كيفية تحديد قدرة الألواح الشمسية بالواط

كيفية تحديد قدرة الألواح الشمسية بالواط

ما هي الألواح الشمسية؟

اللوحة الشمسية جهاز يحول الإشعاع الشمسي، بشكل مباشر أو غير مباشر، إلى طاقة كهربائية عبر التأثير الكهروضوئي أو التأثير الكيميائي الضوئي، وذلك بامتصاص ضوء الشمس. ونظرًا لحجمها الكبير، فإن استخدامها العام له بعض القيود.

بالمقارنة مع البطاريات العادية والبطاريات القابلة لإعادة الشحن، تعتبر الخلايا الشمسية منتجات خضراء موفرة للطاقة وصديقة للبيئة.

تُعدّ مواد السيليكون البلوري (بما في ذلك السيليكون متعدد البلورات والسيليكون أحادي البلورة) حاليًا أهم مواد الخلايا الكهروضوئية، إذ تستحوذ على أكثر من 90% من السوق، وستبقى المادة الأساسية للخلايا الشمسية لفترة طويلة في المستقبل. وقد احتكرت تقنية إنتاج مواد السيليكون متعدد البلورات لفترة طويلة عشرة مصانع تابعة لسبع شركات في ثلاث دول هي الولايات المتحدة واليابان وألمانيا، مما أدى إلى حصار تقني واحتكار السوق. ويأتي الطلب على السيليكون متعدد البلورات بشكل رئيسي من قطاعي أشباه الموصلات والخلايا الشمسية.

تبلغ كفاءة التحويل الكهروضوئي للخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة حوالي 18%، وتصل في أعلى مستوياتها إلى 24%، وهي أعلى كفاءة تحويل كهروضوئي بين جميع أنواع الخلايا الشمسية. إلا أن تكلفة إنتاجها المرتفعة تحول دون استخدامها على نطاق واسع. ونظرًا لتغليف السيليكون أحادي البلورة عادةً بالزجاج المقسى وراتنج مقاوم للماء، فإنه يتميز بالمتانة ويصل عمره الافتراضي إلى 25 عامًا.

تتشابه عملية إنتاج الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات مع عملية إنتاج الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون أحادي البلورة، إلا أن كفاءة تحويل الطاقة الكهروضوئية في الخلايا متعددة البلورات أقل بكثير، حيث تبلغ حوالي 16%. وعلى الرغم من انخفاض تكلفة إنتاجها مقارنةً بالخلايا أحادية البلورة، إلا أن مادة السيليكون متعدد البلورات أسهل في التصنيع، كما أنها توفر استهلاك الطاقة، مما أدى إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للإنتاج، وبالتالي شهدت تطورًا كبيرًا. إضافةً إلى ذلك، فإن عمر الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون متعدد البلورات أقصر من عمر الخلايا أحادية البلورة. ومن حيث الأداء من حيث التكلفة، تتفوق الخلايا أحادية البلورة بشكل طفيف.

1. يمكن قياس الألواح الشمسية ذات القدرة المنخفضة، ولكن لا يمكن قياس الألواح الشمسية ذات القدرة العالية باستخدام جهاز قياس متعدد فقط.

تم قياس قيمة جهد الخرج عند وضع الخلية الكهروضوئية تحت مصدر ضوئي شدته 100 ميلي واط/سم²، مع فصل دائرة خرج الخلية. باستخدام نطاق جهد التيار المستمر لجهاز القياس المتعدد، يتم توصيل سلك القياس الأحمر بالقطب الموجب للوحة البطارية، وسلك القياس الأسود بالقطب السالب.

تيار الدائرة القصيرة: هو التيار المار عبر الخلية الكهروضوئية عند حدوث قصر في دائرة خرجها تحت تأثير إشعاع مصدر ضوئي قياسي. وتتمثل الطريقة العامة لقياس تيار الدائرة القصيرة في توصيل مقياس أمبير ذي مقاومة داخلية أقل من 1 أوم بطرفي الخلية الكهروضوئية للقياس.

استخدم وضع التيار المستمر في جهاز القياس المتعدد، وقم بتوصيل سلك الاختبار الأحمر بالقطب الموجب للوحة الشمسية، وقم بتوصيل سلك الاختبار الأسود بالقطب السالب للوحة الشمسية.

حساب:

أقصى قدرة خرج (Pm): أقصى جهد تشغيل خرج (Vpm) × أقصى تيار تشغيل خرج (Ipm).

تحتوي الألواح الكهروضوئية على 18 فولت، 36 فولت، إلخ. يمكن استخدام الألواح الشمسية 18 فولت بالتوازي مع مصابيح الشوارع ذات نظام 12 فولت، ويمكن استخدام الألواح الشمسية 36 فولت مع مصابيح الشوارع ذات نظام 24 فولت، أو يمكن توصيل الألواح الشمسية 18 فولت على التوالي.

في الوقت الحالي، توجد ألواح شمسية بقدرات 100 واط، و250 واط، و300 واط، و345 واط (حوالي 1 متر × 2 متر) شائعة، ولوحة الطاقة الشمسية بقدرة 470 واط كبيرة جدًا، ووحدة التحكم العاكسة في النظام الكهروضوئي مهمة جدًا، كما أن تقنية mPPt هي الأفضل حاليًا.

2. الألواح الشمسية المتوفرة حالياً في السوق:

سيليكون أحادي البلورة: 125 مم × 125 مم، القدرة الكهربائية: 2.5 واط - 2.7 واط (واط/مم)

بولي سيليكون: 156 مم × 156 مم، القدرة الكهربائية: 3-4 واط

كفاءة تحويل الخلية = القدرة الكهربائية / المساحة

على سبيل المثال: 2.5 واط / (125 مم × 125 مم × 0.99) زاوية مفقودة من بلورة مفردة

الدراسة من خلال المثال:

مساحة تحويل الواط: 2.5 واط / 1000 = 0.00259 (واط/م)

المساحة: 125 مم × 125 مم × 0.99 = 0.01546 متر مربع

كفاءة التحويل: القدرة الكهربائية / المساحة = 0.00259 / 0.01546 = 0.1675

أي أن كفاءة تحويل الخلايا أحادية البلورة بقدرة 2.5 واط يمكن أن تصل إلى 16.8٪.

3. جهد الألواح الشمسية 12 فولت (36 قطعة) أو 24 فولت (72 قطعة)

الدراسة من خلال المثال:

كيفية صنع لوحة شمسية بقدرة 120 واط/24 فولت.

120W/72=1.67

1.67*2=3.3W

وعلى العكس من ذلك، يمكن استنتاج أنه يمكن تقليلها بمقدار النصف من خلية متعددة البلورات بقدرة 3.3 واط: 3.3 * 1/2 * 72 = 119 واط (قد يكون هناك خطأ بسيط في حجم الخلية الشمسية، حيث يوجد هامش خطأ بنسبة 5٪).

4. جهد تشغيل اللوحة الشمسية

جهد الخلية الواحدة: 0.48 فولت ~ 0.5 فولت

يبلغ جهد التشغيل العادي للوحة بطارية نظام 12 فولت 17.5 فولت، بينما يبلغ جهد التشغيل للوحة بطارية نظام 24 فولت حوالي 35 فولت؛ (0.48 فولت ~ 0.5 فولت) × 36 = (17.28 ~ 18) (0.48 فولت ~ 0.5 فولت) × 72 = (34.5 ~ 36)

5. حساب مواصفات الألواح الشمسية:

ترتيب الألواح العادية: 4*9 أو 6*12

الدراسة من خلال المثال:

حساب مساحة لوحة شمسية أحادية البلورة بقدرة 90 واط/12 فولت:

يمكن أن تكون 90 واط 2.5 واط * 36؛ وفقًا لترتيب 4 * 9، فإن خلية واحدة بقدرة 2.5 واط هي 125 * 125 ملم.

العرض هو: 4 × 125 = 500 + 45 (المسافة بين الخلايا وطول الإطار) = 545 مم

الطول هو: 9 × 125 = 1125 + 80 (المسافة بين الخلايا، وصندوق التوصيل، وطول الإطار) = 1205 مم

النتيجة : إذن حجم اللوحة الشمسية أحادية البلورة بقدرة 90 واط هو 545*1205 مم .

حساب مساحة لوحة شمسية متعددة البلورات بقدرة 120 واط/24 فولت:

يمكن أن يكون 120 واط / 24 فولت 3.3 واط (نصف مقطوع) * 72؛

مرتبة وفقًا لـ 6 × 12، تبلغ أبعاد الخلية الواحدة 156 × 156 مم

يبلغ العرض: 6 × 156 = 936 + 45 (المسافة بين الخلايا وطول الإطار) = 992 مم

الطول هو: 12 × 156 / 2 + 80 (المسافة بين الخلايا، وصندوق التوصيل، وطول الإطار) = 1020 مم

النتيجة : إذن حجم اللوحة الشمسية متعددة البلورات بقدرة 120 واط هو 992*1020 مم .