أصبحت الطاقة الشمسية تلعب دور محوري في تلبية كافة احتياجات الطاقة العالمية، وواحدة من أبرز التقنيات المستخدمة لتوليد الطاقة الشمسية هي ألواح الطاقة الشمسية، التي تعتبر العنصر الأساسي في نظام الطاقة الشمسية، ولذلك في هذا المقال سوف نستكشف الكثير عن عملية تصنيع الواح الطاقة الشمسية، من الخامات المستخدمة وعمليات التصنيع إلى الاستخدام النهائي في توليد الطاقة النظيفة والمستدامة.
ما هي ألواح الطاقة الشمسية
ألواح الطاقة الشمسية هي عبارة عن أجهزة تحول الطاقة الشمسية إلى طاقة كهربائية قابلة للاستخدام، وتتكون هذه الألواح من خلايا شمسية صغيرة مصنوعة من السيليكون، والتي تعمل على استيعاب الضوء الشمسي وتحويله إلى تيار كهربائي، وتتكون الألواح الشمسية من عدة طبقات بما في ذلك طبقة شفافة تسمح بمرور الضوء وطبقة نصف موصلة تولد التيار الكهربائي عند تعرضها للضوء.
تتراوح كفاءة الألواح الشمسية بين 15 إلى 20٪، وتعتمد على عوامل مثل نوع الخلية الشمسية وظروف الإضاءة ودرجة الحرارة، وتستخدم الألواح الشمسية على نطاق واسع في توليد الطاقة الكهربائية للمباني والمنشآت الصناعية والمرافق العامة وتعتبر وسيلة مستدامة ونظيفة لتوليد الطاقة وتقليل الانبعاثات الضارة بالبيئة.
المكونات الأساسية لألواح الطاقة الشمسية
تتكون الألواح الشمسية من مكونات رئيسية تعمل مع بعضهما البعض لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء، وفيما يلي المكونات الأساسية لألواح الطاقة الشمسية:
الخلايا الشمسية الكهروضوئية
هي المكون الأساسي للوحة وتتكون من مواد شبه موصلة مصنوعة غالباً من السيليكون، وتمتص الخلايا ضوء الشمس وتطلق الإلكترونات مما يخلق تيارًا كهربائيا مستمراً (DC).
الزجاج
يغطي سطح ألواح الطاقة الشمسية لحماية الخلايا من العوامل الجوية مثل الغبار والرطوبة ويسمح بمرور ضوء الشمس بينما يمنع دخول الأشعة الضارة.
إطار الألومنيوم
يوفر دعما هيكليا للوحة ويحميها من التلف وهو مصنوع من الألومنيوم لأنه خفيف الوزن ومقاوم للتآكل.
طبقات التغليف
تستخدم لحماية الخلايا من الرطوبة والصدمات وتتكون عادة من طبقات من إيثيلين فينيل أسيتات (EVA) وفلوريد البولي فينيل (PVF).
لوح خلفي
يوفر قاعدة صلبة للخلايا ويمنعها من الانحناء ومصنوع عادةً من البولي إيثيلين تيرفثاليت (PET).
صندوق الوصلات
يضم أسلاك كهربائية تربط الخلايا مع بعضها البعض ويحتوي أيضا على ديودات مانعة للتدفق الخلفي تمنع التيار الكهربائي من التدفق للخلف.
العاكس inverter
يحول التيار الكهربائي المباشر (DC) من اللوحة إلى تيار متناوب (AC) يمكن استخدامه لتشغيل الأجهزة.
أنواع الألواح الشمسية الموجودة
تتنوع ألواح الطاقة الشمسية المتاحة اليوم، ولكل نوع مميزاته وعيوبه وتطبيقاته المناسبة، وفيما يلي بعض الأنواع الشائعة:
الألواح الشمسية أحادية البلورة (Monocrystalline)
أعلى كفاءة في تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء (تصل إلى 22٪) ، وذو فعالية جيدة في الإضاءة المنخفضة، وعمر افتراضي طويل (يصل إلى 30 عامًا) ، ومظهر جذاب ولكنها أغلى نوع من الألواح.
الألواح الشمسية متعددة البلورات (Polycrystalline)
ذو تكلفة أقل من الألواح أحادية البلورة، وذو كفاءة معقولة (تصل إلى 17٪) ، و مناسبة جداً للمناطق ذات الإضاءة العالية، ولكنها أقل كفاءة من الألواح أحادية البلورة، ومظهرها أقل جاذبية، وذات عمر افتراضي أقصر (يصل إلى 25 عامًا).
الألواح الشمسية الرقيقة (Thin film)
هي أخف وزنًا وأكثر مرونة من الألواح الأخرى، ومناسبة جداً للتطبيقات على الأسطح المنحنية، وأقل تكلفة من الألواح السيليكونية ولكنها ذات كفاءة أقل (تصل إلى 13٪) ، وذات عمر افتراضي أقصر (يصل إلى 20 عامًا) ، وقد تكون أقل متانة.
الألواح الشمسية الهجينة (Hybrid)
تجمع بين تقنيات السيليكون والألواح الرقيقة، وذات كفاءة معقولة (تصل إلى 16٪) ، ومناسبة لمناطق الإضاءة المنخفضة، وذات تكلفة معقولة ولكن أقل كفاءة من الألواح أحادية البلورة، وذات عمر افتراضي متوسط (يصل إلى 25 عامًا).
كيف تصنع ألواح الطاقة الشمسية
تصنع ألواح الطاقة الشمسية عادة من السيليكون، وهو عنصر شائع في قطاع التكنولوجيا الشمسية:
- تبدأ العملية بإنتاج قضبان سيليكونية بواسطة صهر خامات السيليكون عند درجات حرارة عالية.
- ثم يتم قطع القضبان إلى شرائح رقيقة باستخدام معدات متقدمة.
- معالجة هذه الشرائح بتقنية الدوبينغ لإضافة شوائب معينة تزيد من كفاءة الخلايا الشمسية.
- تجميع الخلايا في ألواح طاقة شمسية باستخدام طبقات رقيقة من المواد الموصلة والزجاج المقاوم للعوامل الجوية.
- بعد تجميع الخلايا في الألواح، يتم اختبار كفاءتها وجودتها لضمان أدائها الأمثل.
- تعبأ الألواح ثم تشحن للتوزيع والتركيب في مواقع مختلفة، حيث تستخدم لتوليد الطاقة الكهربائية باستخدام ضوء الشمس.
اختبار جودة الألواح الشمسية
اختبار جودة الألواح الشمسية يعتبر أمراً حيوياً لضمان أدائها المستمر والفعالية في توليد الطاقة الشمسية، ويتضمن هذا الاختبار عدة عناصر من بينها اختبارات الأداء الكهربائي واختبارات المتانة ومقاومة التحميل واختبارات الموثوقية.
تجرى هذه الاختبارات للتحقق من قدرة الألواح على تحمل الظروف البيئية المختلفة، مثل التقلبات الجوية والحرارة العالية والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، وعملية اختبار جودة الألواح الشمسية تسهم في ضمان استمرارية توليد الطاقة بكفاءة عالية لفترة طويلة، مما يعزز دورها في مجال الطاقة المتجددة والاستدامة البيئية.
أين يتم تصنيع الألواح الشمسية؟
مع نقل القدرات التصنيعية بشكل متزايد من أوروبا واليابان والولايات المتحدة، زادت حصة الصين في جميع مراحل تصنيع الألواح الشمسية، ووصلت الآن إلى أكثر من 80٪ ولقد أصبحت الصين أيضاً موطناً لأكبر عشرة موردين لمعدات تصنيع الطاقة الشمسية في العالم.
كيف تعمل ألواح الطاقة الشمسية
تعتمد ألواح الطاقة الشمسية على تحويل طاقة الشمس إلى كهرباء قابلة للاستخدام حيث تتكون الألواح من خلايا شمسية تصطف على سطح مسطح، وعندما تتعرض لأشعة الشمس، وتمتص الخلايا الفوتونات من الضوء وتحرر الإلكترونات من المواد الشبه موصلة، مما يولد تيار كهربائي مباشر، ويتم تحويل هذا التيار إلى تيار متناوب مناسب للاستخدام في المنازل والشركات باستخدام أجهزة تحويل مخصصة.
المواصفات التي يجب توافرها في ألواح الطاقة الشمسية
توافر المواصفات الصحيحة في لوحات الطاقة الشمسية أمر أساسي للحصول على أداء مثالي واستفادة ممتازة، و يجب أن تتضمن هذه المواصفات العناصر التالية:
- الكفاءة الفعلية: حيث يجب أن تكون لوحات الطاقة الشمسية قادرة على تحويل كمية كبيرة من ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية مما يعزز كفاءتها في توليد الطاقة
- المتانة والمقاومة: كما يجب أن تكون الألواح قادرة على تحمل الظروف الجوية المتغيرة، مثل الرياح القوية التي تصل إلى 140 ميلاً في الساعة، والعوامل البيئية الأخرى، مما يضمن استمرارية عملها وطول عمرها الافتراضي
- تكلفة مناسبة: كما يجب أن تكون الألواح متوافقة مع الميزانية المحددة، ويجب أن يتم تقييم تكلفة الواط الواحد بعناية لضمان الحصول على أفضل قيمة مقابل المال المستثمر
- الضمان: يجب أن يكون هناك ضمان ملائم يغطي الألواح لفترة طويلة، يتراوح عادة بين 10 إلى 25 عاما، مما يوفر الثقة للمستخدمين في جودة المنتج واستدامته.
باستمرار تطور التكنولوجيا وزيادة الوعي بأهمية الاستدامة، يظل توليد الطاقة الشمسية واحداً من أبرز الحلول لتلبية احتياجاتنا بطريقة صديقة للبيئة، وعلى الرغم من التحديات التي تواجه عملية تصنيع الواح الطاقة الشمسية، إلا أن التقدم المستمر في هذا المجال يعد بمستقبل أكثر استدامة، وذكرنا بالتفصيل في هذا المقال كيف تصنع الواح الطاقة الشمسية وآلية عملها.
الاسئلة المتكررة حول كيفية تصنيع الواح الطاقة الشمسية
ما هي المواد الأساسية المستخدمة في صنع ألواح الطاقة الشمسية؟
تتكون ألواح الطاقة الشمسية من خلايا شمسية مصنوعة أساسًا من السيليكون، بالإضافة إلى زجاج حماية، وإطار من الألمنيوم، ومواد تغليف مثل EVA (إيثيلين-فينيل أسيتات) وطبقة خلفية من مادة TPT (تيدلار-بوليستر-تيدلار).
كيف يتم تصنيع الخلايا الشمسية؟
تبدأ عملية تصنيع الخلايا الشمسية بتطهير رقائق السيليكون، ثم يتم معالجة الرقائق بالمواد الكيميائية لتشكيل الوصلات الكهربائية. بعد ذلك، يتم إضافة طبقة مضادة للانعكاس لتحسين كفاءة امتصاص الضوء، وأخيرًا يتم تركيب الأقطاب الكهربائية على السطح.
ما هي الخطوات الأساسية في تجميع ألواح الطاقة الشمسية؟
تتضمن خطوات تجميع ألواح الطاقة الشمسية: وضع الخلايا الشمسية في صفوف منتظمة، ثم لحامها ببعضها لتشكيل دائرة كهربائية. بعد ذلك، يتم تغليف الخلايا بطبقات الحماية (EVA والزجاج) ووضعها في إطار الألمنيوم. وأخيرًا، يتم اختبار اللوح لضمان كفاءته وجودته.
كيف يتم اختبار جودة وكفاءة الألواح الشمسية؟
يتم اختبار الألواح الشمسية في ظروف محاكاة للإشعاع الشمسي الفعلي باستخدام أجهزة قياس متخصصة. تشمل الاختبارات قياس الجهد والتيار تحت إضاءة قياسية، وكذلك اختبار التحمل والمتانة في الظروف البيئية القاسية مثل الرطوبة والحرارة العالية.
هل يمكن تصنيع ألواح الطاقة الشمسية في المنزل؟
من الممكن تصنيع ألواح شمسية بسيطة في المنزل لأغراض تعليمية، ولكن الإنتاج على نطاق واسع وبكفاءة عالية يتطلب معدات متقدمة ومعرفة تقنية عميقة. لذا يفضل شراء الألواح المصنعة من شركات متخصصة لضمان الجودة والأداء الأمثل.
