الطاقة الشمسية هي أنظف مصادر الطاقة المتجددة وأكثرها توفرًا. يمكن للتكنولوجيا الحديثة تسخير هذه الطاقة لمجموعة متنوعة من الاستخدامات ، بما في ذلك إنتاج الكهرباء ، وتوفير الإضاءة ومياه التدفئة للتطبيقات المنزلية أو التجارية أو الصناعية.

“ما هو الفرق بين المزلاج والشبشب ”

يمكن أيضًا استخدام الطاقة الشمسية لتلبية متطلبات الكهرباء لدينا. من خلال الخلايا الشمسية الكهروضوئية (SPV) ، يتم تحويل الإشعاع الشمسي إلى كهرباء DC مباشرة. يمكن استخدام هذه الكهرباء كما هي أو يمكن تخزينها في البطارية. في هذه المقالة سوف نرى كل شيء عن الطاقة الشمسية. دعونا نرى خطوة بخطوة:

الخلية الشمسية الكهروضوئية (SPV):

الخلايا الشمسية الكهروضوئية أو الخلايا الشمسية عبارة عن جهاز يحول الضوء إلى تيار كهربائي باستخدام التأثير الكهروضوئي. تُستخدم SPV في العديد من التطبيقات مثل إشارات السكك الحديدية وإضاءة الشوارع والإضاءة المحلية وتشغيل أنظمة الاتصالات عن بُعد.

إنه يحتوي على نوع p من طبقة السيليكون الموضوعة على اتصال مع طبقة السيليكون من النوع n ويحدث انتشار الإلكترونات من مادة النوع n إلى المادة من النوع p. في المادة من النوع p ، توجد ثقوب لقبول الإلكترونات. المواد من النوع n غنية بالإلكترونات ، لذلك من خلال تأثير الطاقة الشمسية ، تتحرك الإلكترونات من مادة النوع n وفي الوصلة p-n ، تتحد مع الثقوب. هذا يخلق شحنة على جانبي تقاطع p-n لتكوين مجال كهربائي . نتيجة لذلك ، يتطور نظام يشبه الصمام الثنائي الذي يعزز تدفق الشحنات. هذا هو تيار الانجراف الذي يوازن بين انتشار الإلكترونات والثقوب. المنطقة التي يحدث فيها تيار الانجراف هي منطقة النضوب أو منطقة شحن الفضاء التي تفتقر إلى ناقلات الشحن المتنقلة.

لذلك في الظلام ، تتصرف الخلية الشمسية مثل الصمام الثنائي المنحاز العكسي. عندما يسقط الضوء عليه ، مثل الصمام الثنائي ، فإن التحيزات الأمامية للخلايا الشمسية ويتدفق التيار في اتجاه واحد من الأنود إلى الكاثود مثل الصمام الثنائي. عادةً ما يكون جهد الدائرة المفتوحة (بدون توصيل البطارية) للوحة الشمسية أعلى من جهدها المقدر. على سبيل المثال ، تعطي لوحة 12 فولت حوالي 20 فولت في ضوء الشمس الساطع. ولكن عندما تكون البطارية متصلة بها ، ينخفض الجهد إلى 14-15 فولت. تتكون الخلايا الشمسية الكهروضوئية (SPV) من مواد غير عادية تسمى أشباه الموصلات على سبيل المثال السيليكون ، وهو الأكثر استخدامًا حاليًا. بشكل أساسي ، عندما يضرب الضوء الخلية ، يتم امتصاص جزء معين منه داخل مادة أشباه الموصلات. هذا يعني أن طاقة الضوء الممتص تنتقل إلى أشباه الموصلات.

كيف تعمل الطاقة الشمسية الكهروضوئية

تحتوي جميع الخلايا الكهروضوئية الشمسية أيضًا على مجال كهربائي واحد أو أكثر يعمل على إجبار الإلكترونات المحررة بواسطة امتصاص الضوء على التدفق في اتجاه معين. هذا التدفق للإلكترونات هو تيار ، ومن خلال وضع ملامسات معدنية أعلى وأسفل خلية SPV ، يمكننا سحب هذا التيار للاستفادة منه عن بُعد. يحدد جهد الخلايا الطاقة التي يمكن أن تنتجها الخلية الشمسية. تسمى عملية تحويل الضوء إلى كهرباء بتأثير الطاقة الشمسية الكهروضوئية (SPV). تقوم مجموعة من الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء DC. ثم تدخل الكهرباء DC العاكس. يقوم العاكس بتحويل كهرباء التيار المستمر إلى كهرباء تيار متردد بقوة 120 فولت تحتاجها الأجهزة المنزلية.

لوحة شمسية:

الألواح الشمسية عبارة عن مجموعة من الخلايا الشمسية. تقوم الألواح الشمسية بتحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية. تستخدم الألواح الشمسية مادة أومية للتوصيلات وكذلك المحطات الخارجية. لذا فإن الإلكترونات التي تم إنشاؤها في مادة من النوع n تمر عبر القطب الكهربائي إلى السلك المتصل بالبطارية. من خلال البطارية ، تصل الإلكترونات إلى المادة من النوع P. هنا تتحد الإلكترونات مع الثقوب. لذلك عندما تكون اللوحة الشمسية متصلة بالبطارية ، فإنها تتصرف مثل بطارية أخرى ، ويكون كلا النظامين متسلسلين تمامًا مثل بطاريتين متصلتين بالتسلسل.

ناتج الألواح الشمسية هو قوتها التي تقاس بالواط أو كيلو وات. تتوفر الألواح الشمسية ذات معدلات الإخراج المختلفة مثل 5 واط ، 10 واط ، 20 واط ، 100 واط إلخ. لذا قبل اختيار اللوحة الشمسية ، من الضروري معرفة الطاقة المطلوبة للحمل. تستخدم الواط في الساعة أو الكيلووات في الساعة لحساب متطلبات الطاقة ، وكقاعدة عامة ، متوسط الطاقة يساوي 20٪ من ذروة الطاقة. لذلك يعطي كل كيلو واط ذروة من مجموعة الطاقة الشمسية طاقة خرج تتوافق مع إنتاج الطاقة 4.8 كيلو واط ساعة / يوم. أي 24 ساعة × 1 كيلو واط × 20٪.

“مرشح تمرير منخفض مرتفع ”

يعتمد أداء الألواح الشمسية على عدد من العوامل مثل المناخ وظروف السماء واتجاه اللوحة وشدة ومدة ضوء الشمس وتوصيلاتها السلكية. إذا كان ضوء الشمس طبيعيًا ، فإن لوحة 12 فولت 15 واط تعطي تيارًا يبلغ حوالي 1 أمبير. إذا تم صيانة الألواح الشمسية بشكل صحيح ، فستستمر حوالي 25 عامًا. من الضروري تصميم ترتيب الألواح الشمسية على السطح. عادة ما يتم ترتيبها في مواجهة الشرق بزاوية 45 درجة. كما يتم استخدام ترتيب التعقب الشمسي الذي يقوم بتدوير اللوحة أثناء تحرك الشمس من الشرق إلى الغرب. توصيل الأسلاك مهم أيضًا. سيضمن السلك الجيد ذو المقياس الكافي للتعامل مع التيار الشحن المناسب للبطارية. إذا كان السلك طويلًا جدًا ، فقد ينخفض تيار الشحن. لذلك ، كقاعدة عامة ، يتم ترتيب الألواح الشمسية على ارتفاع 10-20 قدمًا من مستوى الأرض. يوصى بالتنظيف السليم للوحة الشمسية مرة واحدة شهريًا. ويشمل ذلك تنظيف السطح لإزالة الغبار والرطوبة وتنظيف وإعادة توصيل المحطات.

تحتوي اللوحة الشمسية كليًا على أربع خطوات معالجة زائدة ، تحت الشحن ، بطارية منخفضة وحالة تفريغ عميق ، دعنا كلهم.

من الدائرة أدناه ، استخدمنا الألواح الشمسية التي تستخدم مصدر حالي لشحن البطارية B1 عبر D10. بينما يتم شحن البطارية بالكامل ، يتم إجراء Q1 من إخراج المقارنة. ينتج عن هذا Q2 توصيل الطاقة الشمسية وتحويلها من خلال D11 و Q2 بحيث لا يتم شحن البطارية بشكل زائد. أثناء شحن البطارية بالكامل ، يرتفع الجهد عند نقطة الكاثود D10. يتم تجاوز التيار من الألواح الشمسية عبر D11 واستنزاف ومصدر MOSFET. بينما يتم استخدام الحمل بواسطة عملية التبديل ، عادةً ما يوفر Q2 مسارًا إلى السالب بينما يتم توصيل الموجب بالتيار المستمر عبر المفتاح في حالة الحمل الزائد. تتم الإشارة إلى التشغيل الصحيح للحمل في الحالة العادية أثناء إجراء MOSFET Q2.

دائرة الألواح الشمسية

تطبيق الطاقة الشمسية:

من الدائرة السفلية ، للتحكم في شدة مصابيح LED يمكن تغذيتها بدورة عمل متغيرة من مصدر تيار مستمر. يساعد مفهوم التحكم في الكثافة في توفير الطاقة الكهربائية. يتم استخدام LED مع ترانزستورات قيادة مناسبة من وحدة التحكم الدقيقة المبرمجة على النحو الواجب لتطبيق عملي.

من أجل إظهار نفس الشيء من مصدر بجهد 12 فولت تيار مستمر ، فإن 4 مصابيح LED متسلسلة تصنع سلسلة بها 8 * 3 = 24 سلسلة متصلة في سلسلة مع MOSFET يعمل كمفتاح. يمكن أن يكون MOSFET هو IRF520 أو Z44. كل LED هو مصباح LED أبيض ويعمل عند 2.5 فولت. وبالتالي فإن 4 مصابيح LED في السلسلة تحتاج إلى 10 فولت. لذلك ، يتم توصيل المقاوم بـ 10 أوم ، 10 واط في سلسلة بمصابيح LED حيث ينخفض جهد التوازن من 12 فولت عن طريق الحد من التيار للتشغيل الآمن لمصابيح LED.

الطاقة الشمسية سيروسيت على سبيل المثال ، يتم تشغيل مصابيح LED المستخدمة لغرض إنارة الشوارع عند الغسق بكثافة كاملة حتى الساعة 11 مساءً مع دورة عمل بنسبة 99٪ لمصابيح LED ، أي 1٪ من دورة العمل من وحدة التحكم. مع كل ساعة تقدم من الساعة 11 مساءً ، تنخفض دورة العمل لمصابيح LED من 99٪ تدريجيًا بحيث تصل دورة وقت التشغيل في الصباح إلى 10٪ من 99٪ وأخيراً إلى الصفر مما يعني أن الأضواء مطفأة من الصباح ، أي من الفجر الى الغسق. تتكرر العملية مرة أخرى من الغسق بكثافة كاملة حتى 11 مساءً من 6 مساءً وفي 12 منتصف الليل تكون دورة عمل 80٪ ، ساعة واحدة 70٪ ، 2'o ساعة 60٪ ، 3'o ساعة 50٪ ، 4'o ساعة 40٪ وهكذا حتى 10٪ وأخيرًا إيقاف عند الفجر.