مجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية
إذا كانت الألواح الشمسية الكهروضوئية تتكون من خلايا كهروضوئية فردية متصلة ببعضها البعض ، فإن صفيف الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والمعروف أيضا باسم أ صفيف الطاقة الشمسية هو نظام يتكون من مجموعة من الألواح الشمسية المتصلة ببعضها البعض.
وبالتالي ، فإن المصفوفة الكهروضوئية عبارة عن ألواح شمسية متعددة متصلة كهربائيا معا لتشكيل تركيب كهروضوئي أكبر بكثير (نظام كهروضوئي) يسمى مصفوفة ، وبشكل عام كلما زادت مساحة السطح الإجمالية للمصفوفة ، زادت الكهرباء الشمسية التي ستنتجها.
يستخدم النظام الكهروضوئي الكامل مصفوفة كهروضوئية كمصدر رئيسي لتوليد مصدر الطاقة الكهربائية. كمية الطاقة الشمسية التي تنتجها لوحة أو وحدة كهروضوئية واحدة ليست كافية للاستخدام العام.
تنتج معظم الشركات المصنعة لوحة كهروضوئية قياسية بجهد خرج 12 فولت أو 24 فولت. من خلال توصيل العديد من الألواح الكهروضوئية المفردة في سلسلة (لمتطلبات الجهد العالي) وبالتوازي (لمتطلبات تيار أعلى) ، ستنتج المصفوفة الكهروضوئية خرج الطاقة المطلوب.
مصفوفة شمسية كهروضوئية
تقوم الخلايا والألواح الكهروضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء تيار مباشر (DC). اتصال الألواح الشمسية في مصفوفة كهروضوئية واحدة هو نفس اتصال الخلايا الكهروضوئية في لوحة واحدة.
يمكن توصيل الألواح الموجودة في المصفوفة كهربائيا معا إما في سلسلة أو متوازية أو خليط من الاثنين ، ولكن بشكل عام يتم اختيار اتصال متسلسل لإعطاء جهد خرج متزايد. على سبيل المثال ، عندما يتم توصيل لوحين شمسيين معا في سلسلة ، يتضاعف جهدهما بينما يظل التيار كما هو.
يمكن أن يتكون حجم المصفوفة الكهروضوئية من عدد قليل من الوحدات الكهروضوئية الفردية أو الألواح المتصلة ببعضها البعض في بيئة حضرية ومثبتة على السطح ، أو قد تتكون من عدة مئات من الألواح الكهروضوئية المترابطة معا في حقل لتوفير الطاقة لبلدة أو حي بأكمله. تسمح مرونة المصفوفة الكهروضوئية المعيارية (النظام الكهروضوئي) للمصممين بإنشاء أنظمة طاقة شمسية يمكنها تلبية مجموعة متنوعة من الاحتياجات الكهربائية ، بغض النظر عن حجمها أو صغرها.
من المهم ملاحظة أنه لا ينبغي خلط الألواح الكهروضوئية أو الوحدات النمطية من مختلف الشركات المصنعة معا في مصفوفة واحدة ، حتى لو كانت مخرجات الطاقة أو الجهد أو التيار متشابهة اسميا. وذلك لأن الاختلافات في منحنيات مميزة IV-V للخلايا الشمسية بالإضافة إلى استجابتها الطيفية من المحتمل أن تتسبب في خسائر إضافية في عدم التطابق داخل المصفوفة ، وبالتالي تقليل كفاءتها الإجمالية.
الخصائص الكهربائية للمصفوفة الكهروضوئية
يتم تلخيص الخصائص الكهربائية للمصفوفة الكهروضوئية في العلاقة بين تيار الخرج والجهد. تتحكم كمية وشدة التشمس الشمسي (الإشعاع الشمسي) في كمية تيار الخرج (I) ، وتؤثر درجة حرارة تشغيل الخلايا الشمسية على جهد الخرج (V) للمجموعة الكهروضوئية. يتم إعطاء منحنيات الألواح الكهروضوئية (IV) التي تلخص العلاقة بين التيار والجهد من قبل الشركات المصنعة ويتم تقديمها على النحو التالي:
معلمات الصفيف الشمسي
المركبات العضوية المتطايرة = جهد الدائرة المفتوحة: - هذا هو الحد الأقصى للجهد الذي توفره المصفوفة عندما لا تكون المحطات متصلة بأي حمل (حالة دائرة مفتوحة). هذه القيمة أعلى بكثير من Vmax التي تتعلق بتشغيل المصفوفة الكهروضوئية التي يتم إصلاحها بواسطة الحمل. تعتمد هذه القيمة على عدد الألواح الكهروضوئية المتصلة ببعضها البعض في سلسلة.
ISC = تيار ماس كهربائى - الحد الأقصى للتيار الذي توفره المصفوفة الكهروضوئية عند تقصير موصلات الخرج معا (حالة ماس كهربائى). هذه القيمة أعلى بكثير من Imax التي تتعلق بتيار دائرة التشغيل العادية.
Pmax = نقطة الطاقة القصوى - يتعلق هذا بالنقطة التي تكون فيها الطاقة التي توفرها المصفوفة المتصلة بالحمل (البطاريات والعاكسات) عند قيمتها القصوى ، حيث Pmax = Imax x Vmax. يتم قياس نقطة الطاقة القصوى للمصفوفة الكهروضوئية بالواط (W) أو ذروة واط (Wp).
FF = عامل التعبئة - عامل التعبئة هو العلاقة بين الطاقة القصوى التي يمكن أن توفرها المصفوفة بالفعل في ظل ظروف التشغيل العادية وناتج جهد الدائرة المفتوحة مضروبا في تيار ماس كهربائى ، ( Voc x Isc ) تعطي قيمة عامل التعبئة هذه فكرة عن جودة المصفوفة وكلما اقترب عامل التعبئة من 1 (الوحدة) ، زادت الطاقة التي يمكن أن توفرها المصفوفة. تتراوح القيم النموذجية بين 0.7 و 0.8.
٪ eff = النسبة المئوية للكفاءة - كفاءة المصفوفة الكهروضوئية هي النسبة بين الطاقة الكهربائية القصوى التي يمكن أن تنتجها المصفوفة مقارنة بكمية الإشعاع الشمسي التي تصطدم بالمصفوفة. عادة ما تكون كفاءة المصفوفة الشمسية النموذجية منخفضة عند حوالي 10-12٪ ، اعتمادا على نوع الخلايا (أحادية البلورية أو متعددة الكريستالات أو غير المتبلورة أو الرقيقة) المستخدمة.
توفر منحنيات خصائص الكهروضوئية IV المعلومات التي يحتاجها المصممون لتكوين الأنظمة التي يمكن أن تعمل في أقرب وقت ممكن من نقطة الطاقة القصوى. يتم قياس نقطة الطاقة القصوى حيث تنتج الوحدة الكهروضوئية أقصى قدر من الطاقة عند تعرضها للإشعاع الشمسي بما يعادل 1000 واط لكل متر مربع أو 1000 واط / م 2 أو 1 كيلو واط / م 2. ضع في اعتبارك الدائرة أدناه.
اتصالات المصفوفة الكهروضوئية
تتكون هذه المجموعة الكهروضوئية البسيطة أعلاه من أربع وحدات كهروضوئية كما هو موضح ، مما ينتج عنه فرعان متوازيان يوجد فيهما لوحان كهروضوئيان متصلان كهربائيا معا لإنتاج دائرة متسلسلة. وبالتالي ، سيكون جهد الخرج من المصفوفة مساويا للاتصال المتسلسل للألواح الكهروضوئية ، وفي مثالنا أعلاه ، يتم حساب ذلك على النحو التالي: Vout = 12V + 12V = 24 Volts.
سيكون تيار الخرج مساويا لمجموع التيارات الفرعية المتوازية. إذا افترضنا أن كل لوحة كهروضوئية تنتج 3.75 أمبير عند الشمس الكاملة ، فإن إجمالي التيار (IT) سيكون مساويا: IT = 3.75A + 3.75A = 7.5 أمبير. ثم يمكن حساب الطاقة القصوى للمصفوفة الكهروضوئية عند الشمس الكاملة على النحو التالي: Pout = V x I = 24 × 7.5 = 180W.
تصل المصفوفة الكهروضوئية إلى الحد الأقصى البالغ 180 واط في الشمس الكاملة لأن الحد الأقصى لخرج الطاقة لكل لوحة أو وحدة كهروضوئية يساوي 45 واط (12 فولت × 3.75 أمبير). ومع ذلك ، نظرا لمستويات مختلفة من الإشعاع الشمسي ، وتأثير درجة الحرارة ، والخسائر الكهربائية ، وما إلى ذلك ، فإن الحد الأقصى لطاقة الخرج الحقيقية عادة ما يكون أقل بكثير من 180 واط المحسوبة. ثم يمكننا تقديم خصائص المصفوفة الكهروضوئية الخاصة بنا على أنها موجودة.
خصائص المصفوفة الكهروضوئية
تجاوز الثنائيات في المصفوفات الكهروضوئية
الخلايا الكهروضوئية والصمامات الثنائية عبارة عن أجهزة أشباه موصلات مصنوعة من مادة سيليكون من النوع P ومادة سيليكون من النوع N مدمجة معا. على عكس الخلية الكهروضوئية التي تولد جهدا عند تعرضها للضوء ، تعمل الثنائيات ذات الوصلة PN مثل الصمام الكهربائي أحادي الاتجاه للحالة الصلبة الذي يسمح فقط بالتيار الكهربائي بالتدفق عبر نفسه في اتجاه واحد فقط.
ميزة ذلك هي أنه يمكن استخدام الثنائيات لمنع تدفق التيار الكهربائي من أجزاء أخرى من الدائرة الشمسية الكهربائية. عند استخدامها في مجموعة شمسية كهروضوئية ، تسمى هذه الأنواع من صمامات السيليكون بشكل عام الثنائيات الحظرية.
في البرنامج التعليمي السابق حول الألواح الكهروضوئية ، رأينا أن "الثنائيات الالتفافية" تستخدم بالتوازي مع واحدة أو عدد من الخلايا الشمسية الكهروضوئية لمنع تدفق التيار (التيارات) من الخلايا الكهروضوئية الجيدة والمعرضة جيدا لأشعة الشمس التي ترتفع درجة حرارتها وحرق الخلايا الكهروضوئية الضعيفة أو المظللة جزئيا من خلال توفير مسار حالي حول الخلية السيئة. يتم استخدام الثنائيات الحظرة بشكل مختلف عن الثنائيات الالتفافية
عادة ما يتم توصيل الثنائيات الالتفافية "بالتوازي" مع خلية أو لوحة كهروضوئية لتحويل التيار من حولها ، بينما يتم توصيل الثنائيات الحظرة في "سلسلة" مع الألواح الكهروضوئية لمنع تدفق التيار مرة أخرى إليها. لذلك تختلف الثنائيات الحظرة ثم تجاوز الثنائيات على الرغم من أن الصمام الثنائي في معظم الحالات يكون متماثلا فعليا ، ولكن يتم تثبيتها بشكل مختلف وتخدم غرضا مختلفا. ضع في اعتبارك مجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أدناه.
الثنائيات في المصفوفات الكهروضوئية
كما قلنا سابقا ، الثنائيات هي أجهزة تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط. الثنائيات الملونة باللون الأخضر هي الثنائيات الالتفافية المألوفة ، واحدة بالتوازي مع كل لوحة كهروضوئية لتوفير مسار مقاومة منخفض حول اللوحة. ومع ذلك ، يشار إلى الصمامين الثنائيين الملونين باللون الأحمر باسم "الثنائيات الحظرة" ، واحدة في سلسلة مع كل فرع من فروع السلسلة. تضمن هذه الثنائيات الحظرة أن التيار الكهربائي يتدفق فقط خارج مصفوفة السلسلة إلى الحمل الخارجي أو وحدة التحكم أو البطاريات.
والسبب في ذلك هو منع التيار المتولد عن الألواح الكهروضوئية الأخرى المتصلة المتوازية في نفس المصفوفة من التدفق مرة أخرى عبر شبكة أضعف (مظللة) وأيضا لمنع البطاريات المشحونة بالكامل من التفريغ أو التصريف مرة أخرى من خلال المصفوفة الكهروضوئية في الليل. لذلك عندما يتم توصيل العديد من الألواح الكهروضوئية بالتوازي ، يجب استخدام الثنائيات الحظرة في كل فرع متصل متوازي.
بشكل عام ، يتم استخدام الثنائيات الحظرة في المصفوفات الكهروضوئية عندما يكون هناك فرعان متوازيان أو أكثر أو يكون هناك احتمال أن تصبح بعض المصفوفة مظللة جزئيا خلال النهار حيث تتحرك الشمس عبر السماء. يعتمد حجم ونوع الصمام الثنائي المانع المستخدم على نوع المصفوفة الكهروضوئية. يتوفر نوعان من الثنائيات لمصفوفات الطاقة الشمسية: الصمام الثنائي للسيليكون PN-junction والصمام الثنائي الحاجز Schottky. كلاهما متاح مع مجموعة واسعة من التصنيفات الحالية.
يحتوي الصمام الثنائي الحاجز Schottky على انخفاض جهد أمامي أقل بكثير يبلغ حوالي 0.4 فولت على عكس الثنائيات PN بمقدار 0.7 فولت لجهاز السيليكون. يسمح انخفاض الجهد المنخفض هذا بتوفير خلية كهروضوئية كاملة واحدة في كل فرع من فروع المجموعة الشمسية ، وبالتالي ، فإن المصفوفة أكثر كفاءة نظرا لتبديد طاقة أقل في الصمام الثنائي للحظر. تقوم معظم الشركات المصنعة بتضمين الثنائيات الحجب داخل وحداتها الكهروضوئية لتبسيط التصميم.
قم ببناء المصفوفة الكهروضوئية الخاصة بك
كمية الإشعاع الشمسي المتلقاة والطلب اليومي على الطاقة هما العاملان المتحكم في تصميم المصفوفة الكهروضوئية وأنظمة الطاقة الشمسية. يجب أن يكون حجم المصفوفة الكهروضوئية لتلبية الطلب على الحمل وحساب أي خسائر في النظام بينما سيقلل تظليل أي جزء من المصفوفة الشمسية بشكل كبير من إنتاج النظام بأكمله.
إذا كانت الألواح الشمسية متصلة كهربائيا ببعضها البعض في سلسلة ، فسيكون التيار هو نفسه في كل لوحة وإذا كانت الألواح مظللة جزئيا ، فلن تتمكن من إنتاج نفس الكمية من التيار. كما أن الألواح الكهروضوئية المظللة ستبدد الطاقة والنفايات كحرارة بدلا من توليدها ، وسيساعد استخدام الثنائيات الالتفافية في منع مثل هذه المشاكل من خلال توفير مسار تيار بديل.
لا يلزم وجود صمامات ثنائية حجب في نظام متصل بسلسلة كاملة ولكن يجب استخدامها لمنع تدفق التيار العكسي من البطاريات إلى المصفوفة أثناء الليل أو عندما يكون الإشعاع الشمسي منخفضا. يجب مراعاة الظروف المناخية الأخرى بصرف النظر عن ضوء الشمس في أي تصميم.
نظرا لأن جهد خرج الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون هو معلمة متعلقة بدرجة الحرارة ، يجب أن يكون المصمم على دراية بدرجات الحرارة اليومية السائدة ، سواء القصوى (العالية والمنخفضة) أو الاختلافات الموسمية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب مراعاة المطر وتساقط الثلوج في تصميم هيكل التثبيت. تحميل الرياح مهم بشكل خاص في تركيبات قمة الجبال.
في برنامجنا التعليمي التالي حول "الطاقة الشمسية" ، سننظر في كيفية استخدام المصفوفات الكهروضوئية لأشباه الموصلات والألواح الشمسية كجزء من نظام PV المستقل لتوليد الطاقة للتطبيقات خارج الشبكة.
إذا كانت الألواح الشمسية الكهروضوئية تتكون من خلايا كهروضوئية فردية متصلة ببعضها البعض ، فإن صفيف الطاقة الشمسية الكهروضوئية، والمعروف أيضا باسم أ صفيف الطاقة الشمسية هو نظام يتكون من مجموعة من الألواح الشمسية المتصلة ببعضها البعض.
وبالتالي ، فإن المصفوفة الكهروضوئية عبارة عن ألواح شمسية متعددة متصلة كهربائيا معا لتشكيل تركيب كهروضوئي أكبر بكثير (نظام كهروضوئي) يسمى مصفوفة ، وبشكل عام كلما زادت مساحة السطح الإجمالية للمصفوفة ، زادت الكهرباء الشمسية التي ستنتجها.
يستخدم النظام الكهروضوئي الكامل مصفوفة كهروضوئية كمصدر رئيسي لتوليد مصدر الطاقة الكهربائية. كمية الطاقة الشمسية التي تنتجها لوحة أو وحدة كهروضوئية واحدة ليست كافية للاستخدام العام.
تنتج معظم الشركات المصنعة لوحة كهروضوئية قياسية بجهد خرج 12 فولت أو 24 فولت. من خلال توصيل العديد من الألواح الكهروضوئية المفردة في سلسلة (لمتطلبات الجهد العالي) وبالتوازي (لمتطلبات تيار أعلى) ، ستنتج المصفوفة الكهروضوئية خرج الطاقة المطلوب.
مصفوفة شمسية كهروضوئية
تقوم الخلايا والألواح الكهروضوئية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء تيار مباشر (DC). اتصال الألواح الشمسية في مصفوفة كهروضوئية واحدة هو نفس اتصال الخلايا الكهروضوئية في لوحة واحدة.
يمكن توصيل الألواح الموجودة في المصفوفة كهربائيا معا إما في سلسلة أو متوازية أو خليط من الاثنين ، ولكن بشكل عام يتم اختيار اتصال متسلسل لإعطاء جهد خرج متزايد. على سبيل المثال ، عندما يتم توصيل لوحين شمسيين معا في سلسلة ، يتضاعف جهدهما بينما يظل التيار كما هو.
يمكن أن يتكون حجم المصفوفة الكهروضوئية من عدد قليل من الوحدات الكهروضوئية الفردية أو الألواح المتصلة ببعضها البعض في بيئة حضرية ومثبتة على السطح ، أو قد تتكون من عدة مئات من الألواح الكهروضوئية المترابطة معا في حقل لتوفير الطاقة لبلدة أو حي بأكمله. تسمح مرونة المصفوفة الكهروضوئية المعيارية (النظام الكهروضوئي) للمصممين بإنشاء أنظمة طاقة شمسية يمكنها تلبية مجموعة متنوعة من الاحتياجات الكهربائية ، بغض النظر عن حجمها أو صغرها.
من المهم ملاحظة أنه لا ينبغي خلط الألواح الكهروضوئية أو الوحدات النمطية من مختلف الشركات المصنعة معا في مصفوفة واحدة ، حتى لو كانت مخرجات الطاقة أو الجهد أو التيار متشابهة اسميا. وذلك لأن الاختلافات في منحنيات مميزة IV-V للخلايا الشمسية بالإضافة إلى استجابتها الطيفية من المحتمل أن تتسبب في خسائر إضافية في عدم التطابق داخل المصفوفة ، وبالتالي تقليل كفاءتها الإجمالية.
الخصائص الكهربائية للمصفوفة الكهروضوئية
يتم تلخيص الخصائص الكهربائية للمصفوفة الكهروضوئية في العلاقة بين تيار الخرج والجهد. تتحكم كمية وشدة التشمس الشمسي (الإشعاع الشمسي) في كمية تيار الخرج (I) ، وتؤثر درجة حرارة تشغيل الخلايا الشمسية على جهد الخرج (V) للمجموعة الكهروضوئية. يتم إعطاء منحنيات الألواح الكهروضوئية (IV) التي تلخص العلاقة بين التيار والجهد من قبل الشركات المصنعة ويتم تقديمها على النحو التالي:
معلمات الصفيف الشمسي
المركبات العضوية المتطايرة = جهد الدائرة المفتوحة: - هذا هو الحد الأقصى للجهد الذي توفره المصفوفة عندما لا تكون المحطات متصلة بأي حمل (حالة دائرة مفتوحة). هذه القيمة أعلى بكثير من Vmax التي تتعلق بتشغيل المصفوفة الكهروضوئية التي يتم إصلاحها بواسطة الحمل. تعتمد هذه القيمة على عدد الألواح الكهروضوئية المتصلة ببعضها البعض في سلسلة.
ISC = تيار ماس كهربائى - الحد الأقصى للتيار الذي توفره المصفوفة الكهروضوئية عند تقصير موصلات الخرج معا (حالة ماس كهربائى). هذه القيمة أعلى بكثير من Imax التي تتعلق بتيار دائرة التشغيل العادية.
Pmax = نقطة الطاقة القصوى - يتعلق هذا بالنقطة التي تكون فيها الطاقة التي توفرها المصفوفة المتصلة بالحمل (البطاريات والعاكسات) عند قيمتها القصوى ، حيث Pmax = Imax x Vmax. يتم قياس نقطة الطاقة القصوى للمصفوفة الكهروضوئية بالواط (W) أو ذروة واط (Wp).
FF = عامل التعبئة - عامل التعبئة هو العلاقة بين الطاقة القصوى التي يمكن أن توفرها المصفوفة بالفعل في ظل ظروف التشغيل العادية وناتج جهد الدائرة المفتوحة مضروبا في تيار ماس كهربائى ، ( Voc x Isc ) تعطي قيمة عامل التعبئة هذه فكرة عن جودة المصفوفة وكلما اقترب عامل التعبئة من 1 (الوحدة) ، زادت الطاقة التي يمكن أن توفرها المصفوفة. تتراوح القيم النموذجية بين 0.7 و 0.8.
٪ eff = النسبة المئوية للكفاءة - كفاءة المصفوفة الكهروضوئية هي النسبة بين الطاقة الكهربائية القصوى التي يمكن أن تنتجها المصفوفة مقارنة بكمية الإشعاع الشمسي التي تصطدم بالمصفوفة. عادة ما تكون كفاءة المصفوفة الشمسية النموذجية منخفضة عند حوالي 10-12٪ ، اعتمادا على نوع الخلايا (أحادية البلورية أو متعددة الكريستالات أو غير المتبلورة أو الرقيقة) المستخدمة.
توفر منحنيات خصائص الكهروضوئية IV المعلومات التي يحتاجها المصممون لتكوين الأنظمة التي يمكن أن تعمل في أقرب وقت ممكن من نقطة الطاقة القصوى. يتم قياس نقطة الطاقة القصوى حيث تنتج الوحدة الكهروضوئية أقصى قدر من الطاقة عند تعرضها للإشعاع الشمسي بما يعادل 1000 واط لكل متر مربع أو 1000 واط / م 2 أو 1 كيلو واط / م 2. ضع في اعتبارك الدائرة أدناه.
اتصالات المصفوفة الكهروضوئية
تتكون هذه المجموعة الكهروضوئية البسيطة أعلاه من أربع وحدات كهروضوئية كما هو موضح ، مما ينتج عنه فرعان متوازيان يوجد فيهما لوحان كهروضوئيان متصلان كهربائيا معا لإنتاج دائرة متسلسلة. وبالتالي ، سيكون جهد الخرج من المصفوفة مساويا للاتصال المتسلسل للألواح الكهروضوئية ، وفي مثالنا أعلاه ، يتم حساب ذلك على النحو التالي: Vout = 12V + 12V = 24 Volts.
سيكون تيار الخرج مساويا لمجموع التيارات الفرعية المتوازية. إذا افترضنا أن كل لوحة كهروضوئية تنتج 3.75 أمبير عند الشمس الكاملة ، فإن إجمالي التيار (IT) سيكون مساويا: IT = 3.75A + 3.75A = 7.5 أمبير. ثم يمكن حساب الطاقة القصوى للمصفوفة الكهروضوئية عند الشمس الكاملة على النحو التالي: Pout = V x I = 24 × 7.5 = 180W.
تصل المصفوفة الكهروضوئية إلى الحد الأقصى البالغ 180 واط في الشمس الكاملة لأن الحد الأقصى لخرج الطاقة لكل لوحة أو وحدة كهروضوئية يساوي 45 واط (12 فولت × 3.75 أمبير). ومع ذلك ، نظرا لمستويات مختلفة من الإشعاع الشمسي ، وتأثير درجة الحرارة ، والخسائر الكهربائية ، وما إلى ذلك ، فإن الحد الأقصى لطاقة الخرج الحقيقية عادة ما يكون أقل بكثير من 180 واط المحسوبة. ثم يمكننا تقديم خصائص المصفوفة الكهروضوئية الخاصة بنا على أنها موجودة.
خصائص المصفوفة الكهروضوئية
تجاوز الثنائيات في المصفوفات الكهروضوئية
الخلايا الكهروضوئية والصمامات الثنائية عبارة عن أجهزة أشباه موصلات مصنوعة من مادة سيليكون من النوع P ومادة سيليكون من النوع N مدمجة معا. على عكس الخلية الكهروضوئية التي تولد جهدا عند تعرضها للضوء ، تعمل الثنائيات ذات الوصلة PN مثل الصمام الكهربائي أحادي الاتجاه للحالة الصلبة الذي يسمح فقط بالتيار الكهربائي بالتدفق عبر نفسه في اتجاه واحد فقط.
ميزة ذلك هي أنه يمكن استخدام الثنائيات لمنع تدفق التيار الكهربائي من أجزاء أخرى من الدائرة الشمسية الكهربائية. عند استخدامها في مجموعة شمسية كهروضوئية ، تسمى هذه الأنواع من صمامات السيليكون بشكل عام الثنائيات الحظرية.
في البرنامج التعليمي السابق حول الألواح الكهروضوئية ، رأينا أن "الثنائيات الالتفافية" تستخدم بالتوازي مع واحدة أو عدد من الخلايا الشمسية الكهروضوئية لمنع تدفق التيار (التيارات) من الخلايا الكهروضوئية الجيدة والمعرضة جيدا لأشعة الشمس التي ترتفع درجة حرارتها وحرق الخلايا الكهروضوئية الضعيفة أو المظللة جزئيا من خلال توفير مسار حالي حول الخلية السيئة. يتم استخدام الثنائيات الحظرة بشكل مختلف عن الثنائيات الالتفافية
عادة ما يتم توصيل الثنائيات الالتفافية "بالتوازي" مع خلية أو لوحة كهروضوئية لتحويل التيار من حولها ، بينما يتم توصيل الثنائيات الحظرة في "سلسلة" مع الألواح الكهروضوئية لمنع تدفق التيار مرة أخرى إليها. لذلك تختلف الثنائيات الحظرة ثم تجاوز الثنائيات على الرغم من أن الصمام الثنائي في معظم الحالات يكون متماثلا فعليا ، ولكن يتم تثبيتها بشكل مختلف وتخدم غرضا مختلفا. ضع في اعتبارك مجموعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية أدناه.
الثنائيات في المصفوفات الكهروضوئية
كما قلنا سابقا ، الثنائيات هي أجهزة تسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط. الثنائيات الملونة باللون الأخضر هي الثنائيات الالتفافية المألوفة ، واحدة بالتوازي مع كل لوحة كهروضوئية لتوفير مسار مقاومة منخفض حول اللوحة. ومع ذلك ، يشار إلى الصمامين الثنائيين الملونين باللون الأحمر باسم "الثنائيات الحظرة" ، واحدة في سلسلة مع كل فرع من فروع السلسلة. تضمن هذه الثنائيات الحظرة أن التيار الكهربائي يتدفق فقط خارج مصفوفة السلسلة إلى الحمل الخارجي أو وحدة التحكم أو البطاريات.
والسبب في ذلك هو منع التيار المتولد عن الألواح الكهروضوئية الأخرى المتصلة المتوازية في نفس المصفوفة من التدفق مرة أخرى عبر شبكة أضعف (مظللة) وأيضا لمنع البطاريات المشحونة بالكامل من التفريغ أو التصريف مرة أخرى من خلال المصفوفة الكهروضوئية في الليل. لذلك عندما يتم توصيل العديد من الألواح الكهروضوئية بالتوازي ، يجب استخدام الثنائيات الحظرة في كل فرع متصل متوازي.
بشكل عام ، يتم استخدام الثنائيات الحظرة في المصفوفات الكهروضوئية عندما يكون هناك فرعان متوازيان أو أكثر أو يكون هناك احتمال أن تصبح بعض المصفوفة مظللة جزئيا خلال النهار حيث تتحرك الشمس عبر السماء. يعتمد حجم ونوع الصمام الثنائي المانع المستخدم على نوع المصفوفة الكهروضوئية. يتوفر نوعان من الثنائيات لمصفوفات الطاقة الشمسية: الصمام الثنائي للسيليكون PN-junction والصمام الثنائي الحاجز Schottky. كلاهما متاح مع مجموعة واسعة من التصنيفات الحالية.
يحتوي الصمام الثنائي الحاجز Schottky على انخفاض جهد أمامي أقل بكثير يبلغ حوالي 0.4 فولت على عكس الثنائيات PN بمقدار 0.7 فولت لجهاز السيليكون. يسمح انخفاض الجهد المنخفض هذا بتوفير خلية كهروضوئية كاملة واحدة في كل فرع من فروع المجموعة الشمسية ، وبالتالي ، فإن المصفوفة أكثر كفاءة نظرا لتبديد طاقة أقل في الصمام الثنائي للحظر. تقوم معظم الشركات المصنعة بتضمين الثنائيات الحجب داخل وحداتها الكهروضوئية لتبسيط التصميم.
قم ببناء المصفوفة الكهروضوئية الخاصة بك
كمية الإشعاع الشمسي المتلقاة والطلب اليومي على الطاقة هما العاملان المتحكم في تصميم المصفوفة الكهروضوئية وأنظمة الطاقة الشمسية. يجب أن يكون حجم المصفوفة الكهروضوئية لتلبية الطلب على الحمل وحساب أي خسائر في النظام بينما سيقلل تظليل أي جزء من المصفوفة الشمسية بشكل كبير من إنتاج النظام بأكمله.
إذا كانت الألواح الشمسية متصلة كهربائيا ببعضها البعض في سلسلة ، فسيكون التيار هو نفسه في كل لوحة وإذا كانت الألواح مظللة جزئيا ، فلن تتمكن من إنتاج نفس الكمية من التيار. كما أن الألواح الكهروضوئية المظللة ستبدد الطاقة والنفايات كحرارة بدلا من توليدها ، وسيساعد استخدام الثنائيات الالتفافية في منع مثل هذه المشاكل من خلال توفير مسار تيار بديل.
لا يلزم وجود صمامات ثنائية حجب في نظام متصل بسلسلة كاملة ولكن يجب استخدامها لمنع تدفق التيار العكسي من البطاريات إلى المصفوفة أثناء الليل أو عندما يكون الإشعاع الشمسي منخفضا. يجب مراعاة الظروف المناخية الأخرى بصرف النظر عن ضوء الشمس في أي تصميم.
نظرا لأن جهد خرج الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون هو معلمة متعلقة بدرجة الحرارة ، يجب أن يكون المصمم على دراية بدرجات الحرارة اليومية السائدة ، سواء القصوى (العالية والمنخفضة) أو الاختلافات الموسمية. بالإضافة إلى ذلك ، يجب مراعاة المطر وتساقط الثلوج في تصميم هيكل التثبيت. تحميل الرياح مهم بشكل خاص في تركيبات قمة الجبال.
في برنامجنا التعليمي التالي حول "الطاقة الشمسية" ، سننظر في كيفية استخدام المصفوفات الكهروضوئية لأشباه الموصلات والألواح الشمسية كجزء من نظام PV المستقل لتوليد الطاقة للتطبيقات خارج الشبكة.