كيف تعمل الألواح الشمسية؟شرح علم الطاقة الشمسية.

نعلم جميعًا أن الألواح الشمسية الكهروضوئية (PV) تحول ضوء الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام ، لكن قلة من الناس يعرفون العلم الفعلي وراء هذه العملية.في هذا الأسبوع على المدونة ، سوف ندخل في العلوم الجوهرية وراء الطاقة الشمسية.قد يبدو الأمر معقدًا ، لكن كل ذلك يتلخص في التأثير الكهروضوئي ؛قدرة المادة على إصدار الإلكترونات عند الاستحمام بالضوء.

قبل أن نصل إلى المستوى الجزيئي ، دعنا’نلقي نظرة عالية المستوى على التدفق الأساسي لتوليد الكهرباء:

الخطوات الأساسية في توليد الطاقة الشمسية ونقلها

1. يضرب ضوء الشمس الألواح الشمسية ويخلق مجالًا كهربائيًا.

2. تتدفق الكهرباء المتولدة إلى حافة اللوحة وإلى سلك موصل.

3. يجلب السلك الموصل الكهرباء إلى العاكس ، حيث يتم تحويلها من التيار المستمر إلى التيار المتردد ، والذي يستخدم لتزويد المباني بالطاقة.

4. يقوم سلك آخر بنقل كهرباء التيار المتردد من العاكس إلى اللوحة الكهربائية بالممتلكات (وتسمى أيضًا صندوق الكسارة) ، والتي توزع الكهرباء في جميع أنحاء المبنى حسب الحاجة.

5. تتدفق أي كهرباء غير ضرورية عند التوليد عبر عداد المرافق إلى شبكة الكهرباء.عندما تتدفق الكهرباء عبر العداد ، فإنه يتسبب في تشغيل العداد للخلف ، مما يؤدي إلى زيادة التوليد في الممتلكات الخاصة بك.

6. الآن بعد أن أصبح لدينا فكرة أساسية عن توليد وتدفق الكهرباء الشمسية ، دعنا’أخذ نظرة أعمق في العلم وراء الألواح الشمسية الكهروضوئية.

العلم وراء الخلايا الشمسية الكهروضوئية

تتكون الألواح الكهروضوئية الشمسية من العديد من الخلايا الكهروضوئية الصغيرة – الكهروضوئية مما يعني أنها يمكن أن تحول ضوء الشمس إلى كهرباء.تتكون هذه الخلايا من مواد شبه موصلة ، غالبًا من السيليكون ، وهي مادة يمكنها توصيل الكهرباء مع الحفاظ على عدم التوازن الكهربائي اللازم لتكوين مجال كهربائي.

عندما يضرب ضوء الشمس أشباه الموصلات في الخلية الكهروضوئية الشمسية (الخطوة 1 في مراجعتنا عالية المستوى) ، يتم امتصاص الطاقة من الضوء ، على شكل فوتونات ، مما يؤدي إلى فقدان عدد من الإلكترونات ، والتي تنجرف بعد ذلك بحرية في الخلية.تم تصميم الخلية الشمسية خصيصًا بأشباه موصلات موجبة وسالبة الشحنة مجمعة معًا لإنشاء مجال كهربائي (انظر الصورة إلى اليسار للحصول على تصور).يجبر هذا المجال الكهربائي الإلكترونات المنجرفة على التدفق في اتجاه معين - نحو الصفائح المعدنية الموصلة التي تبطن الخلية.يُعرف هذا التدفق بتيار الطاقة ، وتحدد قوة التيار مقدار الكهرباء التي يمكن أن تنتجها كل خلية.بمجرد أن تصطدم الإلكترونات السائبة بألواح معدنية ، يتم توجيه التيار بعد ذلك إلى أسلاك ، مما يسمح للإلكترونات بالتدفق كما لو كانت في أي مصدر آخر لتوليد الكهرباء (الخطوة 2 في عمليتنا).

عندما تولد اللوحة الشمسية تيارًا كهربائيًا ، تتدفق الطاقة عبر سلسلة من الأسلاك إلى العاكس (انظر الخطوة 3 أعلاه).بينما تولد الألواح الشمسية تيارًا كهربائيًا مباشرًا (DC) ، يحتاج معظم مستهلكي الكهرباء إلى تيار كهربائي متناوب (AC) لتشغيل مبانيهم.العاكس’تتمثل وظيفة s في تحويل الكهرباء من التيار المستمر إلى التيار المتردد ، مما يجعله متاحًا للاستخدام اليومي.

بعد تحويل الكهرباء إلى حالة قابلة للاستخدام (طاقة التيار المتردد) ، يتم إرسالها من العاكس إلى اللوحة الكهربائية (وتسمى أيضًا صندوق الكسارة) [الخطوة 4] ، وتوزع في جميع أنحاء المبنى حسب الحاجة.الكهرباء متاحة الآن بسهولة لتزويد الأضواء والأجهزة والأجهزة الكهربائية الأخرى بالطاقة الشمسية.

يتم إرسال أي كهرباء لا يتم استهلاكها عبر صندوق التكسير إلى شبكة المرافق من خلال عداد المرافق (خطوتنا الأخيرة ، كما هو موضح أعلاه).يقيس عداد المرافق تدفق الكهرباء من الشبكة إلى الممتلكات الخاصة بك والعكس صحيح.عندما ينتج نظام الطاقة الشمسية الخاص بك كهرباء أكثر مما تستخدمه في الموقع ، فإن هذا العداد يعمل فعليًا للخلف ، ويُنسب إليك الفضل في الكهرباء الزائدة المتولدة من خلال عملية القياس الصافي.عندما تستخدم كهرباء أكثر مما تولده مجموعة الطاقة الشمسية لديك ، فإنك تسحب كهرباء إضافية من الشبكة عبر هذا العداد ، مما يجعلها تعمل بشكل طبيعي.ما لم تكن قد خرجت تمامًا من الشبكة من خلال حل تخزين ، فستحتاج إلى سحب بعض الطاقة من الشبكة ، خاصة في الليل ، عندما لا تنتج مجموعة الطاقة الشمسية الخاصة بك.ومع ذلك ، سيتم تعويض الكثير من طاقة الشبكة هذه من الطاقة الشمسية الزائدة التي تولدها على مدار اليوم وفي فترات الاستخدام المنخفض.

في حين أن التفاصيل وراء الطاقة الشمسية علمية للغاية ، إلا أنها ليست كذلك’خذ عالِمًا لنقل الفوائد التي يمكن أن يجلبها تركيب الطاقة الشمسية إلى الشركة أو مالك العقار.يمكن لمطور الطاقة الشمسية ذو الخبرة أن يطلعك على هذه الفوائد ويساعدك على استكشاف ما إذا كان حل الطاقة الشمسية مناسبًا لعملك.