Author

طاقة الألواح الضوئية

|
تستخدم تقنية الألواح الضوئية المركزة (CPV) أدوات بصرية مثل العدسات أو المرايا المنحنية لتركيز كمية كبيرة من أشعة الشمس على مساحة صغيرة من خلايا الطاقة الشمسية الضوئية (PV) لتوليد الكهرباء. وعند مقارنتها مع وحدات الطاقة الشمسية غير المركزة، نجد أن نظم تقنية الألواح الضوئية المركزة (CPV) يمكنها خفض تكلفة الخلايا الشمسية نظراً لانخفاض المساحة المطلوبة من مواد الألواح الضوئية. ونظراً لانخفاض المساحة المطلوبة من مواد الألواح الضوئية يمكن لتقنيات الألواح الضوئية المركزة استخدام الخلايا الشمسية الترادفية الأكثر تكلفة ذات الكفاءة العالية. ومن أجل تركيز أشعة الشمس على المساحة المحدودة للألواح الضوئية، تتطلب نظم تقنية الألواح الضوئية المركزة إنفاق المزيد من المال على الأدوات البصرية المركزة (العدسات أو المرايا) وأحياناً على المتتبعات الشمسية، وأنظمة التبريد. وبسبب هذه التكاليف الإضافية، فإن تقنية الألواح الضوئية المركزة أقل شيوعاً بكثير حالياً من وحدات الطاقة الشمسية غير المركزة. ويتزايد الاعتراف بتقنية الألواح الضوئية المركزة (CPV) بوصفها أكثر التقنيات الواعدة بمجابهة تحدّيات الطاقة التي تواجه العالم. حيث يقوم نظام تقنية الألواح الضوئية المركزة (CPV) بتحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية بالطريقة نفسها التي تقوم بها تقنية الألواح الضوئية التقليدية. ويكمن الفرق بين التقنيتين في إضافة نظام أدوات بصرية لتركيز كمية كبيرة من ضوء الشمس على كل خلية. وقد صارت الألواح الضوئية المركزة علماً معترفاً به منذ سبعينات القرن الماضي، ولكنها لم تصبح قابلة للتسويق التجاري إلا أخيراً، وتعد هذه التقنية أحدث التقنيات دخولاً إلى قطاع الطاقة الشمسية. وتعود الفائدة العلمية والتجارية الأهم التي تولدت عن هذه التقنية بشكل رئيس إلى عائد الطاقة الضخم الناتج من هذه الخلايا لا سيما في المناطق عالية الإشعاع. كما تعود هذه الفائدة أيضاً إلى الإمكانات الكبيرة لهذه الخلايا في خفض التكاليف مقارنة ليس فقط مع تقنيات الطاقة الشمسية الأخرى ولكن أيضاً مع غيرها من مصادر الطاقة المتجدّدة. وهذه الخصائص يمكنها أن تجعل من تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) ناقلات الطاقة الشمسية الأكثر استخداماً في محطات توليد الطاقة الكبيرة في المستقبل. وتمثّل القيمة الشمسية المضافة درجة عالية من التخصص التقني في فهم تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) ومبادئها الوظيفية. وعادة تستخدم وحدات تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) الخلايا متعددة الوصلات (MJ). وتتكون هذه الخلايا في الواقع من العديد من الخلايا الشمسية - التي تسمى الخلايا الفرعية -المتصلة في سلسلة والمصنوعة من أشباه موصلات مختلفة. وميزة هذا التكوين أنه يسمح بزيادة استخدام الطاقة الناتجة من الفوتونات الموجودة في الطيف الشمسي مما يوفر للنظام درجة أعلى من تحويل الضوء إلى كهرباء ذات تيار مستمر. وعلاوة على ذلك فإن الخلايا متعددة الوصلات (MJ) يمكن تصميمها ومعايرتها بشكل خاص لطيف ضوئي محدد من أجل إجراء عملية التحويل الضوئي بشكل أكثر كفاءة. وحالياً تعد أكثر الخلايا متعددة الوصلات (MJ) استخداماً الخلايا ثلاثية الوصلات التي عادة تظهر كفاءة معدل تحويل أكثر من 40 في المائة، وهي النسبة التي تعد أكبر بكثير من أي تقنيات ألواح ضوئية أخرى مستخدمة تجارياً. ويتم تصنيف نظم تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) وفقاً لمقدار تركيزها الشمسي الذي يقاس بوحدة “الشموس” (مربع التكبير). ويمكن اعتبار نظم تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) تلسكوبات موجهة نحو موضع الشمس، وهي تقوم بتغذية الخلية بالضوء المركز. وتختلف نسبة التكبير المستخدمة في تصاميم نظم تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) اختلافاً كبيراً لدرجة أنه قد تم تطوير ثلاث فئات من النظم: • + تركيز منخفض (LCPV)، حيث تكون نسبة التكبير أقل من X10. • + تركيز متوسط (MCPV)، بين X10 وX 150. • + تركيز عالٍ، حيث تكون النسبة أعلى من X150، ولكنها عادة ما تكون أقل منX 1000. وتضم جميع نظم تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) أداة تركيز بصرية وخلية شمسية. وباستثناء التركيزات شديدة الانخفاض، فإن وجود نظام تتبع شمسي هو أمر ضروري أيضاً. ونظم التركيز المنخفض غالباً ما تضم وحدة تقوية انعكاس بسيطة يمكنها أن تزيد إنتاج الكهرباء من الطاقة الشمسية بأكثر من 30 في المائة من نظم الألواح الضوئية التي لا تحتوي على وحدات تركيز. وتسمح خصائص أشباه الموصلات للخلايا الشمسية أن تعمل بكفاءة أكبر في الضوء المركز، طالما يتم الحفاظ على برودة درجة حرارة وصلة الخلية بواسطة مصارف الحرارة المناسبة. وتبلغ كفاءة الخلايا الضوئية متعددة الوصلات المطورة بحثياً حالياً 44 في المائة، وهي في تزايد مستمر بحيث يمكنها أن تصل إلى 50 في المائة في السنوات المقبلة. وتمتلئ الدوريات العلمية بتقارير عن التطورات الحديثة في كفاءة الخلايا الشمسية. وعلى الرغم من أن هذا الأمر مشجع للغاية، فمن الصعب معرفة مستوى أداء هذه الابتكارات خارج المختبرات، وموعد نجاحها في الأسواق. ويتمثل التحدّي الذي تواجهه العديد من تقنيات الطاقة الشمسية في إخراج هذه المنتجات من المختبرات ونقلها إلى السوق. والأمر الذي سيتسبب في إنجاح أو إفشال صناعة تقنيات الألواح الضوئية المركزة (CPV) هو القدرة على تصنيع المنتجات بالكمية المطلوبة مع الحفاظ على انخفاض التكاليف.
إنشرها