مقدمة
الألواح الشمسية هي أنظمة من محولات شبه موصلة متصلة ببعضها البعض، تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء تيار مستمر بجهود قياسية تتراوح بين 12 و24 و36 و48 فولت، وأعلى من ذلك. إليك نظرة متعمقة على الأنواع المختلفة من الألواح الشمسية وخصائصها الفريدة.
أنواع الألواح الشمسية حسب نوع الكريستال
1. الألواح الشمسية متعددة الكريستالات
تتميز الألواح الشمسية متعددة الكريستالات بلونها الأزرق، وكانت الأكثر شيوعاً في الألواح الشمسية حتى عام 2020. عادةً ما تحقق هذه الألواح كفاءة تبلغ حوالي 17%.
2. الألواح الشمسية أحادية الكريستال
أصبحت الألواح الشمسية أحادية الكريستال، التي تتميز بلونها الأسود، النوع الأكثر شيوعاً منذ عام 2020. وتعتبر أكثر متانة من الألواح متعددة الكريستالات، حيث تصل كفاءتها إلى 23.4% وتتحسن سنوياً.
3. الألواح الشمسية ذات الطبقة الرقيقة
تأتي الألواح الشمسية ذات الطبقة الرقيقة بأشكال متعددة، بما في ذلك TF وCdTe وCIGS وa-Si TF-Si المرنة. واعتباراً من عام 2019، حققت بعض النماذج كفاءة تصل إلى 22.9%. ومع ذلك، وبسبب تكلفتها والحاجة إلى محولات جهد عالية (حوالي 100 فولت)، فإنها أقل شيوعاً في الاستخدامات المنزلية.
أي نوع من الألواح الشمسية هو الأفضل؟
تعتبر الألواح أحادية الكريستال الخيار الأفضل بشكل عام. وعلى الرغم من أنها كانت تاريخياً أكثر تكلفة وتولد طاقة أكثر، فقد أصبحت تكلفتها في عام 2023 مقاربة للألواح متعددة الكريستالات. ويجعل البحث المستمر وتحسين الكفاءة الألواح أحادية الكريستال الخيار الأمثل. ورغم الاعتقاد السائد سابقاً بأن الألواح أحادية الكريستال تعمل بشكل أفضل في ضوء الشمس غير المباشر، فإن الفرق العملي أقل من 1%.
أنواع الألواح الشمسية حسب التصميم الميكانيكي
1. الألواح الشمسية التقليدية
تتكون الألواح الشمسية التقليدية، التي يمكن تصنيعها من أي نوع من الكريستالات، من إطار من الألمنيوم وزجاج مقوى وطبقات من غشاء EVA وخلايا شمسية وطبقة خلفية وصندوق توصيل.
- المزايا: أفضل سعر لكل واط، متانة ميكانيكية.
- العيوب: وزن ثقيل (يبدأ من 17 كغ لـ 280 واط).
- التطبيقات: المحطات الشمسية الثابتة، الصناعية، والمنزلية.
2. الألواح الشمسية شبه المرنة
تتضمن الألواح الشمسية شبه المرنة غطاء شفاف من PET أو ETFE، وفيلم EVA، وخلايا شمسية، وفيلم EVA، وطبقة خلفية من PET/TPT. يمكن أن تنحني هذه الألواح حتى 30 درجة ويمكن تصنيعها من خلايا متعددة أو أحادية الكريستال.
- المزايا: مرونة، خفة الوزن، مقاومة للاهتزاز.
- العيوب: عمر افتراضي قصير، تكلفة عالية لكل واط مقارنة بالألواح التقليدية.
- التطبيقات: اليخوت، القوارب، عربات التخييم، المحطات المحمولة.
3. الألواح الشمسية المرنة (الأمورية)
عادة ما تكون الألواح الشمسية المرنة مصنوعة من مواد ذات طبقة رقيقة، ويمكن أن تنحني حتى 360 درجة.
- المزايا: مرونة عالية، كفاءة أفضل في الطقس الغائم.
- العيوب: تكلفة عالية، جهد عالٍ للوح، كفاءة منخفضة، يتطلب محولات معزولة.
- التطبيقات: عربات التخييم، الأسطح، الأسطح غير المستوية.
4. القرميد الشمسي
يتم تصنيع القرميد الشمسي، عادة من مادة CIGS ذات الطبقة الرقيقة، بحيث يعمل كمواد تسقيف وألواح شمسية في آنٍ واحد.
- المزايا: بديل لمواد التسقيف، متانة، مظهر أنيق.
- العيوب: تكلفة عالية.
- التطبيقات: أسطح المنازل والمباني.
5. الألواح الشمسية ثنائية الوجه
تستخدم الألواح الشمسية ثنائية الوجه، المصنوعة غالباً من خلايا أحادية الكريستال، لالتقاط الطاقة الشمسية من كلا الجانبين الأمامي والخلفي، مما يزيد من إنتاج الطاقة بنسبة تصل إلى 30%. لمزيد من التفاصيل حول كيفية عمل هذه الألواح، فوائدها، وأفضل حالات استخدامها، راجع مقالنا التفصيلي حول الألواح ثنائية الوجه .
- المزايا: طاقة إضافية تصل إلى 30%، متانة بسبب الزجاج ثنائي الوجه.
- العيوب: وزن ثقيل، الحاجة إلى سطح عاكس جيد.
- التطبيقات: التركيبات الأرضية، الأسقف (مثل المظلات، محطات الحافلات).
أنواع الخلايا الشمسية حسب الشكل وعدد القضبان الناقلة
تتكون الألواح الشمسية من خلايا شمسية متصلة على التوالي والتوازي لتحقيق الجهد والتيار المطلوبين. غالباً ما تستخدم الأنظمة الشمسية المنزلية الألواح الشمسية التقليدية.
يمكن أن تكون الخلايا الشمسية بحجم كامل (نادرة الآن) أو نصف حجم (Half Cell)، التي تولد طاقة أكبر عندما تكون مظللة جزئياً.
يختلف عدد القضبان الناقلة (BB) في الخلايا، حيث أصبحت الخلايا متعددة القضبان (MBB) شائعة. تقلل القضبان المتعددة من الإجهاد على الخلية وتزيد من عمرها. تحتوي بعض الخلايا على قضبان فقط على الجانب الخلفي لتحسين الكفاءة، لكنها أكثر تكلفة.
للاستخدام المنزلي، يُوصى باستخدام الألواح الشمسية التقليدية بتقنية الخلايا النصفية والخلايا متعددة القضبان، نظراً لكفاءتها ومتانتها.
