كيف يتم تصنيف الخلايا الشمسية
الخلايا الشمسية ، المعروفة أيضًا باسم الخلايا الكهروضوئية ، هي أجهزة تقوم بتحويل طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية.
يتم تغليف هذا الجهاز في وحدات خلايا شمسية ، ثم يتم دمج عدد معين من الوحدات في مجموعة خلايا شمسية ذات طاقة معينة وفقًا للاحتياجات. نظام توليد طاقة البطارية ، المعروف أيضًا باسم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية.
الخلايا الشمسية ، المعروفة أيضًا باسم الخلايا الكهروضوئية ، هي أجهزة تقوم بتحويل طاقة الإشعاع الشمسي مباشرة إلى طاقة كهربائية.
يتم تغليف هذا الجهاز في وحدات خلايا شمسية ، ثم يتم دمج عدد معين من الوحدات في مجموعة خلايا شمسية ذات طاقة معينة وفقًا للاحتياجات. نظام توليد طاقة البطارية ، المعروف أيضًا باسم نظام توليد الطاقة الكهروضوئية.
ماذا تفعل الخلايا الشمسية؟
تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء
الخلية الكهروضوئية (PV) ، التي تسمى عادةً بالخلية الشمسية ، هي جهاز غير ميكانيكي يحول ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء. يمكن لبعض الخلايا الكهروضوئية تحويل الضوء الاصطناعي إلى كهرباء.
الجهاز الأساسي لتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية هو الخلية الشمسية.
لقد مر تاريخ تطور الخلايا الشمسية بتاريخ تطور طويل لأكثر من 160 عامًا. من وجهة نظر التنمية الشاملة ، لعبت الأبحاث الأساسية والتقدم التكنولوجي دورًا نشطًا في تعزيز ، حتى الآن ، لم يتغير الهيكل الأساسي والآلية للخلايا الشمسية.
كيف تعمل الخلايا الشمسية بشكل بسيط؟
تتكون الخلية الشمسية من طبقتين من السيليكون يتم معالجتهما للسماح بتدفق الكهرباء عبرهما عند تعرضهما لأشعة الشمس. طبقة واحدة موجبة الشحنة ، والأخرى سالبة الشحنة. عندما تدخل الفوتونات الطبقات ، فإنها تتخلى عن طاقتها للذرات في السيليكون على شكل إلكترونات.
تصنف الخلايا الشمسية حسب الهيكل
Ø خلايا شمسية متجانسة. خلايا شمسية غير متجانسة. خلايا شمسية شوتكي
تصنف الخلايا الشمسية حسب المادة
خلايا السيليكون الشمسية
الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة متعددة المركبات
الخلايا الشمسية العضوية المركبة
الخلايا الشمسية البلورية النانوية الحساسة
البوليمر متعدد الطبقات الخلايا الشمسية القطب المعدل
تصنف الخلايا الشمسية حسب أساليب عملها
الخلايا الشمسية لوحة مسطحة
تركيز الخلايا الشمسية
الخلايا الشمسية الطيفية
الجيل الأول: السليكون أحادي البلورية والسيليكون متعدد الكريستالات ، وهو ما يمثل حوالي 89.9٪ من سوق منتجات الخلايا الشمسية. يعتمد الجيل الأول من الخلايا الشمسية على رقائق السيليكون ، والتي تستخدم أساسًا السيليكون أحادي البلورية والسيليكون متعدد الكريستالات كمواد. من بينها ، كفاءة التحويل لخلايا السيليكون أحادية البلورة هي الأعلى ، والتي يمكن أن تصل إلى 18-20٪ ، لكن تكلفة الإنتاج مرتفعة.
الجيل الثاني: الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة ، وتمثل 9.9٪ من سوق منتجات الخلايا الشمسية. تعتمد الخلايا الشمسية من الجيل الثاني على تقنية الأغشية الرقيقة وتستخدم بشكل أساسي السيليكون غير المتبلور والأكاسيد كمواد. الكفاءة أقل من الجيل الأول ، وأعلى كفاءة تحويل 13٪ ، لكن تكلفة الإنتاج هي الأقل.
الجيل الثالث: الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المركبة مثل سيلينيد النحاس الإنديوم (CIS) والخلايا الشمسية Si ذات الأغشية الرقيقة. بشكل رئيسي في حالة الإنتاج المختبري ، هناك آثار اقتصادية ضخمة محتملة بسبب كفاءتها العالية وتكلفتها المنخفضة.
يمكن تقسيم خلايا السيليكون الشمسية إلى:
1) الخلايا الشمسية أحادية السليكون
2) الكريستالات الخلايا الشمسية رقيقة السليكون
3) الخلايا الشمسية رقيقة السليكون غير متبلور
الخلايا الشمسية أحادية السليكون
الخلايا الشمسية أحادية السليكون هي خلايا شمسية مصنوعة من قضبان السيليكون أحادية البلورية عالية النقاء ، والتي تتمتع بأعلى كفاءة تحويل وأكثر التقنيات نضجًا. تعتمد خلايا السيليكون أحادية البلورية عالية الأداء على مواد السيليكون أحادية البلورية عالية الجودة وتقنيات المعالجة الحرارية ذات الصلة.
الخلايا الشمسية رقيقة السليكون غير متبلور
السيليكون المستخدم في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من السيليكون غير المتبلور هو a-Si. هيكلها الأساسي ليس تقاطع pn بل تقاطع دبوس. المنشطات البورون لتشكيل منطقة p ، منشطات الفوسفور لتشكيل منطقة n ، أنا طبقة داخلية غير شائبة أو مخدرة قليلاً.
السمات البارزه:
انخفاض تكلفة المواد وعمليات التصنيع.
عملية الإنتاج هي عملية ذات درجة حرارة منخفضة (100-300 درجة مئوية) ، واستهلاك الطاقة منخفض.
من السهل تشكيل قدرة إنتاج واسعة النطاق ، ويمكن أتمتة عملية الإنتاج بأكملها.
هناك العديد من الأصناف والاستخدامات الواسعة.
هناك مشاكل: فجوة النطاق البصري هي 1.7eV ← غير حساس لمنطقة الطول الموجي الطويل ← كفاءة تحويل منخفضة
تأثير التحلل الضوئي: تتلاشى الكفاءة الكهروضوئية مع استمرار زمن الإضاءة
الحل: قم بإعداد خلايا شمسية ترادفية ، أي ، قم بإيداع خلية فرعية أو أكثر من الخلايا الفرعية على الخلايا الشمسية أحادية الوصلة المحضرة.
طرق الإنتاج: الاخرق التفاعلي ، PECVD ، LPCVD.
الغاز التفاعلي: SiH4 المخفف بـ H2
مادة الركيزة: الزجاج ، الفولاذ المقاوم للصدأ ، إلخ.
الخلايا الشمسية الكريستالات السليكونية
تعمل الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات على إنتاج أغشية رقيقة من السيليكون متعدد الكريستالات على مواد ركيزة منخفضة التكلفة ، وتستخدم طبقة سيليكون بلورية رقيقة نسبيًا كطبقة نشطة من الخلايا الشمسية ، والتي لا تحافظ فقط على الأداء العالي والاستقرار لخلايا السيليكون الشمسية البلورية ، ولكن وكذلك كمية المواد المستخدمة. انخفاض كبير ، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف البطارية. مبدأ العمل للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات هو نفسه الخلايا الشمسية الأخرى ، والتي تعتمد على تفاعل ضوء الشمس ومواد أشباه الموصلات لتكوين تأثير ضوئي.
طرق التحضير الشائعة:
ترسيب بخار كيميائي منخفض الضغط (LPCVD)
ترسيب البخار الكيميائي المحسن بالبلازما (PECVD)
المرحلة السائلة epitaxy (LPPE)
طريقة ترسيب الرش
الغاز التفاعلي SiH2Cl2 أو SiHCl3 أو SiCl4 أو SiH4
↓ (تحت جو وقائي معين)
تترسب ذرات السيليكون على ركائز ساخنة
(مادة الركيزة هي Si ، SiO2 ، Si3N4 ، إلخ.)
المشاكل: من الصعب تكوين حبيبات أكبر على ركائز غير سيليكون ، ومن السهل تكوين فراغات بين الحبوب
الحل: استخدم أولاً LPCVD لتكثيف طبقة رقيقة من السيليكون غير المتبلور على الركيزة ، ثم صلب هذه الطبقة من السيليكون غير المتبلور للحصول على حبيبات بلورية أكبر ، ثم قم بإيداع طبقة سميكة على بلورة البذور. فيلم البولي سيليكون.
نظرًا لأن خلايا الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات تستخدم سيليكونًا أقل من السيليكون البلوري الأحادي ، فلا توجد مشكلة في انخفاض الكفاءة ، ومن الممكن التحضير على مواد الركيزة الرخيصة. التكلفة أقل بكثير من تكلفة خلايا السيليكون البلورية المفردة ، وتكون الكفاءة أعلى من تلك الخاصة بخلايا السليكون الرقيقة غير المتبلورة. ، لذلك ، ستهيمن خلايا الأغشية الرقيقة المصنوعة من السيليكون متعدد الكريستالات قريبًا على سوق الطاقة الشمسية.
الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة متعددة المركبات
مواد الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة متعددة المركبات عبارة عن أملاح غير عضوية ، والتي تشمل بشكل أساسي مركبات مجموعة زرنيخيد الغاليوم III-V وكبريتيد الكادميوم وتيلوريد الكادميوم وبطاريات الأغشية الرقيقة لسيلينيد الإنديوم والنحاس.
تكون كفاءة خلايا الأغشية الرقيقة متعددة البلورات والكادميوم الكادميوم تيلورايد أعلى من تلك الموجودة في الخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من السيليكون غير المتبلور ، والتكلفة أقل من تلك الموجودة في خلايا السيليكون أحادي البلورية ، كما أنه من السهل إنتاجها بكميات كبيرة ، ولكن لأن الكادميوم مرتفع للغاية سامة ، سوف تتسبب في أضرار جسيمة بالبيئة. وبالتالي ، فإن التلوث ليس البديل الأمثل لخلايا السيليكون الشمسية البلورية.
يمكن أن تصل كفاءة تحويل الخلايا المركبة من زرنيخيد الغاليوم III-V إلى 28٪. تحتوي مادة مركب زرنيخيد الغاليوم على فجوة نطاق بصري مثالية للغاية وكفاءة امتصاص عالية. لديه مقاومة قوية للإشعاع وغير حساس للحرارة. إنها مناسبة لتصنيع بطارية مفصلية عالية الكفاءة. ومع ذلك ، فإن السعر المرتفع لمواد زرنيخيد الغاليوم يحد من شعبية بطاريات زرنيخيد الغاليوم إلى حد كبير.
إن بطارية الأغشية الرقيقة المصنوعة من النحاس الإنديوم سيلينيد (المختصرة باسم CIS) مناسبة للتحويل الكهروضوئي ، ولا توجد مشكلة في تأثير التحلل الناجم عن الضوء ، وكفاءة التحويل هي نفس كفاءة البولي سيليكون. مع مزايا السعر المنخفض والأداء الجيد والعملية البسيطة ، سيصبح اتجاهًا مهمًا لتطوير الخلايا الشمسية في المستقبل. المشكلة الوحيدة هي مصدر المادة. نظرًا لأن كل من الإنديوم والسيلينيوم عنصران نادران نسبيًا ، فإن تطوير هذه البطاريات سيكون محدودًا.
الخلايا الشمسية العضوية المركبة
تستخدم الخلايا الشمسية العضوية مواد عضوية ذات خصائص حساسة للضوء كمواد شبه موصلة لتوليد الجهد وتشكيل التيار من خلال التأثير الكهروضوئي. يمكن تقسيم الخلايا الشمسية العضوية إلى هيكل تقاطع أحادي ، وهيكل غير متجانسة pn وهيكل بلوري نانوي حساس للصبغة وفقًا لمادة أشباه الموصلات.
وفقًا لبيانات المسح ذات الصلة ، يبلغ متوسط تكلفة الخلايا الشمسية العضوية 10٪ -20٪ فقط من تكلفة الخلايا الشمسية السيليكونية. ومع ذلك ، فإن كفاءة التحويل الكهروضوئي للخلايا الشمسية العضوية الموجودة حاليًا في السوق تبلغ 10 ٪ فقط على أعلى مستوى ، وهي المشكلة الرئيسية التي تقيد الترويج الشامل لها. . لذلك ، فإن كيفية تحسين معدل التحويل الكهروضوئي هي المشكلة الرئيسية التي يجب حلها في المستقبل.
الخلايا الشمسية البلورية النانوية الحساسة
إن خلية TiO2 الشمسية المحسّسة بصبغة هي في الواقع خلية كهروكيميائية ضوئية. في عام 1991 ، استخدمت مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور مايكل جراتزل من مدرسة البوليتكنيك في لوزان (EPFL) في سويسرا أشباه الموصلات TiO2 ذات فجوة الحزمة العريضة غير المكلفة لتحضير أغشية رقيقة متناهية الصغر تحتوي على عدد كبير من حمض الكربوكسيل-بيبيريدين رو (II) ) تم كثف المجمعات. يتم تطوير خلية شمسية نانوية بلورية حساسة للصبغ باستخدام ملح منخفض التطاير يحتوي على أزواج الأكسدة والاختزال مثل الإلكتروليت.
تكمن مزايا الخلايا الشمسية TiO2 متناهية الصغر في تكلفتها المنخفضة وعملية بسيطة وأداء مستقر. إن كفاءتها الكهروضوئية مستقرة بأكثر من 10٪ ، وتكلفة الإنتاج هي فقط 1/5 إلى 1/10 من تكلفة خلايا السيليكون الشمسية ، ويمكن أن تصل مدة خدمتها إلى أكثر من 20 عامًا. ومع ذلك ، فقد بدأ للتو البحث عن هذه البطاريات وتطويرها ، ومن المقدر أنها ستدخل السوق تدريجيًا في المستقبل القريب.
أساسي:
يمتص جزيء الصبغة طاقة ضوء الشمس والانتقال إلى الحالة المثارة ، والحالة المثارة غير مستقرة ، ويتم حقن الإلكترونات بسرعة في نطاق التوصيل الخاص بـ TiO2 المجاور ، ويتم تعويض الإلكترونات المفقودة في الصبغة بسرعة من الإلكتروليت ، والإلكترونات التي تدخل يدخل شريط التوصيل لـ TiO2 أخيرًا إلى الفيلم الموصل ثم يولد تيارًا ضوئيًا عبر الحلقة الخارجية.
البوليمر متعدد الطبقات الخلايا الشمسية القطب المعدل
استبدال المواد غير العضوية بالبوليمرات العضوية هو اتجاه بحثي ناشئ لتصنيع الخلايا الشمسية. نظرًا لمزايا المرونة الجيدة ، وسهولة التصنيع ، ومصادر المواد الواسعة ، والتكلفة المنخفضة للمواد العضوية ، فهي ذات أهمية كبيرة للاستخدام على نطاق واسع للطاقة الشمسية وتوفير الكهرباء الرخيصة.
لقد بدأ للتو البحث حول تحضير الخلايا الشمسية بالمواد العضوية ، ولا يمكن مقارنة مدة الخدمة ولا كفاءة الخلية بالمواد غير العضوية ، وخاصة خلايا السيليكون. ما إذا كان يمكن تطويره إلى منتج ذي أهمية عملية يظل بحاجة إلى مزيد من الدراسة والاستكشاف.
بطارية تخزين الطاقة الشمسية Keheng
مع التقدم التكنولوجي ومزايا التكلفة لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم أصبحت أكثر وأكثر وضوحًا ، فإن بطاريات تخزين الطاقة الشمسية الحالية هي تقريبًا بطاريات فوسفات حديد الليثيوم.
تتمتع بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم بالمزايا التالية
أداء أمان عالي
عمر طويل:
يبلغ عمر دورة بطاريات الرصاص الحمضية ذات العمر الطويل حوالي 300 مرة ، والحد الأقصى 500 مرة ، بينما يمكن أن تصل دورة حياة بطاريات طاقة فوسفات الليثيوم والحديد إلى أكثر من 2,000 مرة ، والشحن القياسي (معدل 5 ساعات) يمكن أن يصل الاستخدام إلى 2,000 مرة.
أداء جيد في درجات الحرارة العالية
يمكن أن تصل ذروة التسخين الكهربائي لفوسفات الحديد الليثيوم إلى 350 -500 ، بينما تبلغ درجة منغنات الليثيوم وكوبالتات الليثيوم حوالي 200 فقط. نطاق درجة حرارة تشغيل واسع (-20 درجة مئوية - 75 درجة مئوية) ، مع مقاومة درجات الحرارة العالية ، يمكن أن تصل ذروة التسخين الكهربائي لفوسفات حديد الليثيوم إلى 350 درجة مئوية -500 درجة مئوية ، بينما تبلغ درجة منغنات الليثيوم وكوبالتات الليثيوم حوالي 200 درجة مئوية فقط.
كثافة طاقة عالية
خفيف الوزن
حماية البيئة
تستخدم بطارية تخزين الطاقة الشمسية Keheng على نطاق واسع في تخزين الطاقة المنزلية ومحطة الاتصالات السلكية واللاسلكية إمدادات الطاقة UPS ، وإمدادات الطاقة المحمولة في الهواء الطلق.
بطاريات دورة عميقة مع BMS lifepo4 بطارية ليثيوم
درجة حرارة منخفضة 24V 60AH بطارية LiFePO4 دورة عميقة
درجة حرارة منخفضة 48V 50AH بطارية LiFePO4 دورة عميقة
درجة حرارة منخفضة 48V 100AH بطارية LiFePO4 دورة عميقة
درجة حرارة منخفضة 48V 200AH بطارية LiFePO4 دورة عميقة
