تحول الخلايا الشمسية، والتي تسمى أيضًا الخلايا الفولتية الضوئية، ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية.
وهي تمد معظم الأقمار الصناعية، وغيرها من المركبات الفضائية، وكذلك بعض الآلات الحاسبة، بالقدرة.
وتصنع الخلايا الشمسية من أشباه الموصلات، وخاصة السليكون المعالج بطريقة خاصة، حيث تؤدي الطاقة المأخوذة من الشمس إلى انفصال الشحنات السالبة والموجبة في شبه الموصل، ومن ثم تسري الشحنات في موصل.
الخلية الشمسية، أو الخلية الكهروضوئية، هي جهاز كهربائي يحول طاقة الضوء مباشرة إلى كهرباء عن طريق التأثير الكهروضوئي، وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية.
هو شكل من أشكال الخلايا الكهروضوئية ، يعرف بأنه جهاز تختلف خصائصه الكهربائية، مثل التيار أو الجهد أو المقاومة، عند تعرضه للضوء.
يمكن دمج أجهزة الخلايا الشمسية الفردية لتشكيل وحدات، والمعروفة باسم الألواح الشمسية.
يمكن للخلايا الشمسية السليكونية أحادية الوصلة المشتركة أن تنتج جهد دائرة كهربائية قصوى بحد أقصى من 0.5 إلى 0.6 فولت.
توصف الخلايا الشمسية بأنها الخلايا الكهروضوئية، بغض النظر عما إذا كان المصدر هو ضوء الشمس أو الضوء الاصطناعي.
بالإضافة إلى إنتاج الطاقة، يمكن استخدامها ككاشف ضوئي (على سبيل المثال كاشفات الأشعة تحت الحمراء)، أو الكشف عن الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر بالقرب من النطاق المرئي، أو قياس شدة الضوء.
يتطلب تشغيل الخلية الكهروضوئية (PV) ثلاث سمات أساسية:
- امتصاص الضوء وتوليد إما أزواج إلكترون أو أكسيتونات.
- فصل حاملات الشحنة من الأنواع المعاكسة.
- الاستخراج المنفصل لتلك الموجات إلى دائرة خارجية.
في المقابل، يوفر المجمع الحراري الشمسي الحرارة عن طريق امتصاص أشعة الشمس، لغرض التسخين المباشر أو توليد الطاقة الكهربائية غير المباشرة من الحرارة.
من ناحية أخرى، تشير "الخلية الكهروضوئية" (الخلية الكهروكيميائية الضوئية) إما إلى نوع من الخلايا الكهروضوئية (مثل تلك التي طورها إدموند بيكريل والخلايا الشمسية الحديثة الحساسة للصبغة)، أو إلى جهاز يقسم الماء مباشرة إلى هيدروجين والأكسجين باستخدام الإضاءة الشمسية فقط.
التطبيقات:
يتم استخدام تجميعات الخلايا الشمسية لصنع وحدات شمسية تولد طاقة كهربائية من ضوء الشمس، كما تتميز عن "الوحدة الحرارية الشمسية" أو "لوحة الماء الساخن الشمسي".
تولد المجموعة الشمسية الطاقة الشمسية باستخدام الطاقة الشمسية.
الخلايا والوحدات والألواح والأنظمة:
تشكل الخلايا الشمسية المتعددة في مجموعة متكاملة، كلها موجهة في مستوى واحد، لوحة أو وحدة شمسية ضوئية شمسية.
وهي تمد معظم الأقمار الصناعية، وغيرها من المركبات الفضائية، وكذلك بعض الآلات الحاسبة، بالقدرة.
وتصنع الخلايا الشمسية من أشباه الموصلات، وخاصة السليكون المعالج بطريقة خاصة، حيث تؤدي الطاقة المأخوذة من الشمس إلى انفصال الشحنات السالبة والموجبة في شبه الموصل، ومن ثم تسري الشحنات في موصل.
الخلية الشمسية، أو الخلية الكهروضوئية، هي جهاز كهربائي يحول طاقة الضوء مباشرة إلى كهرباء عن طريق التأثير الكهروضوئي، وهي ظاهرة فيزيائية وكيميائية.
هو شكل من أشكال الخلايا الكهروضوئية ، يعرف بأنه جهاز تختلف خصائصه الكهربائية، مثل التيار أو الجهد أو المقاومة، عند تعرضه للضوء.
يمكن دمج أجهزة الخلايا الشمسية الفردية لتشكيل وحدات، والمعروفة باسم الألواح الشمسية.
يمكن للخلايا الشمسية السليكونية أحادية الوصلة المشتركة أن تنتج جهد دائرة كهربائية قصوى بحد أقصى من 0.5 إلى 0.6 فولت.
توصف الخلايا الشمسية بأنها الخلايا الكهروضوئية، بغض النظر عما إذا كان المصدر هو ضوء الشمس أو الضوء الاصطناعي.
بالإضافة إلى إنتاج الطاقة، يمكن استخدامها ككاشف ضوئي (على سبيل المثال كاشفات الأشعة تحت الحمراء)، أو الكشف عن الضوء أو الإشعاع الكهرومغناطيسي الآخر بالقرب من النطاق المرئي، أو قياس شدة الضوء.
يتطلب تشغيل الخلية الكهروضوئية (PV) ثلاث سمات أساسية:
- امتصاص الضوء وتوليد إما أزواج إلكترون أو أكسيتونات.
- فصل حاملات الشحنة من الأنواع المعاكسة.
- الاستخراج المنفصل لتلك الموجات إلى دائرة خارجية.
في المقابل، يوفر المجمع الحراري الشمسي الحرارة عن طريق امتصاص أشعة الشمس، لغرض التسخين المباشر أو توليد الطاقة الكهربائية غير المباشرة من الحرارة.
من ناحية أخرى، تشير "الخلية الكهروضوئية" (الخلية الكهروكيميائية الضوئية) إما إلى نوع من الخلايا الكهروضوئية (مثل تلك التي طورها إدموند بيكريل والخلايا الشمسية الحديثة الحساسة للصبغة)، أو إلى جهاز يقسم الماء مباشرة إلى هيدروجين والأكسجين باستخدام الإضاءة الشمسية فقط.
التطبيقات:
يتم استخدام تجميعات الخلايا الشمسية لصنع وحدات شمسية تولد طاقة كهربائية من ضوء الشمس، كما تتميز عن "الوحدة الحرارية الشمسية" أو "لوحة الماء الساخن الشمسي".
تولد المجموعة الشمسية الطاقة الشمسية باستخدام الطاقة الشمسية.
الخلايا والوحدات والألواح والأنظمة:
تشكل الخلايا الشمسية المتعددة في مجموعة متكاملة، كلها موجهة في مستوى واحد، لوحة أو وحدة شمسية ضوئية شمسية.
غالبًا ما تحتوي الوحدات الكهروضوئية على ورقة من الزجاج على الجانب المواجه للشمس، مما يسمح للضوء بالمرور مع حماية رقائق أشباه الموصلات.
عادة ما يتم توصيل الخلايا الشمسية في سلسلة ودوائر متوازية أو سلسلة في وحدات، مما يخلق جهدًا إضافيًا.
توصيل الخلايا بالتوازي يعطي تيارًا أعلى؛ ومع ذلك، يمكن لمشكلات مثل تأثيرات الظل أن تغلق السلسلة المتوازية الأضعف (الأقل إضاءة) (عدد من الخلايا المتصلة بالسلسلة) مما يتسبب في فقد كبير في الطاقة وإتلاف محتمل بسبب التحيز العكسي المطبق على الخلايا المظللة من قبل شركائها المضاءين.
عادةً ما يتم التعامل مع سلاسل الخلايا المتسلسلة بشكل مستقل وغير متصلة بالتوازي، على الرغم من أنه اعتبارًا من عام 2014، غالبًا ما يتم توفير صناديق الطاقة الفردية لكل وحدة، ويتم توصيلها بالتوازي.
على الرغم من أن الوحدات يمكن أن تكون مترابطة لإنشاء صفيف بذروة الجهد DC القصوى المطلوبة وسعة تيار التحميل، يفضل استخدام MPPTs المستقلة (أجهزة تعقب نقاط الطاقة القصوى).
خلاف ذلك، يمكن للثنائيات التحويلية أن تقلل من فقدان قوة التظليل في المصفوفات مع الخلايا المتصلة المتسلسلة / المتوازية.
المواد:
عادةً ما يتم تسمية الخلايا الشمسية باسم المواد شبه الموصلة التي تتكون منها.
يجب أن يكون لهذه المواد خصائص معينة من أجل امتصاص أشعة الشمس.
تم تصميم بعض الخلايا للتعامل مع ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض، بينما تم تحسين الخلايا الأخرى للاستخدام في الفضاء.
يمكن صنع الخلايا الشمسية من طبقة واحدة فقط من مادة امتصاص الضوء (وصلة واحدة) أو استخدام تكوينات فيزيائية متعددة (تقاطعات متعددة) للاستفادة من آليات الامتصاص وفصل الشحنات المختلفة.
يمكن تصنيف الخلايا الشمسية إلى خلايا الجيل الأول والثاني والثالث.
خلايا الجيل الأول - تسمى أيضًا الخلايا التقليدية أو التقليدية أو القائمة على الرقاقة - مصنوعة من السيليكون البلوري، وهي التكنولوجيا الكهروضوئية السائدة تجاريًا، والتي تتضمن مواد مثل البولي سيليكون والسيليكون أحادي البلورية.
خلايا الجيل الثاني عبارة عن خلايا شمسية ذات أغشية رقيقة، والتي تشمل السيليكون غير المتبلور، وخلايا CdTe و CIGS، وهي ذات أهمية تجارية في محطات الطاقة الكهروضوئية على نطاق المنفعة، وبناء الخلايا الكهروضوئية المتكاملة أو في نظام طاقة صغير مستقل.
يتضمن الجيل الثالث من الخلايا الشمسية عددًا من تقنيات الأغشية الرقيقة التي غالبًا ما توصف بأنها الخلايا الكهروضوئية الناشئة - ومعظمها لم يتم تطبيقه تجاريًا بعد ولا يزال في مرحلة البحث أو التطوير.
يستخدم العديد من المواد العضوية، وغالبًا ما تكون المركبات المعدنية العضوية وكذلك المواد غير العضوية.
على الرغم من حقيقة أن كفاءتها كانت منخفضة وكان استقرار مادة الامتصاص غالبًا ما يكون قصيرًا جدًا للتطبيقات التجارية، إلا أن هناك الكثير من الأبحاث المستثمرة في هذه التقنيات لأنها تعد بتحقيق هدف إنتاج تكلفة منخفضة وعالية الكفاءة الخلايا الشمسية.
الصناعة:
تشترك الخلايا الشمسية في نفس تقنيات المعالجة والتصنيع مثل أجهزة أشباه الموصلات الأخرى.
ومع ذلك، فإن المتطلبات الصارمة للنظافة ومراقبة جودة تصنيع أشباه الموصلات تكون أكثر استرخاء للخلايا الشمسية، مما يقلل من التكاليف.
يتم تصنيع رقائق السليكون المتعددة البلورات عن طريق صب سبائك السليكون المصبوبة من الأسلاك في 180 إلى 350 ميكرومتر.
عادة ما تكون الرقائق خفيفة بشكل مخدر.
يتم إجراء نشر سطحي لمواد dopants على الجانب الأمامي للرقاقة.
هذا يشكل تقاطع pn على بعد بضع مئات من النانومتر تحت السطح.
يتم بعد ذلك تطبيق الطلاء المضاد للانعكاس لزيادة كمية الضوء المقترن في الخلية الشمسية.
استبدل نيتريد السليكون تدريجياً ثاني أكسيد التيتانيوم كمادة مفضلة، بسبب خصائصه الممتازة في التخميل السطحي.
يمنع إعادة التركيب الحامل على سطح الخلية.
يتم تطبيق طبقة يبلغ سمكها عدة مئات من النانومتر باستخدام PECVD.
تحتوي بعض الخلايا الشمسية على أسطح أمامية مزخرفة، مثل الطلاء المضاد للانعكاس، تزيد من كمية الضوء التي تصل إلى الرقاقة.
تم تطبيق هذه الأسطح لأول مرة على السيليكون أحادي البلورة، تليها السيليكون متعدد البلورات لاحقًا إلى حد ما.
يتم إجراء اتصال معدني كامل المساحة على السطح الخلفي، ويتم تلامس معدن يشبه الشبكة يتكون من "أصابع" دقيقة و "قضبان حافلة" أكبر على الشاشة الأمامية باستخدام عجينة فضية.
هذا تطور لما يسمى بعملية "البلل" لتطبيق الأقطاب الكهربائية، التي تم وصفها لأول مرة في براءة اختراع أمريكية تم تقديمها في عام 1981 من قبل شركة Bayer AG.
يتكون الاتصال الخلفي من خلال طباعة الشاشة على معجون معدني، عادةً من الألومنيوم.
عادة ما يغطي هذا الاتصال الجزء الخلفي بالكامل، على الرغم من أن بعض التصاميم تستخدم نمط الشبكة.
يتم بعد ذلك إطلاق المعجون عند عدة مئات من درجات مئوية لتكوين أقطاب معدنية في اتصال أومي مع السيليكون.
تستخدم بعض الشركات خطوة طلاء كهربائي إضافية لزيادة الكفاءة.
بعد إجراء الاتصالات المعدنية، يتم ربط الخلايا الشمسية ببعضها البعض بواسطة أسلاك مسطحة أو شرائط معدنية، ويتم تجميعها في وحدات أو "ألواح شمسية".
تحتوي الألواح الشمسية على ورقة من الزجاج المقسى في الأمام، وتغليف بوليمر في الخلف.
التسميات
كهرباء