في كل مكان تنظر إليه، ترى المزيد والمزيد من الألواح الشمسية تظهر. يعرف معظم الناس بالفعل أن الألواح الشمسية تولد الكهرباء وأنه يمكن تركيبها في المنازل والشركات من أجل توفير المال على فواتير الكهرباء.
ولكن إذا كنت من النوع الفضولي ووجدت نفسك تسأل، “كيف تعمل الألواح الشمسية؟”، استمر في القراءة، حيث نكتشف بعض الغموض المحيط بالطاقة الشمسية في هذه المدونة.
كيف تعمل الألواح الشمسية: ابتداء من البداية
أولا، دعونا نلقي نظرة على الشمس. إنه مفاعل نووي عملاق يبعد عنا 93 مليون ميل ويطلق الطاقة في كل اتجاه في شكل حزم صغيرة تسمى الفوتونات .
يصل ما يكفي من هذه الفوتونات إلى سطح الأرض كل ساعة لتوفير كهرباء أكثر مما نستخدمه في جميع أنحاء العالم في عام كامل.
الحيلة هي تسخير تلك الطاقة بطريقة مفيدة – وهو بالضبط ما تفعله الألواح الشمسية.
اقرأ أيضا:
كيف تعمل الألواح الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء؟
الألواح الشمسية عبارة عن مجموعة من العديد من الخلايا الكهروضوئية (PV) المغطاة بالزجاج الواقي والمثبتة معًا بإطار معدني. هذا هو السبب في أن الاسم الرسمي للوحة الشمسية هو “وحدة PV”. هذه الخلايا الشمسية الكهروضوئية مصنوعة من مادة شبه موصلة، عادة من السيليكون، والتي يتم تقطيعها إلى شرائح رفيعة للغاية.
كل خلية PV لها طبقة سلبية وطبقة موجبة. تحتوي الطبقة السالبة على إلكترونات إضافية والطبقة الموجبة بها مساحة لتلك الإلكترونات. تعمل الكهرباء على تحريك الإلكترونات، لذلك لكي تولد الألواح الشمسية الكهرباء، نحتاج فقط إلى بعض الطاقة لإفشال تلك الإلكترونات بحيث تتدفق من الطبقة السالبة إلى الطبقة الموجبة.
جديلة الشمس. إن الفوتونات القادمة من الشمس والتي تضرب سطح كوكبنا طوال اليوم هي المفتاح للإجابة على سؤال حول كيفية عمل الألواح الشمسية.
تفرز الطاقة الناتجة عن تلك الفوتونات الإلكترونات في الجانب السلبي من الخلية الكهروضوئية وتحريكها، مما يعني أن الكهرباء تتدفق الآن. وهذا ما يسمى التأثير الكهروضوئي .
لكن هذه مجرد بداية قصة فهم كيفية عمل الألواح الشمسية لأن تلك الإلكترونات تحتاج إلى مسار لتتبعه ويجب أن تكون الكهرباء في شكل مفيد. اذن كيف حدث ذلك؟
المسار الذي نخلقه للإلكترونات يسمى الدائرة. عندما يغادرون الطبقة السلبية للخلية الكهروضوئية، نريدهم أن يتدفقوا عبر أحمالنا (مثل الأضواء والأجهزة الخاصة بنا) حتى تتمكن الإلكترونات من إعطاء الطاقة لتلك الأحمال وهي تشق طريقها إلى الطبقة الإيجابية للخلية الكهروضوئية.
اقرأ أيضا:
تدفق الكهرباء مهم
تنتج الألواح الشمسية كهرباء التيار المباشر (DC) ولكن توليد الكهرباء الذي نستخدمه في منازلنا هو التيار المتردد (AC). لإصلاح هذه المشكلة، نضيف عاكسًا إلى دائرتنا. بعد ذلك، يقوم العاكس بتحويل طاقة التيار المستمر إلى طاقة التيار المتردد.
يعد العاكس عاملاً رئيسيًا في تحديد كيفية عمل الألواح الشمسية لأنه بدون العاكس في نظامنا الكهروضوئي، لا يمكننا فعل الكثير مع الطاقة المولدة من الألواح الشمسية.
تأتي العواكس بأشكال وأحجام عديدة، ويعتمد النوع الذي يجب عليك استخدامه على عدة عوامل، من بينها:
- التكلفة: ينتج عن المحولات الصغيرة إنتاج أكبر ولكنها تكون أكثر تكلفة بشكل عام
- ما إذا كان سيتم تظليل جزء من المصفوفة الشمسية أم لا: ينتج عن أي تظليل انخفاض كبير في الإخراج إذا تم استخدام عاكس سلسلة.
اقرأ أيضا:
النوعان الرئيسيان من المحولات هما المحولات الدقيقة ومحولات السلسلة .
Microinverters
أجهزة Microinverters هي أجهزة صغيرة يمكن تركيبها أسفل لوحة شمسية مباشرة. تم تصميم Microinverters للتعامل مع الطاقة الكهربائية من لوح شمسي واحد (أو في بعض الأحيان اثنين)، وتحويل التيار المستمر إلى التيار المتردد على الفور. حتى أن بعض الشركات المصنعة تصنع الألواح الشمسية ذات المحولات الدقيقة المدمجة في التصميم، ويطلق عليها “وحدات التيار المتردد”.
محولات الأوتار
تم تصميم محولات “السلسلة” الأكبر حجمًا، والمعروفة أيضًا باسم العاكسات المركزية، لتحويل طاقة التيار المستمر للعديد من الوحدات الكهروضوئية. تأتي هذه بأحجام صغيرة تصل إلى 3 كيلوواط والتي من شأنها أن تعمل من 10 إلى 12 لوحة شمسية أو كبيرة تصل إلى 5 ميغاواط يمكنها تحويل الطاقة من ما يصل إلى 20000 لوحة شمسية.
باستخدام هذه الأنواع من محولات الطاقة الشمسية الخيطية، يمكنك توصيل الألواح الشمسية معًا في سلسلة من “الأوتار” وتزويد العاكس بجهد تيار مستمر. يقوم العاكس بعد ذلك بنقله إلى جهد التيار المتردد المناسب للمنزل أو العمل حيث يتم تثبيت النظام.
ما هي كفاءة الطاقة الشمسية وماذا تعني حقًا؟
يقيس تصنيف الكفاءة النسبة المئوية لأشعة الشمس التي تصطدم بالخلية الشمسية والتي يتم تحويلها إلى كهرباء قابلة للاستخدام. كلما زادت الكفاءة، قلت مساحة السطح التي ستستغرقها الألواح الشمسية لتلبية متطلباتك من الطاقة – ولكن كلما ارتفع السعر.
يربط بعض الأشخاص مستويات كفاءة أعلى بلوحات عالية الجودة، لكن هذا ليس صحيحًا بالضرورة. تعني الكفاءة العالية أن نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاص بك سوف يستخدم مساحة أقل على سطح منزلك. لذلك، فإن أولئك الذين يعيشون في مناطق عالية الكثافة ولديهم مساحة محدودة للغاية للطاقة الشمسية يهتمون بشكل عام بمستويات الكفاءة.
كيف تعمل الألواح الشمسية: ربطها جميعًا معًا
لإكمال قصة كيفية عمل الألواح الشمسية، في نظام قياسي مرتبط بالشبكة، تغذي كهرباء التيار المتردد من العاكس المنزل أو المبنى التجاري. تقوم طاقة التيار المتردد بتشغيل الأحمال الكهربائية مثل الأضواء والأجهزة وأجهزة الكمبيوتر ومكيفات الهواء والآلات.
مع القياس الصافي ، إذا كانت الألواح الشمسية تولد طاقة أكثر مما تستخدمه تلك الأحمال، فسيتم تغذية الطاقة الزائدة لشركة المرافق. يتم تتبع هذه الطاقة الزائدة عن طريق عداد الكهرباء وستمنحك شركة المرافق ائتمانًا لذلك. إذا كانت الأحمال تحتاج إلى طاقة أكبر مما تولده الألواح الشمسية، فإن الطاقة الإضافية المطلوبة تأتي من شركة المرافق وأنت تستخدم الاعتمادات التي قمت بتكوينها.
في نهاية الشهر، ستقوم شركة الكهرباء بتسوية أرصدة الكهرباء التي قدمتها لهم ورسوم الكهرباء التي استخدمتها.
الآن بعد أن أصبح لديك إجابة على “كيف تعمل الألواح الشمسية؟”، يمكنك البدء في البحث عن شركة محلية للطاقة الشمسية لتركيب بعضها لك!