مثير للإعجاب

كيف تعمل الألواح الشمسية الكهروضوئية بالضبط؟

كيف تعمل الألواح الشمسية الكهروضوئية بالضبط؟

أصبحت الألواح الكهروضوئية الشمسية شائعة اليوم. العديد من الأسطح حول العالم مغطاة بها الآن.

لكن كيف يعملون في الواقع؟ هيا نكتشف.

ذات صلة: إيجابيات وسلبيات استخدام الطاقة الشمسية

كيف تعمل الألواح الشمسية خطوة بخطوة

باختصار ، تعمل الألواح الكهروضوئية الشمسية على تحويل الضوء من الشمس إلى كهرباء. للقيام بذلك مطلوب عدة خطوات ، كما تتخيل.

الخطوة الأولى في الدورة بأكملها هي توليد الضوء. شمسنا ، G2V (ثاني أحر فئة G الصفراء ، التسلسل الرئيسي) ونجم الجيل الثالث ، هي مفاعل اندماج نووي عملاق.

نظرًا لأنه يجمع الذرات معًا تحت ضغط ودرجة حرارة كبيرين في قلبها ، فإن منتجًا ثانويًا لهذه العملية ، بصرف النظر عن الكميات الهائلة من الحرارة (حول 15 مليون درجة مئوية) ، كمية وفيرة من الضوء.

ينتقل هذا الضوء من موقع الاندماج الذري إلى سطح الشمس ، ويستغرق أحيانًا مئات الآلاف من السنين للقيام بذلك.

بمجرد وصوله إلى سطح الشمس ، يتشتت الضوء في الفضاء من حوله. الضوء ، كما نعلم جميعًا ، يتكون من حزم صغيرة ، أو كوانتا ، تسمى الفوتونات.

تنتقل هذه الفوتونات في فراغ الفضاء في جميع الاتجاهات ، مع وصول كمية صغيرة جدًا منها إلى الأرض. للسفر في93 مليون ميل بيننا وبين الشمس ، بسرعة الضوء ، حول 8.5 دقائق.

كل ساعة تقوم أعداد لا حصر لها من الفوتونات بإشعاع أرضنا مما يوفر كميات هائلة من الطاقة للحياة. تشير التقديرات إلى أنه إذا استطاعت البشرية الاستفادة من الغالبية العظمى من هذا ، فيجب أن يكون ذلك كافياً لتلبية احتياجات الطاقة العالمية لمدة عام كامل.

لكن للقيام بذلك ، نحتاج إلى شكل من أشكال التكنولوجيا للقيام بذلك. كان أحد حلولنا الرئيسية هو تطوير الخلية الكهروضوئية.

تستخدم هذه التقنية أشباه الموصلات ، عادةً السيليكون ، لحبس هذه الفوتونات وتحويلها إلى تيار كهربائي. أشباه الموصلات هي مواد تعمل كموصلات كهربائية وعوازل في ظل ظروف معينة.

عندما اصطدمت فوتونات الشمس ، التي يبلغ عمرها مئات الآلاف من السنين ، بالخلية الشمسية ، فإنها تزيل الإلكترونات من ذرات أشباه الموصلات.

لكي تكون هذه الإلكترونات مفيدة لنا ، يجب حصادها أو جمعها في مكان ما لتوليد تيار كهربائي. من أجل تحقيق ذلك ، هناك حاجة إلى خلل كهربائي داخل الخلية الكهروضوئية.

يمكنك تشبيه هذا بمنحدر يمكن أن تتدفق فيه الإلكترونات في نفس الاتجاه. تتكون الألواح الكهروضوئية عادة من طبقتين من أشباه الموصلات

لتحقيق ذلك ، تتكون لوحات الكمبيوتر الشخصي من عدة طبقات من أشباه الموصلات محصورة معًا. يتم "مخدر" كل طبقة من أشباه الموصلات ببعض المواد الأخرى لجعلها إما موجبة أو سالبة الشحنة.

عادة ما يكون الفوسفور هو العامل "المنشط" المفضل للطبقة العليا لمنحه شحنة سالبة ، ويعرف أيضًا باسمن نوع السيليكون. يستخدم البورون عادة في الطبقة السفلية ذات الشحنة الموجبة ، ويعرف أيضًا باسمف نوع السيليكون.

هذا الإعداد يهيئ الخلية لإنشاء دائرة كهربائية بمجرد إطلاق الإلكترونات. لكن هناك حاجة إلى بعض المكونات الأخرى لتجميع هذه الإلكترونات وتحويلها إلى طاقة قابلة للاستخدام.

"الصفائح المعدنية الموصلة على جانبي الخلية تجمع الإلكترونات وتنقلها إلى أسلاك. عند هذه النقطة ، يمكن للإلكترونات أن تتدفق مثل أي مصدر آخر للكهرباء". - لايفساينس.كوم.

مع تدفق المزيد والمزيد منها عبر الدائرة ، يتم توليد الكهرباء الحالية المباشرة التي يمكن استخدامها في عمل مفيد. لكن أولاً ، يجب تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد (AC) لاستخدامه في معظم الأجهزة الكهربائية في منزلك.

للقيام بذلك ، يتم تمرير التيار المستمر إلى جهاز يسمى العاكس الشمسي. هذه لا تولد تيار تيار متردد فحسب ، بل توفر أيضًا حماية ضد خطأ الأرض لمجموعة اللوحة.

مرة واحدة في شكل التيار المتردد ، يمكن استخدام التيار الكهربائي لتشغيل عدد لا يحصى من الأجهزة الكهربائية في منزلك. أو ، بدلاً من ذلك ، يمكن إرسالها إلى الشبكة الوطنية - - عادةً ما تجتذب شكلاً من أشكال المكافآت.

تتكون كل لوحة شمسية من العديد من الخلايا الكهروضوئية وعادة ما تتكون التركيبات الكهروضوئية من ألواح متعددة لتشكيل مجموعة PV.

كلما زاد عدد الألواح الكهروضوئية ، زاد حجم المصفوفة ، وزاد احتمال توليد الكهرباء.

هل تنفد الإلكترونات من الألواح الشمسية؟

ببساطة لا ، هذا غير ممكن. وذلك لأن الألواح الكهروضوئية تعمل عن طريق تحرير الإلكترونات من مواد أشباه الموصلات "المخدرة" داخل الخلية التي تشكل دائرة ثم تعود إلى أشباه الموصلات داخل اللوحة.

وينطبق الشيء نفسه على أي دائرة كهربائية. هنا تتدفق الإلكترونات كتيار كهربائي عبر حلقة مغلقة.

"الدوائر لا تخلق أو تدمر أو تستهلك أو تفقد الإلكترونات. إنها تحمل الإلكترونات في دوائر." - wtamu.edu.

يولد الجهاز بأكمله ، عند تعرضه لأشعة الشمس ، دائرة كهربائية تتدفق في اتجاه واحد عبر الجهاز الكهروضوئي ، ومكوناتها الإضافية.

"يتم جمع الإلكترونات الموجودة في مقدمة الخلية بواسطة خطوط شبكية رفيعة جدًا تُطبع على السطح الأمامي للخلية. وتتدفق إلى أشرطة باص سميكة (أشرطة معدنية أو قضبان لتوزيع الطاقة الكهربائية) ، مثل السيارات الفردية في الشوارع السكنية كلها التشويش على طريق سريع - باستثناء أنهم جميعًا يسافرون بسرعة تقترب من سرعة الضوء!

يتدفق التيار الكهربائي بعد ذلك إلى دائرة حيث يتخلى عن جهده كطاقة كهربائية. ثم تستمر الإلكترونات المنهكة في التدفق في الدائرة الكهربائية حتى يتدفق عائدًا إلى الجانب الخلفي للخلية الشمسية ، حيث تتحد مجددًا مع الثقوب التي خلفتها في الأصل وراءها. "- interplaylearning.com.

لهذا السبب ، لا "تنفد" الإلكترونات من الخلايا. إنها تتدفق دائمًا حول وحول الدائرة التي تم إنشاؤها داخل الخلية الكهروضوئية.

يتم إنشاء جهد جهد بواسطة فوتونات من الشمس والتي تتخلى عن بعض طاقتها في حمل الدائرة. ثم يتدفق هذا مرة أخرى إلى الخلية الشمسية مرة أخرى وتتكرر العملية مرارًا وتكرارًا - طالما كان هناك ضوء الشمس بالطبع.

كيف تعمل الألواح الشمسية المحمولة؟

الألواح الشمسية المحمولة ، كما يوحي الاسم ، عبارة عن ألواح كهروضوئية يمكن نقلها واستخدامها بسعة متنقلة. وهي تختلف عن الألواح الكهروضوئية التقليدية ، والتي تكون ثقيلة ومرهقة مقارنةً بها وتميل إلى استخدامها في إعداد ثابت أو ثابت.

وظيفتها الأساسية هي في الأساس نفس المصفوفات التجارية والمحلية الأكبر. تميل المصفوفات الكهروضوئية المحمولة إلى أن تكون أكثر إحكاما وأصغر في الحجم.

قد تأتي أيضًا مع ميزات إضافية مثل التصميم القابل للطي أو المسند وسيختلف مظهرها الجمالي بشكل كبير.

تميل إلى امتلاك قدرة توليد طاقة أقل من المصفوفات الكهروضوئية الأكبر وهي مصممة خصيصًا للاستخدام في مواقع المعسكرات أو رحلات المركبات الترفيهية. يمكن أن تولد المصفوفات الكهروضوئية السكنية النموذجية حولها 30 كيلوواط ساعة من الكهرباء يوميا.

من ناحية أخرى ، عادة ما تكون الأجهزة المحمولة قادرة فقط على توليد ما بين 5 و 10٪ من هذا المبلغ. ولكن نظرًا لأنه يجب أن يكون لديك عدد أقل من الأجهزة الكهربائية عليك ، إلا إذا كنت ترغب في حمل جهاز 40 بوصة التلفزيون وجهاز Playstation 4 معك ، يجب أن يكون هذا أكثر من كافٍ.


شاهد الفيديو: تجربة تشغيل منزل بالكامل بالطاقة الشمسية inverter 5kva (يونيو 2021).