بحث طالب عن الطاقة الشمسية

اقتصاديات الطاقة الشمسية :
تعتبر تكلفة المواد الأولية لأجهزة استخدام الطاقة الشمسية أهم عائق يحول دون استخدامها بالإضافة إلي المساحة الكبيرة المطلوبة لوضع هذه الأجهزة المجمعة لأشعة الشمس غير المركزة و بالرغم من كل هذه العوامل فهناك بعض الاستخدامات للطاقة الشمسية تعتبر اقتصادية في الوقت الحاضر ، منها تسخين المياه والاستعمالات الأخرى في المناطق النائية مثل توليد الكهرباء وضخ المياه وتحلية المياه والإشارات الضوئية والبث اللاسلكي والحماية الكاثودية وغيرها .
ومن الضروري قبل احتساب تكلفة واقتصاديات الطاقة الشمسية أن نعلم نوع التطبيق الشمسي بالإضافة إلي مواصفات المكان أي هل منطقة نائية أو قرب مدينة أو في داخل المدينة ؟ ويجب معرفة فترة التشغيل اليومية وهل هناك حاجة إلي تخزين الطاقة أم لا ؟ وهل هناك حاجة إلى الصيانة ومدى تكرارها ؟ .
ومن المعلوم بأن معظم البلدان العربية تدعم أسعار الكهرباء المولدة بالمشتقات النفطية لمواطنيها ولا بد من أخذ هذا الدعم في الاعتبار عند مقارنة تكلفة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية.
و إذا أخذت جميع هذه العوامل في الحسبان و اتبعت الطرق الصحيحة لاستغلال و استخدام هذا النوع من الطاقة بشكل اقتصادي ومحاولة تطويرها إلي الشكل الأفضل قد يؤدي إلي انخفاض تكلفة الوات الواحد المنتج منها .

بعض مشاكل استخدام الطاقة الشمسية :
إن أهم مشكلة تواجه الباحثين في مجالات استخدام الطاقة الشمسية هي وجود الغبار ومحاولة تنظيف أجهزة الطاقة الشمسية منه وقد برهنت البحوث الجارية حول هذا الموضوع أن أكثر من 50 % من فعالية الطاقة الشمسية تفقد في حالة عدم تنظيف الجهاز المستقبل لأشعة الشمس لمدة شهر .
إن أفضل طريقة للتخلص من الغبار هي استخدام طرق التنظيف المستمر أي على فترات لا تتجاوز ثلاثة أيام لكل فترة وتختلف هذه الطرق من بلد إلي آخر معتمدة على طبيعة الغبار وطبيعة الطقس في ذلك البلد.
أما المشكلة الثانية فهي خزن الطاقة الشمسية والاستفادة منها أثناء الليل أو الأيام الغائمة أو الأيام المغبرة ويعتمد خزن الطاقة الشمسية على طبيعة وكمية الطاقة الشمسية ، و نوع الاستخدام وفترة الاستخدام بالإضافة إلي التكلفة الإجمالية لطريقة التخزين ويفضل عدم استعمال أجهزة للخزن لتقليل التكلفة والاستفادة بدلاً من ذلك من الطاقة الشمسية مباشرة حين وجودها فقط ويعتبر موضوع تخزين الطاقة الشمسية من المواضيع التي تحتاج إلي بحث علمي أكثر واكتشافات جديدة .
ويعتبر تخزين الحرارة بواسطة الماء والصخور أفضل الطرق الموجودة في الوقت الحاضر . أما بالنسبة لتخزين الطاقة الكهربائية فما زالت الطريقة الشائعة هي استخدام البطاريات السائلة ( بطاريات الحامض والرصاص ) وتوجد حالياً أكثر من عشر طرق لتخزين الطاقة الشمسية كصهر المعادن والتحويل الطوري للمادة وطرق المزج الثنائي و غيرها .
والمشكـلة الثـالثة في استخدامات الطاقة الشمسية هي حدوث التـآكل في المجمعـات الشمسيــة بسبب الأمـلاح الموجودة في الميــاه المستخدمــة في دورات التسخــين وتعتبر الــدورات المغلقـة واستخـــدام مــاء خـال من الأملاح فيها أحسن الحلول للحد من مشكلة التآكل والصدأ في المجمعات الشمسية .
المقترحات و التوصيات:
إن البحث والمثابرة في إيجاد بدائل للطاقة الإحفورية ما هو إلا جزء مكمل لاستمرارية دور الدول العربية كدول مصدرة للطاقة والحفاظ على المستوى الاقتصادي الذي تنعم به هذه الدول الآن ومن أجل مواكبة بقية دول العالم في هذا المجال ، يقترح مراعاة التوصيات التالية :
1- الدعم المادي والمعنوي وتنشيط حركة البحث في مجالات الطاقة الشمسية.
2- القيام بإنشاء بنك لمعلومات الإشعاع الشمسي ودرجات الحرارة وشدة الرياح
وكمية الغبار وغيرها من المعلومات الدورية الضرورية لاستخدام الطاقة الشمسية .
3- القيام بمشاريع رائدة وكبيرة نوعاً ما وعلى مستوى يفيد البلد كمصدر آخر من الطاقة وتدريب الكوادر العربية عليها بالإضافة إلي عدم تكرارها بل تنويعها في البلدان العربية للاستفادة من جميع تطبيقات الطاقة الشمسية .
4- تنشيط طرق التبادل العلمي والمشورة العلمية بين البلدان العربية وذلك عن طريق عقد الندوات واللقاءات الدورية .
5- تحديث دراسات استخدامات الطاقة الشمسية في الوطن العربي وحصر وتقويم ما هو موجود منها.
6- تطبيق جميع سبل ترشيد الحفاظ على الطاقة ودراسة أفضل طرقها بالإضافة إلي دعم المواطنين اللذين يستعملون الطاقة الشمسية في منازلهم.
7- تشجـيع التعاون مع الـــدول المتقدمــة في هـذا المجال والاستفــادة من خبراتهــا على أن يكـون ذلك مبنيــاً على أســاس المســاواة والمنفعة المتبادلة.

المواد الأولية و بنية الألواح:

الآن كيف يستغل هذا الإشعاع الشمسي؟
ذكرنا أن الطاقة الكهربائية والحرارية هي أهم تطبيقات هذه الأنظمة... ندخل الآن في بعض المفاهيم التي تقرب للأذهان كيفية العمل ... لذلك نعيد شرح الخلية الشمسية والتي هي الركيزة الأساسية للعمل.
إن الخلية الشمسية هي وصلة ثنائية (دايود... diode ) من أشباه الموصلات بحيث إن الضوء الساقط على سطحها يستطيع أن ينفد إلى منطقة الاتصال ( P-n junction )حيث تتجول الأشعة الساقطة على الخلية الشمسية إلى طاقة كهربائية
خلية شمسية مصنوعة من مادة شبه موصلة اسمها السليكون ورمزها الكيميائي (Si )
وتعرف المادة شبه الموصلة كالأتي:
المادة شبه الموصلة هي عناصر رباعية التكافؤ( يحتوي غلاف الذرة الخارجي على أربعة الكترونات) ترتبط ذراتها ببعضها البعض بروابط تساهمية وتكون عازلة تماما في درجة الصفر المطلق وتزداد درجة توصيلها بارتفاع درجة حرارتها أو عند تسليط فرق جهد كهربائي عليها أو عند تعرضه لإشعاع بطاقة كافية ( وفي كل درس سيتم توسع أكثر في شرح خصائصها )
وهي نوعين :
أ- مواد شبه موصلة نقية :
إن لهذه المواد ترتيبا بلوريا إذ تترتب ذراتها وفق نظام هندسي جميل ومن أمثلتها( السليكون )الذي يحتوي 14 إلكترونا ... عشرة من هذه الالكترونات مرتبطة بالنواة.. و4 منها تكون في الغلاف الخارجي لنواة الذرة والجرمانيوم الذي يحتوي على 32 إلكترونا منها 28 إلكترون مرتبط بالنواة و4 منها في الغلاف الخارجي.
ب - مواد شبه موصلة مشوبة ( غير نقية ):
هي نفس المواد السابقة ( السليكون والجرمانيوم ) لكن تمت إضافة نسبة من الشوائب إليها( مثل الزرنيخ ، الانتيمون ، الفسفور ، الغاليوم ، الانديوم والبورون) وذلك للسيطرة علة عملية التوصيل الكهربائي .. وكي يكون مقدار هذا التوصيل ملبي للأغراض العملية.
وهذه المواد شبه الموصلة الغير نقية تقسم بدورها إلى قسمين:
قسم نوع N بلورات لمواد شبه موصلة مشوبة بذرات عناصر خماسية التكافؤ( زرنيخ أو الانتيمون أو الفسفور ).. وناقلات الشحنة الكهربائية فيها هي الالكترونات الحرة ..
قسم نوع: Pبلورات لمواد شبه موصلة مشوبة بذرات عناصر ثلاثية التكافؤ
( الجاليوم,والانديوم والباريوم) ناقلات الشحنة فيها هي الفجوات (هي الفراغ الذي يخلفه الالكترون المتحرر من الرابطة التساهمية بسبب ارتفاع درجة حرارة بلورة شبه الموصل).

الآن عندما نشوب بلورة شبه موصل نقي في احد جانبيها شوائب خماسية التكافؤ وفي الجانب الأخر شوائب ثلاثية التكافؤ.

خلايا شمسية جديدة:

يمكن لمحطات الطاقة الشمسية أن تزداد كفاءة في استخدام نور الشمس. وحدات كهذه تحول خمسة عشر بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية. بينما تتمكن محطة عصرية للتسخين والطاقة الكهربائية من تحويل تسعين بالمائة من الطاقة الأساسية التي تستخدمها. يسعى العلماء منذ سنوات في جميع أنحاء العالم, ومن بينهم العاملين في معهد أبحاث الطاقة الشمسية في هاملين, شمالي ألمانيا, لتجريب عدد من السبل الخاصة بزيادة الكفاءة في تحويل الخلايا الشمسية. لأن الكهرباء في محطة الطاقة الشمسية تكلف ثمانية أضعاف تلك التي يتم الحصول عليها من محطات تعمل على الفحم أو الطاقة النووية.
الهدف هو الحصول على كفاءة تحويل عالية عبر تكنولوجيا بسيطة، بحيث يصبح الإنتاج التجاري ممكنا. من خلال كفاءة للتحويل بنسبة أربعة وعشرين أو ثلاثين بالمائة لا يمكن اعتبار التطور الحاصل كافيا من الناحية الاقتصادية.
السبب الذي يجعل الطاقة الكهربائية باهظة التكاليف هو انخفاض حجم الخلايا الشمسية التي يتم إنتاجها. غالبية العمل يتم يدويا بعد. ما يكلف الكثير. كما أن عملية التصنيع المعقدة تزيد من قيمة التكلفة. يتم في هذا المصنع الشمسي ، للمحطة التي تولد ميغا وات واحدة والمصنوعة في شركة آسي في بافاريا, عجن ألواح السيليكون الموصلة.
تضغط المادة التي تولد إلكترونات، وهي بهذه الحالة الفوسفور، في كريستال السيليكون على حرارة تبلغ ثماني مائة درجة مئوية. حين تتعرض لأشعة الشمس, يصدر الالكترون عن الفوسفور. تسخر هذه الطاقة عبر تواصل المعادن. العائق هنا هو أن الاتصال يطرح الظلال.
لكن هناك حل لهذه المشكلة. عادة ما توضع الأطراف المعادن مباشرة على سطح المرايا الناعمة للخلايا الشمسية. أما هنا فالآلة تقطع مئات من الأخاديد في سطح كل من الخلايا عبر أسلاك مجهريه، حيث تم القيام بالاتصال على كل من جانبي اللوح الذي هناك.
في هذه الصورة المكبرة، يمكن أن ترى الارتفاع البسيط على جانب الألواح. الفائدة بالطبع هي أن المعادن لا تحول دون أشعة الشمس على الإطلاق. بحيث أن الإشعاعات الشمسية بكاملها تضرب السيليكون شبه الموصل فيولد الكهرباء.
للتأكد من أن الضوء لا ينعكس دون استخدامه من خلال السطح الرمادي للخلايا بل يولد الكهرباء فعلا، تمنح الخلايا الشمسية غشاء مضاد للانعكاس. حسب نوعية خلايا الشمس، تزيد طبقة سيليكون النيترات الجديدة من المضاد للانعكاس المطور من كفاءة التحويل بنسبة تتراوح بين الواحد والثلاثة بالمائة.
يمكن أن يسمى غشاءا عجيبا. وهو أشبه بالمخدر العجيب للخلايا الشمسية .
يصل مجموع الزيادة التي تحققت في كفاءة التحويل الكهربائي إلى خمسة بالمائة، وبما أن هذا الأسلوب بالغ البساطة ستصبح الكهرباء الشمسية أقل سعرا.
في المرحلة الأخيرة الهدف النهائي هو التقليل من الكلفة أي الوصول إلى نصف الكلفة بالكيلووات في هذا الجانب من العالم.
حمل هذا الخبر العاملين في صناعة الطاقة على تسجيل ملاحظاتهم. في ألمانيا يتم العمل على بناء ثلاثة محطات للطاقة الشمسية، يوجد أحدها عند آسي في ألزيناو, بافاريا. تسعى الشركة لوضع تلك الأعجوبة رهن التطبيق في الإنتاج التجاري. صدر أمر ببناء الخط الإنتاجي الأول لينتج ثلاثة عشر وات في ألزيناو آسيا تفكر أيضا بإتباع مبدأ أخاديد الأسطح في عملياتها الإنتاجية.
لا بد من بعض عمليات التطوير قبل أن يصبح ذلك ممكنا.
ولكن رغم هذا من المتوقع أن يؤدي انخفاض الكلفة للخلايا من تحفيز الإنتاج في ألزيناو فيصل التحويل إلى عشرين بالمائة من أشعة الشمس إلى طاقة كهربائية وهي خطوة هامة في الاتجاه الصحيح.

مكونات الخلية الكهروضوئية:
اليوم اغلب الخلايا الكهروضوئية المستخدمة تكون مصنعة من مادة بلّورية تدعى سيليكون، وهي إحدى مواد الأرض شيوعا . تتكون الخلية الضوئية من طبقة رقيقة من مادة السيلكون هذه المادة هي احد مواد أشباه الموصلات(أنصاف النواقل ) المعروفة التي تندرج خواصها الفيزيائية بين الموصلات و العوازل .
يتم تصنيعها من خلال خلط كمّية صغيرة جدا من والبورون مع مادة السيلكون الصافي ثم تسخن إلى درجة حرارة 850 درجة مئوية أثناء التسخين يرش سطح الخلية بطبقة الفسفور وذلك لخلق طبقتين مختلفتين من نوع n-type ومن نوع p-type. بمعني أخر تتكون وصلة الـ pn junctions قرب السطح بين غلاف الفسفور وخليط البورون. عموما يستعمل الفسفور لخلق الطبقة n-type وخليط السيليكون بالبورون لخلق طبقة من نوع p-type بهذا نكون قد حصلنا على المأخذ الموجب و المأخذ السالب للخلية. الشكل التالي يوضح التركيب الأساسي للخلية.

طريقة عمل الخلية الكهروضوئية:

من الشكل التالي نلاحظ انه عند سقوط ضوء الشمس على الخلية يمر هذا الضوء من خلال سطح الخلية ويمتص جزء منه بواسطة الطبقة الأولى للخلية وهي الطبقة التي تحتوي علي فسفور أما أغلبية الضوء الساقط على هذه الخلية فيقوم بامتصاصه الجزء الخاص بذلك وهي الطبقة التي تحتوي علي خليط السيلكون بالبورون حيث يتكون من خلال هذه العملية الكترونات حرة الحركة يمكنها السريان خلال الموصل الكهربائي في أطراف الخلية وتزداد هذه الحركة بزيادة كثافة الضوء الساقط على هذه الخلية من هنا يمكننا توصيل حمل كهربائي على أطراف هذه الخلية والاستفادة من حركة الالكترونات الناتجة من تسليط ضوء الشمس علي الخلية.



تأثير درجة الحرارة على منحنيات خواص الجهد و التيار للخلية:

تتفاوت كفاءة أداء الخلية الكهروضوئية عادة عكسيا بدرجة حرارة التشغيل بمعني آخر ينخفض أداء الخلية بارتفاع درجة حرارة الجو المحيط للخلية ، هذا يعني أن الطاقة الكهربائية الناتجة من الخلية تنخفض بارتفاع درجة الحرارة.
الشكل 5 يوضح تأثير درجة الحرارة على منحني خواص الجهد و التيار وكيف يكون لدرجة الحرارة التأثير المباشر في الطاقة الكهربائية المتولدة.
و الشكل 6 يعزز هذا التأثير في كمية الطاقة الكهربائية المتولدة.


عموما درجة الحرارة من العوامل المؤثرة في الخرج و هناك عوامل أخرى تلعب دور في انخفاض أداء هذه الخلية من هذه العوامل سرعة الهواء و الغبار و كثافة الضوء الساقط على الخلية.
أما سرعة الهواء فتأثيرها ليس كبير مثل درجة الحرارة أو كثافة الضوء أو الغبار ولكن في حساب الطاقة المتولدة رياضيا يؤخذ في الحسبان الشكل 7 حيث يوضح تأثير كثافة الضوء الساقط على الخلية في الطاقة المتولدة.

إن كفاءة أداء الخلايا الكهروضوئية تتراوح من 14% إلى 21 % حسب نوع مواد الخلية المصنعة منها وبإضافة المؤثرات الخارجية نأخذ على سبيل المثال ارتفاع في درجة الحرارة سوف تنخفض هذه الكفاءة أكثر وسوف يؤثر ذلك في التكلفة الكلية في إنشاء مشروع

- الخلية الشمسية الأولية المثالية :
آليات أولية :
1)يجب أن تمتص الفوتونات من قبل مكونات الجهاز وبطريقة الامتصاص البصرية هذه تنتقل طاقة الفوتون إلى المكونات
2) يجب تحويل هذه الطاقة إلى طاقة كهربائية لا طاقة حرارية فقط 0فمن التحتم إذن أن تنتقل طاقة الفوتون إلى إلكترون بشكل طاقة كامنة ، وهذا ما يسمى بالتحويل الكمي ( لأن المستويات الإلكترونية للطلقة في الأجسام الصلبة هي بشكل عام مكممة )
3) ومن الضروري أن لا تسقط الإلكترونات المهيجة بتفاعلها مع الفوتونات إلى مستواها الأصلي وذلك مهما كانت طريقة الاسترخاء ، ولكن يجب أن تجمع في اتجاه مساري خروج الخلية الشمسية قبل وقوع هذا الاتحاد ولذلك يجب أن تكون بنية هذا التجمع بنية ناجعة
-المكونات الفولطاضوئة :
تتركب الخلية الشمسية من مكونات ماصة ومن بنية للتجميع 0 ويجب أن يكون للمكونات الماصة مستويان للطاقة و أن تكون ناقلة بما يسمح للتيار بالسيلان 0 وأبسط البنيات للتجميع هي بالطبع المجال الكهربائي ويقترن دائما بحائل كمون [E = -grad v] ( الذي يصبح في نموذج بعد واحد : [E = dv/dx])
ويرتبط حائل الكمون هذا بالفارق بين مستويات بين منطقتين 0وهكذا يتم اختيار مكونات الفولطاضوئية ولا يمكن استعمال العوازل لأنها لا تسمح بنقل التيار الكهربائي ولاستعمال المعادن ، وتوضح تجربة المزدوجة الحرارية بأن الفرق بين المستويات يكون ضئيلا حيث أن المزدوجة الحرارية لا تعطي إلا بعض المايكرو فولت بالدرجة الواحدة .
وبهذا يتم اختيار المكونات الفولطاضوئية ضمن شبه النواقل و ستكون بنية التجميع وصلة (p-n)أو وصلة غير متجانسة أو حائل شوتكي [Schottky] .
- محول ذو مستويين للطاقة:
إن أبسط مكونات شبه ناقل يتركب من منظومة ذات مستويين 1و2 طاقتهماE1وE2. ولبناء نموذج مثال لخلية شمسية يجب اعتبار الافتراضات الآتية :
- لا يمكن أن توجد الإلكترونات بين E1وE2 و أنما تساوي E1أوE2.
- لا يمكن امتصاص فوتون وارد طاقته أدنا من [Eg=E2-E1]
- إن الامتصاص الكلي للفوتون يحدث في الحالة التي يملك فيها هذا الفوتون طاقة تساوي أو تفوق الطاقة Eg وينتقل الإلكترون الذي يمتص هذه الطاقة من مستوى 1 إلى مستوى 2 تاركا وراءه فجوة في المستوى 1

- تعتبر آليات استرخاء الإلكترون إلى المستوى 1 بطيئة بحيث يقع جميع الإلكترونات المهيج حتى يساهم في نقل التيار القابل للاستعمال.
- يساوي جهد الخرج لهذه الخلية المثالية [ Eg/q ] (q: شحنة الإلكترون)
- مردود التحويل للخلية الشمسية الأولية المثالية :
القدرة القصوى التي تنتجها الخلية [IEg/q]وإذا اعتبرنا M القدرة الواردة من الشمس يعطى المردود بالعلاقة:
µ=IEg/qM
كما يقدر المردود بـ46% بمجال [1.5-0.9ev]
- الضياع:
تتكون أهم عناصر الضياع من:
أ)امتصاص غير كامل للفوتونات
ب)الطاقة الفائضة : حيث يشكل مع المعامل الأول مصدر التوافق بين الجهد والتيار حيث تمتص فقط الالكترونات التي تفوق طاقتها Eg بينما تضيع الالكترونات الأخرى حيث تبلغ بالنسب للسيليكون [23,5%]
جـ) انعكاس على السطح: تمتص المكونات جزءا فقط من التدفق الوارد بينما ينعكس الجزء الأخر على السطح ويمكن تقليل أهميته بعلاج ملائم للسطح
(طبقة ضد الانعكاس )
د) مردود التجميع: يتوقف على البنية المستعملة و معامل الامتصاص وبشكل خاص على صفة المكن (النقاوة, العيوب، الخصائص الكهربائية )
هـ) معامل التوتر
و)معامل المنحني أو معامل الشكل FF
ز)مقاومة التوالي جوانب تقانية و اقتصادية

الطاقة الشمسية الضوئية(الفوتوفلطية) :
الخلايا الشمسية عبارة عن وصلة كهربية موجبة– سالبة P-N Junction ،وتقوم الخلايا بتحويل الطاقة الشمسية مباشرة إلي طاقة كهربية ذات تيار مستمر، و تعتبر الخلية الشمسية هي الوحدة الأساسية في النظام الفوتوفلطي وتنتج الخلية حوالي 1 وات عند جهد 0.5 فولت, ويتم تجميع عدد من هذه الخلايا للحصول علي النموذج المتكرر أو الموديولModule وتستخدم الخلايا الشمسية بدون أي انبعاثات ضارة أو تأثيرات خطيرة علي البيئة ، وقد شهد العالم اهتماما متناميا في استخدام الخلايا الشمسية في العديد من التطبيقات التي ثبتت جدواها الفنية والاقتصادية بالأماكن النائية البعيدة عن الشبكة الكهربية العامة. وذلك لعدة عوامل منها:
- قرب نضوب مصادر الطاقة التقليدية
- حماية البيئة من التلوث نتيجة استخدام الطاقة التقليدية
- الزيادة العالمية في معدلات استهلاك الطاقة
وتتمتع مصر بمصادر هائلة من الطاقة الشمسية من حيث شدة الإشعاع الشمسي وساعات السطوع السنوية لوقوعها داخل الحزام الشمسي للكرة الأرضية، الأمر الذي يجعل استخدامات تكنولوجيا الخلايا الشمسية هو البديل المناسب في العديد من الظروف لتنمية وتطوير المناطق النائية ذات الأحمال الكهربية الصغيرة البعيدة عن الشبكة.
يصل إجمالي حجم استخدامات الخلايا الشمسية حاليا في مصر حوالي من 3 – 3.5 ميجاوات موزعة لأغراض الإنارة بأنواعها وضخ المياه وتشغيل وحدات الاتصالات اللاسلكية والتبريد وغيرها من الاستخدامات الصغيرة ويعتبر هذا الحجم تقديري، نظرا لأن هناك بعض الجهات العسكرية والتي قطعت شوطا كبيرا في استخدام نظم الخلايا الفوتوفلطية ، هذا ولم يتطور السوق المحلي أكثر من ذلك للأسباب التالية :
- ارتفاع التكلفة الأولية لأنظمة الخلايا الشمسية.
-عدم توافر قطع الغيار
- عدم معاملة أنظمة الخلايا الشمسية بنفس سياسة الدعم المطبق علي المصادر التقليدية.
- ارتفاع الضرائب والرسوم الجمركية علي المهمات المستوردة


تعريف الخلايا الشمسية:
إن الخلايا الشمسية هي عبارة عن محولات فولتوضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس المباشر إلي كهرباء ، وهي نبائظ شبه موصلة وحساسة ضوئياً ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء .
لقد تم إنماء تقنيات كثيرة لإنتاج الخلايـا الشمسية عبر عمليات متسلسلة من المعالجات الكيميائية والفيزيائية والكهربائية على شكل متكاثف ذاتي الآلية أو عالي الآلية ، كما تم إنماء مواد مختلفة من أشباه الموصلات لتصنيع الخلايا الشمسية على هيئة عناصر كعنصر السيليكون أو على هيئة مركبات كمركب الجاليوم زرنيخ وكربيد الكادميوم وفوسفيد الأنديوم وكبريتيد النحاس وغيرها من المواد الواعدة لصناعة الفولتضوئيات .

ميكانيكية تيار الخلايا الشمسية:
الخلية الشمسية للتطبيقات الأرضية هي رقاقة رفيعة من السيليكون مشابة بمقادير صغيرة من الشوائب لإعطاء جانب واحد شحنة موجبة والجانب الآخر شحنة سالبة مكونة ثنائياً ذا مساحة كبيرة .
تولد الخلايا الشمسية قدرة كهربائية عندما تتعرض لضوء الشمس حيث الضوئيات
( الفوتونات ) والتي يحمل كل منها كماً طاقوياً محدداً يكسب الإلكترونات الحرة طاقة تجعلها تهتز حرارياً وتكسر الرابط الذري بالشبكة بالمادة الشبه موصلة ويتم تحرير الشحنات وإنتاج أزواج من الإلكترون في الفراغ . تنطلق بعد ذلك حاملات الشحنة هذه متجهة نحو وصلة الثنائي متنقلة بين نطاقي التوصيل والتكافؤ عبر الفجوة الطاقوية وتتجمع عند السطح الأمامي والخلفي للخلية محدثة سريان تيار كهربي مستمر عند توصيل الخلية بمحمل كهربي وتبلغ القدرة الكهربية المنتجة للخلية الشمسية عادة واحد وات.
أنواع الخلايا الشمسية التجارية :
تم تصنيع خلايا شمسية من مواد مختلفة إلا أن أغلب هذه المواد نادرة الوجود بالطبيعة أولها خواص سامة ملوثة للبيئة أو معقدة التصنيع وباهظة التكاليف وبعضها لا يزال تحت الدراسة والبحث وعليه فقد تركز الاهتمام على تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية وذلك لتوفير عنصر السيليكون في الطبيعة علاوة على أن العلماء والباحثين تمكنوا من دراسة هذا العنصر دراسة مستفيضة وتعرفوا على خواصه المختلفة وملاءمته لصناعة الخلايا الشمسية المتبلورة ومتصدعة التبلور .
1- الخلايا الشمسية السيليكونية المتبلورة :
تصنع هذه الخلايا من السيليكون عبر إنماء قضبان من السيليكون أحادي أو عديد التبلور ثم يؤرب إلي رقائق و تعالج كيميائياً وفيزيائياً عبر مراحل مختلفة لتصل إلي خلايا شمسية .
كفاءة هذه الخلايا عالية تتراوح بين 9 – 17 % والخلايا السيليكونية أحادية التبلور غالية الثمن حيث صعوبة التقنية واستهلاك الطاقة بينما الخلايا السيليكونية عديدة التبلور تعتبر أقل تكلفة من أحادية التبلور وأقل كفاءة أيضاً.

- الخلايا الشمسية السيليكونية الأمورفية ( متصدعة التبلور ) :
مادة هذه الخلايا ذات شكل سيليكوني حيث التكوين البلوري متصدع لوجود عنصر الهيدروجين أو عناصر أخرى أدخلت قصداً لتكسبها خواص كهربائية مميزة وخلايا السيليكون الأمورفي زهيدة التكلفة عن خلايا السيليكون البلوري حيث ترسب طبقة شريطية رقيقة باستعمال كميات صغيرة من المواد الخام المستخدمة في عمليات قليلة مقارنة بعمليات التصنيع البلوري . ويعتبر تصنيع خلايا السيليكون الامورفي أكثر تطويعاً وملائمة للتصنيع المستمر ذاتي الآلية .
تتراوح كفاءة خلايا هذه المادة ما بين 4 – 9 % بالنسبة للمساحة السطحية الكبيرة وتزيد عن ذلك بقليل بالنسبة للمساحة السطحية الصغيرة وإن كان يتأثر استقرارها بالإشعاع الشمسي .والشكل (1- أ) يوضح نسبة إنتاجية العالم من المسطحات ذات الخلايا الشمسية أحادية التبلور، عديد التبلور. والشكل (2- ب) يوضح نماذج من الخلايا الشمسية والمنتجات الملحقة بها .
الشكل ( 1- ب ) الشكل ( 1 – أ )
طرق تحسين كفاءة الخلية الشمسية:
بعد أن تعلمنا أجراء التجربة الأولى لقياس كفاءة الخلية الشمسية ... الآن نتعلم كيف نحسن كفاءة هذه الخلية ؟
أن اغلب بحوث الطاقة الشمسية تهدف إلى زيادة كفاءة تحويل الخلية الشمسية ( أي مقدار ما يتحول من طاقة شمسية إلى كهربائية ) وهذا يتم بعدة طرق هي
أولا: تغيير و محاولة تحسين معلمات (parameters ) الخلية الشمسية إثناء تصنيعها (معنى المعلمات هي مقدار كل من القدرة العظمى وفولطية الدائرة المفتوحة وتيار الدائرة القصيرة .. )الخ .. وهذا أيضا يتم بعدة طرق :
1- استخدام الصفائح المتبلورة الملونة:
فعند استخدام صبغات مبلورة ذات كفاءة كمية مقاربة للواحد كطلاء وقاية للخلية الشمسية فأن الكفاءة سوف تزداد بمقدار 2.7% عند التلوين باللون الأخضر و 17.27% عند الطلاء باللون الوردي وهذه الزيادة تعود إلى أن الطلاء يقلل الانعكاسية من 40% إلى 20% والألوان المفضلة هي الذهبي الأخضر، البني والرصاصي
2- استخدام الأنظمة المتعددة الفجوات لكونها أكثر تناسباً مع الطيف الشمسي من الأنظمة ذات الفجوة المفردة وبالتالي تكون الكفاءة أعلى [11].
3- تقنية الخلايا المركبة III-V Compound Solar Cells
حيث يتم اختبار سبيكة مناسبة من III-V (III-V alloy) لتصنيع نبطية بلورية ذات شبكة متصلة (lattice-match) ترسب على أرضية معينة حيث ترسب أولاً ذات فجوة الطاقة الصغيرة تتبع بمفرق نفقي ثم الخلية ذات فجوة الطاقة الأعلى وتطورت كفاءة هذه الخلية ذات المفرق الواحد البسيط من 20% عام 1980 إلى 30% عام 1996
4- خلية الاتصال المدفون Buried Contact Solar Cells
هي محاولة لتطوير كفاءة الأداء بأقل كلفة ممكنة حيث تصلب ( تمعدن ) Mettallised بواسطة الترسيب اللاكهربائي (electroless deposition) لطبقات Ni/Cu/Ag وأعلى كفاءة تم الحصول عليها من هذا النوع 18-16%.
5 -خلايا الشبكة المطبوعـة Printed- Screen Solar Cells
تستخدم عادة فيها طبقات من السليكون المطعم بالبورون وتصنع بطريقة قوالب (CZ) وهي ذات كفاءة بين 10% إلى 13%
ثانيـاً : استخدام المركزات الشمسية Using Solar Concentrators:
وعلى الرغم من إحراز تقدم كبير في مجال تحسين كفاءة أداء الخلايا الشمسية خلال العشرين سنة الماضية إلا أن ارتفاع الكلفة مازال عائقاً أمام انتشار استخدامها وما تزال البحوث مستمرة في هذا المجال .
إن بحوث الفوتوفلطائيات تطمح دوماً أن تخفض كلفة إنتاجية الكهرباء باستخدام مواد رخيصة لتجميع أشعة الشمس الساقطة وتوجيهها إلى الخلية الشمسية ومنها استخدام العدسات وتقنيات أخرى بصرية
فالمركزات هي أجزاء بصرية تزيد من كمية الإشعاع الساقط على سطح ما كالخلية شمسية أو ماصٍ حراري وتعد المرايا وعدسات فرنيل أهم ما يستخدم لهذا الغرض إذ تستخدم العدسات لزيادة التركيز وليس للحصول على صورة معينة أو تستخدم المرايا لهذا الغرض أو كلاهما معاً
إن تركيـز الإشعاع الضوئي يتحقق أما بـ optics ـ imaging أو nonimaging - optics حيث ينقل النوع الأول الضوء إلى نقطة واحدة كالبؤرة مثلاً عند استخدام العدسات أما النوع الثاني فينقل السيل الإشعاعي من منطقة معينة إلى أخرى وينقل كلاً من الإشعاع المباشر direct irradiation الذي يعرف بأنه مركبة الفيض الواصلة إلى المركز بدون أي تداخل مع الجسيمات المحيطة والإشعاع المنتشر (diffused radiation) (الذي يعرف بأنه مركبة الفيض الشمسي المتشتتة بسبب العوالق الجوية).
وهناك مقاييس لاختيار المركز المطلوب منها درجة التركيز والحرارة الناتجة حيث أن تركيز القدرة في نقطة يولد حرارة بين عالية إلى عالية جداً أما عند تركيزها في خط فان الحرارة المتولدة من معتدلة إلى عالية.
ولأجل معرفة أي المركزات أفضل للتطبيقات فيجب المقارنة فيما بينها من حيث نسبة التركيز، زوايا السقوط ، مساحة السطح العاكس ومعدل عدد الانعكاسات
أن المركزات أما أن تكون ثابتة لا تحتاج إلى معقبات لأثر الشمس بحيث تكون ذات زوايا استقبال واسعة ولها القابلية على جمع وتركيز الأشعة المباشرة والمنتشرة والخلايا المناسبة في هذه الأنظمة هي خلايا السليكون التقليدية أو تكون معقبة وذات نسبة تركيز أعلى من الثابتة وذات كفاءة أفضل
قبل أن نستعرض أنواع المركزات الشمسية أود لو اعرف بعض المصطلحات
نسبة التركيز Concentration Ratio C
إن أهم المعايير لتقييم عمل المركزات هي نسبة التركيز C التي من الممكن تعريفها بطريقتين :
1- نسبة التركيز الهندسي
Geometrical Concentration Ratio
هي النسبة بين مساحة فتحة الدخول A1 =Area of entrance Aperture) إلى مساحة الماص أو فتحة الخروج A2 =Area of exit Aperture)
Cg = A1/ A2
2- نسبة تركيز الفيض Flux Concentration Ratio F.C.R
ويمكن حسابها أيضاً من نسبة الإشعاع (Global) الساقط على الماص (absorber) إلى نسبة الإشعاع على فتحة الدخول
C=G2/G1
ويمكن حساب قيمة نسبة التركيز بقسمة Isc عند التركيز إلى Isc بـدون تركيز
حيث أن Isc هو تيار الدائرة القصيرة الذي تم شرحه في الدرس السابق
أنواع المركزات الشمسية Concentrator types
تصـنف المركزات الشمسية بعدة طرق منها:

مركزات البؤرة الخطية والنقطية Focus Concentrator Point and linear
1- مركزات البؤرة النقطية Point Focus Concentrator :
هي المركزات الثلاثية الأبعاد 3D وتستخدم عموماً عندما يشترط وجود تركيز عالٍ (C=500-1000) وتستخدم في الأفران الشمسية ومستقبلات القدرة المركزية (central receivers) التي ظهرت لأول مرة بواسطة علماء سوفييت عام 1960 ومن أحدث برامجه هو Solar 2 ذو الإنتاجية الكهربائية المقدرة بـ 10MW في صحراء كاليفورنيا وقد شغل عام 2000 وكذلك تعد المركزات المخروطية وعدسات فرنيل النقطية البؤرة من هذا النوع الثلاثي الأبعاد
2- مركزات البؤرة الخطية Focus concentrator Linear
هي المركزات الثنائية الأبعاد 2D-concentrator مثل عدسات فرنيل ذات البؤرة الخطية وأحواض القطع الناقص المركب CPC وأحواض V-trough ويتم اختيارها عندما يتم اختيار تركيز متوسط أو صغ

بنية الألواح :
يمكن الحصول على الألواح بطرق عديدة فيزيائية منها وكيميائية ويمكن تنويعها حسب المكونات فبالنسبة للسيلكون فيتكون من مركبات مثل ثلاثي كلور السيلان أو رباعي كلور السيلان فينتج خلية شمسية وحيدة البلورات ثم تختزل الهيدروجين عند درجات حرارة تصل إلى 1000درجة وبهذا نحصل على مكون نقي متعدد البلورات
وفيما يلي سوف نشرح تركيب الألواح عن طريق مراحل تصنيعها:
حيث يمثل الشكل التالي مراحل تصنيع الضوئية الأحادية والمتعددة:

حيث يكون الرمل المادة الأولية المستعملة فعند أستعمل 1kg من الرمل نحصل على 50g من اللوحات الأحادية البلورات
1) ففي العملية الأولى يتم إعداد السيليكون وذلك باختزاله من الرمل والفحم في فرن كهربائي وهنا تنتج وحدة وحيدة البلورات والتي لا تفوق نقاوتها 98%
2) يتم استخلاص السيلكون المتعدد البلورات وذلك بزيادة في تنقيتها وذلك عن طريق اختزال الهيدروجين في درجة حرارة 1000 درجة ويكون المحصل آن ذاك ذا جودة الكترونية عالية ويمكن عدم تنفيذ هذه المرحة في حالة الحصول على مكون وحيد البلورة
3) قطع السبيكة إلى أقراص بالإضافة إلى الصقل الميكانيكي للقرص
4) تنظيف كيميائي للوجه الأمامي للقرص وذلك لإزالة الشوائب عن الطبقة الأمامية للقرص
5) الانتشار: وتتمثل بإعادة تعديل وضع الخلايا لأجل الاستعداد للمرحلة التالية.
6) تنظيف الجزء الخلفي للخلية
7) التفليز : بواسطة هذه العملية يتم وضع ملامس على طرفي الخلية لربط الخلية بالدارة الكهربائية
طبقة المانعة للانعكاس : إن انعكاس الإضاءة الموجهة للوح يودي إلى ضياعات تصل إلى 45% وإذا تم وضع هذه الطبقة تنخفض هذه القيمة الى10%
9) لحام أسلاك التوصيل : وهي المرحلة الأساسية قبل التشغيل والتي يتم فيها التعامل مباشرة مع الخلية لذا يجب الانتباه إلى الخلي والى طريقة لحام الأسلاك الآن طريقة اللحام الخاطئة تودي إلى نشوء مقاومة على الموصلات أو إلى تلف الموصلات
10) تركيب اللوحات الفولطاضوئية :حيث يتم فيها التثبيت على اللوح العازل وذلك بعد توصيلها بإحدى طرق التوصيل المتبعة
السيلكون المتعدد البلورات :
في المكون المتعدد البلورات تفصل بين البلورات ذات الاتجاه والأبعاد المتغيرة مناطق مطربة تسمى فاصلات الحبات. تعمل كشراك للحاملات ذات الأقلية وكحوائل كمون بالنسبة للحاملات ذات الأغلبية .وهذا ما يشكل أسوا التالفات لأن فاصلات الحبات تضعف هكذا شدة التيار الكهربائي أضفة إلى وجود مقاومة تسريب . يبدو وكأن المكونات المتعددة البلورات لا استعمالها في التحويل الفولطاضوئي لكن ليس الأمر كذلك في الواقع إذ أن هذا التحويل مرتبط بعدة عوامل مثل حجم الحبات و اتجاهها وعمق الوصلة و طول الانتشار وإذا كانت الحبات متجهة بصفة عشوائية فإن الحبات الوحيدة النشيطة هي الموجودة على السطح . وتضطر حاملا الشحنة إلى اجتياز العديد من الفاصلات مما يودي إلى تدهور النتائج القياسية . وإذا كانت الحبات متجهة حسب تركيب عمودي فإن جميع الحبات نشيطة ويمكن أن نعتبر أن الجهاز مركب من خلايا شمسية سلكية الشكل منضدة ومجمعة على التوازي . ويتمثل الاختلاف الوحيد مع المكون الوحيد البلورة في وجود سطوح أضافية للاتحاد على الحافات . ونأمل أن تكون الخلية الشمسية جيدة ، ولهذا ينبغي توفر الشروط التالية:
- أن يساوي علو حبة سماكة الشريط
- أن تساوي الأبعاد الجانبية على الأقل طول الانتشار
- أن يوجد علاج ملائم من الاتحاد على حافة الحبات

لوحات أحادية البلورات:
يكون الرمل المادة الأولية الموجودة بكثرة وبثمن بخس . فباستعمال الكيلو غرام الواحد من المادة الخام لا نحصل إلا على 50g من اللوحات ويتم في العملية الأولى إعداد السيليكون المعدني باختزال خليط من الرمل والفحم في فرن كهربائي طبقا للمعادلات الكيميائية :
Si +2CO SiO2 +2C
SiO2 + 3C SiC + 2CO
SiO2 + 2sic 3Si + 2CO

ولا تفوق نقاوة المكون الحاصلة درجة [98%] وللزيادة في تنقيتها نستعمل ثالث كلور السيلان وذلك بتفاعل مع كلور الهيدروجين في درجة حرارة 250 درجة مئوية و نرجع إلى السيليكون في شكله متعدد البلورات بواسطة اختزال بالهيدروجين في حوالي 1000 درجة مئوية ويكون المحصول إذاك ذا جودة إلكترونية والشكل التالي يمثل مراحل صناعة الخلية من سيليكون أحادي البلورة




تجميع الخلايا:
1. تجميع الخلايا على التسلسل:

نظرا على أن الجهد الذي تولده الخلية صغيرا فانه في أغلب الأحيان يتم جمع الخلايا على التسلسل للحصول على جهد يتناسب مع جهد الحمولة المستعملة.
وبما أن الخلايا موصولة على التسلسل فإن تيار الحمولة المار في خلية واحدة هو مار فكافة الخلايا الموصولة معها
وبما أنها موصولة على التسلسل فإن التوتر الكلي على طرفي الفرع يساوي إلى مجموع توترات الخلايا كافة
يعطى التوتر والتيار بالعلاقات التالية :
V=V1+V2+……Vn
I= I1 = I2 =……In



من العلاقات السابق نستنتج أنه عند وصل مجموعة من الخلايا على التفرع يجب أن يكون تيار كل منها متساوي لذلك يجب عدم ربط الخلايا المختلفة في النوع أو التوتر أو الاستطاعة وذلك للحفاظ على سلامة اللوح الشمسي

2. تجميع الخلايا على التفرع :

إن تيار الخلية الضوئية المنفرد صغير جدا وقد لا يتناسب هذا التيار مع الأحمال الموجودة وللحصول على تيار كبير عن طريق تركيب عدد من الخلايا على التوازي
في هذه الحالة نلاحظ أن الجهد المولد هو نفسه وهو نفسه المطبق على الحمولة
أما التيار فهو يساوي إلى مجموع تيارات الخلايا المجموعة
ويعطى التيار والتوتر بالعلاقات التالية :
I =I1 +I2 +…… In
V=V1=V2=……Vn

من العلاقات السابق يجب عدم ربط أي خليتن أو أكثر على التفرع إذا لم يكن توتر كل منها متساوي والتيار متساوي أو كانت من غير نوع الخلايا




3. تجميع الخلايا على التفرع – التسلسل [المشترك ] :

يعبر عن قدرة الوحدة الضوئية بالوات وهي التي توفرها الوحدة عندما تكون موصولة على الحمولة الاسمية تحت شدة إضاءة ثابت في درجة حرارة متوسطة وتكون استطاعة الخلية عدة أحاد إلى عدة عشرات في الذروة .
وللحصول على قدرة أكبر يتم تجميع الخلايا على التفرع وعلى التسلسل في وقت واحد.
فعند ربط الخلايا بهذه الطريقة نحصل ميزات الوصل التفرعي والوصل التسلسل في نفس الوقت فبذلك نحصل على توتر مرتفع نسبيا وتيار كبير نسبيا وهذه الطريقة هي الأكثر استعمالا و يكون التوصيل كما في الشكل التالي :


حيث توصل كل مجموعة من الخلايا على التفرع ثم توصل هذه المجموعة على التسلسل مع مجموعة أخرى من الخلايا و بدوره توصل مع مجموعة أخرى و يوصل الطرفين النهائيين إلى الحمل
أو بطريقة أخرى توصل كل مجموعة على التسلسل ثم توصل المجموعات على التفرع مع بعضها
و في كلا حالتي التوصيل يجب أن تكون الخلايا من نفس النوع و متساوية في شدة التيار والتوتر والاستطاعة

كيفية اختبار الدائرة الكهربائية للخلية الشمسية:
لغرض معرفة كفاءتها.. حيث أن الأموال الطائلة التي تصرف على البحوث الفوتوفولطائية هي من اجل زيادة كفاءة الخلية الشمسية ... أي مقدار ما يتحول من الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية ) و نتعلم كيف نجري القياسات داخل المختبر (ومن ثم تطبيقه خارج المختبر )
تتألف الدائرة من
-خلية شمسية
-مقاومة متغيرة (ريوستات riostat)
-مصدر ضوئي محاكي لضوء الشمس ( ذو زاوية سقوط يفضل لو تكون 23 درجة ).

أجهزة القياس وتشمل:
- فولت متر واميتر Voltemeter and Ameter
استخدم مقياس متعدد رقمي (digital multimeter) لقياس التيار الخارج من الخلية وآخر لقيـاس الفولطيـة الخارجة ومـن ثـم دراسة خصائـص التيار- الفولطية
(I-V) للخلية الشمسية وحساب القدرة الناتجة وكفاءة أداء هذه الخلية
محرار رقمي
استخدم محرار رقمي (Digital Thermometer) لقياس درجة حرارة الخلية.
مقياس شدة الفيض الشمسي
استخدم جهاز Solarmeter لقياس شدة الفيض الشمسي الســـاقط علــــى الخليـــة بوحدة W/m2.( هذا الجهاز عملي مشكلة بعد الحرب .. فعندما رأى رجال امن الجامعة شكله .. تخيلوه جهاز تحكم بتفجير الألغام وسين وجيم والله ستر)
منظومة التبريد :
وهي ضرورية في التجارب التي نستخدم فيها مركزات تزيد شدة الإشعاع الساقط ودرجة حرارة الخلية لان درجة الحرارة العالية في الخلية الشمسية تفقدها كفاءتها
( يعني الآن لسنا بحاجة لها )
برنامج الإكسيل أو الكرافر لإدخال البيانات ورسم منحني خواص هذه الخلية
وأكيد أسلاك الربط .

طريقة أجراء التجربة والقياس:
تربط كل من الخلية والريوستات والاميتر على التوالي وتربط الخلية من جديد على التوازي بين طرفي الفولط متر
ثم قم بأجراء الآتي:
سلط ضوء ذي شدة (Intensity) مقدارهاm2/ م100W على الخلية الشمسية ( بصورة عمودية )
وحساب قيم التيار والفولطية بتغيير قيــــم المقاومة المتغيرة (Riostat) ومن ثم نجد مقدار فولطية الدائرة المفتوحة ( Voc ) أي عندما نفتح ربط الاميتر (التيار =صفر)
ونحسب تيار الدائرة القصيرة (Isc )عندما تكون الفولطية صفر ثم نرسم منحـــــني خواص التيار – الفولطية ونحسب القيمة العظمى للقدرة الناتجة (Pmax) بواسطة القانون
Pmax =Voc x Isc
ومن ثم حساب كفاءة أداء الخلية الشمسية η.
القدرة العظمى / شدة الضوء الساقط مضروبا في مساحة الخلية الشمسية = η
η : كفاءة أداء الخلية الشمسية
Pmax : القدرة العظمى الخارجة من الخلية
P in : شدة الإشعاع الساقط
a : مساحة الخلية الشمسية ( نضرب نصف قطرها في مربع النسبة الثابتة)
وقتا ممتعا في أجراء هذه التجربة ومن ثم تكرارها تحت ضوء الشمس مباشرة
ويمكن استخدام لوح كامل من الخلايا الشمسية أثناء التجربة


6- بعض أنواع ألواح الخلية الشمسية و مزاياها
كي سي 167


طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم)

167
23.2
7.20
1290x990x56
16.0

كي سي 125



طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 125
17.4
7.20
1425x652x56
12.2

كي سي 80



طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 80
16.9
4.73
1007x652x56
8.3





كي سي 60


طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 60
20.2
3.00
772x652x54
6.2


كي سي 158


طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 158
23.2
6.82
1290x990x56
16.0

كي سي 120



طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 120
16.9
7.10
1425x652x56
11.9

كي سي 70



طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 70
16.9
4.14
865x652x56
7.0



كي سي 50


طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 50
16.7
3.00
639x652x54
5.0

كي سي 40



طاقة قصوى (وات)
فولطية قصوى (فولت)
التيار (أمبير)
الأبعاد (مم)
الوزن (كغم) 40
16.9
2.34
526x652x54
4.5



























وفيما يلي بعض المشاريع الممكن استخدام الطاقة الشمسية فيها :

محطة تحليه المياه تعمل على الطاقة الشمسية:
التصميم المقترح:
يتضمن التصميم المقترح لمحطة التحلية الشمسية المتكاملة بالشبكة الكهربائية الشكل التالي منظومة شمسية مباشرة لإنتاج الطاقة الكهربائية. وبذلك يتم في التصميم المدروس خلال فترة وجود الإشعاع الشمسي تجهيز الطاقة الكهربائية المنتجة لمصفوفة الألواح الشمسية إلى المحطة الثانوية للطاقة الكهربائية. وذلك بعد أن يتم تغير نوعية هذه الطاقة عن طريق محولات التيار الكهربائي. وتعمل المحطة الثانوية خلال هذه الفترة بشكل مشابه لعملها في التصميم المدروس الأول بينما يتم وبشكل كامل خلال
فترة الليل أو في فترة غياب الإشعاع الشمسي عن طريق هذه المحطة تجهيز الطاقة الكهربائية اللازمة لعمل وحدات التحلية من الشبكة الكهربائية. وبهذه الطريقة يتم في التصميم المقترح استغلال الفائض في الطاقة الكهربائية المنتجة للمنظومة الشمسية المباشرة خلال ساعات النهار في تغطية جزء من حمل استهلاك الطاقة الكهربائية للشبكة . أما خلال فترة الليل فيتم رفع حمل استهلاك الطاقة الكهربائية في الشبكة عن طريق الطاقة الكهربائية المجهزة لوحدات التحلية. ومن الجدير بالذكر يمكن أن يتضمن التصميم المقترح حقل لضخ المياه الجوفية العذبة
بدلا من وحدات التحلية. وكذلك فان تصميم المنظومة الشمسية المباشرة يمكن أن يتكون من
مصفوفة ألواح شمسية مثبته عند زاوية ميل محددة بالنسبة للمستوي الأفقي وموجه نحو الجنوب الشكل ((a – 4 )) أو مصفوفات للألواح الشمسية المجهزة بأنظمة التحكم لتوجيه هذه المصفوفات ومتابعة الحركة الظاهرية للشمس [ 7 ]. ومن المعروف أن هنالك نوعين من أنظمة التحكم المستخدمة بشكل عملي في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية. نظام التحكم من النوع الأول الشكل ((b – 4 )) يكون فيه المحور الطولي لمصفوفة الألواح الشمسية عبارة عن خط
الشكل ( 4 ) طرق التحكم المستخدمة في توجيه مصفوفات الألواح الشمسية لمتابعة الحركة الظاهرية للشمس.

ممدود من الشمال إلى الجنوب ويميل بزاوية بالنسبة للمستوي الأفقي تساوي زاوية خط العرض. وبذلك فان مصفوفة الألواح الشمسية سوف تدور حول محور يوازي محور الأرض وبسرعة تساوي سرعة دوران الأرض ( 15 deg./hr ) ولكن في الاتجاه المعاكس. أما في حالة نظام التحكم من النوع الثاني ( الشكل ( c - 4 )) فان مصفوفة الألواح الشمسية تدور كحركة انتقالية حول المحور الطولي ، الذي هو عبارة خط ممدود من الشمال إلى الجنوب ويميل بزاوية بالنسبة للمستوي الأفقي ، وتدور كحركة نسبية حول محور عمودي على المحور الطولي بالمستوي الأفقي .

منزل يعتمد على نفسه وينتج الكهرباء – الماء- وغاز لطبخ بنفسه:

الطاقة الشمسية تقوي تكييف الهواء، الإضاءة، والأدوات المنزلية. المطر، الندى ، تكاثف الأبخرة من نظام التدفئة تنتج الماء الكافي للعائلة المؤلفة من 4 أشخاص ، والماء المعاد تدويره يروي ( يسقي ) الحديقة، الكــهرباء الفائضة ( الزائد من الكهرباء ) تباع لشركة الطاقة أو تستخدم لقيادة سيارة لمسافة 30 ميلا( 50 كيلو متر ) في اليوم .
في تايلاند هذا الحلم أصبح حقيقة . فريق البحث من جامعة في بانكوك بنوا
أول مدينة فيها منازل تعمل على الطاقة الشمسية ، ومن الــنظرة الأولى منظر جانبي للمنزل ذو الطاقة الشمسية
فان المنزل يبرز ( يصمد ) بــــصعوبة بين المنازل الأخرى في المجموعة صمم وجهز من قبل (سونتورن )
السكنية. بروفسور في الهندسة المعمارية في جامعة بانكوك
المنزل يمتلك سطح مائل ثقيل مع أفاريز معلقة، جدران ملونة، مع تنسيق الحديقة بشكل ممتع. وهي في ذلك تتشابه مع منازل الجوار . المنزل ذو الطاقة الشمسية هو ذو تقنية عالية وهو ترجمة جيدة منطقية لما يطلق عليه لوكور بوزييه ( آلة للحياة ) .
مطمور في الحديقة نظام كهربائي ضوئي ، وحـــدة غاز بيولوجي ،
مكيف هواء ، وحدة تجميع للأبخرة المتكاثفة ، معدات تـدوير المياه ،
وحدات فلترة ، وخزانات للتخزين . لا شئ في هذا المنزل ذو النظام
البيئي يكون ضائعا ( يذهب سدى ) ، جزازات الحـــــديقة
( جزازات الأعشاب والأوراق ) ومخلفات المــطبخ الرطبة تخصب


مسقط المنزل ذو الطاقة الشمسية
الحديقة الصغيرة العضوية ذات الخضراوات. المسقط المفتوح للطابق الأرضي تعطي للمنزل المتضام شعور بالرحابة
إن وحدة الغاز البيولوجي تنتج غاز الطبخ من ضياعات الغرفة الخضراء معلقة فوق حوض السباحة
الأدوات المنزلية ( استعمالات أهل البيت )، ولقد تكيف مع هذا فريق البحث في الجـــامعة وشعبة (دائرة) تطوير وفعالية الطاقة البديلة في وزارة الطـــاقة في تايلاند. مع بقائها في طور الامتحان فان فعالية وحدة الغاز البيولوجي لم تحسب بعد ولكن يمكن أن تعدل في المستــــقبل
عـند الضرورة.
المنافع المحلية:
المنزل يستهلك بمعدل ( 20 - 25 ) جالون أو ( 80 – 100 ) ليتر من الماء كل يوم .
وان وحدة تكييف الهواء تنتج 8 جالونات ( 30 ليتر) من تكاثف الماء يوميا . الندى والمطـــر
( اللذان يختلفان حسب الفصول ) يجمعان من السطح ليحدث التـــوازن. الماء تفلتر(تصفى) وتخزن في خزانات سعة ( 950 جالون = 3600 ليتر ) ، والماء الــضائعة
من المطبخ – الحمامات – وغسيل الآلات تفلتر( تصفى) ويعاد اســتعمالها للري .
على الســـــــطح ذو الـ ( 1900 قدم مربع = 180 متر مربع )
و ثلاث غـــرف نوم في المنزل ذوي الـ ( 670 قدم مربع = 62 متر مربع )
من الخــــلايا الشمسية القادرة على توليد 22 كـيلو وات ، هذا
النظام يمكنه أن يخزن الطاقة لثلاثة أيــام. وعند المقــــــارنة
الخلايا الشمسية تولد 22 كيلووات في الساعة
فان المنزل التقليدي ( العادي ) سوف يتطلب مساحة وتستطيع أن تخزن طاقة لمدة 3 أيام
من الخلايا الشمسية أكثر ب 15 مرة . الطاقة الفائضة يمكن أن تباع لشركة الطاقة
أو تستخدم لقيادة سيارة كهربائية
وحدة تكــــــــييف الهواء لديها قدرة تساوي 9000 (وحدة)
وتستطيع أن تعمل على مدار الساعة. وفي ذروة المقدرة فهي تبدد 6،45 كيلو وات وكمعدل فان النظام ينتج فائضا هو 15 كيلو وات بالساعة كل يوم .
المضخات لحوض السباحة ذي الشكل البيضوي ،وان الكمبيوتر الشخصي المعدل مترابط مع اثني عشر من أجهزة إحساس تتحكم بالنظام ،
هذا الكــمبيوتر يوضع عند بسطة الدرج بين الطابق العــــلوي وحدة الغاز البيولوجي تنتج غاز الطبخ من
ضياعات
والسفلي ويمكن المستخدمين من مراقبة وضــــــــبط المعدات أجهزة المنزل .الوحدة الدائرية هي
خزان الغاز الحيوي
( التجهيزات )، وهم يتمكنـون من التحكم بدرجة الحرارة والرطـوبة الوعاء المستطيل هو خزان المياه المتدفقة
في جميع الغرف وقراءة سرعة الرياح في الخارج . المخلفات تخصب الحديقة العضوية ذات
الخضروات والعشب
النظام يري إذا أي من النوافذ المنزلقة كانت مفتوحة وكم تبعد مسافتها .

الحملة الشخصية:
المصمم والمستخدم في هذا المنزل المتكل على الطاقة الشمـسية هو( سونتورن نياتيكارم)وهو بروفسـور في الهندسة المعمارية.
من سنتين مضت حصل على ميزانية حوالي 2،5 مليون دولار وجمـــع
فريق انضباطي للتـطوير من الطلاب في كلية العمـارة ومهندســـين
وعلماء،( سونتورن ) له باع طويل في الاهتمام بالعـــمارة البيئـــية
المنطقية المسؤولة ، ولكن ظروف شخصــية زودته بدوافع إضـــافية
المياه يعاد تدويرها لسقي الحديقة معالم هذا النظام
لهذا المشروع فان زوجته تعاني من مشاكل رئوية وتحتاج إلى العزلة (من اليسار لليمين) الماء الناتجة عن غسل السيارة
( الابتعاد ) عن هواء بانكوك المشهور بالتلوث ، والحل كان عمليا خزان وحدات مضخات الأجهزة المنزلية
( فعليا ) بمنزل محكم السـد للهواء الملوث حيث الهواء فيه يصفى أنبوب لتوصيل الماء للحديقة، مياه من آلة الغسيل
باستمرار. فتصبح الحديقة مروية
وسبب آخر لتطوير المنزل هو العوامل الاقتصادية ، فالتفكير مقدما بتقاعده مع الدخل القليل جعل ( سونتورن ) مهتما بالفواتير العالية التي كان يدفعها ، ولقد حسب توظيف المال الإضافي الذي يحتاجه للمنزل ذو الطاقة الشمسية فكان 40% أكثر من المـنزل
التقليدي وهو ما يعادل ما سوف يدفعه لمدة 7 سنوات قادمة، إن فكرة عـدم دفع أي فاتورة مرتفعة كانت السبب الأكثر إغراء.
إن تطوير المنزل ذو الطاقة الشمسية كان مشـــروع انضباطي
ويستلــزم اتحاد (تركيب) مجموعة من علوم المواد – الهندسـة التكاثف من نظام تكييف لهواء يزود ب 8جالون
المدنية – وعلم التقنيات البيولوجية . من الماء في اليوم الواحد .
الوحدة على اليسار هي خزان
ولتقليل احتياجات الطاقة فان مؤسسة صناعية مهتمة بالمنزل مياه الشرب. الوحدة على
اليمين وحدة تطهير المياه
ذي الطاقة الشمسية وفريق البحث صرفوا ( بذلوا ) ساعات طويلة في امتـحان المواد للجدران -الأرضيات – السطح- والزجاج لمعرفة مقدرتهم ( استيعابهم ) لتخـفيض حمل ( عبء ) التدفئة .
الأساس (أي الطبقة السفلية من السطح) الذي يمتص معظم الحرارة قد صنع من المعـــدن، بين السطح والمادة العازلة السميكة( سمكها 30 سم ) يوضع مجرى( أنبوب – قناة ) للهــواء الذي يسمح للرياح بأن تقوم بتهوية الحرارة الممتصة من السطح. الحديقة يثبت بها أجهزة اصــطناعية متنوعة صممت لكي توجه الرياح باتجاه المنزل.
وبينما المنزل له نوافذ من الجهات الأربع فان الأفاريز وتراجعات النوافذ تمنع الشمس من الإشعاع مباشرة إلى داخل المنزل . لا يوجد أي وقت في هذا المنزل تكون فيه الشمس مشعة بشـكل مباشر إلى داخل المنزل ، ولتعزيز نقصان الربح الحراري فان كل الأبواب والنوافذ لها زجاج مسطح ثلاثي لصد الحرارة .

لقطة داخل الغرفة الخضراء، الجزء من الغرفة الممتد فوق حوض الغرفة الخضراء تضيف عنصرا مذهلا للمنزل
السباحة هو من الزجاج في الليل عندما تضاء الغرفة تبدو
وكأنها تطفو فوق حوض السباحة


إن الغرفة الوحيدة التي تستقبل ضوء الشمس المباشر هي ما أسماه ( سونتورن ) الغرفة الخضــــراء ، وهي فراغ مربع على شكل صندوق من الزجــاج وهذه الغرفة معلقة فوق حوض السباحة ، الجــزء الممتد من الأرضية مصنوع من الزجــاج مؤمنا بذلك منظرا غير محجوب للمـاء في الحوض ، وفي الليل عندما هذه الغرفة مضاءة تبدو وكأنها تطفو فوق الحوض .
النموذج الأولي( الذي تصنع بقية النماذج على أساسه ) للدولة :
( سونتورن ) يقدر بان المنزل هو ذو كفاءة في الطاقة أكثر ب 14 مرة من المنزل التقليــــدي وأكثر من ذلك فهو يقول : المنزل يجسد (فلسفة الحياة الحديثة ) التي تعتمد على الاقتصـاد، التكنولوجيا،الحفاظ على البيئة ، وقيم اجتماعية بدون التضحية بالراحة ، هذه الراحة التي تمتد لتشمل: نوعية الهواء ، التدفئة ، الإضاءة ، وعلم الصوت
إن بناء منزل محكم السد للهواء بشكل فعلي ( عملي ) يتطلب مجموعة عمال كبيرة وهو الشئ الغير متاح بسهولة في تايلاند ، يقول ( سونتورن ) مازحا : انه من الأسهل أن تبني منزلا بعمال ألمانيين .
إن كلفة بناء منزل يعمل على الطاقة الشمسية تصل حتى 75 ألف دولار ، هذه الــكلفة غير متضمنة كلفة الصفائح الشمسية المستوردة وضرائبها الاقتصادية المنافسة ، فهي تعرقـل من قبل شروط الاستيراد المرتفعة الثمن ، ( سونتورن ) يأمل من الحكومة أن تخفض قريبا هذه الشـروط .
ومع ذلك فهو مقتنع بأن تايلاند تستطيع أن تستفيد بشكل ضخم إذا طبقــــت التكنولوجيـــا
على نطاق واسع .
بدون حوض السباحة فإن منزله سيكون من ضمن المنازل العادية من سلسلة المنازل الجديدة اليوم. ويقدر ( سونتورن ) بأنه لو بنت تايلاند 300 ألف من هذه المنازل ( ذات الاعتمــاد على الطاقة الشمسية ) فإن المدينة لن تحتاج إلى أية محطات إضافية للطاقة ، ولكنه غير متفائل بشأن الدعم من الحكومة والخطط التي تعزز التكنولوجيا مع المطورين سواء في تايلاند أو في بلدان أخرى .

شاحن للهواتف النقالة:
يعتبر هذا الشاحن من أفضل الأجهزة من حيث الوزن والحجم، ويعمل علي نظام تزويد الطاقة حسب المواصفات العالمية، وتصل قوته 10 فولت، ويعتبر أفضل أنواع الأجهزة الشاحنة التي تعمل بالطاقة الشمسية، ويمكن لهذا الجهاز أن يمد جميع الأجهزة المحمولة التي تحتاج لطاقة عالية.
شاحن الطاقة الشمسية المخصص للهواتف النقالة، مصمم من مادة الألمنيوم وحبيبات السليكون، حسب المواصفات العالمية، ومحاط بنظام حماية خاصة متكامل، وأبعاد شاحن الطاقة الشمسية المخصص للهواتف النقالة، 9m X 270mX 300m الأبعاد بالمليمتر، ووزن الشاحن 750 جرام، وشاحن الطاقة الشمسية المخصص للهواتف النقالة، له حقيبة يد خاصة به لحفظه وسهول نقله

يمكن استعمال نفس وصلة خيط الكهرباء المستخدم في شحن الهواتف النقالة، من ولاعة السيارة، حيث يمكن استخدامها بكل يسر وسهولة مع هذا الشاحن.
يتوفر منها كذلك حقيبة تحمل علي الظهر، وبها شريحة شاحنة للطاقة الشمسية تمد الهاتف المحمول بالطاقة، ويمكن استخدامها في الأماكن النائية سواء للهواتف المحمولة الاعتيادية أو نظام الهواتف الفضائية، وكذلك في الرحلات الاستكشافية، وكذلك في الأماكن التي لا تتوفر فيها مصادر لمد الهاتف المحمول بالطاقة اللازمة لتشغيله




شاحن الحاسب المحمول:
لنشغل الحاسوب المحمول تم تصميم لوحين شمسيين كي يمكن وضعهما في حقيبة الحاسوب الذي يحتاج لتشغيله إلي طاقة كافية، ويمكن بواسطة اللوحين الشمسيين توليد طاقة بقوة 70 وات،
بواسطة هذا النظام الذي يعمل بالطاقة الشمسية قادر علي مد الحاسوب بالتيار اللازم لتشغيله، كما يمكن نقل الحاسوب مع اللوحين بكل يسر وسهولة بواسطة حقيبة السفر، وكذلك استخدام الحاسوب في أي مكان أثناء رحلات التنزه، وكذلك استخدام الحاسوب في المناطق النائية أو في أي بقعة من العالم.


المصباح الشمسي للحدائق:
المصباح الشمسي المخصص استخدامه في الحدائق العامة أو الخاصة مجهز بثلاث شرائح شمسية قادرة علي استقطاب الأشعة الشمسية من ثلاث اتجاهات تم تقوم بتحويلها إلي طاقة كهربائية، وهذا المصباح قادرة علي العمل لمدة 10 ساعات ويعمل بطريقة ذاتية أي يفصل الدائرة الكهربائية أثناء النهار فترة تجميع الطاقة ويغلقها أثناء الليل فترة استخدام الطاقة كي يضئ المصباح.
خصائص فنية:
عدد الخلايا الشمسية المستخدمة في المصباح 3
القوة 4,8 وات
القدرة 1300 مبكرون في الساعة
مده الإضاءة 10 ساعات
أبعاد المصباح 19.19.19. سنتيمتر



إشارات المرور للشوارع :

نسوق هنا مثال علي مجالات استخدام الطاقة الشمسية في الأماكن العامة، مثل تشغيل إشارات المرور الضوئية وإمدادها بالطاقة الكهربائية اللازمة، كما يمكن استخدامها في مجال إنارة الشوارع والطرقات العامة داخل المدن وخارجها، حيث يعتمد كل عامود إنارة علي لوح الخلايا المثبت فوقه، وهناك خلية استشعارية للضوء، عندما يظهر ضوء النهار تقوم بفصل التيار عن مصباح الإنارة بطريقة ذاتية، ومن جديد عندما يحل الظلام، تقوم الخلية الاستشعارية للضوء بغلق الدائرة الكهربائية ذاتياً، ويستمد عامود الإنارة الطاقة من البطارية التي تم تخزين الكهرباء خلال النهار، ولتقليل التكلفة يمكن للشركات المحلية تصنيع عامود الكهرباء محلياً وباقي الأجزاء، وتقوم الشركة الإيطالية بتوريد الخلايا الشمسية مع الخلية الاستشعارية، وبطارية تخزين الطاقة، مع محول الطاقة من 12 فولت إلي 220 فولت مع المصباح الفسفوري، بالإضافة إلي لوح الخلايا الشمسية الكريستالية وتعتبر من أجود الأنواع بسعر 1500 يورو، وهناك تخفيض للكميات الكبيرة، يمكن عمل عامود الكهرباء محلياً، وتنفيذ تركيب هذه الخلايا مع شركات المقاولات العربية، وذلك بإعداد مكان تخزين البطارية والمحول عند قاعدة العمود حسب المواصفات التي توردها الشركة، ويمكن تدريب طواقم على تركيب الإنارة الشمسية وطرق صيانتها، علماً بأن الضمان التي تعطيها الشركة الإيطالية علي جميع المعدات هي 25 سنة، واللوح الشمسي قادر علي العمل لمدة 30 سنة بدون أي صيانة، أي إنارة دائمة ليلاً وتخزين كامل صباحاً.


أسطح الكراجات :

لاستغلال المساحة التي يشغلها موقف السيارات، يمكن توليد طاقة كبيرة في حالة استغلال هذه المساحة بطريقة جيدة، بحيث تكون غطاء وظل للسيارات وكذلك مصدر للطاقة النظيفة والدائمة، علماً بأن كل 10 متر مربع يمكن توليد 1 كيلووات، الخلايا عليها ضمان لمدة 25 سنة، يجب معرفة المساحة الإجمالية لعمل مشروع متكامل مفتاح باليد .
منقول للفائده