كفاءة الخلية الشمسة الكهروضوئية Solar Cell Efficiency

1.1. عوامل تؤثر على كفاءة الخلية

       عندما يسقط الاشعاع الشمسي على سطح الحلية الشمسية بعض منه ينعكس الى الفضاء و بعضه تُمتص بواسطة الخلية و هذا هو الجزء المستفاد في توليد الكهرباء, اذاً هناك فقدان للاشعاع الشمسي بطرق مختلفة و كل ذلك يقلل فرص الاستفادة بشكل كامل من الاشعاع الشمسي[1].

2.1.(Packing Factor (PF

   المقصود به المساحة التي تشغلها الخلايا في اللوحة الشمسي الى مساحة اللوح الشمسي. بمعنى أن مساحة اللوح الشمسي لا تمثل مساحة الخلايا ككل و ذلك لان هنا مسافة بين الخلايا بالاضافة الى حواف اللوح نفسه فهي مشغولة بمواد لحماية الخلايا واللوح من التلف و الكسر [1].

المساحة المغطية بالخلايا= مساحة الللوح * (Packing Factor (PF

المساحة بين خليتين = (1-PF) * مساحة اللوح الشمسي

        الخلايا شبه الشفافة أكثر كفاءة semitransparent  من الألواح المعتمة opaque و ذلك لان الطاقة غير المستخدمة فقط هي التي تسبب ارتفاع في درجات الحرارة و بالتالي تؤثر على الكفاءة لكن بشكل اقل من نظيرتها النوع المعتم opaque.بينما الطاقة بين الفراغ بين كل خليتين متجاورتين يتم نققله خارج مما يساعد في خفض درجات حرارة الخلية المحيطة.فقط تزيد الفقودات العليا و السفلى اكثر من نظيرتها شبه الشفافة [1].

         بالنسبة للخلايا المعتمة opaque الاشعاع الساقط بين خليتين يتم عكسها مما يزيد الحرارة المتولدة , الفقودات العليا و السفلى للخلية اقل من نظيرتها شبه الشفافة , لكن سقوط هذا الاشعاع في المساحة بين خليتين متجاورتين في الخلايا التقيدية ( المعتمة ) يولد حرارة ويجعلها تتوهج بينما في النوع شبه الشفاف من اللالواح الشمسية يولد حرارة فقط.

مثال :

 احسب القدرة القصوى و الكفاءة للخلية الشمسية ذات المواصفات التالية

- Voc= 0.24 volt, Isc= 10mAmp, Vm= 0.14 volt, Im= 6.5 mAmp., Intensity = 24 W/m2 , Area= 4 cm2

الحل

بالتطبيق المباشر في العلاقات الرياضية اعلاه نحصل على 

Pm = Vm × Im = 0.91 m Watt

في حالة المراد حساب الكفاءة للوح الشمسي تؤخذ مساحة الخلايا وليس مساحة اللوح.

يمكن متابعتنا عبر وسائل التواصل التالية:

قناة المعرفة العلمية على اليوتيوب

https://www.youtube.com/c/المعرفةالعلمية

صفحة المعرفة العلمية في فيس بوك

https://www.facebook.com/scientificknowledge123

نسعد ونرحب بآرائكم و تعليقاتكم عن الموضوع و الموضوعات الاخرى بما فيها إقتراحاتكم القيمة من أجل إثراء جو تبادل المعرفة و الخبرات عبر صندوق التعليقات أدناه.

المصدر :

_________-

[1] SOLAR ENERGY Fundamentals, Economic and Energy Analysis, First Edition ,Saurabh Kumar Rajput, Northern India Textile Research Association , 2017.

__________________________________________________________________________________

حقوق الطبع و النشر@  المعرفة العلمية 2020

ندوة webinar عن الطاقة الشمسية الكهروضوئية في السودان 

محاور الندوة webinar

يمكن متابعتنا عبر وسائل التواصل التالية:

قناة المعرفة العلمية على اليوتيوب

صفحة المعرفة العلمية في فيس بوك

الانفرتر Inverter

الظل Shade وتأثيره على الطاقة الشمسية الكهروضوئية

          الظل أو التظليل بشكل عام يعتبر عامل مؤثر جداً على إنتاجية الطاقة الشمسية و هناك عدة أجسام تسبب الظل مثل الأجسام المجاورة للألواح الشمسية كالمباني و الأشجار المجاورة و ورق الأشجار و مخلفات الطيور و الأتربة و المدخنة chimney وأقطاب مانعات الصواعق وغيرها من الأجسام الاخرى , بشكل عام كل جسم حول الألواح الشمسية يسبب ظل ما لم يؤخذ في الحسبان[2]. الملاحظ بعض أنواع الظل الناتج من أجسام كالاتربة و مخلفات الطيور و وورق الأشجار يمكن معالجتها بالنظافة المنتظمة للالواح و البعض الاخر يجب أخذه في الاعتبار عند التصميم و الحسابات. 

تأثير التظليل على منظومة الطاقة الشمسية

                  لنفترض لدينا 6 خلايا شمسية موصلة على التوالي كما بالشكل (1) , و احدي الخلايا مظللة جزئياً بورقة شجرة و كما هو معلوم فإن التيار في التوصيل على التوالي  له مسار واحد كما مبين بالشكل و التيار المار في المسار هو أقل تيار تنتجه خلية واحدة بمعنى آخر اقل تيار تنتجه اي خلية من الخلايا الست هو التيار الكلي و في حالة التظليل الجزئي لاحدى الخلايا فان اقل تيا هو الذي يسري في الدائرة ما يعني انخفاض كبير جداً في قيمة الطاقة المنتجة بفعل التظليل الجزئي[1].

شكل (1): ست خلايا موصلة على التوالي و حمل موصل R

        الشكل (2) يوضح منحنى التيار-الجهد I-V Curve للخلايا الخمس الأخريات غير الظللة و الخلية المظللة , اذا وصلنا حمل ثابت R (كما بالشكل 1) فان فرق الجهد يقل بشكل كبير بسبب انخفاض التيار المنتج نتيجة أثر الظل الجزئي على احدى الخلايا الست و هذا يجعل الخلايا الخمس غير المظللة أن تعوض الهبوط الناتج بسبب ذلك فتعمل كمصدر تحييز الخلية المظللة جزئياً reverse biasing. الخط المتقطع يمثل الانحياز العكسي للخلية الوحيدة المعرضة لتأثير الظل, بينما منحنى الخلايا الخمس غير المظللة يبدأ عند المحور الرأسي عند النقطة 0 V, الخلية المظللة لا تنتج طاقة فهي اصبحت كحمل , و نتيجة لسريان التيار فيها بصورة عكسية من الخلايا غير المظللة الخمس فإنها تبدأ تسخن رويداً رويداً حتى تصل مراحل حرجة تتشق فيها مواد الخلية و تتآكل مع نقصان الطاقة المنتجة ككل عبر اللوح الشمسي[1] وأيضاً يسبب البقع الساخنة.

شكل (3): استخدام bypass diodes لتقليل اثر الظل الجزئي

كيفية تجنُب الظل

          احدى الطرق المستخدمة لتقليل آثار الظل الجزئي أو الظل بشكل عام, كما ذكرنا يتم تركيب دايود bypass diode  للخلايا في اللوح الواحد و أحياناً يتم استخدام دايود لمجموعة من الالواح array لمنع سريان التيارمن المجموعات غير المظللة إلى  المجموعة المتأثر بالظل يسمى blocking diode, و أيضاً يجب تجنب ظل الصف الأمامي على بقية الصفوف ويتم ذلك بالحسابات (سنتعرف عليها لاحقاً إن شاء الله ) و كذا كل الاجسام المجاورة للالواح الشمسية و اذا كان لابد من وقوع الظل يجب ان يكون أقل ما يمكن و حماية الجزء المظلل من تأثير الظل عبر Blocking diode أو استخدام micro-inverter للالواح او اي طريقة أخرى لحمايتها فكما رأينا في السابق تأثير الظل الجزئي[2].

___________________________________________________________________________________

المصادر

[1] Solar Energy Fundamentals, Technology, and Systems, Klaus Jäger et al,  Delft University of  Technology, 2014  

[2] Investigating the Impact of Shading Effect on the Characteristics of a Large-Scale Grid-Connected PV Power Plant in Northwest China (paper), Yunlin Sun, et al, Hindawi Publishing Corporation International Journal of Photoenergy Volume , 2014

حقوق الطبع و النشر@  المعرفة العلمية 2020