شكل رقم (1-1)




9

لنفترض انك قمت بتحديد افضل توجيه للخلايا الشمسية يبقى لك ان تعرف مساحة الخلايا الشمسية المطلوبة، مع العلم بان الطاقة الكهربائية التي سنحصل عليها سوف تعتمد بشكل اساسي على المناخ والذي لايمكن باي حال من الاحوال التنبؤ به ولهذا فإن هناك تغير في مقدار الطاقة الكهربائية حسب المناخ ولكن بامكاننا ان نستعين بالبيانات المتوفرة لدى محطات الارصاد الجوية التي يكون لديها معلومات عن حالة الجو خلال العام بما في ذلك حالة الغبوم والرطوبة. ومن هذه البيانات يتم اتخاذ اسوء الحالات التي تؤثر على مقدار الطاقة الشمسية اللازمة لتوليد الطاقة الكهربية. وبحساب مقدار الطاقة الكهربية اللازمة من خلال تقدير استهلاك الاجهزة الكهربية التي تعمل عادة في نفس الوقت. يمكن ان نقوم بحساب عدد خلايا الفوتوفولتيك اللازمة لتوفير الكهرباء.





1-7 تخزين الطاقةالشمسية:

بالتأكيد، لا أحد يقبل أن تتوفر الكهرباء فقط أثناء اليوم، وفي الايام المشرقة فقط، لذا اتجه التفكير إلى تخزين الطاقة الكهربية في بطاريات. ولكن من الطبيعي اننا سوف نحتاج إلى عدد كبير من البطاريات والتي سوف تضيف اعباء مالية للحصول عليها بالاضافة إلى صيانتها مع صيانة الخلايا الشمسية

وأن الطاقة الكهربية التي تحصل عليها من الخلايا الشمسية او من البطاريات التي اختزنت الطاقة الكهربية تزودك بتيار مستمر وهذا التيار لا يصلح لتشغيل الأجهزة المختلفة. لذا يتوجب تحويل التيار الكهربي المستمر إلى تيار كهربي متردد وهذا يتم من خلال دائرة الكترونية تسمى inverter

10
ملاحظة: يبلغ العمر الافتراضي للخلايا الشمسية حوال 20 سنة وهذا امر مشجع ولكن البطاريات المستخدمة لتخزين الطاقة بالاضافة إلى حاجتها للصيانة الدورية الا انها بحاجة إلى ان تستبدل كل عام هذا بالاضافة الى ضرورة الاحتفاظ بالبطاريات في مكان خاص ومحاطة بجدار غير معدني وجيد التهوية.



1 -7-1البطاريات ذات المدار العميق:

ما هو نوع البطاريات الذي يستعمل في أنظمةالـ(PV) ؟.
بالرغم من أن هناك أنواع مختلفة من البطاريات تستخدم عادةً ولكن هناكميزة واحدة يجب أن تكون مشتركة بينهم كلهم وهي البطاريات ذات المدار العميق وهيليست كبطارية السيارة التي تتميز بأنها ذات مدار سطحي, إن البطاريات ذات المدارالعميق تستطيع أن تفرغ أكثر من طاقتها المخزونة وأيضاً لديها حياة طويلة أما بطاريةالسيارة تطلق تياراً كبيراً في وقت قصير ـ لكي تشغل السيارة ـ وثم تعيد الشحنفورا ًعندما تسير السيارة.

إن بطاريات الـ(PV) يجب عليها أن تطلق تياراً أصغرفي فترة أطول بشكل عام (مثلاً طوال الليل) بينما تقوم بالشحن خلال النهار, وإنبطاريات المدار الطويل الأكثر إستخداماً هي بطاريات حمض الرصاص وأيضاً بطارياتكاديوم ***ل, وبطاريات كاديوم ***ل أغلى ولكنها تبقى لمدة أطول ويمكن أن تفرغ طاقةبدون أذى وحتى بطاريات حمض الرصاص ذات المدار العميق لا تستطيع إفراغ 100% منالطاقة بدون إختصار حياة البطارية وبشكل عام إن أنظمة الـ(PV) صممت لإفراغ التيارعن طريق بطاريات حمض الرصاص وليس أكثرمن 40 أو 50 %.





11



يتطلب إستخدامالبطاريات تركيب عنصر أساسي آخر يدعى المتحكم بالشحن, وستعيش البطاريات أكثر إذاتلقت العناية وذلك بعدم الإفراط بشحن البطارية أو عدم إفراغها كثيراً, وهنا يأتيعمل المتحكم بالشحن, عندما تشحن البطاريات بالكامل فإن المتحكم بالشحن لا يدعالتيار في وحدات الـ(PV) يستمر بالتدفق إلى البطاريات وأيضاً عندما تفرغ البطارياتإلى مستوى قد حدد مسبقاً تحت سيطرة قياس الجهد الكهربائي (الفولطية) للبطارية فمعظمالمتحكمين بالشحن لن يسمحوا بإفراغ المزيد من التيار من البطاريات حتى تشحنالبطارية مرة أخرى, فجهاز التحكم بالشحن ضروري لضمان حياة البطارية الطويل.






1-7-2 قلب التيار المباشر إلى تيار متناوب:


إن المشكلة الأخرى هي إذا أردتإستخدام الكهرباء المولدة من وحدات الـ(PV) التي استخرجت من البطاريات وهو تيارمباشر بينما الكهرباء التي تؤمنها المؤسسة (والنوع الذي يستخدم في كل أدوات المنزل) هو تيار متناوب فأنت في هذه الحالة تحتاج إلى محولة وهي أدات تقوم بقلب التيارالمباشر إلى تيار متناوب والشكل (1-2) يبين الدائرة لتوليد وخزن وتحويل الطاقة الناتجة من الخلايا الشمسية تحتوي على محول للتيار inverter) )









12
يجب أن تتبع التعليمات الكهربائية في الأجهزة المتزايدةوتوزيع الأسلاك وصناديق التوصيل ومعدات الأرضية والحماية في التيار وعدم اتصالالتيار المباشر والتيار المتناوب وملحقات أخرى, وهي توصي إلى حد كبير بأن التركيبيجب أن ينفذ من قبل كهربائي ذو رخصة وأن يكون لديه خبرة في أنظمة الـ(PV), وعندمايركب النظام فإن متطابات الصيانة في نظام الـ(PV) قليلة جداً (خاصة إذا لم تستخدمأية بطارية) وستقوم بتزويدك بالكهرباء بشكل نظيف وبهدوء لمدة 20سنة أو أكثر.



إن بعض الناس لديهم مفهوم ضعيف عنالطاقة الشمسية( صحيح أن ضوء الشمس مجاني ولكن الكهرباء التي ولدت بأنظمة الـ(PV) ليست كذلك) وكما رأيت من شرحنا حول نظام الـ(PV)البيتي فإنك تحتاج إلى القليل منالأدوات.













13


















الشكل رقم (1-2) للدائرة الكهربائية لتوليد وخزن وتحويل الطاقة الكهربائية المتولدة من الخلايا الشمسية
14


إن النجاح في استخدام الطاقة الشمسية يعتمد على العديد من العوامل المتكاملة،نذكر منها:


1- الموقع الجغرافي (قوة الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة وسرعة
الرياح.
2- ملائمة النظام الشمسي مع حجم التطبيق.
3- نوعية المنتج (النظام الشمسي(
4- التقنية المستخدمة في تصنيع المنتج (النظام الشمسي) 5- جودة وكفاءة المكوناتالمستخدمة.
6- طريقة التركيب والتشغيل.
7- خدمة الصيانة والمتابعة


1-8 اسباب فقد الطاقة في الخلايا الشمسية:

1) نوع المادة المستخدمة وطاقة الفوتونات الضوئية
الضوء المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي. وكما نعلم ان الطيف الكهرومغناطيسي مكون من العديد من الامواج الكهرومغناطيسية المختلفة في الأطوال الموجية. والضوء المرئي ايضا مكون من اطوال موجية مختلفة وهي التي تعرف بالوان الطيف (الاحمر والبرتقالي والاصفر والاخضر والازرق والنيلي. ويمكن فصل الوان الطيف هذه حسب اطوالها الموجية باستخدام المنشور والشكل (1-3)يمثل استخدام المنشور لفصل الوان الطيف وحسب أطوالها الموجيه,

15









الشكل (1-3)يمثل استخدام المنشور لفصل الوان الطيف وحسب أطوالها الموجيه

يمثل كل لون من الوان الطيف موجي محدد ولكل طول موجي طاقة محددة يحملها الفوتون، وهذا الفوتون عندما يسقط على خلية الفوتوفولتيك المكونة من p-type و n-type كما هو موضح في الجزء الأول من هذا الموضوع فإن بعض هذه الفوتونات لا تمتلك الطاقة الكافية لتحرير الكترون وفجوة في الخلية، حيث تنفذ هذه الفوتونات عبر الخلية ولا يتم امتصاصها. وعدد بسيط من فوتونات الضوء تمتلك الطاقة الكافية والتي تصل طاقتها 1 الكترون فولت (1eV) وهي الطاقة اللازمة لتحرير الكترونات من ذرات مادة السليكون.






16
(2) المقاومة الكهربية لمادة السليكون
من العوامل التي تساهم في زيادة الفقد في الطاقة ايضا هو مرور التيار الكهربي الناتج من الخلية الشمسية في دائرة خارجية مما يتطلب ان نقوم بتغطية الطبقة السفلى من الخلية بمادة موصلة للتيار الكهربي، في حين السطح الخرجي الذي يتعرض للضوء لو تم تغطيته ايضا فلن يصل الضوء للخلية وبالتالي لن تعمل، ولهذا يتم في بعض الاحيان وضع طبقة رقيقة جداً من مادة موصلة على اجزاء من السطح الخارجي للخلية. وفي بعض الاحيان يتم وضع وصلات على اطراف الخلية وهذا يجعل الالكترونات تتحرك مسافة كبيرة في خلية الفوتوفولتيك قبل ان تصل لاطراف التوصيل وهذا يزيد قيمة المقاومة (تذكر ان الاكترونات تتحرك في مادة السليكون وهي مادة غير جيدة التوصيل للتيار الكهربي) مما يعمل على زيادة قيمة الفقد في الطاقة.




















17
1-9 طريقة عمل الخلايا الشمسية:




الشكل (1-4)يمثل طريقة عمل الخلايا الشمسية

· تسقط الطاقة القادمة من الشمس على شريحة رقيقة من مادة السليكون .. مما يؤدي الى اكتسابها طاقة بسبب حركة الالكترونات
· حركة الالكترونات تولد فرق جهد كهربائي على طرفي الخلية ..

الطاقة الحرارية تحرر التيار الكهربائي مما يؤدي الى سريانه ..
كلما زادت كمية الإشعاع الساقط على شريحة السيلكون كلما تم أنتاج كمية اكبر من الطاقة ..
يمكن ضبط زاوية سقوط الشمس على الخلية للحصول على اكبر قيمة للتيار .
تتأثر قيمة التيار الكهربائي المتولد بالحرارة المحيطة بالخلية الضوئية .

18
1-10 مميزات الخلايا الشمسية:
· هادئة حيث انها لا تصدر أي صوت
· لا تحتوى على أي عناصر ميكانيكية
· عديمة التلوث
· عمرها طويل ولا تتلف
· يمكنها انتاج الطاقة في اي مكان ولا تحتاج الى تمديدات كهربائية
0 تعمل بشكل جديد حتى مع وجود الغيوم .. او برودة الطقس ..

















الشكل (1-5) يمثل شكل خلية شمسية
19
1-11 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 .


1-12 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 .










20
1-13 تطبيقات الخلايا الشمسية :
تركز الاهتمام على إدخال الفولتضوئيات كمصدر للطاقة المتجددة في التطبيقات الأرضية بغية تطوير التقنية ووسائل الاستخدام في قطاع السكن والصحة والتعليم والصناعة والزراعة والنفط وغيرها في الاستخدامات
الفولتضوئيات الجذابة اقتصادياً وفي المناطق المعزولة والنائية حيث تنقص تكلفة شبكات الكهرباء العامة وتساعد في الإنماء الاقتصادي والتطوير الاجتماعي المحلي .
والمسطحات الفولتضوئية هي مصدر القدرة الكهربائية لهذه التطبيقات ، حيث يتكون المسطح من عدة خلايا (متصلة معاً بصفائح سلكية معدنية ) مغطاة بملف من البلاستيك الحراري مثل أسيتات فينيل إيثيل أو غيره وآخر من التدلار لحمايتها من الأشعة فوق البنفسجية ومغلقة بصفيحة زجاجية من الأمام وطبقة واقية تعمل كقاعدة إنشائية من الزجاج أو من الألياف الزجاجية أو الخزف الصيني عند الخلف مركب عليها صندوق وصلة كهربائية ومحاط بإطار معدني

وهذه المسطحات يعوّل عليها بتطرف كمصدر طاقة كهربائية لأن ليس لها أجزاء متحركة وذات عمر طويل يتراوح من 15 إلي 35 سنة و أمان للبيئة .


ويمكن تصنيف وتحديد التطبيقات الأرضية وفق القدرة الكهربائية علي النحو التالي :-
* تطبيقات ذات قدرة منخفضة :
* تطبيقات ذات قدرة متوسطة :
* تطبيقات ذات قدرة متوسطة وعالية :
21
* تطبيقات ذات قدرة منخفضة :
وتشمل الأجهزة والمنظومات التالية :
- الحاسبات والألعاب الإلكترونية والساعات .
- أجهزة الإذاعة المسموعة وشاحنات وسائط القدرة المنخفضة .

* تطبيقات ذات قدرة متوسطة :
وتشمل المنظومات التالية :
الإنارة – أجهزة الإذاعة المرئية – ثلاجات اللقاح والأمصال – إشارات المرور والإنذار – مراوح الأسقف ( التهوية ) – هواتف الطوارئ – شاحنات السياج الكهربي .
حيث يشحن السياج المحاط بالمزارع وأماكن تربية الحيوانات لمنعها من الاقتراب منها .

* تطبيقات ذات قدرة متوسطة وعالية :
ضخ المياه – محطات اتصالات الموجات السنتيمترية – محطات الأقمار الصنـــــاعية الأرضية – الوقاية المهبطية لحماية أنابيب النفط والغاز والمنشآت المعدنية من التآكل – تغذية شبكة الكهرباء العامة .