أوهل على براءة اختراع لأشباه الموصلات في تقاطع الخلايا الشمسية الحديثة في
عام 1946، الذي تم اكتشافه في الوقت الذي تمت فيه سلسلة من التطورات التي عنيت
بالترانزستور
"بيل" تنتج عملياً الخلية الضوئية الأولى
لقد تم تطوير الخلية الضوئية الحديثة في عام 1954 في مختبرات بيل، وقد وضعت
لأول مرة خلية ذات كفاءة عالية للطاقة الشمسية من قبل شابين داريل، كالفين فولر
ساوثير وجيرالد بيرسون في عام 1954 باستخدام موزع تقاطع PN السيليكون في البداية،
وضعت الخلايا لغايات ألعاب الأطفال واستخدامات أخرى ثانوية، حيث أن تكلفة الكهرباء
التي تنتجها كانت عالية جدا، نسبياً، وكانت تكلفة الخلية التي تنتج 1 واط من الطاقة
الكهربائية في ضوء الشمس الساطع نحو 250 دولارا، مقارنة إلى 2 دولار إلى 3 دولارات
لإقامة مصنع للفحم. وتم انقاذ الخلايا الشمسية من الغموض من خلال اقتراح لإضافتها
إلى القمر الصناعي "فانغوارد"، الذي أطلق في عام 1958. في الخطة الأصلية، يتم تزويد
القمر الصناعي بالطاقة عن طريق البطارية فقط، فتستمر لفترة قصيرة.. لذلك بإضافة
الخلايا إلى خارج الجسم، يمكن تمديد الوقت بدون تغييرات كبيرة في المركبات الفضائية
أو نظام الطاقة فيها. كان هناك بعض الشكوك في البداية، ولكن الممارسة العملية
للخلايا أثبتت نجاحا كبيرا، وكانتبذا صممت الخلايا الشمسية للأقمار الصناعية
الجديدة، ولا سيما تلستار بيل نفسه. وكان التحسن بطيئا على مدى العقدين التاليين،
وكان الاستخدام على نطاق واسع في مجال التطبيقات الفضائية حيث أن نسبة القوة-الوزن
أعلى من أي تكنولوجيا منافسة. ومع ذلك، كان هذا النجاح أيضا السبب وراء بطء
التقدم؛مستخدمي الفضاء كانوا على استعداد لدفع أي شيء للحصول على الخلايا على أفضل
وجه ممكن، فليس هناك ما يدعو للاستثمار في حلول أقل تكلفة إذا كان هذا من شأنه أن
يقلل من الكفاءة. بدلا من ذلك، تم تحديد السعر من الخلايا إلى حد كبير في صناعة
أشباه الموصلات، انتقالهم إلى الدوائر المتكاملة في 1960s أدى إلى توافر أكبر بولز
بأسعار أقل نسبيا.و كما انخفضت أسعارها، انخفضت أسعار الخلايا الناتجة كذلك. وتم
حصر هذا التأثير، وحوالي عام1971 تشير التقديرات إلى أن أسعار الخلايا هي 100 دولار
لكل واحد واط
برمان"و تخفيضات الأسعار
في أواخر 1960، وكان إليوت بيرمان يقوم بالتحقيق في طريقة جديدة لإنتاج
السليكون(المادة الخام) في عملية الشريط.ومع ذلك، وجد القليل من الاهتمام في هذا
المشروع، وكان غير قادر على الحصول على التمويل اللازم لتطويره...و حين جاءت
الفرصة، قد قدم في وقت لاحق لفريق في إكسون الذين كانوا يبحثون عن مشاريع 30 عاما
في المستقبل. وكان الفريق قد توصل إلى أن تكلفة الطاقة الكهربائية سيكون أكثر بكثير
بحلول عام 2000، ورأت أن هذه الزيادة في الأسعار سيجعل المصادر البديلة للطاقة أكثر
جاذبية، وكانت الطاقة الشمسية الأكثر إثارة للاهتمام، وفي عام 1969، انضم بيرمان
ليندن، نيو جيرسي مختبر إكسون، الطاقة الشمسية شركة (أدنوك) وكان أول جهد كبير له
هو حشد السوق المحتملة لنرى ما إمكانيات الاستخدام كمنتج جديد، وأنها سرعان ما وجدت
أنه إذا تم تخفيض سعر لكل واط من 100/watt $ إلى حوالي $ 20/watt سيكون هناك طلب
كبير. مع العلم أن مفهومه للشريط قد يستغرق سنوات للتطوير، بدأ فريق تبحث عن سبل
للوصول إلأى سعر 20 $ باستخدام المواد الموجودة وكان أول تحسين هو إدراك أن الخلايا
الموجودة معتمدة على مستوى عملية تصنيع أشباه الموصلات، على الرغم من أنه لم يكن
مثاليا. بدأ هذا بتقطيعها إلى أقراص تسمى رقائق، تلميع الأقٌراص، وبعد ذلك لاستخدام
الخلية يتم طلائها بطبقة مضادة للانعكاس. وأشار بيرمان إلى أن الرقائق الخام مضادة
للانعكاس تماماً، وبجعل الأقطاب مباشرة على هذا السطح، تم القضاء على اثنين من
الخطوات الرئيسية في معالجة الخلية. وقام الفريق بتحسين الخلايا إلى صفوف، والقضاء
على المواد باهظة الثمن والأسلاك من ناحية استخدامها في تطبيقات الفضاء. وكان الحل
باستخدام لوحة الدوائر في الطبقة السفلية، والبلاستيك الاكريليك في الطبقة العلوية،
والغراء سيليكون بينهما،. كان أكبر تحسن في تحقيق بيرمان بأن سعر السيليكون الموجود
جيد جداً للاستخدام في الخلايا الشمسية، أما العيوب البسيطة فهو أن الرقاقة الفردية
للإلكترونيات قد يكون لها تأثير بسيط في تطبيق الطاقة الشمسية وبوضع كل من هذه
التغييرات موضع التنفيذ، بدأت الشركة في شراء السيليكون من الشركات المصنعة الحالية
وبتكلفة منخفضة جدا. باستخدام أكبر رقائق المتاحة، وبالتالي تقليل كمية من الأسلاك
لمنطقة معينة، وبحلول عام 1973 SPC كانت تنتج لوحات بسعر 10 دولارات للواط الواحد
وبيعها بمبلغ 20 واط الواحد، وهو خمسة أضعاف نقصان في الأسعار في غضون عامين
سوق التنقل
توصلت (SPC) إلى شركات صنع المحطات كسوق طبيعية لمنتجاتها، ولكن وجدت هذا
الوضع غريباً. وكانت الشركة الأساسية في مجال الطاقة هي أوتوماتيك باور، وهي الشركة
المصنعة للبطارية. مدركين أن الخلايا الشمسية قدتؤثرفي أرباحها، فقامت هذه الشركة
بشراء النموذج الأول من إلكترونيات هوفمان ونشرت ذلك وبما أنه لم يكن هناك أي
مصلحة في الطاقة في اوتوماتيك باور، وتحولت SPC إلى إشارة تايدلند، وهي شركة أخرى
للبطاريات التي شكلتها سابقا أوتوماتيكية المديرين. عرض تايدلند محطات التي تعمل
بالطاقة الشمسية. و بسبب الزيادة المتسارعة في عدد حاملات النفط البحرية ومرافق
التحميل فقد أنتج ذلك سوقا ضخمة بين شركات النفط. وبتحسن فرص تايدلند، بدأت
أوتوكاتيك باور بالبحث عن العروض الخاصة بهم من الألواح الشمسية. وجدوا ييركس
الشرعية الدولية لتوليد الطاقة الشمسية (SPI) في ولاية كاليفورنيا، الذي كان يبحث
عن السوق. تم شراء (SPI) من أكبر عملائها، عملاق النفط أركو، بتشكيل أركوللطاقة
الشمسية. مصنع للطاقة الشمسية أركو في كاماريللو، وكانت كاليفورنيا أول مكرسة لبناء
الألواح الشمسية، وكان في عملية مستمرة من شرائها من قبل أركو في عام 1977 إلى 2011
عندما تم إغلاقه بواسطة سولاروورلد. هذه السوق، وأدى هذا بالإضافة إلى أزمة النفط
عام 1973، إلى حالة مشكوكة. وكانت شركات النفط في تلك الفترة بسبب أرباحها الضخمة
خلال الأزمة، ولكنها كانت تدرك تماما أن النجاح في المستقبل ستعتمد على شكل آخر من
أشكال الطاقة. وبمرور بعض السنوات، وبدأت شركات النفط الكبرى بعدد من شركات الطاقة
الشمسية، وكانت لعدة عقود أكبر منتجي الطاقة الشمسية. إكسون، آركو، وشركة شل، أموكو
(التي تم شراؤها في وقت لاحق من قبل شركة بريتيش بتروليوم) وشركة موبيل وكان جميع
الشعب الشمسية الكبرى خلال 1970 و 1980. شركات التكنولوجيا لديها أيضا بعض
الاستثمارات، بما في ذلك شركة جنرال الكتريك، وموتورولا، آي بي إم، وتايكو
الأحداث الجارية
وقد حاولت غيرها من التقنيات دخول السوق. وكانت First Solar لفترة وجيزة
أكبر شركة مصنعة لوحة في عام 2009، من حيث القوة المنتجة سنويا، وذلك باستخدام
خلايا الأغشية الرقيقة التي تقع بين طبقتين من الزجاج. ومنذ ذلك الحين عادت ألواح
السيليكون من حيث انخفاض الأسعار وسرعة الإنتاج، وأدى ذلك إلى جود انخفاض في الطلب
الأوروبي بسبب الاضطراب في الميزانية وانخفضت أسعار وحدات الطاقة الشمسية على أساس
بلوري كذلك، إلى حوالي 1,09 $ (13) واط لكل في أكتوبر 2011، بانخفاض حاد لكل واط في
عام 2010
التطبيقات
كريستيلات الخلايا الضوئية
غالبا ما تكون الخلايا الشمسية مرتبطة كهربائيا وتصنف كوحدة نمطية.غالبا ما يكون
لوح من الزجاج على الجهة العليا باتجاه الشمس إلى الأعلى وعلى الجانب، مما يسمح
للضوء بالمرور مع حماية رقائق أشباه الموصلات من الاحتكاك والتأثر بسبب الرياح
يحركها الحطام، والمطر والبرد، وأيضا غير ذلك الخلايا الشمسية مرتبطة عادة في سلسلة
وحدات، إن ربط الخلايا بشكل متواز يحقق أعلى إنتاجية، إلا أن ال مشاكل كبيرة جدا مع
وجود الترتيب بالتوازي.
المواد
ان طريقة شوكلي – كويزار لتحديد أعلى قدر من الكفاءة النظرية للخلية
الشمسية. أشباه الموصلات مع فجوة بين 1 و 1.5eV، أو الضوء القريب من الأشعة تحت
الحمراء، يكون لها أكبر إمكانية لتشكيل خلية فعالة. (يمكن تجاوز كفاءة "الحد" هو
موضح هنا بواسطة الخلايا الشمسية متعددة التفرعات.) المواد المختلفة تبين قدرات
مختلفة ولها تكاليف مختلفة. يجب أن تحمل المواد اللازمة للخلايا الشمسية خصائص
مطابقة لطيف الضوء المتاح لكي تكون فعالة. وقد صممت بعض الخلايا الشمسية لتعمل
بكفاءة لتحويل موجات من ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض. ومع ذلك، يتم تحسين بعض
الخلايا الشمسية لامتصاص الضوء وراء الغلاف الجوي للأرض أيضا. ويمكن في كثير من
الأحيان استخدام ضوء مواد لامتصاص الضوء في تشكيلات مادية متعددة للاستفادة من
الاختلاف في امتصاص الضوء ولشحن آليات فصل مختلفة. ان المواد المستخدمة في الوقت
الحاضر للخلايا الشمسية الضوئية تشمل السيليكون أحادية والسيليكون متعدد
الكريستالات، السيليكون غير المتبلور، تلوريد الكادميوم، ونحاس الإنديوم من نوع
السيلينيد أو الكبريتيد يتم تصنيع العديد من الخلايا الشمسية المتوافرة حاليا من
مراكم تقطع إلى رقائق بسماكة بين 180-240 ميكرومتر سميكة والتي تتم معالجتها مثل
أشباه الموصلات الأخرى. تصنع مواد أخرى من طبقات رقيقة كالأفلام، والأصباغ العضوية،
والبوليمرات العضوية التي تترسب على مواد دعم. وهناك مجموعة ثالثة تصنع من البلورات
دقيقة جدا حاملة للطاقة (بلورات إلكترونية دقيقة).السليكون لا تزال المادة الوحيدة
التي تتمتع بمستوى جيد من الأبحاث في كل من أشكال المراكم وا الرقائق الدقيقة جداُ
السليكون البلوري
المقال الرئيسي: السيليكون أحادية والسيليكون متعدد الكريستالات، السيليكون
البلورى، وقائمة بأسماء منتجي السيليكون. البنية الأساسية لخلية شمسية مصنوعة من
السيليكون وآلية عملها. حتى الآن، المواد المتوفرة والأكثر انتشارا للخلايا الشمسية
هي السليكون البلوري (والتي يشار لها باختصار c-Si)، المعروف أيضا باسم "فئة
السيليكون الشمسية". يتم فصل سبائك السيليكون إلى فئات متعددة وفقا لمدى تبلورها
وحجمها في السبيكة الناتجة أو الشريط أو الرقاقة. يصنع السيليكون الأحادي (c-Si):
في كثير من الأحيان باستخدام عملية تشوخرالسكي. تميل خلايا رقائق الكريستال
الاحادية أن تكون باهظة الثمن
الفرق الوحيد بين الألواح الPoly و الMono هو المظهر
بما ان الألواح الMono اغلي سعرا السؤال الوحيد الذي يجب ان تطرحة نفسك عند
المفاضلة بين الألواح الشمسية الPoly و الMono هو:
هل انا مستعد لدفع فرق السعر للحصول علي هذا المظهر الأفضل؟
فلو كنت تقوم بتنفيذ مشروع في مبني مؤسسة , و الغرض من التنفيذ هو مثلأ الحصول علي
شهادة “مبني صديق للبئية” و عمل دعاية للمؤسسة, بالتأكيد الأفضالية للخلأيا الMono
في هذه الحالة
اما أذا كنت مثلآ فلاح بسيط يريد انشاء محطة لضخ مياه من بئر جوفي, فمن المضحك ان
تختار خلأيا Mono و تدفع اموال اكثر دون اي داعي. و لأ تدع بائع جاهل او مراوغ
يقنعك بعكس ذلك
لأ يوجد اي افضلية بين الألواح الأحادية Mono و المتعددة الكريستالات Poly من حيث
توليد الكهرباء
فانوعين لهم نفس الصفات الأتية:
توليد كهرباء متطابق! عند مقارنة انتاجية 100 وات خلايا Mono مع 100 وات
خلايا Poly, نجد توليد الكهرباء متساوي
فتعريف ال100 وات خلايا هي قدرتها علي توليد 100 وات/ساعة عند ظروف معملية محددة.
اما محاولة التفريق بين انتاجية انواع الخلايا ذو القدرة المتساوية فهو امر مضحك و
غاية السذاجة.
لأن ببساطة لو المصنع وجد انتاجية الخلية عند اجراء الأختبار اكثر من 100 وات و
ليكن مثلأ 105 سوف يكتب عليها 105 فورأ ليزيد من ارباحه و لأ يعطي هذا الفرق
للمستهلك بالمجان!!
إذا لأ صحة لخرافة ان الألواح الMono تنتج كهرباء اكثر
مقاسات الألواح متطابقة و التوفير في المساحة بسيط جدا
عند قيامك بشراء لوح شمسي Poly بقدرة 250-265 وات من اي تاجر سوف تجد مساحته 99 *
164 سم
و عند البحث عن لوح Mono قدرته 270-280 وات باي مكان في العالم سوف تجد ان مساحته
99 * 164 سم ايضأ!!!!
و مرة اخري نتحدي اي احد يستطيع ان يأتي لنا بلوحة شمسية مساحتها مختلفة عن هذه
الأرقام
و يتم تصنيع النوعين بمقاسات متطابقة حتي تكون هناك نظم تثبيت قياسية تصلح لجميع
الموديلات.
و التطور الذي يحدث مع الزمن يزيد من قدرة اللوح مع الحفاظ علي هذه المقاسات
القياسية
فلأ نجد مثلا ان عند تصنيع خلايا و موديل احدث مقاس اللوح يصبح 97 * 160 بدل 99 *
264.
بل نجد ان المقاس يظل ثابت مع التطور و لكن قدرة الموديلات الحديثة اصبحت 285 وات
بدل 250 وات منذ عامين
التوفير في المساحة بين الMono و الPoly يأتي من قدرات الألواح المتزفرة تجاريا في
الأسواق
فنجد حاليا الواح Mono 280 وات في المقاس 99 * 165
بينما اقصي وات في الألواح الPoly عند نفس المقاس = 265 وات
التوفير في المساحة = 280-265/265 =
5.6% فقط
إذا لأ صحة لأكذوبة ان الخلايا الMono كفائتها اعلي بكثير فتحتاج الي مساحة اقل
بكثير!!!
التاثير بدرجات الحرارة متطابق ايضا
و في هذه النقطة تنتشر الخرافات بصورة كبيرة و متشعبة, تتحدث عن فروق وهمية بين
النوعين نتيجة الحرارة المرتفعة و الجليد و خلافه, دون اي سند علمي
و لكن عند قراءة الDatasheet الذي يتم كتباتها بواسطة الشركات المنتجة لأي لوحة سوف
نكتشف ان الفرق بين النوعين في ما يتعلق بتأثير الحرارة يعتبر فرق هامشي جدأ ليس له
اي نتيجة ملموسة عند التطبيق العملي, حيث ان الخلايا الأحادية Mono و المتعددة
الكريستالات لديها معامل درحة حرارة متساوي pMax من -0.42٪ إلى -0.49٪
و الحقيقة هذه النتيجة منطقية جدأ نتيجة ان النوعين مصنوعين من نفس المادة و هي
السيلكون
العمر الأفتراضي متطابق
كما سبق النوعين مصنوعين من نفس المادة و لهم نفس العمر الأفتراضي
و نفس الDegradation (فاقد الأنتاجية السنوية مع العمر)
و نفس فترة الضمان
نتحدي اي احد يأتي لنا بمعلومة عن شركة تقوم بأعطاء ضمان للألواح الPoly بفترة
زمانية و شروط مختلفة عن ضمان الألواح الMono
و لكن إذا كانت كفائة الخلايا الMono 20% و الPoly 17% اين ذهب هذا الفرق؟؟؟
1- موديلات ألألواح المونو ذات نفس المقاس لها وات اعلي من الموديلات الPoly (و لكن
الوات الواحد قدرة ينتج نفس الكهرباء كما سبق شرحه)
2- انه عن النظر الي الخلية الMono تجد بوضوع ان حوافها مشطوفة, هذه الحواف الفارغة
لأ نتتج اي كهرباء
مقدار الطاقة الشمسية القادمة إلى الأرض
يستقبل كوكب الأرض 174 بيتا واط من الإشعاعات الشمسية القادمة إليه (الإشعاع
الشمسي) عند طبقة الغلاف الجوي العليا. وينعكس ما يقرب من 30% من هذه الإشعاعات
عائدة إلى الفضاء بينما تُمتص النسبة الباقية بواسطة السحب والمحيطات والكتل
الأرضية. ينتشر معظم طيف الضوء الشمسي الموجود على سطح الأرض عبر المدى المرئي
وبالقرب من مدى الأشعة تحت الحمراء بالإضافة إلى انتشار جزء صغير منه بالقرب من مدى
الأشعة فوق البنفسجية
تمتص مسطحات اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي الإشعاعات الشمسية، ويؤدي ذلك إلى
ارتفاع درجة حرارتها. يرتفع الهواء الساخن الذي يحتوي على بخار الماء الصاعد من
المحيطات مسبباً دوران الهواء الجوي أو انتقال الحرارة بخاصية الحمل في اتجاه رأسي.
وعندما يرتفع الهواء إلى قمم المرتفعات، حيث تنخفض درجة الحرارة، يتكثف بخار الماء
في صورة سحب تمطر على سطح الأرض، ومن ثم تتم دورة الماء في الكون. تزيد الحرارة
الكامنة لعملية تكثف الماء من انتقال الحرارة بخاصية الحمل، مما يؤدي إلى حدوث بعض
الظواهر الجوية، مثل الرياح والأعاصير والأعاصير المضادة. وتعمل أطياف ضوء الشمس
التي تمتصها المحيطات وتحتفظ بها الكتل الأرضية على أن تصبح درجة حرارة سطح الأرض
في المتوسط 14 درجة مئوية. ومن خلال عملية التمثيل الضوئي الذي تقوم به النباتات
الخضراء، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كيميائية، مما يؤدي إلى إنتاج الطعام
والأخشاب والكتل الحيوية التي يُستخرج منها الوقود الحفري
يصل إجمالي الطاقة الشمسية التي يقوم الغلاف الجوي والمحيطات والكتل الأرضية
بامتصاصها إلى حوالي 3.850.000 كونتليون جول في العام. وفي عام 2002، زادت كمية
الطاقة التي يتم امتصاصها في ساعة واحدة عن كمية الطاقة التي تم استخدامها في
العالم في عام واحد. يستهلك التمثيل الضوئي حوالي 3.000 كونتليون جول من الطاقة
الشمسية في العام في تكوين الكتل الحيوية. تكون كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى
سطح الأرض كبيرة للغاية، لدرجة أنها تصل في العام الواحد إلى حوالي ضعف ما سيتم
الحصول عليه من مصادر الطاقة الموجودة على الأرض مجتمعة معًا، كالفحم والبترول
والغاز الطبيعي واليورانيوم الذي يتم استخراجه من باطن الأرض. سوف يظهر في الجدول
الخاص بمصادر الطاقة أن الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح أو طاقة الكتلة الحيوية
ستكون كافية لتوفير كل احتياجاتنا من الطاقة، ولكن الاستخدام المتزايد لطاقة الكتلة
الحيوية له تأثير سلبي على الاحتباس الحراري وزيادة أسعار الغذاء بصورة ملحوظة بسبب
استغلال الغابات والمحاصيل في إنتاج الوقود الحيوي. لقد أثارت طاقة الرياح والطاقة
الشمسية موضوعات أخرى، باعتبار أنها من مصادر الطاقة المتجددة
يمكن استخدام الافوميتر Multimeter العادي لقياس اللوح الشمسي
https://www.wikihow.com/Use-a-Digital-Multimeter
هذا الاسهل والاخف فقط ويمكنك الاصلي
https://www.amazon.com/Etekcity-Multimeter-MSR-R500-Electronic-Multimeters/dp/B01N9QW620
هناك نوعان من القراءات المختلفة التي يجب التحقق منها للتأكد من ان الألواح
الشمسية تعمل بشكل صحيح ورؤية كمية الطاقة التي تولدها
قياس الفولت Voc
– يتم فصل الألواح الشمسية تماما من البطارية ومنظم الشحن
– يتم توجيه اللوح نحو الشمس
– ضمان أن يتم تعيين الأفوميتر لقياس الجهد بين القطب الموجب و السالب للألواح
قياس الامبير Isc يتم عمل نفس الخطوات السابقة و لكن بتعيين الأفوميتر لقياس التيار
و يمكن ببساطة قياس قدرة اللوح بعد قراءة هذه القيم باستخدام المعادلة الأتية
القدرة = الفولت * الأمبير
فمثلأ لو كانت قراءة الفولت 37.5 و الأمبير 6
يكون قدرة اللوح = 37.5 * 6 = 225 وات
من المعروف ان قدرة اللوحة يتم تحديدها بناء علي اختبار معملي تحت درجة حرارة 25
مئوية و ظروف خاصة في المعمل
بالتالي من المستحيل الحصول علي نفس قيمة القدرة المكتوبة علي اللوحة عند اجراء
قياس الجهد و التيار بالطريقة السابقة
و لكن يمكن معرفة كفائة اللوحة المراد اختبارها بمقارنتها بلوحة اخري يتم اختبارها
في نفس الزمان و المكان
و بصورة تقريبية يجب ان لا تقل قدرة اللوحة عند قياسها عن 80% من القدرة المكتوبة
عليها, و ذلك عند اجراء الأختبار في منتصف النهار مع توجيه اللوحة عمودية علي اشعة
الشمس
كما يمكن استخدام هذا الأختبار البسيط لقياس و تحديد اي لوحة معيوبة من ضمن طرد
كبير
والمعلومات كثيره ونختصر الموضوع لمفيد فقط : المتطلبات
الاساسيه 3 شغلات
المنظم والبطاريه والالواح والعمدان باسم Solutions
for wind energy لها شرح اخر
منظم الشحن (solar charge controller) جهاز الكتروني يقوم بتنظيم الجهد الكهربائي
الوارد من الخلايا قبل مروره الي البطاريات والصادر من البطارية الى الحمل
الكهربائي وذلك للمحافظة على البطاريات المستخدمة والتاكد من شحنها واستخدامها
بصورة أمثل
وظائف الشاحن الشمسي
تنظيم شحن البطاريات بمعنى السماح بالشحن الكامل دون الوصول إلى حالة الشحن الزائد.
فمثلأ لو كانت البطاريات المستخدمة من نوع الجل من المعروف ان جهد 12.85 يعني وصول
البطارية الي شحن بنسبة 100%, نجد المنظم يقوم بعملية شحن سريع حتي الوصول الي جهد
12.60 فولت (75% نسبة شحن). ثم بعدها تتناقص تدريجيا سرعة الشحن بصرف النظر عن
التيار القادم من الألواح حتي يتم الوصول الي الجهد 12.85 (شحن كامل), و بعدها
تتوقف عملية الشحن تماما و يتم فصل التيار القادم من الألواح. كل هذه العملية هدفها
الحفاظ علي عمر بطاريات النظام
تنظيم الجهد الكهربائي الوارد من الألواح قبل مروره الي البطاريات مثال: مع العرف
ان الألواح القياسية 250-265 وات جهدها Voc=37.5 عند توصيل عدد 2 لوح علي التوالي
يكون الجهد القادم من الخلايا 75V مطلوب شحن بنك بطاريات 48 فولت يتكون من 4
بطاريات 12V علي التوالي
https://alsafrani.blogspot.com/2015/01/solar-energy.html
هناك نوعين اساسين من الشواحن هما PWM و MPPT
0 تعليقات