ما هي الألواح الشمسية؟

1. ما هي الألواح الشمسية؟

اللوحة الشمسية، والمعروفة أيضًا باسم الوحدة الكهروضوئية (PV) أو اللوحة الكهروضوئية، هي عبارة عن وحدة تجميع الخلايا الشمسية الكهروضوئية المثبتة في إطار (عادةً مستطيل). تلتقط الألواح الشمسية ضوء الشمس كمصدر للطاقة الإشعاعية، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية على شكل كهرباء تيار مباشر (DC).

تسمى المجموعة المنظمة بدقة من الألواح الشمسية بالنظام الكهروضوئي أو مجموعة الشمسية. يمكن استخدام صفائف النظام الكهروضوئي لتوليد الطاقة الشمسية الكهرباء التي تزود المعدات الكهربائية مباشرة، أو تغذي الطاقة مرة أخرى إلى شبكة تيار بديل (AC) عبر نظام عاكس. يمكن لهذه الكهرباء ثم يتم استخدامها لتشغيل المنازل والمباني والتطبيقات الأخرى أو تخزينها فيها بطاريات لاستخدامها لاحقا. كمصدر متجدد ومستدام للطاقة، الطاقة الشمسية تلعب الألواح دورًا مهمًا في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والمساعدة تقليل انبعاثات الكربون.

2. هيكل الألواح الشمسية

تتكون الألواح الشمسية من عدد كبير من الخلايا الشمسية وتستخدم الطاقة الضوئية (الفوتونات) من الشمس لتوليد الكهرباء من خلال التأثير الكهروضوئي. ويشمل أيضًا الطبقة الخلفية، والإطار، وصندوق التوصيل، وربما المكثف، كل ذلك منهم يعملون معًا لضمان التشغيل الطبيعي للألواح الشمسية.

ما هي الخلايا الشمسية؟

الخلايا الشمسية هي أجهزة إلكترونية تحول ضوء الشمس إلى كهرباء الطاقة عن طريق التأثير الكهروضوئي ومعظمها بلورية ذات أساس رقاقة خلايا السيليكون أو خلايا الأغشية الرقيقة. بالإضافة إلى التكلفة العالية والكفاءة العالية عادةً ما تُستخدم الخلايا متعددة الوصلات مستطيلة الشكل (MJ) في الطاقة الشمسية الألواح على المركبات الفضائية، لأنها توفر أعلى نسبة من الطاقة المولدة لكل يتم رفع الكيلوجرام إلى الفضاء. وعادةً ما تكون الخلايا متصلة كهربائيًا سلسلة، واحدة إلى أخرى إلى الجهد المطلوب، ومن ثم بالتوازي في الزيادة حاضِر.

ما هي الورقة الخلفية؟

كبوليمر أو مزيج من البوليمرات مع إضافات مختلفة، طبقة خلفية تم تصميمه لتوفير حاجز بين الخلايا الشمسية والخارج بيئة. من خلالها يمكننا أن نرى أن الطبقة الخلفية هي عنصر حاسم في المتانة والكفاءة وطول عمر الألواح الشمسية.

ما هو المغلف؟

غالبًا ما تكون الخلايا الشمسية مغلفة بمادة مغلفة، والتي تكون عادةً رقيقة طبقة من مادة البوليمر التي يتم تطبيقها على الخلايا الشمسية و backsheet. بشكل عام هو البوليمر الأكثر شيوعًا المستخدم في تغليف الوحدات الشمسية مصنوع من أسيتات فينيل الإيثيلين (EVA)، وهو متين بدرجة كافية لحماية الطاقة الشمسية الخلايا من أي نوع من التلف وإطالة عمر الألواح الشمسية.

ما هو الإطار؟

يشير إطار اللوحة الشمسية إلى الدعم الهيكلي الذي يحمل و يحمي الخلايا الشمسية والأسلاك والمكونات الأخرى داخل اللوحة. إنها مصنوعة من الألومنيوم أو مواد أخرى خفيفة الوزن لمنع الألواح من التطرف تأثير الطقس. وفي الوقت نفسه، يوفر الإطار أيضًا وسيلة للتركيب اللوحة بشكل آمن على سطح، مثل السقف أو الحامل الأرضي. في بالإضافة إلى ذلك، تستخدم الألواح الشمسية أيضًا إطارات معدنية تتكون من مكونات الأرفف، الأقواس والأشكال العاكسة والأحواض لدعم اللوحة بشكل أفضل بناء.

ما هو مربع تقاطع؟

باعتبارها حاوية كهربائية تستخدم لإيواء وحماية التوصيلات الكهربائية، تم تصميم صندوق التوصيل خصيصًا لتوفير بيئة آمنة ومأمونة التوصيلات الكهربائية لمنع الاتصال العرضي بالأسلاك الحية و لتبسيط عمليات الصيانة أو الإصلاحات المستقبلية. عادةً ما يتم إرفاق صندوق التوصيل الكهروضوئي إلى الجزء الخلفي من اللوحة الشمسية ويعمل كواجهة الإخراج الخاصة بها. خارجي تستخدم التوصيلات لمعظم الوحدات الكهروضوئية موصلات MC4 لتسهيل الأمر اتصالات مقاومة للعوامل الجوية لبقية النظام. يمكن لواجهة طاقة USB يمكن استخدامها أيضًا.

ما هو المكثف؟

تشتمل بعض وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية الخاصة على مكثفات يتم فيها تركيز الضوء بواسطة العدسات أو المرايا على خلايا أصغر. وهذا يتيح استخدام الخلايا ذات تكلفة عالية لكل وحدة مساحة (مثل زرنيخيد الغاليوم) بطريقة فعالة من حيث التكلفة الطريقة. [بحاجة لمصدر] تركيز ضوء الشمس يمكن أن يؤدي أيضًا إلى رفع الكفاءة إلى حوالي 45%.

3. تاريخ تطور الألواح الشمسية

وفي عام 1839م تم اكتشاف قدرة بعض المواد على توليد شحنة كهربائية منها تم ملاحظة التعرض للضوء لأول مرة من قبل الفيزيائي الفرنسي إدموند بيكريل، على الرغم من أن هذه الألواح الشمسية الأولية كانت غير فعالة للغاية حتى بالنسبة للكهرباء البسيطة الأجهزة.

في الخمسينيات من القرن الماضي، أنشأت شركة Bell Labs أول طاقة شمسية من السيليكون قابلة للتطبيق تجاريًا خلية مصنوعة من السيليكون. ومع ذلك، فإن تطبيق الألواح الشمسية كان يقتصر على أ عدد قليل من المجالات المتخصصة مثل الأقمار الصناعية الفضائية، والمنارات، والمناطق النائية المواقع بسبب التكلفة العالية.

في سبعينيات القرن العشرين، أدت أزمة النفط والمخاوف البيئية إلى تعزيز فكرة نشوء الاقتصاد تطوير ألواح شمسية أكثر تكلفة وكفاءة. وبعدها حكومات وتولي الشركات الخاصة حول العالم أهمية كبيرة للبحث وتطوير الألواح الشمسية.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تم إدخال تعريفات التغذية (FiTs) من قبل البعض ساهمت البلدان بشكل كبير في النمو السريع للطاقة الشمسية الصناعة. في الوقت الحاضر، أصبحت الألواح الشمسية أكثر كفاءة وبأسعار معقولة من أي وقت مضى، والتي يتم استخدامها ليس فقط في المنازل والتجارية المباني ولكن أيضا في مشاريع البنية التحتية.

4. أنواع الألواح الشمسية

هناك ثلاثة أنواع من الألواح الشمسية متوفرة بشكل أساسي اليوم: أحادي البلورية، متعدد البلورات (المعروف أيضًا باسم متعدد البلورات)، و فيلم رقيق.

ل الألواح الشمسية أحادية البلورية مصنوعة من السيليكون عالي النقاء، وهو مشتقة من بلورة واحدة. من جميع أنواع الألواح، الألواح أحادية البلورية عادةً ما تتمتع بأعلى كفاءة (أكثر من 20٪) وسعة طاقة. هذا هو لأن الألواح الشمسية أحادية البلورية توفر أكثر من 300 واط من الطاقة القدرة، وبعضها يتجاوز 400 واط. والأكثر من ذلك، الألواح الشمسية أحادية البلورية تميل أيضًا إلى التفوق على النماذج متعددة البلورات فيما يتعلق بمعامل درجة الحرارة – مقياس لأداء اللوحة في درجات الحرارة الدافئة. على الرغم من هذه المزايا، من المرجح أن تكون الألواح الشمسية أحادية البلورية هي الأكثر تكلفة الخيار، لذا فهي أكثر شيوعًا لدى أولئك الذين لديهم ميزانية كافية ويفضلون ذلك تحقيق أقصى قدر من التوفير في فاتورة الكهرباء الخاصة بك مثل التجارية والعامة والحكومية قسم.

ل الألواح الشمسية PolyCrystalline أو multiCrystalline هي الألواح الشمسية التي تتكون من عدة بلورات من السيليكون في خلية كهروضوئية واحدة. هذه الألواح الشمسية مصنوعة من خلايا ضوئية متعددة. تحتوي كل خلية على بلورات السيليكون مما يجعله يعمل كجهاز أشباه الموصلات. عندما تنطلق الفوتونات من سقوط ضوء الشمس على الوصلة PN (الوصلة بين المواد من النوع N والنوع P)، فهو ينقل الطاقة إلى الإلكترونات حتى تتمكن من التدفق كتيار كهربائي. بالمقارنة مع الألواح الشمسية أحادية البلورات، فإن الألواح الشمسية متعددة البلورات أكثر صديقة للبيئة لأنها لا تتطلب تشكيلًا فرديًا وموضعًا لكل منها يتم استخدام الكريستال ومعظم السيليكون أثناء الإنتاج وبتكلفة أكبر فعال 

وعندما يتعلق الأمر بعيوبه، فإن كفاءته أقل، وأقل قد يؤدي الأداء الموفر للمساحة والضعف في درجات الحرارة المرتفعة إلى إعاقة المزيد من ذلك تطوير. وبناءً على ذلك، تتوفر الألواح الشمسية متعددة البلورات في مزارع شمسية كبيرة لتسخير طاقة الشمس وتزويد الكهرباء لها المناطق القريبة أو الأجهزة المستقلة أو ذاتية التشغيل مثل إشارات المرور المناطق النائية، والأسر خارج الشبكة، الخ.

ل يتم تصنيع الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة عن طريق ترسيب طبقة رقيقة أو أكثر (رقيقة أفلام أو TFs) من المواد الكهروضوئية على الركيزة، مثل الزجاج والبلاستيك أو المعدن. عند إجراء مقارنات مع السيليكون أحادي البلورات والسيليكون متعدد البلورات الألواح، فهي تتطلب مواد أقل من أشباه الموصلات في عملية التصنيع بينما تعمل بشكل مشابه إلى حد ما تحت التأثير الكهروضوئي وتكون أرخص. ومع ذلك، فهي أقل كفاءة بكثير ولديها قدرة طاقة أقل بالإضافة إلى ذلك، فإن الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تتحلل بشكل أسرع من الطاقة الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري لوحات 

وبالتالي يتم تطبيقها عادةً على نطاق المنفعة منذ استخدام الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تتحلل الألواح بوتيرة أبطأ بكثير. وتطبيق واحد شائع للأغشية الرقيقة الألواح الشمسية هي تركيب وحدات كهروضوئية مرنة على أسطح المركبات (عادة المركبات الترفيهية أو الحافلات) وأسطح القوارب والسفن الأخرى. وبسبب بفضل ميزتها الفضائية، أصبحت ذات شعبية متزايدة بين أولئك الذين يريدون ذلك تحقيق بناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة.

5. اتجاهات تطوير الألواح الشمسية

سوق الألواح الشمسية مدفوع بزيادة الاستثمارات في الطاقة المتجددة قطاع الطاقة، وانخفاض تكلفة الألواح الشمسية الكهروضوئية، والناشئة مواتية اللوائح الحكومية. كل من خلايا السيليكون أحادية البلورات ومتعددة البلورات شهدت ارتفاع الطلب، وخاصة في التطبيقات السكنية. الكادميوم من المتوقع أن تؤدي خلايا التيلوريد والسيليكون غير المتبلور إلى نمو الفرص بسبب انخفاض تكلفة المواد. وانخفضت أسعار الوحدات الكهروضوئية أسرع مما كان متوقعًا في أوائل عام 2023، مع زيادة وفرة إمدادات البولي سيليكون 

في هذه الأثناء، وفقًا للبيانات، في مشهد الأعمال المتغير بعد فيروس كورونا (COVID-19)، أصبح العالم سوق الألواح الشمسية يقدر بـ 50.1 مليار دولار أمريكي في عام 2022 من المتوقع أن يصل إلى حجم منقح قدره 98.5 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2030، بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة 8.8% خلال فترة التحليل 2022-2030. الألواح الشمسية متعددة البلورية، واحدة من من المتوقع أن تسجل القطاعات التي تم تحليلها في التقرير معدل نمو سنوي مركب قدره 8.2٪ و تصل إلى 48.2 مليار دولار أمريكي بنهاية فترة التحليل. مع الأخذ في الاعتبار إن التعافي المستمر بعد الوباء، هو النمو في قطاع الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة تم تعديله إلى معدل نمو سنوي مركب معدل بنسبة 8.9% لفترة الثماني سنوات القادمة.

6. تحليل الاستثمار في الألواح الشمسية

بالنظر إلى أن الطاقة الشمسية تعد حاليًا ثاني أكثر أنواع الطاقة النظيفة انتشارًا التكنولوجيا في جميع أنحاء العالم من حيث القدرة المركبة، ومن المتوقع أن تكون الطاقة الشمسية الكهروضوئية من أرخص مصادر الطاقة المتاحة بحلول عام 2050، خاصة في المناطق التي تتمتع بإشعاع شمسي ممتاز، ويقود هذا الاتجاه العديد منها عوامل.

ل تحليل نوع المنتج

تتصدر الألواح الشمسية متعددة البلورات السوق بأكثر من 48٪ من حصة سوقية ذات قيمة ومن المتوقع أن تحصل على حصة سوقية أعلى في فترة التنبؤ، وخاصة في القطاع السكني. لكن التقدم في الأغشية الرقيقة ستقود وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية أيضًا نمو سوق الألواح الشمسية خلال العام المقبل سنوات قليلة. كما أن الزيادة في نشر الشبكات الصغيرة وتطويرها ستؤدي المباني الخالية من الطاقة إلى طلب كبير في السوق.

ل تحليل المستخدم النهائي

حسب نوع المستخدم النهائي، يتم تقسيم السوق إلى سكني، تجاري، القطاعات الصناعية وغيرها. القطاع التجاري يقود السوق مع أكثر من 33٪ من حصة السوق القيمة لأنها تتطلب قدرًا كبيرًا كمية من الطاقة لضمان استدامتها ووظائفها على المدى الطويل يساعد ذلك أيضًا على تقليل الاعتماد على شبكة الكهرباء مع خفض التشغيل التكاليف وتقليل البصمة الكربونية. ولكن منذ غالبية الحكومات على مستوى العالم، سنت تشريعات القياس الصافي جنبًا إلى جنب مع أهمية كبيرة دعم تركيب النظام الشمسي في المنشآت السكنية. هذه الخلايا يمكن استخدامها بسهولة في القطاع السكني نظرًا لتكاليفها الرخيصة بالمقارنة إلى الخلايا الشمسية أحادية البلورية.

ل التحليل الإقليمي

ووفقا للبيانات، فإن منطقة آسيا والمحيط الهادئ تهيمن على سوق القيمة يشارك. وبما أن منطقة آسيا والمحيط الهادئ هي أكبر منطقة على مستوى العالم من حيث عدد الناس الذين يعيشون. تعد المنطقة أيضًا موطنًا للصين، التي تتمتع بأهمية كبيرة القدرة على تصنيع الخلايا الشمسية متعددة البلورات مما يلبي الطلب المنطقة. وتخطط الهند أيضًا لإنشاء وحدات لتصنيع الطاقة الشمسية في إطارها إنتاج الحكومة.

7. الأشياء التي يجب مراعاتها فيما يتعلق بالألواح الشمسية عالية الجودة

عند شراء الألواح الشمسية، يجب ألا يؤخذ في الاعتبار السعر والجودة فقط، وينبغي أيضا أن تؤخذ عوامل أخرى في الاعتبار.

درجة الحرارة: تتميز الألواح أحادية البلورية ومتعددة البلورات بأعلى كفاءة بين 59 درجة فهرنهايت و 95 درجة فهرنهايت. المناطق التي ترتفع فيها درجات الحرارة خلال فصل الصيف قد يتسبب ذلك في وصول اللوحة الشمسية إلى درجة حرارة داخلية تزيد عن 100 درجة فهرنهايت انخفاض في مستويات الكفاءة. عند اختيار العاكس، فمن الضروري النظر في الشرط.

التدهور الناجم عن الضوء (LID): يشير LID إلى مقياس فقدان الأداء الذي يحدث مع الألواح البلورية خلال الساعات القليلة الأولى من ضوء الشمس التعرض. بشكل عام، يميل LID إلى النطاق من 1% إلى 3% في فقدان الكفاءة. لذلك يجب أن يؤخذ بعين الاعتبار عند اختيار الألواح الشمسية.

تصنيف الحرائق: تتطلب قوانين البناء الدولية الألواح الشمسية لتتناسب مع متطلباتها تصنيف حريق السقف لضمان عدم تسريع انتشار الألواح النيران. عموما هناك ثلاثة أنواع من الطبقة. توفر الفئة (أ) أكثر من غيرها الحماية في النار، حيث لا يمكن أن ينتشر اللهب أكثر من ستة أقدام. الفئة ب تضمن ألا يتجاوز انتشار اللهب ثمانية أقدام، وتضمن الفئة C انتشار اللهب لا ينتشر أبعد من 13 قدم.

حالة الطقس: على سبيل المثال، تعتبر الألواح البلورية أفضل للمناطق التي قد يتعرضون لتساقط البرد الشديد لأنهم يستطيعون تحمل سقوط البرد بسرعات تصل إلى أعلى إلى 50 ميلا في الساعة. على الرغم من تصميمها الرقيق، فإن الألواح الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ليست مثالية للبرد. نظام شمسي يستخدم أدوات التثبيت أو وحدات التثبيت أو أ يعد نظام السكك الحديدية ثلاثي الإطارات مناسبًا بشكل أفضل للمنازل التي قد تواجه أ إعصار أو عاصفة استوائية.

الكفاءة: تشير كفاءة الألواح الشمسية إلى كمية ضوء الشمس يمكن أن تتحول إلى كهرباء. سوف تنتج الألواح الشمسية عالية الكفاءة المزيد الكهرباء من نفس كمية ضوء الشمس مقارنة بلوحة أقل كفاءة.