مقدار الطاقة من الشمس التي يمكن أن تمتصها الألواح الشمسية

الطاقة الشمسية هي نوع من الطاقة الناتجة عن الاندماج النووي للهيدروجين في الشمس. تبلغ الطاقة المنبعثة من الشمس حوالي واحد من كل 2.2 مليار لتصل إلى مدى الغلاف الجوي للأرض ، وتصل إلى الحد الأعلى للغلاف الجوي للأرض ، والذي يبلغ حوالي 1367 واط لكل متر مربع ، وتصل إلى الوحدة الكهروضوئية وتحولها إلى تيار مباشر . وفقًا للكفاءة الحالية البالغة 18.3٪ من وحدة البلورة المفردة 300 واط ، فهي حوالي 183 واط. أين تذهب طاقة 1184W في المنتصف؟

1. يمتصه الغلاف الجوي وينعكس عليه

هناك آلاف الكيلومترات من الغلاف الجوي فوق الأرض ، والتي تنقسم إلى طبقة التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والغلاف الحراري والغلاف الخارجي. حوالي 30٪ من طاقة الشمس تنعكس في الفضاء ، وحوالي 19٪ من الطاقة تمتصها الغيوم والجو. تصبح رياح ورعد ومطر وحوالي 51٪ تصل إلى سطح الأرض. نظرًا لأن معظم سطح الأرض مغطى بالمحيطات ، فإن الطاقة التي يمكن أن تصل حقًا إلى سطح الأرض هي فقط حوالي 10 ٪ من الطاقة المشعة التي تصل إلى الأرض. ومع ذلك ، فإن استخدام هذه الطاقة يمكن أن يعادل 35000 ضعف استهلاك الطاقة العالمي الحالي.

2. تمتص وحدة البطارية طاقة جزء الضوء المرئي فقط

المعرفة الطيفية لأشعة الشمس: ضوء الشمس عبارة عن مزيج من الضوء المتغير باستمرار بأطوال موجية مختلفة ، بما في ذلك الضوء بأطوال موجية مختلفة: الأشعة تحت الحمراء ، والأحمر ، والبرتقالي ، والأصفر ، والأخضر ، والأزرق ، والنيلي ، والبنفسجي ، والأشعة فوق البنفسجية ، وما إلى ذلك. الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والنيلي والأزرق والبنفسجي هي ضوء مرئي يمكن رؤيته بالعين البشرية. الجزء ذو الطول الموجي الأطول هو الضوء الأحمر ، وجزء الطول الموجي الأطول هو ضوء الأشعة تحت الحمراء ، وجزء الطول الموجي الأقصر هو الضوء البنفسجي ، والجزء ذو الطول الموجي الأطول هو الضوء فوق البنفسجي ، على الرغم من أن نطاق الطول الموجي للطيف الشمسي واسع جدًا ، من عدد قليل من الأنجستروم إلى عدة انجستروم. عشرة أمتار ، لكن توزيع الطاقة المشعة حسب الطول الموجي غير متساو. من بينها ، المنطقة التي تحتوي على أكبر طاقة مشعة تقع في جزء الضوء المرئي ، حيث تمثل حوالي 48 ٪ ، وتمثل الطاقة المشعة في المنطقة الطيفية فوق البنفسجية حوالي 8 ٪ ، والطاقة المشعة في المنطقة الطيفية للأشعة تحت الحمراء تمثل حوالي 44 ٪. في الطيف المرئي بأكمله ، تكون الطاقة القصوى في الطول الموجي عند 0.475 ميكرومتر ، يمكن للخلية الشمسية فقط امتصاص جزء من الطاقة وتحويلها إلى طاقة كهربائية. لا يمكن للمنطقة الطيفية فوق البنفسجية إجراء تحويل للطاقة ، ولا يمكن تحويل الطول الموجي الطويل في المنطقة الطيفية للأشعة تحت الحمراء إلا إلى حرارة.

في الطيف الشمسي ، الأطوال الموجية المختلفة للضوء لها طاقات مختلفة وأعداد مختلفة من الفوتونات. لذلك ، يختلف أيضًا عدد الفوتونات التي تولدها الخلية الشمسية عند تعرضها للضوء. بشكل عام ، لا تستجيب خلايا السيليكون الشمسية للأشعة فوق البنفسجية بأطوال موجية أقل من حوالي 0.35 ميكرومتر وضوء الأشعة تحت الحمراء بأطوال موجية أكبر من حوالي 1.15 ميكرومتر ، وتتراوح ذروة الاستجابة بين 0.8 إلى 0.9 ميكرومتر. تحددها عملية تصنيع الخلايا الشمسية ومقاومة المواد ، تبلغ الاستجابة الطيفية ذروتها عند حوالي 0.9 ميكرومتر عندما تكون المقاومة منخفضة. في نطاق الاستجابة الطيفية للخلايا الشمسية ، تسمى المنطقة ذات الطول الموجي الأطول عادةً الاستجابة الطيفية طويلة الموجة أو استجابة الضوء الأحمر ، وتسمى المنطقة ذات الطول الموجي الأقصر استجابة طيفية قصيرة الموجة أو استجابة الضوء الأزرق. تعتمد الاستجابة الطيفية طويلة الموجة بشكل أساسي على عمر وطول انتشار ناقلات الأقلية في المصفوفة ، وتعتمد الاستجابة الطيفية للموجة القصيرة بشكل أساسي على عمر حامل الأقلية في طبقة الانتشار وسرعة إعادة التركيب على السطح الأمامي.

في الوقت الحالي ، هناك طريقتان لتحسين كفاءة البطارية. الأول هو دراسة مواد البطاريات الجديدة وتوسيع نطاق طيف الاستجابة. على سبيل المثال ، تدمج الخلايا الشمسية المتتالية الخلايا الفرعية المصنوعة من مواد أشباه الموصلات باستجابات طيفية مختلفة معًا للاستفادة الكاملة من الطاقة الشمسية. يمكن استخدام كل طول موجي من الطيف لتحسين الاستخدام من خلال تقنية الخلايا متعددة الوصلات. والثاني هو تصحيح تقنية الخلية ، مثل قطع الأسلاك الماسية ، وتكنولوجيا تخميل السطح ، وتكنولوجيا المعالجة بالليزر ، وما إلى ذلك ، لتحسين معدل استخدام الطاقة الشمسية.

3. فقدان تغليف المكونات

بعد التغليف في وحدات نمطية ، نظرًا لأن مساحة الوحدة أكبر من المساحة الإجمالية للبطارية ، تُفقد كفاءة المساحة الإجمالية بحوالي نقطتين مئويتين ؛ ثانيًا ، بسبب فقدان 0.5 نقطة مئوية من انتقال الضوء وامتصاص الزجاج الكهروضوئي ؛ 0.5 نقطة مئوية من فقدان امتصاص انتقال الضوء لفيلم EVA ؛ ثالثًا ، تفقد مقاومة شريط / شريط الناقل 1 بالمائة. في المجموع ، فقد حوالي 4 نقاط مئوية. مع التطوير المستمر لتكنولوجيا الوحدة النمطية ، يتم الآن تقديم وحدات بطارية متعددة القضبان ، ووحدات إطار زجاجية مزدوجة خالية من الألمنيوم ، ووحدات بطارية بدون قضيب اتصال خلفية MWT ، والتي يمكن أن تقلل من فقدان العبوة للوحدات إلى أقل من 1٪.