الألواح الشمسية تعريفها، موادها، وأجزائها

اللوحة الشمسية (اللوحة الكهروضوئية) هي مجموعة متشابكة من الخلايا الكهروضوئية (الخلايا الشمسية). تنتج الخلايا الشمسية الكهرباء عند تعرضها لأشعة الشمس (الطاقة الشمسية). في عام 1981، وجد Martin Green أن الخلية الشمسية تنتج 0.51 فولت (فولت) من الجهد، لتنتج 0.7 واط (وات) من الكهرباء. ومن المتوقع أن تصل القدرة التراكمية للطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى 1500 جيجاوات بحلول عام 2027، وفقًا لـ International Energy Agency.

ألواح الطاقة الشمسية هي مجموعة من الخلايا الشمسية. الخلايا الشمسية مصنوعة بشكل رئيسي من السيليكون. الخلايا الشمسية هي أجهزة استقبال لأشعة الشمس. ويتم ربطها ضمن إطار محدد لتكوين الألواح الشمسية.

الألواح الكهروضوئية مصنوعة من 7 مواد تشمل 76% زجاج، 10% بوليمر، 8% ألومنيوم. تصنع هذه المواد مكونات وأجزاء مختلفة من الألواح الشمسية (رقائق السيليكون، الإطارات، الطلاء المضاد للانعكاس).

تم اختراع الألواح الشمسية السيليكونية لأول مرة في القرن التاسع عشر. في الخمسينيات من القرن الماضي، طور العلماء أجزاء من الألواح الشمسية كانت أكثر كفاءة بما يكفي لتكون عملية. ومنذ ذلك الوقت تطورت الألواح الشمسية بشكل كبير وأصبح لها أنواع وأنواع عديدة.

تحتوي الواح الطاقة الشمسية على 4 أنواع رئيسية (الألواح الشمسية ثنائية الوجه، والالواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، والألواح الشمسية أحادية البلورية، الألواح الشمسية ذات الباعث السلبي، والألواح الشمسية بتقنية بيرك (PERC)). يتم استخدام 5 أنواع مختلفة من الألواح الشمسية في أنظمة الطاقة الشمسية وهي (الألواح الشمسية الشفافة، الألواح الشمسيةبتقنية التسقيف (Shingled) ، أشجار الطاقة الشمسية).

في جميع الأنواع، يتم دمج الألواح الشمسية لتكوين المصفوفة الشمسية. يتم إنشاء نظام الألواح الشمسية عند توصيل مجموعة الطاقة الشمسية ببعض الأجهزة، مثل العاكسات والبطاريات وأنظمة التتبع. ومن ثم تعمل أنظمة الطاقة الشمسية على تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء للمنازل والمباني التجارية والمزارع.

تجيب هذه المقالة على أسئلة مثل ما هي الألواح الشمسية؟ مما تتكون الألواح الشمسية؟ كيف تعمل الألواح الشمسية؟ ما هي المصفوفات الشمسية؟ كيف يتم تركيب المصفوفة الشمسية؟ ما هي أنظمة الألواح الشمسية المنزلية؟ كيف تعمل الألواح الشمسية ؟ ما هي استخدامات الالواح الشمسية؟ هل الألواح الشمسية قابلة لإعادة التدوير؟ و اكثر.

يوضح الشكل التالي خلية شمسية، لوحة شمسية، سلسلة ألواح شمسية، ومصفوفة شمسية.

ما هي الألواح الشمسية؟

الألواح الشمسية (الألواح الكهروضوئية (PV)) هي الأجهزة التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء. تتكون الألواح الشمسية من خلايا شمسية متعددة مصنوعة من مواد شبه موصلة مثل السيليكون. تمتص الخلايا الشمسية الفوتونات من ضوء الشمس لتوليد تيار كهربائي.

تستخدم الواح الطاقة الشمسية ضوء الشمس (الطاقة الشمسية) لتوليد الكهرباء دون الحاجة إلى وقود إضافي أو مدخلات طاقة. وهذا يجعل الالواح الشمسية مصدرًا متجددًا وصديقًا للبيئة للكهرباء.

توفر الألواح الشمسية الطاقة النظيفة والمتجددة. الألواح الشمسية هي ثالث أكبر نظام للطاقة النظيفة. وفي عام 2022، ولدت أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية 4.5% من إجمالي الكهرباء العالمية، وهو ما يزيد عن إنتاج أنظمة الطاقة الشمسية في عام 2021 بنسبة 26%، وفقًا لــ The International Energy Agency.

تصنع الألواح الشمسية من نسب مختلفة من المواد الأساسية (الزجاج والبوليمر والسيليكون وغيرها) التي تعمل على تحقيق كفاءة تحويل عالية لتوليد الكهرباء. تصنع هذه المواد أجزاء مختلفة من الألواح الشمسية (رقائق السيليكون، والاتصالات المعدنية، ومواد التغليف، وغيرها الكثير).

تم اختراع تركيبة مواد الألواح الشمسية في عام 1881 على يد المخترع الأمريكي تشارلز فريتس.

مما تتكون الألواح الشمسية؟

وتصنع الألواح الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري (أحادي البلورات، متعدد البلورات) من الزجاج بنسبة 76%، والبوليمر 10%، والألومنيوم 8%، والسيليكون 5%، والنحاس 1%، وأقل من 0.1% من الفضة ومعادن أخرى، وفقاً لـ the International Renewable Energy Agency. تصنع الألواح الشمسية الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة من الزجاج بنسبة 96-97%، والبوليمر 3-4%، وأقل من 1% من المواد شبه الموصلة، وفقًا لـــ The International Renewable Energy Agency.

في عام 2010، استخدمت الواح الطاقة الشمسية في المتوسط 13.3 كجم من المواد لكل متر مربع، وبحلول عام 2020، انخفض هذا الرقم إلى 6.2 كجم لكل متر مربع، وفقًا لــ The National Renewable Energy Laboratory (NREL).

يوضح هذا الشكل مكونات الألواح الشمسية القائمة على السيليكون.

ما هي أجزاء الألواح الشمسية؟

يوضح الشكل التالي الأجزاء التسعة الرئيسية للألواح الشمسية.

تشرح القائمة التالية أدوار مكونات الألواح الشمسية الـ 9.

• رقائق السليكون. رقائق السيليكون عبارة عن شرائح رقيقة من السيليكون البلوري التي تشكل أساس الخلايا الشمسية. السيليكون مادة شبه موصلة. المواد شبه الموصلة هي مادة ذات موصلية كهربائية بين الموصل (مثل المعادن) والعازل (مثل المطاط أو الزجاج) (Schroder, D. K. 2015). عادة ما تكون أجزاء الرقاقة هذه نقية تمامًا، مع إضافة الشوائب عمدًا لإنشاء تقاطع p-n، وهو ضروري لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
• وصلات معدنية. وهي معادن موصلة (النيكل والزنك والقصدير) تسمح بتجميع ونقل الكهرباء المولدة بواسطة الخلايا الكهروضوئية الخاصة بالألواح الشمسية بكفاءة. يتم تطبيق الاتصالات المعدنية على الجزء الأمامي والخلفي من رقائق السيليكون. تسمح هذه الاتصالات بتدفق الإلكترونات عندما يضرب ضوء الشمس الخلايا الشمسية.
• مواد التغليف. عادة ما يتم تغليف الألواح الشمسية بمواد واقية. يقوم الزجاج المقسى بتغليف الألواح الشمسية على الجانب الأمامي لحماية الخلايا الشمسية من الطقس والأضرار الميكانيكية. تقوم الطبقة الخلفية المصنوعة من البوليمر بتغليف الألواح الشمسية على الجانب الخلفي لحماية الخلايا من الرطوبة والعوامل البيئية الأخرى.
• EVA (خلات فينيل الإيثيلين). EVA عبارة عن بوليمر مشترك مصنوع من اثنين من المونومرات. يتم وضع طبقة من فيلم EVA بين رقائق السيليكون والطبقة الخلفية في الألواح الشمسية. يعمل هذا الفيلم كمادة لاصقة تربط المكونات وتحمي الخلايا الشمسية.
• إلاطار. مادة إطار الألواح الشمسية هي الألومنيوم. توفر إطارات الألومنيوم الدعم الهيكلي وتساعد على حماية حواف اللوحة.
• الأشرطة. وهي عبارة عن شرائح معدنية رفيعة تربط الخلايا الشمسية الفردية في لوحة، مما يسمح بتدفق الكهرباء من خلية إلى أخرى.
• طلاء مضاد للانعكاس. تحتوي الألواح الشمسية على طلاء مضاد للانعكاس يتم تطبيقه على السطح الزجاجي. يساعد جزء الطلاء هذا على تقليل الضوء المنعكس، مما يسمح لمزيد من ضوء الشمس بالوصول إلى الخلايا الشمسية.
• لوحة دعم. تعتبر اللوحة الخلفية جزءًا موجودًا على الجانب الخلفي للوحة وتوفر حماية وعزلًا إضافيًا للخلايا الشمسية.
• الثنائيات الالتفافية (لبعض اللوحات). الثنائيات الالتفافية هي مكونات إلكترونية. تحتوي بعض الواح الطاقة الشمسية على صمامات ثنائية مدمجة في تصميمها. تساعد هذه الثنائيات في التخفيف من تأثير التظليل أو الفشل الجزئي للخلية على الأداء العام للوحة.

متى تم اختراع الألواح الشمسية؟

تم اختراع الألواح الشمسية عام 1881 على يد المخترع الأمريكي Charles Fritts. لم تكن لوحة Charles Fritts فعالة جدًا، وبالتالي لم تكن عملية، حيث كانت الكفاءة حوالي 1٪ فقط.

للإجابة على سؤال من مخترع الواح الطاقة الشمسية؟ وفي عام 1904، اخترع المخترع الكندي Reginald Fessenden، خلية شمسية تبلغ كفاءتها حوالي 10%. ومع ذلك، كانت تلك الخلية باهظة الثمن بحيث لم تكن عملية.

بعد ذلك، تم تطوير أول خلية شمسية فعالة وعملية تعتمد على السيليكون على يد الباحثين Calvin Fuller, Gerald Pearson, and Daryl Chapin في عام 1954. وقد حققت هذه الخلية الشمسية كفاءة تحويل بنسبة 6%، وهي نسبة عالية نسبيًا في ذلك الوقت.

ما هي الأنواع الرئيسية للألواح الشمسية؟

الأنواع الخمسة الرئيسية للألواح الشمسية موجودة في القائمة التالية.

• الألواح الشمسية ذات الوجهين (Bifacial)
• الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة (Thin Film)
• الألواح الشمسية أحادية البلورية (Monocrystalline)
• الألواح الشمسية متعددة البلورات (Polycrystalline)
• الباعث السلبي والخلية الخلفية (PERC)

ويوضح الشكل التالي الأنواع الخمسة الرئيسية للألواح الشمسية.

الألواح الشمسية ثنائية الوجه (Bifacial)

الألواح الشمسية ثنائية الجانب (الواح الطاقة الشمسية مزدوجة الجوانب Bifacial Solar Panels) هي نوع من الوحدات الكهروضوئية التي تولد الكهرباء من جانبي اللوحة (الأسطح الأمامية والخلفية). تعتبر الألواح الشمسية ثنائية الجانب مناسبة تمامًا للبيئات ذات نسبة الألبيريو العالية، مثل المناطق الثلجية أو المسطحات المائية.

يمكن للوحة ثنائية الجانب الاستفادة من الضوء الإضافي المنعكس عن الأسطح المحيطة، مثل الأرض أو الجدران أو الهياكل القريبة.

للإجابة على سؤال “هل الألواح الشمسية ثنائية الجانب تستحق العناء؟” تستحق الألواح ثنائية الجانب ذلك فقط في الأماكن التي ينعكس فيها الضوء الإضافي أو المناطق الثلجية أو بالقرب من البيئات المائية، حيث تعمل الألواح ثنائية الجانب على زيادة توليد الطاقة وتقليل التكلفة المستوية للكهرباء (LCOE). يعد LCOE بمثابة مقياس لتقييم التكلفة الإجمالية على مدى عمر توليد الكهرباء من الطاقة الشمسية.

الألواح ثنائية الوجه 3 عيوب موجودة في القائمة التالية.

• معقدة للتثبيت.
• حساسة للتظليل.
• امتصاص محدود للجانب الخلفي في المناطق ذات اللون الداكن أو المظلل.

تظهر وحدة الطاقة الشمسية ثنائية الوجه في الصورة التالية.

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة (Thin Film)

الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة (Thin Film Solar Panels)هي عبارة عن وحدة كهروضوئية (PV) تستخدم طبقات رقيقة من المواد شبه الموصلة لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.

يتم تصنيع الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة عن طريق ترسيب طبقات رقيقة للغاية من مواد أشباه الموصلات على ركائز مختلفة، بينما تستخدم الألواح الشمسية السيليكونية البلورية التقليدية طبقات سميكة من رقائق السيليكون.

هناك أنواع مختلفة من تكنولوجيا الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، يستخدم كل منها مادة شبه موصلة مميزة. الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لتكنولوجيا الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة هي السيليكون غير المتبلور (a-Si)، والكادميوم تيلورايد (CdTe)، وسيلينيد النحاس والإنديوم والجاليوم (CIGS).

تتميز الأنواع المختلفة من الواح الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة بمواد مختلفة بخصائص مختلفة (المرونة، الوزن الخفيف، والكفاءة). تشمل الأنواع الأكثر شيوعًا من الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ما يلي: السيليكون غير المتبلور (a-Si)، والكادميوم تيلورايد (CdTe)، وسيلينيد النحاس والإنديوم والجاليوم (CIGS).

تظهر اللوحة الشمسية ذات الغشاء الرقيق في الصورة التالية.

الألواح الشمسية أحادية البلورية (Monocrystalline)

تتكون اللوحة الشمسية أحادية البلورية (Monocrystalline Solar Panels) من خلايا شمسية يتم إنشاؤها من بلورة سيليكون نقية واحدة. تتم زراعة هذه البلورة في شكل أسطواني ثم يتم تقطيعها إلى شرائح رقيقة. يتم بعد ذلك تقطيع الرقائق إلى شكل مثمن لتحقيق أقصى قدر من كفاءتها. وتتميز اللوحة الشمسية أحادية البلورة بنقاء بلورات السيليكون، كما أن الخلايا الشمسية السوداء الموجودة فيها غير متجاورة. تصل الكفاءة الفعلية للألواح الشمسية أحادية البلورية إلى 22.8%، وتدوم لمدة لا تقل عن 25 عامًا. كما تتطلب الألواح أحادية البلورية مساحة أقل وأداءً أقل في ظروف الإضاءة المنخفضة.

تظهر الألواح الكهروضوئية أحادية السيليكون في الصورة التالية.

الألواح الشمسية متعددة البلورات (Polycrystalline)

الألواح الشمسية متعددة البلورات (Polycrystalline Solar Panels) هي نوع من الوحدات الكهروضوئية المكونة من بلورات سيليكون متعددة يتم صهرها معًا لتكوين الرقائق. ثم يتم تقطيع هذه الرقاقات إلى أشكال مربعة. تتمتع الواح الطاقة الشمسية الناتجة بمظهر يشبه الفسيفساء ولون أزرق لامع. ونظرًا لوجود بلورات متعددة في كل خلية، فإن الإلكترونات لديها مساحة أقل للتحرك، مما يؤدي إلى كفاءة أقل قليلاً من الألواح أحادية البلورية. ومع ذلك، فإن إنتاج الألواح متعددة البلورات أقل تكلفة، مما يجعلها خيارًا أقل تكلفة. هذه الألواح مصنوعة من السيليكون. تصل كفاءة الألواح الشمسية متعددة البلورات إلى 16.9%، ويبلغ عمرها الافتراضي 25 سنة كحد أدنى.

تظهر الألواح الكهروضوئية متعددة البلورات في الصورة التالية.

لوحات الباعث السلبي والخلية الخلفية (PERC).

تعد ألواح الباعث السلبي والخلية الخلفية (Passivated Emitter and Rear Cell (PERC)) نوعًا متقدمًا من تكنولوجيا الألواح الشمسية التي تعمل على تحسين كفاءة الخلايا الكهروضوئية التقليدية. إن خلية PERC PV عبارة عن خلية شمسية تقليدية محسنة تحتوي على طبقة إضافية على الجانب الخلفي. تسمح هذه الطبقة الإضافية، في الخلايا الشمسية، لبعض أشعة الشمس التي عادةً ما تُفقد بالارتداد مرة أخرى إلى الخلية الشمسية، مما يمنحها فرصة أخرى لتحويلها إلى كهرباء. ونتيجة لذلك، تنتج الخلايا الشمسية PERC طاقة أكثر بنسبة 6 إلى 12 بالمائة من الخلايا الشمسية التقليدية. تعمل تقنية PERC على تحسين إنتاج الطاقة وأداء الألواح الشمسية عن طريق تعديل بنية الخلايا، وذلك باستخدام طبقة الباعث وطبقة التخميل الخلفية والانعكاس والامتصاص.

تشير اللوحة الشمسية أحادية PERC إلى لوحة شمسية أحادية البلورية تتضمن تقنية PERC (الاتصال الخلفي للباعث السلبي). تم تصميم الألواح الشمسية Mono PERC لتعزيز كفاءة تحويل الطاقة من خلال دمج طبقة التخميل على الجانب الخلفي، وتقليل إعادة تركيب الإلكترون وتحسين الأداء العام للخلية أحادية البلورية.

تظهر اللوحة الشمسية PERC في الصورة التالية.

ما هي الأنواع الأخرى من الألواح الشمسية؟

هناك 5 ألواح شمسية مختلفة في السوق. توضح القائمة التالية الأنواع الخمسة المختلفة للألواح الشمسية المتوفرة في السوق.

• ستائر نوافذ الألواح الشمسية (ألواح شمسية شفافة) (Solar Panel Window Blinds)
• الألواح الشمسية بتقنية التسقيف (Shingled solar panels)
• الأشجار شمسية (Solar trees)
• الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد (3D Solar Panels)
• الألواح الشمسية الذكية (Smart solar panels)

يوضح الشكل التالي الأنواع الخمسة الرئيسية للألواح الشمسية الموجودة في السوق.

الألواح الشمسية الشفافة (نوافذ الألواح الشمسية)

الألواح الشمسية الشفافة (نوافذ الألواح الشمسية) (الألواح الشمسية الشفافة) هي نوع مبتكر من تكنولوجيا الطاقة الشمسية التي تسمح بمرور الضوء المرئي أثناء توليد الكهرباء من ضوء الشمس (الألواح الشفافة). يتم دمج الواح الطاقة الشمسية الشفافة في النوافذ والواجهات والأسطح الشفافة الأخرى للمباني والمركبات والتطبيقات المختلفة لتسخير الطاقة الشمسية دون إعاقة الرؤية. تعتبر الألواح الشمسية الشفافة أقل كفاءة من الألواح الشمسية التقليدية بسبب الحاجة إلى الحفاظ على الشفافية.

الميزة الرئيسية للألواح الشمسية للنوافذ (النظام الشمسي الزجاجي) تشمل ما يلي: تخدم الألواح الشمسية الشفافة غرضًا مزدوجًا من خلال العمل كنوافذ ومولدات للكهرباء، مما يتيح الإضاءة الطبيعية ويحافظ على الرؤية من الداخل إلى الخارج مع توليد الطاقة في نفس الوقت.

الصورة التالية توضح الألواح الشمسية الشفافة وشبه الشفافة.

الألواح الشمسية بتقنية التسقيف

الألواح الشمسية (الألواح الشمسية) هي ألواح شمسية ذات تصميم فريد من نوعه، حيث تكون الألواح الشمسية متداخلة ومترابطة، مما يشبه هيكل ألواح السقف. تصميم الألواح الشمسية ذات الألواح الخشبية يقلل من فقدان الطاقة، ويعزز كفاءة اللوحة بشكل عام، ويقدم مزايا أخرى مقارنة بالألواح الشمسية التقليدية.

5 فوائد الألواح الشمسية الرئيسية موجودة في القائمة التالية.

• حفظ الطاقة الشمسية من الضياع. تحقق ألواح السقف الشمسية كفاءة أقرب إلى الحد الأقصى النظري، بسبب تداخل الخلايا الشمسية.
• العمل بكفاءة في درجات الحرارة العالية. تتأثر الألواح الشمسية بشكل أقل بارتفاع درجات الحرارة.
• حافظ على الإنتاج الثابت طوال عمر اللوحة. وذلك لأن الألواح الشمسية تظهر معدلات تحلل أقل بمرور الوقت.
• حقق مخرجات طاقة أعلى بنفس حجم اللوحة. وذلك بسبب الكفاءة المحسنة للألواح الشمسية.
• أداء أفضل في الظروف المظللة جزئيا. وذلك بسبب كيفية ترابط خلايا ألواح الأسقف الشمسية.

الصورة التالية توضح ألواح سقف الشمسية.

الأشجار الشمسية

الشجرة الشمسية (أشجار الطاقة الشمسية) عبارة عن هيكل مصمم لتسخير الطاقة الشمسية مع توفير الظل والجاذبية الجمالية. تستخدم أشجار الألواح الشمسية مبادئ المحاكاة الحيوية. تتضمن المحاكاة الحيوية في الألواح الشمسية محاكاة المبادئ التي لوحظت في الطبيعة، مثل كفاءة عملية التمثيل الضوئي، لتحسين أداء وتصميم أنظمة الطاقة الشمسية. تشبه الأشجار الشمسية الأشجار في تصميمها، حيث تمتد فروعها أو ألواحها إلى الخارج لالتقاط ضوء الشمس. تتمتع شجرة الطاقة بمزايا مثل (توفر الظل، وإمكانية تركيبها في أماكن مختلفة، والقدرة على التكيف في الحجم والتكوين وعدد الألواح الشمسية).

الصورة التالية توضح شجرة الطاقة.

الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد

الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد هي ألواح تستخدم تقنيات التصنيع المضافة، والمعروفة باسم الطباعة ثلاثية الأبعاد، لإنشاء أجهزة تجميع الطاقة الشمسية. يستخدم نموذج الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد هيكلًا ثلاثي الأبعاد لتعزيز الكفاءة الكهروضوئية عن طريق زيادة كمية الضوء التي يمتصها الضوء الممتص. المواد في الخلية الكهروضوئية أو اللوحة. باستخدام تصميم الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد، يتم زيادة مساحة السطح المتاحة لامتصاص الضوء. تتضمن بعض التصميمات أيضًا هياكل نانوية مثل الآبار أو الأبراج أو الأنابيب النانوية، والتي تهدف إلى احتجاز الفوتونات، مما يزيد من النسبة التي تنقل طاقتها إلى الخلية الكهروضوئية.

الصورة التالية توضح الألواح الشمسية ثلاثية الأبعاد.

الألواح الشمسية الذكية

الألواح الشمسية الذكية هي عبارة عن ألواح شمسية كهروضوئية تشتمل على إلكترونيات وأجهزة استشعار وقدرات اتصال متقدمة لتعزيز أدائها ومراقبتها وتكاملها مع الأنظمة الأخرى. تتجاوز الواح الطاقة الشمسية الحافة الوظيفة الأساسية المتمثلة في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء وتقدم ميزات إضافية تعمل على تحسين إنتاج الطاقة وتحسين الكفاءة وتوفير بيانات قيمة للتحليل والتحكم.

توفر الألواح الشمسية الذكية 3 فوائد رئيسية (جمع البيانات، ومراقبة النظام بسهولة، وتحسين الكفاءة).

الصورة التالية تظهر لوحة ذكية.

ما هي المصفوفات الشمسية؟

المصفوفة الشمسية عبارة عن مجموعة أو ترتيب من الألواح الشمسية المتعددة المتصلة لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس. مجموعة الألواح الشمسية عبارة عن تخطيط منهجي للألواح الشمسية مصمم لزيادة التقاط الطاقة وكفاءتها كجزء من أنظمة الألواح الشمسية.

يتم قياس المصفوفة الكهروضوئية فيما يتعلق بقدرتها على توليد الكهرباء، والتي يتم التعبير عنها عادةً بالكيلووات (kW) أو ميجاوات (MW). تُستخدم مصفوفات الألواح الشمسية لأغراض مختلفة، بدءًا من تزويد المنازل الفردية بالطاقة وحتى توفير الكهرباء لمشاريع المرافق واسعة النطاق والمباني التجارية.

تختلف مصفوفات الألواح الشمسية من عدد قليل من الألواح على أنظمة الأسطح السكنية إلى المنشآت الكبيرة التي تغطي أفدنة من مزارع الألواح الشمسية. يتم تكوين مصفوفات الألواح الشمسية بطرق مختلفة، اعتمادًا على المساحة المتاحة، ومخرجات الطاقة المطلوبة، والمتطلبات المحددة للتركيب.

كيفية تركيب المصفوفة الشمسية؟

تركيب المصفوفة الشمسية هو عملية تركيب الألواح الشمسية على السطح لتوليد الكهرباء من ضوء الشمس. يتم تكوين المصفوفات الشمسية بطرق مختلفة. يتم تركيب المصفوفات الشمسية على سطح المبنى (المصفوفات المثبتة على السطح). أو، يتم تثبيت المصفوفات الشمسية على الأرض، في منطقة مفتوحة حيث يتم وضعها بزاوية مثالية لأقصى قدر من التعرض لأشعة الشمس (المصفوفات المثبتة على الأرض). يتم تركيب المصفوفات الشمسية على أنظمة تتبع تتابع حركة الشمس طوال اليوم، مما يضمن مواجهة الألواح للشمس مباشرة (مصفوفات التتبع).

ما هي أنظمة الألواح الشمسية للمنازل؟

أنظمة الألواح الشمسية المنزلية (الألواح الشمسية للمنزل) هي ألواح كهروضوئية مصممة لالتقاط ضوء الشمس وتحويله إلى كهرباء للاستخدام المنزلي. تتمتع أنظمة الألواح الشمسية المنزلية بقدرات مختلفة، وهي متصلة بالشبكة أو خارجها.

نظام الألواح الشمسية للمنزل يشمل الألواح الشمسية، العاكس، البطاريات، ونظام التتبع. تعمل أنظمة الألواح الشمسية المنزلية خلال عمرها الافتراضي، من خلال التأثير الكهروضوئي، على توليد الكهرباء التي تستخدم لتشغيل أنظمة التدفئة والتبريد، والأضواء، والمزيد.

في نهاية العمر الافتراضي لأنظمة الألواح الشمسية المنزلية، تكون معظم المواد المستخدمة في الألواح الشمسية قابلة لإعادة التدوير.

كيف تعمل الألواح الشمسية ؟

تعمل الألواح الشمسية عندما يتكون ضوء الشمس من جزيئات صغيرة تسمى الفوتونات. عندما
عند تقع الفوتونات على اللوحة الشمسية، يحدث طرد للإلكترونات من الذرات. ثم تتدفق الإلكترونات المحررة عبر اللوحة الشمسية، مما يؤدي إلى توليد تيار كهربائي. وتعمل الألواح الشمسية على التقاط هذا التدفق من الإلكترونات وتحويله إلى كهرباء قابلة للاستخدام. تعمل الألواح الشمسية من خلال ما يعرف بالتأثير الكهروضوئي.

ما هي استخدامات الألواح الشمسية؟

الغرض الأساسي من الألواح الشمسية هو توليد الكهرباء لتشغيل الأضواء والكاميرات والأجهزة والإلكترونيات وأنظمة التدفئة والتبريد والأجهزة الكهربائية الأخرى الشائعة الاستخدام في المنازل.

أحد الاستخدامات الأخرى للألواح الشمسية هو شحن السيارة الكهربائية، مثل السيارات الكهربائية والدراجات الكهربائية.

هل الألواح الشمسية قابلة لإعادة التدوير؟

نعم، 90% من المواد المستخدمة في الألواح الشمسية قابلة لإعادة التدوير، وفقاً لــ the US Environmental Protection Agency (EPA)، والمختبر الوطني للطاقة المتجددة. يشكل الزجاج حوالي 75% من وزن الواح الطاقة الشمسية، وتعد إعادة تدوير الزجاج ممارسة شائعة بالفعل. تشمل المواد الأخرى القابلة لإعادة التدوير بسهولة إطار الألومنيوم والأسلاك النحاسية وصندوق التوصيل البلاستيكي.

ومع ذلك، فإن المواد الأخرى الموجودة في الخلايا الشمسية أكثر صعوبة في إعادة التدوير (الرصاص والكادميوم). طبقات البوليمر، التي تحمي الألواح الشمسية من عوامل الطقس، تجعل إعادة التدوير والتفكيك صعبة. وذلك لأن درجات الحرارة المرتفعة غالبًا ما تكون ضرورية لتفكيك المادة اللاصقة.