مبدأ عمل الخلية الشمسية:
الخلية الشمسية هي وحدة تحويل الاستطاعة الأساسية في النظام الكهروضوئي أي هي عبارة عن محولات كهروضوئية تقوم بتحويل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء، وهي مواد نصف ناقلة أحادية البلورة أو متعددة البلورات وحساسة ضوئيًا ومحاطة بغلاف أمامي وخلفي موصل للكهرباء.
وهي عبارة عن نصف ناقل ذراته تحتوي على أربعة الكترونات في مدارهاالخارجي وتدعى بإلكترونات التكافؤ Valence electrons. تجاوز المردود المخبري للخلايا الشمسية 30% أما المردود العملي فهو أقل من نصف هذا الرقم .
الانتقال من الخلية إلى الموديول إلى المصفوفة:
كون التوتر على طرف الخلية المفردة فقط [v[0.6 بالتالي هناك تطبيقات نادرة تستخدم خلية واحدة, وبديلا عنها تكون الوحدة الرئيسية في التطبيقات الكهرضوئية هو الموديول الذي يتكون من عدد من الخلايا الموصولة تسلسليًا للحصول على التوتر المطلوب .
يتكون الموديول عادة من 36 خلية على التسلسل (موديول12 [V]) على الرغم من انه يمكن أن يؤمن توتر أعلى من ذلك. بعض الموديولات ذات 12 [V] تحوي فقط 33 خلية, حاليًا هناك موديولات تتألف من 72 خلية يشار لها بموديول 24 [V] ،توصل عدة موديولات بدورها على التسلسل لزيادة التوتر وعلى التفرع لزيادة التيار, والمهم في النظام كم عدد الموديولات المتصلة تسلسليًا و كم عدد الموديولات المتصلة تفرعيًا لتأمين الطاقة اللازمة.
هذه التركيبة من الموديولات المتصلة تسلسليًا و تفرعيًا تدعى بالمصفوفة و الشكل التالي يبين الانتقال من الخلية إلى الموديول إلى المصفوفة. عند توصيل الموديولات على التسلسل فان التيار يبقى ذاته حيث التوتر الناتج هو مجموع توترات الموديولات المتصلة تسلسليًا. عند توصيل الموديولات تفرعيًا يكون التوتر نفسه توتر الموديول أما التيارفيكون هو مجموع تيارات الموديولات عند توتر ثابت.
أنظمة PV الأكثر شيوعاً:
1- أنظمة تحقن الاستطاعة مباشرة في الشبكة العامة وتسمى الأنظمة المتصلة مع الشبكة:
تملك هذه الأنظمة عدداً من الخواص المرغوبة:
– تؤدي بساطتها إلى وثوقية عالية.
– تضمن وحدة تعقب الاستطاعة العظمى للحقل الكهرضوئي مردوداً عالياً.
– إمكانية تكامل هذه الأنظمة مع المبنى تنفي الحاجة لشراء أرض إضافية.
– مقدرتها على إنتاج طاقة معتبرة في وسط اليوم في الوقت الذي تكون فيه كهرباء الشبكة عالية الثمن يزيد القيمة الاقتصادية لطاقتها.
– بساطة النظام تأتي من عدم الحاجة إلى المدخرات.
2- أنظمة مستقلة عن الشبكة لشحن المدخرات مع إمكانية وجود مولد داعم:
في هذه الأنظمة يوجد بطاريات تخزين ومعرج لتحويل توتر البطارية المستمر لتوتر متناوب لتأمين الكهرباء المنزلية ولكن في الأنظمة البسيطة ذات الأحمال ذات التيار المستمر فلا حاجة فيها لمعرج.
يمكن ان تكون هذه الأنظمة اقتصادية جداً في المناطق النائية حيث مد شبكة كهربائية للموقع مكلف جداً إلا أنها تعاني من أمور تخفض كفاءتها أهمها:
– ضياعات في البطاريات.
– عمل الحقل بعيداً عن نقطة الاستطاعة العظمى.
– اختيار زاوية ميل الحقل.
– حاجة هذه الأنظمة لانتباه ورعاية أكثر من غيرها.
3- أنظمة متصلة مباشرة إلى الحمل كما في معظم أنظمة ضخ المياه
في هذا النظام يغذي المولد الشمسي الحمل مباشرة دون الحاجة لبطاريات أو لمعدات تكييف استطاعة كبيرة .مزاياها هي :
– صيانة منخفضة
– نظافة
– سهولة في الاستعمال والتركيب
– وثوقية عالية
– عمر أطول
– إمكانية التلاؤم مع كافة المتطلبات
