كفاءة الخلية الشمسة الكهروضوئية Solar Cell Efficiency
الخلية الشمسية تعمل على تحويل ضوء الشمس او الاشعاع الشمسي solar irradiance الى كهرباء , لكن ليس كل مقدار الاشعاع الشمسي الذي يسقط على سطح الخلية يتم تحويله الى كهرباء , و هذا ما يعرف بكفاءة الخلية الشمسية اي نسبة تحويل الخلية للاشعاع الشمسي الى كهرباء اي النسبة بين قدرة الدخل التي هي الاشعاع الشمسي الى قدرة خرج الخلية[1].أقصى كفاءة للالواح الشمسية المستخدمة عملياً في حدود اقل من 20% , هناك ارقام اعلى من هذا الرقم لكن مازالت في المختبر او ذات استخدام في تطبيقات خاصة كالفضاء.
تُحسب كفاءة الخلية وفقاً للمعادلتين التاليتين:
(Pm- maximum power (watt
(Pin- input power (Watt
( Vm- maximum voltage (Volt
(Im -maximum current (Amp
(I- solar intensity (watt/m
(A- area (m2
1.1. عوامل تؤثر على كفاءة الخلية
هناك عوامل مختلفة و عديدة تؤثر على كفاءة الخلية الشمسية الكهروضوئية و بالتالي القدرة الكهربائية المنتجة بواسطة الخلية الشمسية. إن الفوتون photon ذي الطاقة المنخفضة أقل من طاقة الربط band gab energy لا يمكنه توليد ثغرة الكترون و بالتالي لا يولد كهرباء لكن هذا المقدار الضئيل من الطاقة يولد حرارة في الخلية الشمسية مما يقلل كفاءتها.بينما الفوتونات ذات الطاقة اعلى من طاقة الربط band gab energy فقط جزء قلل من طاقته يُستخدم لتوليد إلكترون و المتبقي من الطاقة يتحول إلى حرارة أيضاً مما يقلل كفاءة الخلية[1].
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
صفحة المعرفة العلمية في فيس بوك
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.
__________________________________________________________________________________
إرسال تعليق
اجعل مشاركتك بناءة و احترم وجهات نظر المشاركين الآخرين
مرحبا دائماً بمشاركاتكم لاثراء جو معرفي من أجل تبادل الخبرات